1.11.1 Электрохимическая коррозия

Рассмотрим коррозию железа как электрохимический процесс. Ржавление железа есть не что иное, как анодная реакция

-

* Часто применяют так называемую анодную защиту, при этом потенциал корродирующего металла специальными способами сдвигают в область пассивации.

Катодная реакция – восстановление атмосферного кислорода:

Водородные ионы поставляет вода. Если бы в воде не было растворенного кислорода, то коррозия была бы невозможна. Следовательно, железо корродирует в слое воды, насыщенном кислородом. Таким образом, начальную стадию коррозии железа можно передать реакцией

2Fe + O2 + 4H+ → 2FeO + 2H2O.

На скорость коррозии существенное влияние оказывает концентрация ионов H⁺. Повышение концентрации ионов водорода pH приводит к замедлению коррозии, поскольку восстановление O₂ из H₂O замедляется. При pH = 9…10 коррозия железа практически прекращается. Известно, что в водной среде ионы Fe²⁺ в присутствии кислорода окисляются до Fe³⁺. Вторая стадия коррозии соответствует реакции образования гидратированного оксида железа (ржавчины) Fe₂O₃∙nH₂O:

4Fe2+ + O2 + 4H2O + xH2O = 2Fe2O3∙xH2O + 8H+.

Для защиты железа от коррозии используются всевозможные покрытия: краска, слой металла (олова, цинка). При этом краска и олово предохраняют от коррозии до тех пор, пока защитный слой цел. Появление в нем трещин и царапин способствует проникновению влаги и воздуха к поверхности железа, и процесс коррозии возобновляется, причем в случае оловянного покрытия он даже ускоряется, поскольку олово служит катодом в электрохимическом процессе (рисунок 4).

Рисунок 4 -Коррозия железа кислородом воздуха, растворенным в воде.
Рисунок 5 - Коррозия «белой жести»

Оцинкованное железо ведет себя иначе. Поскольку цинк выполняет роль анода, то его защитная функция сохраняется и при нарушении цинкового покрытия (рисунок 6).

Рисунок 6 - Катодная защита в оцинкованном железе

Катодная защита широко используется для уменьшения коррозии подземных и подводных трубопроводов и стальных опор высоковольтных передач, нефтяных платформ и причалов.

Рисунок 7 - Катодная защита подземного трубопровода.

2 Экспериментальная часть

Цель работы

1) исследовать окислительные свойства соединений в высших, низших и промежуточных степенях окисления;

2) изучить влияние величины рН на состав продуктов окислительно-восстановительной реакции.

Опыт 1. Вытеснение металлов из солей другими металлами

Железную проволоку или железный гвоздь опустить в пробирку с раствором сульфата меди на 1…2 минуты. Вынуть. Сполоснуть водой. Обратить внимание на происходящее явление и написать уравнение реакции.

Внимание: после опыта слейте растворы в емкость «для слива»!

Вопросы и задания:

1) опишите наблюдаемое явление.

2) напишите уравнения химических реакции и расставьте коэффициенты методом электронного баланса;

3) рассчитайте стандартные значения DЕ⁰_э , DG , К_р реакции;

4) сделайте выводы.

Опыт 2. Окисление азотной кислотой

В пробирку положить несколько кусочков медной стружки и прилить разбавленную азотную кислоту.

Вопросы и задания:

1) опишите наблюдаемое явление;

2) напишите уравнения химических реакций и расставьте коэффициенты методом электронного баланса;

3) рассчитайте стандартные значения DЕ⁰_э , DG⁰ и К_р;

4) сделайте выводы.

Опыт3. Окислительные свойства MnO₄^- в различных средах

а). Проведите реакцию между сульфатом железа (соль Мора), перманганатом калия в кислой среде – добавьте серной кислоты. Что наблюдаете?

FeSO₄ + KMnO₄ +H₂S O₄ ® K₂S O₄ + Fe₂(S O₄)₃ + MnSO₄ +H₂O

б). проведите реакцию между сульфатом железа, перманганатом калия в щелочной среде. В чем разница между этими реакциями? В какой среде Mn⁷⁺ проявляет большие окислительные свойства?

FeSO₄ + KMnO₄ +KOH ® K₂SO₄ + Fe(OH)₃ + К₂MnO₄

Вопросы и задания:

1) опишите наблюдаемое явление;

2) напишите уравнение химической реакции и расставьте коэффициенты методом электронного баланса;

3) как влияет среда на состав продуктов реакции?

4) рассчитайте стандартные значения DЕ⁰_э , DG⁰ и К_р.

Опыт 4. Окислительно-восстановительные свойства хрома в высших и низших степенях окисления

а). Восстановление Cr⁶⁺ ® _Cr³⁺

_{К раствору KI прилейте разбавленную серную кислоту и раствор бихромата калия.}

_{KJ + H2SO4 + K2Cr2O7} ® Cr₂ (SO₄)₃ + _{K2SO4 + J2 + H2O}

_{б). Окисление} Cr³⁺ ® _Cr⁶⁺

К раствору сульфата хрома прилейте раствор щёлочи KOH до растворения осадка, затем добавьте раствор перманганата калия. Нагрейте.

Cr₂ (SO₄)₃ +KOH + KMO₄ ® _{K2SO4 +K2CrO4 + MnO2 + H2O}

_{Вопросы и задания:}

1) опишите наблюдаемое явление;

2) напишите уравнение химических реакций и расставьте коэффициенты методом электронного баланса;

3) приведите три примера веществ, проявляющих как свойства окислителя, так и восстановителя;

4) рассчитайте стандартные значения DЕ⁰_э , DG⁰ и К_р.

5) сделайте выводы.