Химический практикум (стр. 12 )

(A–) Zn ô HClô Fe (K+)

Электродные уравнения процессов:

на аноде: Zn0 – 2ē ® Zn2+ процесс окисления

на катоде: 2H+ + 2ē ® H2 процесс восстановления

Общее уравнение:

Zn0+2H+ = Zn2+ + H20↑

Zn0 + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

продукт коррозии

Таким образом, цинк, как более активный металл, становится анодом и подвергается растворению, а на катоде выделяется водород.

Атмосферная коррозия технического железа

Техническое железо также содержит примеси менее активных металов, например, меди. Создается гальванический элемент:

(A–) Fe ô H2O; O2ôпримеси менее активных Мe (К+)

Электродные уравнения процессов:

на аноде: Fe0 – 2ē ® Fe2+ 2 процесс окисления

на катоде: 2Н2O + O2 + 4ē ®4OH– 1 процесс восстановления

Катодом могут служить как примеси менее активных металлов (например Cu, Sn), так и карбид железа – цементит Fe3C, который образуется в доменном процессе при получении железа. Катодом может служить кислород воздуха, адсорбированный на поверхности сплава.

Первичным продуктом коррозии является Fe(OH)2. Далее происходит окисление первичного продукта по реакциям:

4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O ® 4Fe(OH)3

Fe(OH)3 ®FeOOH + H2O

При этом образуется рыхлый слой ржавчины характерного красновато-бурого цвета.

Из методов защиты металлов от коррозии следует особо отметить металлические покрытия – анодное и катодное.

Катодное покрытие – покрытие менее активным металлом, потенциал которого имеет большую алгебраическую величину, например, покрытия железа кадмием, оловом, медью и т. д. Катодные покрытия защищают металл только механически, так как при нарушении целостности покрытия защищаемый металл сам становится анодом и подвергается окислению.

Анодное покрытие – покрытие более активным металлом, потенциал которого имеет меньшую алгебраическую величину. Анодное покрытие защищает металл электрохимически, так как при нарушении целостности покрытия металл покрытия будет выполнять роль анода, а защищаемый металл – роль катода и не будет разрушаться.

Рассмотрите вопросы:

1.  Что такое электродный потенциал металла?

2.  Как измеряют электродные потенциала металлов?

3.  Какие факторы влияют на величину электродного потенциала?

4.  Что характеризует ряд напряжений?

5.  Как изменяется восстановительная способность металлов в зависимости от электродного потенциала?

6.  Что такое гальванический элемент?

7.  Какой электрод называется анодом, какой – катодом в гальванической цепи?

8.  Как рассчитывается ЭДС гальванического элемента?

9.  Что такое коррозия?

10.  В чем состоит сущность электрохимической коррозии?

11.  В чем отличие коррозии с водородной и кислородной деполяризацией.

12.  Чем отличается механизм защиты анодного и катодного покрытий?

3.Экспериментальная часть

2.1.  Исследование активности металлов

В отдельные стаканчики налейте до метки растворы следующих солей: CuSO4; Pb(NO3)2; ZnSO4. Во все растворы, кроме соли меди, опустите медную пластинку. Почему ни в одной пробирке не произошла реакция? В каждую из пробирок опустите железную пластинку. Какие из металлов вытесняются железом из растворов их солей?

Погрузите во все пробирки пластинку цинка. Напишите уравнения реакций взаимодействия железа и цинка с солями металлов. Расположите все металлы в порядке убывания их восстановительной активности, выпишите стандартные электродные потенциалы металлов, используемых в данной работе.

2.2.  Изготовление гальванического элемента

Возьмите два стаканчика. Один из них заполните раствором сульфата цинка ZnSO4, другой – сульфатом меди CuSO4. Соедините стаканы электролитным мостиком, заполненным раствором KCl в смеси с агар-агаром. В раствор сульфата цинка опустите цинковую пластинку, в раствор сульфата меди – медную. Пластинки соедините проводом с гальванометром. Замкните цепь и наблюдайте отклонение стрелки гальванометра. Выпишите стандартные электродные потенциалы цинка и меди и сравните их. Определите, какой металл будет анодом, какой – катодом, запишите схему данного гальванического элемента, укажите движение электронов по цепи, составьте электродные процессы, вычислите ЭДС гальванического элемента.

