Методические указания и контрольные задания по химии для студентов заочного обучения инженерно-технических (нехимических) специальностей (стр. 19 )

Поверхность изделий и сооружений из металлов при соприкосновении с окружающей средой подвергается механическому и химическому воздействию.

Коррозия – это самопроизвольный процесс, который является следствием гетерогенной окислительно-восстановительной реакции металла с компонентами окружающей среды. В результате коррозии образуются продукты окисления металла – оксиды, гидроксиды, иногда просто растворяющиеся в среде ионы. Такое превращение металла сопровождается изменением его механических свойств. Таким образом, коррозия сопровождается потерей металла, причем продукты коррозии, как правило, не могут быть в какой-то мере использованы.

Коррозионные процессы классифицируют:

·  по виду (геометрическому характеру) коррозионных разрушений на поверхности или в объёме металла;

·  по механизму реакций взаимодействия металла со средой (химическая и электрохимическая коррозия);

·  по типу коррозионной среды;

·  по характеру дополнительных воздействий, которым подвергается металл одновременно с действием коррозионной среды.

При электрохимической коррозии на поверхности металла одновременно протекают два процесса:

анодный – окисление металла

и катодный - восстановление ионов водорода

или молекул кислорода, растворённого в воде

Ионы или молекулы, которые восстанавливаются на катоде, называются деполяризаторами. При атмосферной коррозии – коррозии во влажном воздухе при комнатной температуре – деполяризатором является кислород.

Пример 1. Как происходит коррозия цинка, находящегося в контакте с кадмием в нейтральном и кислом растворах? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?

Решение: Цинк имеет более отрицательный потенциал (- 0,763 В), чем кадмий (- 0,403 В), поэтому он является анодом, а кадмий катодом.

анодный процесс:

катодный процесс:

в кислой среде

в нейтральной среде

Так как ионы Zn2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимое основание, то продуктом коррозии будет Zn(OH)2.

Контрольные вопросы

221. Как происходит атмосферная коррозия луженого железа (железа, покрытого оловом) и луженой меди при нарушении целостности покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Определите тип покрытия.

222. Почему химически чистое железо более стойко против коррозии, чем техническое? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и серной кислоте.

223. Если пластинку из чистого олова опустить в разбавленную кислоту, то начинающееся выделение водорода вскоре почти прекращается. Однако при прикосновении к олову медной палочкой на последней начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнение протекающей химической реакции.

224. Изделие из меди покрыто хромом. Какое это покрытие – анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении целостности покрытия во влажном воздухе и соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

225. В раствор электролита, содержащего растворённый кислород, опустили цинковую пластину и цинковую пластину, частично покрытую свинцом. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

226. Две железные пластины, частично покрытые одна кобальтом, другая свинцом, 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?

227. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары марганец – кобальт. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

228. Железное изделие покрыто свинцом. Какое это покрытие – анодное или катодное? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении целостности покрытия во влажном воздухе и сернистой кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

229. Как протекает атмосферная коррозия железа, покрытого слоем кобальта, если покрытие нарушено? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии. Каков состав продуктов коррозии?

230. Какой металл целесообразней выбрать для протекторной защиты от коррозии свинцовой оболочки кабеля: хром, никель или натрий? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии. Каков состав продуктов коррозии?

231. Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного железа при нарушении целостности покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

232. В чем сущность протекторной защиты металлов от коррозии? Приведите пример протекторной защиты свинца в электролите, содержащем растворенный кислород. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

233. Хромовую и железную пластины опустили в раствор хлорида меди. Составьте электронные процессы и ионно-молекулярные уравнения реакций, происходящих на каждой из пластин. Какие процессы будут проходить на пластинах, если наружные концы их соединить проводником?

234. Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот. Почему? Однако, если к медной пластине, опущенной в кислоту прикоснуться кадмиевой, то на меди начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнение протекающей химической реакции.

235. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары хром – свинец. Какие продукты образуются в первом и во втором случаях?

236. Железное изделие покрыто никелем. Какое это покрытие – анодное или катодное? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении целостности покрытия во влажном воздухе и соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

237. Если опустить в разбавленную соляную кислоту пластинку из чистого железа, то выделение на ней водорода идет медленно и со временем почти прекращается. Однако если медной палочкой прикоснуться к железной пластине, то на последней начинается бурное выделение водорода. Почему? Какой металл при этом растворяется? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

238. Какое покрытие металла называется анодным и какое катодным? Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного и катодного покрытия кобальта. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии кобальта, покрытого медью, во влажном воздухе и в кислой среде.

239. В раствор соляной кислоты поместили кадмиевую пластину и кадмиевую пластину, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии кадмия происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения соответствующих процессов.

240. Как происходит атмосферная коррозия луженого никеля (никеля, покрытого оловом) при нарушении целостности покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

2.4. Электролиз

Для ответов на контрольные вопросы рекомендуем воспользоваться литературой 6 и таблицей 6.

Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита.

Электрод, на котором при электролизе происходит восстановление, называется катодом, а электрод, на котором происходит процесс окисления – анодом. При электролизе катод заряжен отрицательно, т. к. он присоединяется к отрицательному полюсу внешнего источника электричества. К положительному полюсу присоединяется электрод, на котором будет происходить реакция окисления. Применяются как металлические электроды, так и инертные.

При включении постоянного электрического тока катионы, находящиеся в растворе (или расплаве) электролита, начинают двигаться к катоду, а анионы – к положительно заряженному аноду. При достижении катионами поверхности катода на ней начинается процесс восстановления. Возможные виды реакций, протекающих при электролизе на катоде:

1.  электродный потенциал металла больше нуля (от Bi до Au), тогда его ионы практически полностью восстанавливаются;

2.  электродный потенциал металла от 0 В до – 0,828 В (потенциал катодного восстановления воды с учетом всех побочных эффектов), тогда его ионы могут восстанавливаться одновременно с молекулами воды;

3.  электродный потенциал ниже - 0,828 В, тогда восстанавливаются молекулы воды.

Электрохимическое восстановление воды в кислой среде происходит по уравнению:

В случае нейтральной и щелочной сред вода восстанавливается по уравнению:

Анодные процессы сводятся к разрядке анионов, или к ионизации атомов (или молекул) материалов анода. В связи с этим выделяют электролиз с растворимыми анодами и электролиз с нерастворимыми анодами.

Возможные виды реакций, протекающих при электролизе на инертном аноде:

1.  при электролизе растворов щелочей, кислородосодержащих кислот и их солей, фтороводорода, фторидов происходит электрохимическое окисление воды. В щелочной среде окисление идёт по уравнению: