отчётлаб7ЛЭТИ хим 1сем. Коррозия и защита металлов

• Название: Коррозия и защита металлов
• Анкор: отчётлаб7ЛЭТИ хим 1сем
• Дата: 01.03.2022
• Размер: 0.74 Mb.
• Имя файла: отчётлаб7ЛЭТИ хим 1сем.docx
• Тип: Отчет; #379147

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра физической химии


отчет

по лабораторной работе №7

по дисциплине «Химия»

Тема: Коррозия и защита металлов

Студент гр. 1584		Усков А.Д.
Преподаватель		Васильев Б.В.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы: изучение влияния некоторых факторов на протекание процессов химической и электрохимической коррозии и методов защиты металлов от коррозии.

Основные теоретические положения

Коррозия – это процесс самопроизвольного разрушения металлов или металлических сплавов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с агрессивной окружающей средой.

Химическая коррозия – разновидность коррозии, при которой металлы разрушаются вследствие протекания гетерогенных химических реакций: это или взаимодействие с агрессивными газами при высоких температурах, исключающих конденсацию влаги на поверхности металла, или растворение металла в органических средах, не проводящих ток.

Электрохимическая коррозия - разновидность коррозии, протекающая в проводящих ток средах.

Металл (или участок металла) с более отрицательным электродным потенциалом выступает в качестве анода. На аноде протекает процесс окисления металла, который можно записать: Me⁰ – nē  Meⁿ⁺

Менее активный металл (участок металла) является катодом. На катоде протекает процесс восстановления. Катодные процессы протекают с участием молекул и ионов среды, и отличаются в зависимости от среды, в которой протекает коррозия в различных средах:

в кислой среде: 2H⁺ + 2e^- → H₂

в кислой среде с участием растворенного кислорода: O₂ + 4e^- + 4H⁺ → 2H₂O

• 
  в нейтральной и щелочной среде: 2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH
  
• 
  в нейтральной и щелочной среде с участием растворенного кислорода:
  

O₂ + 4e^- + 2H₂O → 4OH^-

Основные методы защиты от коррозии: повышение коррозийной стойкости металлов и сплавов легированием (ввести в состав хром, никель, медь или алюминий), снижение агрессивности коррозийной среды (ввести в среду замедлители (ингибиторы) коррозии или уменьшить содержания в ней деполяризатора), защита электрическим током (подвергнуть металл внешней поляризации), нанесение защитных покрытий (покрыть металл лаком, краской или эмалью).

Обработкарезультатов

Опыт 14.2.Коррозиядвухконтактирующихметаллов

14.2.1 Записать уравнения возможных реакций, полуреакции окисления и восстановления. Объяснить, почему реакция цинка с кислотой протекает, а с медью – нет.

Наблюдение: на цинковой пластине образуются пузыри водорода. Протекает реакция: Zn + H2SO4→ ZnSO4 + H2↑ Окисление: Zn – 2e → Zn2+ Восстановление: 2H+ + 2e → H2↑ Объяснение: Цинк обладает более отрицательным потенциалом, нежели медь и, поэтому в кислой среде поддаётся коррозии. Не протекает реакция:Cu + H2SO4→ CuSO4 + H2↑ Объяснение: Медь обладает более положительным потенциалом и является малоактивным металлом, реакция не пройдёт.

14.2.2

Наблюдение:на медной пластине образуются пузыри водорода. Протекает реакция: А(Zn): Zn – 2e → Zn2+ К(Cu):2H+ + 2e → H2↑ Объяснение: В данной реакции, из-за соприкосновения цинковой и медной пластины, образуется короткозамкнутый гальванический элемент, в котором катодом является медь, а анодом — цинк. Процесс выделения водорода интенсифицируется, так как увеличивается площадь поверхности, участвующая в реакции.

Опыт 14.3.Влияниемеханическихнапряженийвметалленаегокоррозию.

Наблюдения: 1 – на изогнутых участках – раствор окрашивается в синий 2 – на прямых участках – раствор окрашивается в розовый Процессы коррозии: А(1): Fe – 2e → Fe2+ К(2): 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH- Качественные реакции: Fe2+ + K2[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6]↓ OH- + фенолфталеин → розовый окрас Объяснение: При сгибании проволоки меняется структура её поверхностного слоя, что может вызвать изменение потенциала на отдельных участках, разрушение защитных пленок, и как следствие этого — увеличение скорости коррозии.

Опыт 14.4.Влияниенеравномернойаэрациинапроцесскоррозии

Наблюдения: 1 – на погруженном участке раствор окрашивается в синий 2 – у поверхностираствор окрашивается в розовый Процессы коррозии: А(1): Fe – 2e → Fe2+ К(2): O2 + 2H2O + 4e → 4OH- Качественные реакции: Fe2+ + K2[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6]↓ OH- + фенолфталеин → розовый окрас Объяснение: На поверхности находится кислород, который, как катод, восстанавливается с образованием OH- ионов, уже реагирующих с погруженным в раствор железом, являющимся анодом.

