Практическое занятие

Пример 1. Определите, удовлетворяет ли условию сплошности пленки оксидов на железе, плотность которого составляет 7,86 г/см³. На воздухе при нагревании железо покрывается продуктами газовой коррозии, состоящей из оксидов железа FeO, Fe₃O₄ и Fe₂O₃, плотности которых составляют 5,7; 5,2; 5,24 г/см³ соответственно.

Решение. Используя уравнение (7.2), находим соотношение объемов оксида и металла:

1) для оксида FeO

2) для оксида Fe₃O₄

3) для оксида Fe₂O₃

Итак, пленки всех трех оксидов удовлетворяют условию сплошности (см. уравнение 7.3). Эти оксидные пленки обладают хорошими защитными свойствами.

Пример 2. Покажите, какие из нижеперечисленных металлов: а) Zn; б) Fe; в) Сu; г) Сd; д) Ag – способны подвергаться коррозии в соляной кислоте.

Решение. Коррозия должна протекать по электрохимическому механизму, так как соляная кислота – сильный электролит. В кислотах окислителем является чаще всего Н⁺-ион. Определяем возможность коррозии, сравнивая электродные потенциалы всех перечисленных металлов (табл. 1 приложения) с электродными потенциалами окислителя. При рН = 0 (кислая среда) в стандартных условиях
( = 1 атм) = 0,0 В (табл. 2 приложения).

Следовательно, согласно уравнению (5) коррозии будут подвергаться все металлы, у которых < 0. Это Zn, Fe; и Сd. Устойчивыми к кислотной коррозии будут Сu и Ag.

Пример 3. Покажите, какие процессы протекают при коррозии цинка в контакте с железом в соляной кислоте в условиях воздуха.

Решение. На поверхности раздела металл–раствор имеются участки металлического цинка и металлического железа. Определим, какой металл легче окисляется. С термодинамической точки зрения цинк окисляется легче, чем железо, что показывает сравнение их электродных потенциалов: = –0,44 В, = –0,76 В (табл. 1 приложения). Поэтому процесс окисления (анодный процесс) локализуется на поверхности цинка:

А. Zn – 2ē ® Zn²⁺,

что приводит к его разрушению.

Окислитель – ион Н⁺ из раствора соляной кислоты. При сравнении электродных потенциалов окислителя и восстановителя видно, что =
= +0,186 В > = –0,76 В, т. е. согласно уравнению (5) процесс коррозии цинка возможен.

Катодный процесс – восстановление ионов водорода:

К. 2Н⁺ + 2ē ® Н²

– локализуется там, где он протекает с наибольшей скоростью, т. е. где наименьшее перенапряжение выделения водорода: = 0,36 В; = 0,83 В (табл. 6 приложения).

Сравниваем электродные потенциалы окислителя, т. е. катодного процесса восстановления ионов водорода на железе и на цинке, используя уравнение (2) и данные табл. 2 и 6 приложения:

= 0,186 – 0,36 = –0,174 В;

= 0,186 – 0,83 = –0,644 В.

Поскольку электродный потенциал окислителя, т. е. катодного процесса восстановления ионов Н⁺ на железе более положительный, чем потенциал восстановления ионов Н⁺ на цинке, то катодный процесс локализуется на железе. Скорость катодного процесса на железе выше, чем на цинке, поэтому общая скорость коррозии цинка, находящегося в контакт с железом в кислой среде, намного выше, чем чистого цинка.

Пример 4. Коррозия железа в растворе соли ZnCl₂ протекает с водородной деполяризацией. Объясните это явление. Напишите соответствующие уравнения реакций.

Решение. Электродный потенциал окислителя (ионов цинка) =
= –0,76 В, более отрицательный, чем электродный потенциал восстановителя – железа, = –0,44 В (табл. 1 приложения), поэтому железо не восстанавливает металлического цинка из раствора ZnCl₂. Соль ZnCl₂, образованная сильной кислотой и слабым основанием, подвергается гидролизу по катиону:

ZnCl₂ + H₂О ® ZnOHCl + HCl;

Zn²⁺ + HОH ® ZnOH⁺ + H⁺; рН < 7.

Вследствие гидролиза раствор соли ZnCl₂ обладает кислыми свойствами. В кислоте окислителем является ион Н⁺. Электродный потенциал окислителя в атмосфере воздуха = 0,186 В (табл. 2 приложения), больше потенциала восстановителя – железа, поэтому согласно уравнению (7.5) коррозия железа в растворе ZnCl₂ термодинамически возможна.

Коррозионный процесс описывается уравнениями:

А. Fe – 2ē ® Fe²⁺;

К. Fe, 2Н⁺ + 2ē ® Н₂.

Анодные и катодные участки локализуются на железе.

Пример 5. Покажите, какие процессы протекают при коррозии марганца в соляной кислоте. Как изменится скорость коррозии марганца, если к кислоте добавить раствор соли Pb(NO₃)₂. Напишите уравнения анодных и катодных процессов, протекающих на воздухе при коррозии: а) марганца в соляной кислоте; б) марганца в кислоте в присутствии соли Pb(NO₃)₂. Обоснуйте протекание этих процессов, используя данные табл. 1, 2 и 6 приложения.

Решение. Восстановитель – марганец = –1,18 В, окислитель – ионы водорода кислоты, = 0,186 В (табл. 1, 2 приложения). Коррозия термодинамически возможна, так как j_вос-ля < j_ок-ля.

Анодные и катодные участки локализуются в случае а) на марганце. Коррозионный процесс описывается уравнениями:

А. Mn – 2ē ® Mn²⁺;

К. Mn, 2Н⁺ + 2ē ® Н₂.

В случае б) марганец вытесняет из раствора соли Pb(NO₃)₂ металлический свинец, так как = –1,18 < = –0,13 (табл. 1 приложения). Протекающая окислительно-восстановительная реакция описывается уравнением

Mn + Pb²⁺ ® Mn²⁺ + Pb.

Губчатая пленка металлического свинца на поверхности марганца экранирует марганец от действия окружающей среды (кислоты) и способствует возникновению контакта Mn/Pb в кислоте. При этом марганец работает анодом и растворяется:

А. Mn – 2ē ® Mn²⁺.

Катодный процесс (процесс восстановления)

К. 2Н⁺ + 2ē ® Н₂

протекает с большей скоростью тоже на Mn, так как = 0,5 << = 1,23 В (табл. 6 приложения). Но поскольку поверхность марганца экранирована металлическим свинцом, а скорость выделения водорода на свинце очень мала, то в целом скорость коррозии (окисления) марганца в кислоте при добавлении раствора нитрата свинца резко уменьшается.

Дата добавления: 2015-07-11