Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Коррозия и защита металлов

ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ

Решение типовых задач

Пример 1. Для тантала (Та) выпишите валентные электроны в нормальном и возбужденном состояниях, перечислите все возможные степени окисления, приведите формулы оксидов и гидроксидов для наиболее устойчивых степеней окисления, указав их окислительно-восстановительный и кислотно-основной характер.

Р е ш е н и е

Тантал № 73 (Та).

Валентные электроны тантала:

нормальное состояние

6 s

5 d;

степени окисления: 0, 1+, 2+, 3+;

возбужденное состояние

6 р

6 s

5 d;

степени окисления: 0, 1+, 2+, 3+, 4+, 5+.

Оксиды: ТаО; Та₂О₃; Та₂О₅

основной амфотерный кислотный.

Гидроксиды: Та(ОН)₂; Та(ОН)₃.

Окислительно-восстановительные свойства:

Та⁺ может отдать 4 электрона и присоединить 1 электрон;

Та²⁺ может отдать 3 электрона и присоединить 2 электрона;

Та³⁺ может отдать 2 электрона и присоединить 3 электрона;

Та⁴⁺ может отдать 1 электрон и присоединить 4 электрона;

следовательно, все они могут быть восстановителями и окислителями;

Та⁵⁺ - безусловный окислитель, так как может только принимать электроны.

Пример 2. Запишите предполагаемое уравнение химической реакции взаимодействия олова с азотной кислотой (концентрированной). Уравняйте стехиометрические коэффициенты ионно-электронным методом. Рассчитайте Δ G ⁰ химической реакции и сделайте вывод о ее термодинамической вероятности без учета перенапряжения.

Р е ш е н и е

Cu + HNO₃ (конц) = Cu(NO₃)₂ + H₂O + NO₂

восст. окисл.

Cu - 2 Cu²⁺ (NO₃)^– + 2H⁺ NO₂ + H₂O
Cu + 2(NO₃)^– + 4H⁺ = Cu²⁺ + 2NO₂ + 2H₂O

2NO 2NO

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

φ = + 0,34 В; φ = +0,77 В; Е ⁰ = φ - φ ;

-2·96500(0,77 – 0,34) ·10^-3 = -82,99 кДж/моль.

Реакция термодинамически вероятна.

Пример 3. По значениям электродных потенциалов окислителя и восстановителя выясните, может ли хром применяться для восстановления ионов олова и бария из отработанных электролитов?

Р е ш е н и е

2Сr + 3SnCl₂ = 2CrCl₃+ 3Sn⁰

восст. окисл.

φ = - 0,744 В; φ = -0,136 В.

Так как φ_окисл > φ_восст, реакция термодинамически вероятна.

2Cr + 3Ba(NO₃)₂= 3Ba⁰ + 2Cr(NO₃)₃

восст. окисл.

φ = -2,9 В.

Так как φ_окисл < φ_восст, реакция термодинамически невозможна.

Следовательно, хром может использоваться только для восстановления олова из раствора SnCl₂.

Пример 4. Для подготовки поверхности перед нанесением защитного покрытия требуется удалить оксиды металлов, образовавшиеся самопроизвольно или в результате термообработки. Исходя из кислотно-основного характера оксидов и приведенных данных рассчитайте, в каком из двух электролитов (H₂SO₄, KOH) оксид FeO может быть удален полностью.

Р е ш е н и е

Оксид – FeO; масса оксида равна 100 г; электролиты - H₂SO₄, KOH с концентрацией 3 моль/л, объемом 1,5 л.

Оксид FeO обладает основными свойствами и поэтому взаимодействует с кислотами

FeO + H₂SO₄= FeSO₄ + H₂O.

Число молей FeO (n) равно числу молей H₂SO₄:

Масса FeO (m): 72·4,5 = 324 г.

Таким образом, оксид FeO массой 100 г может быть полностью удален с поверхности, так как электролита хватает для стравливания гораздо большей массы FeO.

Пример 5. С целью удаления дефектного покрытия, основную часть которого составляет железо, образец подвергается травлению в азотной кислоте в течение 15 мин. Рассчитайте, какой объем азотной кислоты потребуется для полного удаления покрытия. Площадь поверхности образца 5 см², концентрация азотной кислоты 2 моль/л, скорость травления V _тр равна 0,112 г/см².

Р е ш е н и е

2 Fe + 8HNO₃ = 3Fe(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Масса железа, вступающего в реакцию, по уравнению равна 2·55,6 г. На 2 моля железа приходится 8 молей азотной кислоты.

2·55,6 г Fe реагирует с 8 молями HNO₃

х г Fe реагирует с 2 моль/л· V л HNO₃

(масса Fe) х = ;

масса Fe = V _тр ·t·S = 0,112 г/см²·15 мин·5 см² = 8,4 г,

(объем электролита HNO₃) V = .

Задачи

7.1. Для указанных металлов выпишите валентные электроны в нормальном и возбужденном состояниях, перечислите все возможные степени окисления, приведите формулы оксидов и гидроксидов для наиболее устойчивых степеней окисления, указав их окислительно-восстановительный и кислотно-основной характер.

Таблица 7.1

Вариант	Металл	Вариант	Металл
	Ti	1’	Fe
	Pt	2’	Ru
	Zn	3’	Cr
	V	4’	Rb
	Ag	5’	In
	Ga	6’	Cd
	Cu	7’	Zr
	W	8’	Sn
	Al	9’	Hg
	Nb	10’	Mo
	Sr	11’	Re
	Ni	12’	Au
	Mn	13’	La
	Ba	14’	Pb
	Hf	15’	Cd

7.2. Запишите предполагаемое уравнение химической реакции взаимодействия металла с указанным электролитом. Уравняйте стехиометрические коэффициенты ионно-электронным методом. Рассчитайте ΔG химической реакции и сделайте вывод о ее термодинамической вероятности без учета перенапряжения.

Таблица 7.2

Вариант	Металл	Электролит	Вариант	Металл	Электролит
	Cu	H₂SO₄, конц.	1’	Ti	HCl, pазб.
	Zn	H₂SO₄, pазб.	2’	V	H₂SO₄, конц.
	Al	NaOH	3’	Fe	NaOH
	Sn	H₂SO₄, конц.	4’	Ag	H₂SO₄, конц.
	Mg	H₂O	5’	Sr	H₂O
	Ni	HNO₃, разб.	6’	Zn	H₂SO₄, конц.
	Ga	H₂SO₄, pазб.	7’	Fe	H₂SO₄, конц.
	Cr	HNO₃, разб.	8’	Pb	H₂SO₄, конц.
	Ga	H₂SO₄, конц.	9’	Ag	HNO₃, разб.
	Al	HNO₃, конц.	10’	Sn	HCl, pазб.
	Pb	HNO₃, разб.	11’	V	HNO₃, разб.
	Ca	H₂O	12’	Sr	H₂SO₄, pазб.
	Cr	H₂SO₄, pазб.	13’	Cu	HNO₃, конц.
	Ga	NaOH	14’	Mg	HNO₃, разб.
	Ni	H₂SO₄, конц.	15’	Ca	H₂SO₄, pазб.

7.3. По значениям электродных потенциалов окислителя и восстановителя выясните, может ли данный металл применяться для восстановления ионов металлов из отработанных электролитов.

Таблица 7.3

Вари-ант	Металл	Электролит	Вари-ант	Металл	Электролит
	Fe	SnCl₂, MnSO₄	1’	Ca	LiCl, Co(NO₃)₂
	Zn	GaCl₃,Ba(NO₃)₂	2’	Cr	FeCl₂, MgCl₂
	Mg	Ca(NO₃)₂, MnCl₂	3’	Sn	In(NO₃)₃, Cd(NO₃)₂
	In	CuSO₄, CrCl₃	4’	Ag	Sr(NO₃)₂, CdCl₃
	Co	FeSO₄, PbCl₂	5’	Fe	VCl₂, Mn(NO₃)₂
	Ni	SnCl₂, LiCl	6’	Sr	ZnSO₄, NiSO₄
	Cd	Co(NO₃)₂, Pb(NO₃)₂	7’	Al	MnCl₂, LaCl₃
	Cu	Ga(NO₃)₃, AgNO₃	8’	Ti	Co(NO₃)₂, CrCl₃
	Ba	FeCl₂, Mg(NO₃)₂	9’	V	FeSO₄, AlCl₃
	Hg	InCl₃, CuSO₄	10’	Co	Ba(NO₃)₂, SnCl₂
	Pb	LaCl₃, Cu(NO₃)₂	11’	Mn	InCl₃, MgCl₂
	Sn	Cr₂(SO₄)₃, AgNO₃	12’	Pb	Sn(NO₃)₂, CuSO₄
	Mn	BaCl₂, GaCl₃	13’	In	GaCl₃, Pb(NO₃)₂
	Ga	PbCl₂, In(NO₃)₃	14’	Al	SrCl₂, V(NO₃)₂
	La	SnSO₄, SrCl₂	15’	Cr	Al(NO₃)₃, CdCl₂

7.4. Для подготовки поверхности перед нанесением защитного покрытия требуется удалить оксиды металлов, образовавшиеся самопроизвольно или в результате термообработки. Исходя из кислотно-основного характера оксидов и приведенных данных, рассчитайте, в каком из двух предлагаемых электролитов оксид может быть удален полностью. Концентрация электролитов 3 моль/л, объем 1,5 л, масса оксида 100 г.

Таблица 7.4

Вариант	Оксид	Электролиты	Вариант	Оксид	Электролиты
	FeO	HNO₃, NaOH	1’	TiO₂	H₂SO₄, NaOH
	Al₂O₃	HCl, KOH	2’	SnO₂	HNO₃, KOH
	MnO₃	H₂SO₄, NaOH	3’	CuO	H₂SO₄, KOH
	ZnO	H₂SO₄, NaOH	4’	PbO	HNO₃, NaOH
	SnO	HNO₃, KOH	5’	Nb₂O₅	HCl, NaOH
	PbO₂	HCl, KOH	6’	CrO	H₂SO₄, KOH
	Cu₂O	H₂SO₄, NaOH	7’	Mo₂O₃	H₂SO₄, KOH
	Fe₂O₃	HNO₃, KOH	8’	ScO	HNO₃, KOH
	MnO	HNO₃, KOH	9’	Fe₂O₃	HCl, NaOH
	NiO	H₂SO₄, NaOH	10’	Nb₂O₅	H₂SO₄, NaOH
	V₂O₃	H₂SO₄, KOH	11’	MgO	HNO₃, KOH
	MoO	HNO₃, KOH	12’	Ru₂O₃	HNO₃, NaOH
	Sc₂O₃	H₂SO₄, NaOH	13’	BaO	H₂SO₄, KOH
	CaO	HCl, NaOH	14’	Cr₂O₃	H₂SO₄, KOH
	CrO₃	H₂SO₄, KOH	15’	Mn₂O₃	HNO₃, NaOH

7.5. С целью удаления дефектного покрытия, основную часть которого составляет указанный металл, образец подвергается травлению в электролите. Рассчитайте, какой объем электролита потребуется для полного удаления покрытия. Площадь поверхности образца 5 см², концентрация электролита (с), время обработки (t) и скорость травления (V _тр) приведены в таблице. При записи уравнения химической реакции учтите концентрацию кислоты (концентрированная или разбавленная).

