Учебно-методический комплекс дисциплины «Химия» (стр. 36 )

а) Zn(NO3)2 + Pb

б) AlCl3 + Mg

в) AgNO3 + Cu

2. Химически чистый цинк почти не реагирует с соляной кислотой. При добавлении к этим веществам соли никеля происходит энергичное выделение водорода. Объясните эти явления.

3. Вычислить э. д.с. медно-кадмиевого гальванического элемента, в котором концентрация ионов Сd2+ составляет 0,8 моль / л, а ионов Сu2+ - 0,01моль / л.

4. Гальванический элемент

( - ) 2 Сr / 2Crl3+ | Н2SО4 | (Pb) 3 Н2 / 6H+ (+)

образовавшийся при коррозии хрома, спаянного со свинцом, даёт ток силой 6 А. Какая масса хрома окислится и сколько литров водорода выделится за 55 с работы этого элемента?

Ответ: (0,04 л; 0,06 г)

5. Вычислите массу металла, окисляющегося при коррозии при нарушении целостности поверхностного слоя медного покрытия на алюминии, если за 45 с работы этой гальванопары нп катоде выделилось 0.09 л водорода (н. у.). Какую силу тока даёт эта гальванопара?

6. Составьте схему коррозионного гальванического элемента, образованного железом в контакте с медью: а) в кислой среде; б) во влажной среде. Напишите уравнение реакций, протекающих на анодном и катодном участках элемента.

Лабораторное занятие 13

Тема: «Коррозия и защита металлов» (1 час)

Цель занятия: экспериментальное изучение процессов, протекающих при электрохимической коррозии металлических изделий.

Коррозия        это самопроизвольно протекающий, необратимый процесс разрушения металла вследствие его взаимодействия с окружающей средой. Разрушение металла при соприкосновении с электролитом с возникновением        в системе электрического тока называется электрохимической коррозией. В атмосферных условиях роль электролита играет водная пленка на металлической поверхности, в которой растворены электропроводящие примеси. Согласно теории электролитической диссоциации коррозии при соприкосновении металла с электролитом на его поверхности возникает множество микрогальванических элементов. При этом анодами являются частицы металла, катодами - загрязнения, примеси и участки металла, имеющиеся более положительный потенциал. Наиболее часто при коррозии в качестве катодных процессов наблюдается; ионизация кислорода (кислородная деполяризация) и восстановление ионов водорода (водородная деполяризация).

Кроме первичных коррозийных процессов могут протекать в растворе  вторичные процессы (реакции).

Гальванический элементы, возникающие при контакте металла с электролитом (микрогальванические элементы), схематически можно записать в виде формул:

омедненное железо в кислой среде (-) Fe /H2SO4/H2, Сu(+)

омедненное железо в нейтральном растворе (-) Fe/NaCl/ 02 , Сu(+) 1.

Значение темы. Защиты металлов от коррозии является важнейшей народно-хозяйственной задачей. Все многообразие способов защиты металлов от коррозии можно осуществить изоляцией металла от коррозионной среды, изменением свойств коррозийной среды, применением электрохимических средств защиты. Потери от коррозии металлов в мировой экономике огромны, около 10% общей массы потребляемого металла теряется безвозвратно.

Выполнение работы:

Цель работы: Изучать процесс, называемый коррозией, отличать
химическую и электрохимическую коррозию, научится описывать анодный и
катодный коррозионный процессы.

Оборудование и реактивы: пробирки, штатив, мензурка, пипетки, стеклянная палочка, наждачная бумага. Растворы соляной кислоты, серной кислоты, кусочки магния, цинка, меди, олова, железная проволочка или гвоздь.

Опыт 1. Ряд напряжений.

       В три пробирки налить по 2 мл соляной кислоты и поместить в них по кусочку магния, цинка и меди. Все ли металлы вытесняют водород из кислот? Дайте объяснение. 

Опыт 2 .  Коррозия оцинкованного  и луженного железа.

В две пробирки налить Vi их объема дистиллированной воды и добавить по 2-3 капли раствора 2Н серной кислоты и гексацианоферрата (III) калия K3[Fe (CN)6]. Последний является чувствительным реактивом на ионы Fe, с которым дает синее окрашивание. Растворы перемешать стеклянной палочной.

Две железные проволочки очистить наждачной бумагой. Одной проволочкой плотно обмотать кусочек цинка, другой - кусочек олова, опустить их в приготовленные растворы. Наблюдать через несколько минут посинение раствора, в который погружена железная проволочка в контакте с оловом. Объяснить появление ионов Fe в растворе. Почему в растворе с парой железо-цинк синее окрашивание не появляется?

Опыт 3. Взаимодействие цинка с серной кислотой в отсутствие и в
присутствие меди.

В две пробирки внести по 5-6 капель 2Н серной кислоты и кусочек чистого цинка. Наблюдается ли вытеснение водорода из серной
кислоты? Коснуться (иной проволочкой кусочка цинка в пробирке. Как
изменится интенсивность выделения водорода и на каком из металлов он
выделяется?

Отнять медную проволоку от цинка и убедиться, что интенсивность выделения водорода снова изменяется. Указать направление перехода электронов в паре цинк-медь. Какой металл будет иметь отрицательный заряд и являться катодом для ионов водорода имеющихся в растворе?  Представить преподавателю на утверждение письменный отчет о
проделанной лабораторной работе.

Контрольные вопросы:

1. Что называется коррозией металлов?

2. Какие виды коррозии Вы знаете?

3. В чем отличие электрохимической коррозии от химической?

4. Каким образом можно определить возможность протекания коррозии с выделением водорода и с поглощением кислорода?

5. Какие факторы влияют на скорость коррозии?

6. Составьте схему коррозионного гальванического элемента, образованного железом в контакте с медью: а) в кислой среде; б) во влажной среде. Напишите уравнение реакций, протекающих на анодном и катодном участках элемента.

7. Какой металл в паре Fe –Ni будет растворяться в разбавленном растворе уксусной кислоты? На каком металле выделяется кислород?

8. В контакте с цинком или железом коррозия магния будет происходить сильнее? Приведите схему процесса коррозии.

9. Какие существуют методы защиты от коррозии? Охарактеризуйте кратко сущность каждого из них.

10. Какие защитные покрытия вам известны? Приведите примеры.

11. Что такое анодные и катодные металлические покрытия? Приведите примеры.

12. На чем основана электрохимическая защита металлов и какие разновидности этой защиты вам известны?

13. Какие вещества называют ингибиторами коррозии?

14. Как происходит атмосферная коррозия луженого железа и луженой меди при нарушении покрытия? Составьте уравнения анодного и катодного покрытия.

15. Используя значения стандартных электродных потенциалов, определите, какие металлы можно применять в качестве протекторов для защиты от коррозии изделия из никеля.

Тестовый контроль:

1. Пользуясь рядом стандартных электродных потенциалов, подберите металлы и составьте из них гальванические элементы, ЭДС которых равна 1,94 В:

А) Zn - Сu

В) Fе - Сd

С) Zn - Аg

D) Мg - Sn

Е) Рt - Cr

2. Анодный процесс в гальваническом элементе Fe – Ni в кислой среде:

А) Ni – 2е → Ni 2+

B) 2Н20 + 2ё → Н2 + 2ОН-

C) Fe – 2e → Fe 2+

D) Ni 2+ + 2ё → Ni

E) 2Н20 - 4ё → 02о + 4Н+

3. Пользуясь рядом стандартных электродных потенциалов, укажите правильное значение ЭДС гальванического элемента Fe2+│Fe ║ Ni2+│Ni :

А) - 0,19 В

В) + 0,19 В

С) - 0,69 В

D) + 0,69 В

Е) - 0,47 В

4. Гальванический элемент с целью получения максимальной э. д.с. следует составить из полуэлементов:

A) Cu2+ | Cu и Pb2+ | Pb

B) Cr3+ |Cr и Fe2+ | Fe

C) Pb2+ | Pb и Cr3+ |Cr

D) Cr3+ |Cr и Cu2+ | Cu

E) Pb2+ | Pb и Fe2+ | Fe

5. При равенстве концентраций в водном растворе, первым восстанавливается на катоде катион металла :

A) Fe2+

B)Сu2+

С) Ag+

D) Na+

Е) Zn2+

6. При коррозии сплава золота и меди в нейтральной среде, содержащей

растворённый кислород, на катоде восстанавливается :

А) золото;

В) медь;

С) кислород;

D) вода.

7. На отрицательном электроде гальванического элемента протекает процесс:

A) окисления;

B) восстановления;

C) обмена электронами;

D) нет правильного ответа;

Е) обмена ионами металла.

8. На положительном электроде гальванического элемента протекает процесс:

A) окисления;

B) восстановления;

C) обмена электронами;

D) нет правильного ответа;

Е) обмена ионами металла.

9 В золотых сплавах Сu является важным компонентом, так как придаёт им твёрдость и прочность. Подвергаются ли такие сплавы коррозии?

А) да, т. к. Сu – анод, в гальванопаре окисляется;

В) нет, гальванопара не образуется;

С) зависит от доли Сu в сплаве;

D) да, т. к. идёт окисление золота;

Е) нет правильного ответа.

10. При коррозии сплава железа и меди в кислой среде на катоде восстанавливается :

А) железо;

В) медь;

С) кислород;

D) водород;

Е) нет правильного ответа.

Лабораторное занятие 14

Тема: «Электролиз» (1 час)

Цель занятия: приобретение навыков практического осуществления процессов электролиза и составления схем различных их типов.

Оборудование и реактивы: U – образный электролизер с графитовыми электродами, аккумулятор, секундомер. Фенофталеин, растворы иодида калия, сульфата меди, хлорида цинка, сульфата натрия, хлорида олова (II).

Выполнение работы:

Опыт 1. Электролиз раствора йодида калия.

Электролизер заполните раствором йодида калия, опустите в раствор графитовые электроды и подключите их к источнику постоянного тока. Время проведения 3 минуты. При этом происходит выделение газообразного водорода на катоде и образование свободного йода на аноде, который опускается на дно электролизера тяжелыми струями бурого цвета.

Добавьте в раствор несколько капель фенолфталеина в область прикатодного пространства. По окончании опыта анод промойте раствором тиосульфата натрия Na2S2O3 для удаление йода, а затем дистиллированной водой.

В отчёте: составьте схему электролиза и опишите наблюдаемые явления; объясните, почему окрасился раствор в области катодного пространства при добавлении фенолфталеина.

Опыт 2. Электролиз раствора сульфата меди.

Налейте в электролизер раствор сульфата меди (II), опустите в него графитовые электроды и пропустите через раствор электрический ток. Через 5 – 10 минут прекратите электролиз и отметьте на катоде красный налет меди. Выключите ток и поменяйте местами электроды. Снова пропустите электрический ток. Что происходит с красным налетом меди?