Опыт 14.5.Действиестимуляторакоррозии

Раствор: CuSO4

Раствор: CuCl2

Наблюдения: реакция 1 протекает медленнее, чем реакция 2. Реакции (в молекулярном, полном и сокращенном ионно-молекулярном виде): 1. В растворе CuSO4 2Al + 3CuSO4→ Al2(SO4)3 + 3Cu 2Al0 + 3Cu2+ + 3SO42-→ 2Al 3++ 3SO42- +3Cu0 2Al0 + 3Cu2+→ 2Al3++ 3Cu0 Окисление: 2Al0 - 6e → 2Al3+ Восстановление: 3Cu2+ + 6e → 3Cu0 2.В раствореCuCl2 2Al + 3CuCl2→ 2AlCl3 + 3Cu 2Al0 + 3Cu2+ +6Cl-→ 2Al3+ + 6Cl- + 3Cu0 2Al0 + 3Cu2+→ 2Al3+ + 3Cu0 Окисление: 2Al0 - 6e → 2Al3+ Восстановление: 3Cu2+ + 6e → 3Cu0 В (водном) раствореCuCl2идет побочная реакция алюминия с водой с выделением водорода: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑ Окисление: 2Al0 - 6e → 2Al3+ Восстановление: 6H2O + 6e → 3H2 + 6OH- Объяснение: При окислении алюминия образуются ионы Cl-, являющиеся катализаторами коррозии.

Опыт 14.6.Защитноедействиеоксиднойпленки

1 .

1. Образование жидкого сплава ртути и алюминия – амальгамы алюминия: Наблюдения: образование рыхлого слоя на алюминиевой пластине. Реакция: Al + Hg(NO3)2→ AlHg + Al(NO3)2 2. Наблюдения: образование пузырьков водорода. Реакция: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑ Окисление: 2Al0 - 6e → 2Al3+ Восстановление: 6H2O + 6e → 3H2 + 6OH- Объяснение: При образовании жидкого сплава Al и Hg, разрушается прочная оксидная плёнка Al, из-за чего он и подвергается коррозии в воде.

2.

Опыт 14.8.Анодноеикатодноепокрытия

1. оценкованное железо Fe/Zn	2. луженое железо Fe/Sn	Наблюдения: Появление синей окраски наблюдается на 1пластине. Процессы коррозии: Оцинкованное железо: 1. А(Zn): Zn – 2e → Zn2+ К(Fe): 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH- Луженое железо: 2. А(Fe): Fe – 2e → Fe2+ К(Sn): 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH- Качественная реакция: Fe2+ + K2[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6]↓ Объяснение: Анодным покрытием является цинк, а катодным — олово. Покрытие из цинка п родолжает защищать железо от коррозии, так к Ак последнее остаётся катодом в данном короткозамкнутом гальваническом элементе.

Опыт 14.9.Протекторнаязащита

1.	2.	Наблюдения: 1. Образование осадка не происходит. 2. Образуется жёлтый осадок. Реакции и процессы коррозии: 1. Pb + CH3COOH → Pb(CH3COO)2 + H2↑ Окисление: Pb – 2e → Pb2+ Восстановление: 2H+ + 2e → H2↑ Качественная реакция: Pb2+ + 2I-→ PbI2↓ 2. Zn + CH3COOH → Zn(CH3COO)2 + H2↑ А(Zn): Zn – 2e → Zn2+ К(Pb): 2H+ + 2e → H2↑Объяснение: Протекторная защита состоит в том, что на поверхность металла наносят более активный (более электроотрицательный), который становится анодом и реагирует с агрессивной средой вместо защищаемого металла, делая его катодом.

Опыт 14.10.Влияниеингибиторанакоррозию металла

1.

2.

Наблюдения: в 1 реакция быстрая, появляется синий окрас, в 2 реакция замедлена. Реакция: Fe + H2SO4→ FeSO4 + H2↑ Окисление: Fe – 2e → Fe2+ Восстановление: 2H+ + 2e → H2↑ Качественная реакция: Fe2+ + K2[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6]↓ Объяснение: Уротропин имеет свойство избирательно адсорбироваться на поверхности металла, образуя плёнку, которая тормозит коррозию металла.

Выводы: Экспериментально установлено, что на коррозию металлов влияют образование макро-/микрогальванических пар, механическое напряжение, неравномерная аэрация, действие стимулятора коррозии(катализатора) и действие ингибиторов, в данном случае уротропина. Металл можно защитить, используя протекторную защиту, покрыв его оксидной плёнкой, анодным или катодным покрытием.