Таблица 7.5

Вариант	Металл	Электролит	с,моль/л	t, мин	V _тр, г/см²·мин
	Cu	HNO₃			0,128
	Fe	HCl			0,280
	Mg	H₂SO₄	3,5		0,458
	Zn	HCl	2,5		0,109
	Ti	HNO₃	4,5		0,130
	Ni	H₂SO₄			0,590
	Co	HNO₃	5,5		0,074
	Cu	H₂SO₄			0,320
	Zn	H₂SO₄			0,392
Продолжение табл. 7.5
	Sn	HNO₃			0,148
	Ni	HNO₃	4,5		0,113
	Fe	H₂SO₄			0,112
	Al	HCl	1,5		0,068
	Cd	HNO₃	3,5		0,262
	Ti	HNO₃			0,407
1’	Pb	HNO₃	3,5		0,310
2’	Co	H₂SO₄		3,5	0,304
3’	Mg	HCl			0,432
4’	Al	H₂SO₄	1,5		0,108
5’	Cr	HNO₃			0,390
6’	Mn	H₂SO₄			0,336
7’	Co	HCl			0,094
8’	In	H₂SO₄			0,382
9’	Sn	HNO₃			0,298
10’	Fe	HNO₃			0,400
11’	Al	HNO₃	2,5		0,420
12’	Cd	H₂SO₄			0,300
13’	Pb	HNO₃			0,550
14’	Mg	H₂SO₄			0,642
15’	Zn	HNO₃	3,5		0,228

7.6. Олово со свинцом образует легкоплавкую эвтектику «третник», являющуюся припоем при низкотемпературной пайке различных металлов. Рассчитайте, какой объем газа выделится при растворении 15 г припоя, содержащего 61 % Sn и 39 % Pb в концентрированной азотной кислоте при н.у., учитывая, что олово растворяется с образованием оловянной кислоты H₂SnO₃, а свинец образует нитратную соль.

7.7. Одним из методов очистки ртути от примесей является промывка в слабом растворе HNO₃. Ртуть в нем не растворяется, а примеси металлов переходят в ионное состояние. Рассчитайте, какой объем 0,5 моль/л раствора HNO₃ потребуется для очистки Hg(Zn) массой 10 г, если загрязненность цинком составляет 25 масс.%. Продуктом восстановления азотной кислоты считать N₂.

7.8. Для металлургии хром получают в виде сплава с железом (феррохром) восстановлением хромистого железняка углем в электрической печи. Рассчитайте, сколько Fe, Cr и CO получится при восстановлении 1 кг железняка.

7.9. Проанализируйте характер изменения кислотно-основных свойств в ряду оксидов металлов: Ga₂O₃ – In₂O₃ – Tl₂O₃ и оцените, какой из оксидов более энергично взаимодействует с простыми кислотами. Ответ обоснуйте расчетом Δ G химического взаимодействия оксидов с HCl.

7.10. При взаимодействии ниобия со фтором и последующим растворением полученного пентафторида во фториде калия получается комплексная соль гексафторониобата калия. Рассчитайте массу комплексной соли, которая может быть получена из 20 г Nb.

7.11. Карбид натрия получается при непосредственном взаимодействии металла с углеродом и далее разлагается водой с выделением гидроксида металла и углеводорода. Запишите уравнения химических реакций и рассчитайте массу натрия, если в результате взаимодействия получено 11,2 л метана - СН₄.

7.12. Основным природным минералом марганца является пиролюзит MnO₂. Рассчитайте, сколько марганца образуется при восстановлении его из 1 кг MnO₂ методом кремнийтермии.

7.13. Ванадий взаимодействует при сплавлении со щелочами в присутствии окислителей (например, О₂, Н₂О₂ и др.) с образованием анионного оксикомплекса [VO₄]^3-. Рассчитайте, сколько кислорода необходимо израсходовать для полного сплавления 5 г ванадия с КОН.

7.14. Рений, который входит в состав жаростойких покрытий и используется в электротехнической промышленности, обычно выделяют нагреванием NH₄ReO₄ в токе водорода. Рассчитайте, какое количество рения и азота можно получить из 1,5 кг рениевокислого аммония.

7.15. Гафний относительно легко растворяется в царской водке (смеси соляной и азотной кислот) с образованием комплексного соединения Н₂[HfCl₆]. Рассчитайте объем оксида азота (II), который выделится при полном растворении 15 г Hf.

7.16. В процессе отделения самородного золота от пустой породы одной из операций является его вытеснение из цианистых электролитов цинком по реакции

2Na[Au(CN)₂] + Zn = Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au.