2.3.  Коррозия оцинкованного и луженого железа

а) Налить в пробирку 2–3 мл 0,1н раствора сульфата железа FeSO4 и прибавить несколько капель гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6]. Что наблюдается? Составить уравнения реакции в молекулярной и ионной формах. Какой ион обнаруживается с помощью этой качественной реакции?

б) В два стаканчика налить по 15–20 мл 0,2н раствора серной кислоты и по 2 капли раствора K3[Fe(CN)6]. В один из стаканчиков опустить полоску оцинкованного железа (покрытие нарушено), в дру­гую - луженого железа (покрытие нарушено).

В каком стаканчике наблюдается (через несколько минут) интен­сивное синее окрашивание?

Записать процессы, протекающие на электродах при работе кон­тактных гальванопар. Определить тип металлического покрытия. Ка­кое из них более эффективно и почему?

4.  Задачи для самопроверки

1.  Как должны быть составлены гальванические элементы, чтобы в них протекала указанная реакция?

Вариант	Уравнение реакции
1	Mg + 2H+=Mg2+ + H2
2	3H2 + 2Bi3+ = 6H+ + 2Bi0
3	Zn + 2Ag+ = Zn2+ + 2Ag
4	Cd + CuSO4 = CdSO4+Cu
5	Sn + Cu2+ = Cu+ Sn2+
6	Zn + Hg2SO4=ZnSO4+ 2Hg
7	Pb + Hg(NO3)2 = Pb(NO3)2 + Hg
8	2Ag+ + H2 = 2Ag+ 2H+
9	Mn + 2HCl = MnCl2 + H2
10	Fe + Pb2+ = Fe2+ + Pb
11	3H2 + 2Au3+ = 6H+ + Au
12	Zn+ NiSO4= ZnSO4+ Ni
13	2Al+ 3CuCl2=2AlCl3+ 3Cu
14	Zn+ Fe2+ = Zn2+ + Fe
15	Mg+ Zn2+ = Mg2+ +Zn

2.  Какой металл будет растворяться при работе следующих коррозионных элементов? Составьте уравнения электрохимических процессов на катодном и анодном участках и определите тип деполяризации. На сколько уменьшится масса корродирующего металла при силе тока I А за время τ мин?

Вариант	Коррозионная гальванопара	I, А	τ, мин	Ответ: ∆m, г
1	Cr | HCl | Cu	5	15	0,54
2	Fe | H2SO4 | Zn	7,5	20	3,02
3	Mg | HCl | Sn	7	15	0,78
4	Fe | H2SO4 | Ni	5	20	1,74
5	Sn | H2SO4 | Cu	6	30	6,64
6	Ag | NaCl, H2O, O2 | Cu	5	35	3,47
7	Fe | H2O, O2 | Ni	6	15	1,56
8	Zn | H2O, O2 | Cu	7	20	2,82
9	Ni | H2O, H2 S| Ag	2	30	1,09

3.  Какое покрытие металла называется анодным и какое катодным? Назовите несколько металлов, которые могут служить в качестве а) анодного и б) катодного покрытия железа. Составьте схему коррозии железа, покрытого медью, а) во влажном воздухе и б) в сильно кислой среде.

4.  Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие-анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

5.  Железное изделие покрыли свинцом. Какое это покрытие-анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

6.  Две железные пластинки, частично покрытые одна оловом, другая медью, находятся во влажном воздухе. На какой из этих пластинок быстрее образуется ржавчина? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этих пластинок. Каков состав продуктов коррозии железа?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

Измерение ЭДС гальванического элемента и определение изменения энергии Гиббса токообразующей реакции

1.  Цель работы: измерить ЭДС гальванического элемента при

заданных концентрациях солей, рассчитать изменение энергии Гиббса и константу равновесия токообразующей реакции.

2.  Основы теории

Гальваническим элементом называется устройство, в котором химическая энергия окислительно-восстановительной реакции превращается в электрическую. Гальванический элемент состоит из двух полуэлементов, каждый из которых представляет собой металлический электрод, погруженный в раствор электролита. Полуэлементы соединяются в электрическую цепь с помощью трубки, заполненной токопроводящим раствором (соляной мостик).

На электродах гальванического элемента идут процессы окисления-восстановления.

Электрод, на котором идет окисление, называется анодом. Анодом в гальваническом элементе является металл с более низким электродным потенциалом.

Электрод, на котором идет восстановление, называется катодом.