Рабочая тетрадь по химии. Рабочая тетрадь по химии для студентов, обучающихся по всем образовательным программам бакалавриата и специалитета

• Название: Рабочая тетрадь по химии для студентов, обучающихся по всем образовательным программам бакалавриата и специалитета
• Дата: 08.12.2021
• Размер: 1.37 Mb.
• Имя файла: Рабочая тетрадь по химии.docx
• Тип: Учебное пособие; #297189
• страница: 12 из 15

Работа 11. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ. ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

Цель работы

• 
  Разобраться в сущности, механизма химической и электрохимической коррозии металлов и сплавов.
  
• 
  Ознакомиться с факторами, влияющими на скорость коррозии.
  
• 
  Рассмотреть важнейшие методы защиты металлов от коррозии.
  

Теоретические сведения

Коррозией называется разрушение металлов и сплавов в результате взаи­модействия их с агрессивной окружающей средой. Данный процесс протекает самопроизвольно (ΔG < O), причиной чего является термодинамическая неус­тойчивость металлов. В результате коррозии металл окисляется, окислитель ок­ружающей среды восстанавливается.

По механизму протекания процесса различают химическую и электрохи­мическую коррозию. Сущность химической коррозии сводится к непосредст­венному взаимодействию металла с окислителем окружающей среды, в резуль­тате электроны от металла переходят к окислителю. Процесс окисления и вос­становления происходит на одних и тех же участках поверхности металла. Кор­розия по химическому механизму протекает в неэлектропроводящих средах: атмосфере сухих газов, растворах неэлектролитов.

Сущность электрохимической коррозии сводится к возникновению и рабо­те коррозионных (короткозамкнутых гальванических) элементов. Следствием этого является то, что процессы окисления и восстановления идут на различных участках поверхности металла, что сопровождается движением электронов внутри металла. На анодных участках поверхности идет окисление металла:

Me⁰ – ne^- = Meⁿ⁺.

На катодных участках поверхности в нейтральной или щелочной средах идут процессы восстановления кислорода:

O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^-

В кислой среде – выделение водорода:

2H⁺ + 2e^- → H₂⁰.

Коррозия по электрохимическому механизму протекает в средах, проводящих электрический ток: влажной атмосфере, почве, растворах электролитов.

На скорость коррозии влияют как внутренние факторы (неоднородность сплава по химическому и фазовому составам, дефекты кристаллической решетки, наличие примесей и др.), так и внешние (реакция среды, наличие ионов – актививатор коррозии, агрессивных газов и др.).

Многообразные методы защиты от коррозии, по сути их действия делятся на 4 группы:

• 
  Легирование металлов
  
• 
  Защитные покрытия
  
• 
  Электрохимическая защита
  
• 
  Изменение свойств коррозионной среды
  

Рабочее задание

Задание 1. Изучение механизма коррозионных процессов. Коррозия меди в атмосфере йода (демонстрационно, в вытяжном шкафу)

Медную проволоку зачистите наждачной бумагой, обратите внимание на цвет и состояние поверхности до опыта. В тигель, закрепленный в штативе, по­местите несколько кристалликов йода и медную проволоку, прикрепленную к крышке тигля. Нагрейте до появления газообразного йода.

Через 2-3 минуты выньте медную проволоку из тигля. Изменилась ли по­верхность медной проволоки? О чем это свидетельствует?







Напишите молекулярное и электронные уравнения реакции взаимодейст­вия Cu с J₂, имея в виду, что на поверхности образовалась соль Cu₂J₂.









По какому механизму: химическому или электрохимическому, протекает коррозия в данном случае? В чем заключается её сущность?









Коррозия при контакте двух металлов

Возьмите две канцелярские скрепки (Fe), в одной из них укрепите мед­ную проволоку, в другой – гранулу цинка.

В две пробирки налейте примерно по 2 мл серной кислоты и добавьте не­сколько капель красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆], опустите в одну из них скрепку с медью, в другую - скрепку с цинком. Красная кровяная соль – реак­тив на ионы Fe⁺². В присутствии этих ионов раствор окрашивается в синий цвет образующимся осадком темно-синего цвета «турнбулевой сини»:

.

Запишите схемы возникших коррозионных элементов. Разберите работу каждого из них. Напишите уравнения электродных процессов.

По какому механизму протекает коррозионный процесс и в чем заключается его сущность?













Факторы, влияющие на скорость коррозии. Влияние OH иона на скорость коррозии (активаторы и ингибиторы коррозии)

Возьмите две пробирки, налейте в них по 2-3 мл соляной кислоты. В одну опустите гранулу алюминия, в другую – железную скрепку. Нагрейте обе пробирки до равномерного выделения пузырьков водорода. Запишите уравне­ния происходящих реакций.







Затем в обе пробирки добавьте около 0,5 мл концентрированного раство­ра NaOH. Что происходит? Запишите наблюдения в тетрадь. Какую роль играет ион ОН^- в каждом рассмотренном случае?







