3 Экспериментальная часть
Цель работы:
1. Изучить процессы коррозии металлов и сплавов в разных средах.
Опыт 1. Гальванический элемент
Составьте схему гальванического элемента из предложенных металлических электродов, определив анод и катод по величинам стандартных электродных потенциалов металлов.
Определите, растворы каких электролитов будете использовать. Электроды предварительно зачистите наждачной бумагой и опустите в растворы выбранных электролитов. Стаканчики с электролитами соедините электролитическим ключом (U-образная стеклянная трубка, заполненная насыщенным раствором КCl).
Вольтметром измерьте рабочее напряжение гальванического элемента. Рассчитайте теоретическую величину ЭДС этого элемента и сравните с величиной рабочего напряжения. Почему они отличаются? Какие процессы протекают на электродах при работе гальванического элемента. Какой из металлов разрушается?
Оформление
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
Название элемента:…………………………………………………………………….
СХЕМА:……………………………………………………………………………………
Уравнение реакции окисления
на аноде: …………………….. Уравнение реакции восстановления
на катоде:……………………….
φаº = ……………….В φкº=…………………………..В
U рабочее =……...В
Концентрации солей:
Расчет ЭДС
Определение См (моль/л) потенциалопределяющих ионова) у анода:
б) у катода:
2. Расчет φа и φк по уравнению Нернста:
φа =
φк =
3.Расчет ЭДС. ЭДС = φк - φа =………В
Ответить на вопросы:
Какой электрод разрушается? Почему рабочее напряжение гальванического элемента меньше его ЭДС?Опыт 2. Коррозия в нейтральной среде
Приготовьте плотно соединенные попарно пластинки следующих металлов: а) алюминий – медь; б) медь – железо.
В два стаканчика налейте на высоту 2–3 см раствор KCl и прибавьте в каждый стаканчик по 2–3 капли фенолфталеина. В один стаканчик погрузите пару Al–Cu, в другой – Fe–Cu так, чтобы концы пластинок металлов, погруженных в раствор, находились на некотором расстоянии друг от друга. Место контакта металлов должно быть вне раствора. Перед погружением в раствор пластинки необходимо зачистить.
Полученные короткозамкнутые элементы моделируют коррозионные процессы при контакте железа с медью и алюминия с медью.
Через 3–15 минут отметьте появление малинового окрашивания в стаканчиках. При каком контакте металлов оно появляется раньше?
Составьте схемы коррозионных элементов, напишите уравнения анодных и катодных процессов.
Сопоставив величины стандартных электродных потенциалов металлов, сделайте вывод об интенсивности смоделированных коррозионных элементов.
Оформление
Опыт №….. Название опыта:……………………………………………………
а) схема коррозионного элемента:
Металл(1) / Электролит / Металл (2)
φаº = …………..В φкº = …………В
Уравнение реакции Уравнение реакции восстановления
окисления металла (1) окислителя среды:…………………
б) схема коррозионного элемента:
Металл(1) / Электролит / Металл (2)
φаº = …………..В φкº = …………В
Уравнение реакции Уравнение реакции восстановления
окисления металла (1) окислителя среды:…………………
Опыт 3. Коррозия луженого и оцинкованного железа в кислой среде
Возьмите железную скрепку для бумаги со вставленным в нее кусочком цинка и скрепку с кусочком олова. В две пробирки налейте по 5 – 6 мл раствора 1 н. раствора серной кислоты и добавьте 1 – 2 капли раствора красной кровяной соли K3[Fe(CN)6] (индикатор на ионы Fe2+). Опустите в каждую пробирку по одному образцу. При контакте образцов с электролитом возникают короткозамкнутые гальванические элементы, моделирующие коррозионные процессы, протекающие при нарушении целостности покрытия оцинкованного и луженого железа.
Через 10–15 минут отметьте, в каком случае наблюдается интенсивное синее окрашивание? Чем это обусловлено? Где более интенсивное выделение газов? Ответ поясните электрохимическими уравнениями анодных и катодных процессов. Какое покрытие, оловянное или цинковое, лучше защищает железо от коррозии?
Оформление
Опыт №….. Название опыта:……………………………………………………
а) схема коррозионного элемента:
Металл(1) / Электролит / Металл (2)
φаº = …………..В φкº = …………В
Уравнение реакции Уравнение реакции восстановления
окисления металла (1) окислителя среды:…………………
б) схема коррозионного элемента:
Металл(1) / Электролит / Металл (2)
φаº = …………..В φкº = …………В
Уравнение реакции Уравнение реакции восстановления
окисления металла (1) окислителя среды:…………………
б) схема коррозионного элемента: (оформление аналогичное)
Опыт 4. Коррозия при неравномерном доступе кислорода (при дифференциальной аэрации)
Зачистите пластинку из стали шлифовальной бумагой, промойте дистиллированной водой и просушите фильтровальной бумагой. На чистую, сухую поверхность нанесите каплю 3%-ного раствора NaCl, к которому добавлены индикаторы: K3[Fe(CN)6] и фенолфталеин. Через несколько минут отметьте появление синего окрашивания в центре и малинового по краям капли. Поясните наблюдения электрохимическими уравнениями, учитывая, что по краям капли концентрация кислорода выше, чем в центре. Укажите катодную и анодную зоны металла под каплей.
Оформление:
Металл(1) / Электролит / Металл (2)
φаº = …………..В φкº = …………В
Уравнение реакции Уравнение реакции восстановления
окисления металла (1) окислителя среды:…………………
ЭЛЕКТРОЛИЗ
3 Экспериментальная часть
Цель работы:
1. Освоить методику проведения электролиза водных растворов электролитов с растворимым и нерастворимым анодом.
2. Отметить зависимость продуктов электролиза от природы электролита и электродов.
Опыт 1. Электролиз водного раствора хлорида натрия
Для проведения электролиза водных растворов электролитов используется U – образный электролизер.
Схема установки для электролиза водных растворов изображена на рис.1.
Рис. 1.
U-образный электролизер; 2 – электроды; 3 – амперметр; 4 – источник постоянного тока
Заполните электролизер до половины объема раствором хлорида натрия. Опустите в левое и правое колено графитовые электроды. Подключите их к источнику постоянного тока. Установите напряжение 6-8 В и в течение 2-3 минут проводите электролиз. Отметьте выделение газов на электродах. После окончания электролиза докажите образование щелочи у катода, добавив в раствор 3 – 3 капли фенолфталеина. Образование хлора на аноде докажите при помощи раствора иодида калия и крахмала. Иод окрашивает крахмал в синий цвет. Отметьте, что наблюдаете в прикатодной зоне. Электролизер и электроды после опыта промойте водой. Составьте схему электролиза раствора NaCl, указав первичные и вторичные продукты электролиза.
Опыт 2. Электролиз водного раствора иодида калия.
В электролизер с раствором КI опустите графитовые электроды и проведите электролиз при напряжении 8 В в течение 2-3 минут
Образующийся на аноде иод опускается на дно электролизера тяжелыми струями бурого цвета
Какой газ выделяется на катоде?
По окончании электролиза в катодную зону добавьте 2 – 3 капли фенолфталеина. Что наблюдаете?
После электролиза анод промойте раствором Na2S2O3 для удаления иода.
Составьте схему электролиза раствора КI, указав первичные (новые вещества на электродах) и вторичные продукты электролиза (новые вещества у лектродов). Отметьте ваши наблюдения.
Опыт 3. Электролиз хлорида (сульфата) цинка.
Электролиз проведите с графитовыми электродами в течение 5 минут при напряжении 10 В.
Отметьте выделение газа на аноде и образование светло-серого осадка на катоде.
Составьте схему электролиза раствора соли цинка.
После электролиза катод обработайте раствором соляной кислоты для снятия цинка.
Опыт 4. Электролиз раствора сульфата меди.
В электролизер с раствором сульфата меди опустите графитовые электроды и проведите электролиз в течение 3 минут при напряжении 8 В.
Отметьте выделение газа на аноде и образование темно – красного осадка на катоде.
Составьте схему электролиза раствора сульфата меди, указав первичные и вторичные продукты электролиза.
После электролиза катод обработайте раствором азотной кислоты для удаления медного покрытия.
Опыт 5. Электролиз с нерастворимым и растворимым анодами.
а) В электролизер с раствором серной кислоты опустите графитовые электроды и проведите электролиз в течение 3-5 минут при напряжении
6-8 В. Отметьте выделение водорода на катоде и кислорода на аноде.
б) В электролизер с раствором серной кислоты опустите графитовый катод и медный анод. Проведите электролиз в течение 3 минут при напряжении 8 В. Отметьте выделение водорода на катоде. Наличие ионов Cu2+ докажите добавлением в анодную зону концентрированного раствора NH3 до образования [Cu(NH3)4]SO4 интенсивно-синего цвета.
Составьте схемы электролиза раствора серной кислоты с нерастворимым и растворимым анодами.
Электроды и электролизер после опыта промойте водой.
Опыт 6. Электролиз раствора ацетата свинца.
Электролиз проведите с медными электродами в течение 5 минут при напряжении
8-10 В. Чем объяснить голубое окрашивание у анода? Что окисляется? Что восстанавливается?
Составьте схему электролиза раствора ацетата свинца, указав первичные и вторичные продукты электролиза.
Опыт 7. Электролиз раствора сульфата натрия.
В электролизер с раствором сульфата натрия опустите графитовые электроды и проведите электролиз в течение 5 минут при напряжении 8 В. Отметьте выделение газов на электродах. По окончании электролиза в катодную зону добавьте 2-3 капли фенолфталеина, а в анодную – 2-3 капли метилоранжа. Что наблюдаете? Составьте схему электролиза раствора Na2SO4, указав первичные и вторичные продукты электролиза.
ЭЛЕКТРОЛИЗ
1 вар. 2 вар. 3 вар. 4 вар. 5 вар.
№1,3,5 №2,4,5б №2,5а,5б №2,3,6 №4,6,7
Оформление каждого опыта
Номер и название опыта
Режим электролиза: U =………………….В
τ = ………………...мин =…………..сек
Электроды: ………………………………………………….
Схема электролиза
Электролит (написать уравнение диссоциации)
Катодный процесс: «-» К Анодный процесс: «+» А
Уравнение реакции восстановления: Уравнение реакции окисления:
…………………………………………. …………………………………….
Первичный продукт электролиза: Первичный продукт электролиза:
…………………………………………. …………………………………….
Вторичный продукт электролиза: Вторичный продукт электролиза:
…………………………………………. ……………………………………..
Ответы на вопросы (для каждого опыта):……………………………………