Влияние хлорид-иона на коррозию алюминия

В две пробирки налейте примерно по 2 мл сульфата меди, в каждую из них опустите по грануле алюминия. В одну из пробирок добавьте на кончике микрошпателя кристаллический хлорид натрия. Опишите наблюдаемое. Какую роль играет ион Сl?







Влияние образования коррозионного элемента на скорость коррозии цинка

В пробирку налейте 2-3 мл серной кислоты, поместите в нее гранулу цинка. Обратите внимание на скорость выделения водорода. Запишите уравне­ние проходящей реакции.

Опустите в кислоту медную проволоку, не доводя ее до соприкосновения с цинком. Выделяется ли водород на меди? Погрузите медную проволоку так, чтобы она касалась гранулы цинка. Опишите наблюдаемую картину. Объясни­те, почему в данном случае на меди выделяется водород, составьте схему обра­зовавшегося коррозионного элемента и запишите уравнения электродных про­цессов.







Сравните интенсивность выделения водорода в первом и во втором слу­чае. Что можно сказать о скорости коррозии цинка в обоих случаях?







Коррозия металла в результате различного доступа кислорода (демонстрационно)

Зачистите стальную пластину наждачной бумагой, промойте дистиллиро­ванной водой, высушите фильтровальной бумагой.

На поверхность пластины пипеткой нанесите каплю специально приготов­ленного раствора, содержащего хлорид-ионы (активатор коррозии) и K₃[Fe(CN)₆] (реактив на ионы Fe²⁺). Через 2-3 минуты добавьте каплю фенол­фталеина (рис. 10).

Опишите наблюдаемую картину и объясните её, имея в виду, что окисли­телем является растворенный в воде кислород. Известно, что концентрация ки­слорода уменьшается с увеличением толщины слоя воды.









Железо легко пассивируется, поэтому чем больше концентрация кислорода у поверхности железа, тем поверхность более пассивна, то есть потенциал её имеет более положительное значение по сравнению со стандартным электрод­ным потенциалом.

Учитывая вышесказанное, составьте схему коррозионного элемента, ра­ботающего в рассматриваемом случае, и напишите уравнения электродных процессов. Подтверждают ли экспериментальные наблюдения теоретические данные?









Рис. 10. Схема коррозии стальной пластинки при различном доступе кислорода

Задание 2. Защита металлов от коррозии. Защитные свойства металлических покрытий

В две пробирки налейте по 2-3 мл соляной кислоты и добавьте по 2-3 ка­пли K₃[Fe(CN)₆] – реактив на ионы Fe²⁺. В одну пробирку поместите пластину луженого (покрытого оловом) железа, в другую - оцинкованного железа. Пред­варительно края каждой пластины зачистите наждачной бумагой.

На каком образце появилось синее окрашивание? О чем это свидетельствует?

Составьте схемы коррозионных элементов и разберите их работу. Укажите, какое покрытие катодное, какое - анодное.

Какой из двух металлов будет защищать железо более длительное время при равных условиях, если покрытия не нарушены?













Действие ингибитора на коррозию железа

В три пробирки налейте примерно по 2-3 мл соляной кислоты, в каждую из них опустите канцелярскую скрепку (Fe). Если скорость выделения водорода невелика, пробирки нагрейте на спиртовке до равномерного выделения пузырьков газа. Затем в первую пробирку добавьте на кончике микрошпателя уротропин, во втору. – 0,5-1 мл формалина, третья пробирка – контрольная. Сравните интенсивность выделения водорода в пробирках. Какова роль уротропина и формалина?







Выводы

1. 
   Сделайте заключение о сущности коррозии по химическому и электрохимическому механизму.
   
2. 
   Укажите, какие факторы влияют на скорость коррозии.
   
3. 
   Перечислите основные группы методов защиты металлов от коррозии.
   

Домашнее задание

Задание 1. При нарушении цинкового покрытия на железном изделии во влажном воздухе на катоде будет протекать реакция, уравнение которой имеет вид …

○ 1) O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^- ○ 2) Zn⁰ – 2e^- → Zn²⁺

○ 3) Fe²⁺ + 2e^- → Fe⁰ ○ 4) Fe⁰ – 2e^- → Fe²⁺

Напишите уравнение анодного процесса. По какому механизму протекает коррозионный процесс?







Задание 2. Для защиты медных изделий от коррозии в качестве катодного покрытия можно использовать … ○ 1) Ag ○ 2) Ni ○ 3) Cr ○ 4) Sn

Напишите электронные уравнения процессов, происходящих при нарушении выбранного покрытия (среда кислая). По какому механизму протекает коррозионный процесс?











Задание 3. Для защиты железных изделий от коррозии в качестве анодного покрытия используют … ○ 1) Олово ○ 2) Медь ○ 3) Цинк ○ 4) Серебро

Напишите электронные уравнения процессов, происходящих при нарушении выбранного покрытия (среда кислая). Укажите механизм, по которому протекает коррозионный процесс.