Рассчитайте массу золота, которая может быть получена из 2 л 0,3 моль/л раствора дицианоаурата (I) натрия.

7.17. Рутений в виде компактного металла устойчив по отношению к кислотам и их смесям, но разрушается при сплавлении со щелочами в присутствии кислорода. Рассчитайте, какое количество Na₂RuO₄ образуется при полном сплавлении 20 г Ru с гидроксидом натрия и какой объем водяного пара при этом выделяется.

7.18. Платина (подобно золоту) растворяется лишь в царской водке (смеси азотной и соляной кислот). Рассчитайте, какой объем (н.у.) окиси азота (II) выделится при растворении 10 г Pt.

7.19. Объясните, как изменяются окислительные свойства гексафторидов металлов в ряду от WF₆ до PtF₆.

7.20. 12 %-ная хромистая нержавеющая сталь марки ЭИ-961 с малым содержанием никеля применяется для изготовления дисков, лопаток, пружин сжатия и других деталей, работающих в условиях нагрева до 600 ^оС и повышенной влажности. Рассчитайте массовое содержание элементов в 1 кг такой стали, если ее процентный состав: С – 0,15; Mn – 11; Ni – 12; W – 20; V – 0,20; Mo – 0,50; остальное Fe.

7.21. Пирометаллургический процесс извлечения меди из сернистых руд типа медного колчедана выражается следующей суммарной реакцией:

2CuFeS₂ + 5O₂+ 2SiO₂ = 2Cu + 2FeSiO₃ + 4SO₂.

Сколько меди можно получить из 1 т колчедана, если пустая порода составляет 28 %?

7.22. Кадмий, используемый для получения легкоплавких сплавов, электродов для щелочных аккумуляторов и других целей, получается пирометаллургическим методом из сернистой руды типа CdS. При этом сначала руда подвергается отжигу в кислороде, затем полученный оксид восстанавливают углем. Рассчитайте, сколько Cd можно получить из 500 кг такой руды?

7.23. Диоксиды актиноидов америция и самария являются сильными окислителями. Они, например, окисляют концентрированную соляную кислоту с выделением газообразного хлора. Рассчитайте, какое количество AmCl₃ получается в результате реакции полного восстановления 40 г диоксида америция.

7.24. Объясните, как изменяются окислительные свойства производных актиноидов Э (VI) в ряду от U (№ 92) до Am (№ 95).

7.25. Карбонат железа растворяется в воде, содержащей двуокись углерода, благодаря образованию растворимого бикарбоната железа, который на воздухе превращается в Fe(OH)₃. Учитывая это свойство, бутылки с минеральной водой, содержащей карбонаты железа, заполняются до отказа, чтобы исключить образование Fe(OH)₃. Запишите, какие реакции возможны в данном случае.

7.26. Сколько металлического иридия можно получить при нагревании в присутствии кислорода 40 г сульфида Ir₂S₃ с последующим термическим разложением полученного оксида иридия?

7.27. Лантаноиды активно взаимодействуют с водой и слабо пассивируются гидроксидными пленками. Рассчитайте, какой объем водорода выделится, если реакции подвергается 45 г гадолиния.

7.28. Оцените и объясните изменение прочности оксидов марганца по значениям теплот образования (-Δ Н кДж/моль)

оксиды MnO Mn₂O₃ MnO₂ Mn₂O₇

- Δ Н 389,53 973,6 524,67 690,4.

7.29. Для обезвоживания используется способность циркония разлагать воду при повышенных температурах с образованием оксида и гидроксида циркония (IV). Рассчитайте объем паров воды, который может быть уловлен при пропускании влажного газа через циркониевую сетку, если в реакцию вступает при этом 150 г поверхностного слоя Zr. Расчет ведите для н.у.

7.30. Какое количество металлического иридия, парообразного хлороводорода и хлорида аммония может быть получено при термическом разложении 200 г комплексной соли (NH₄)₂[IrCl₆]?

7.31. При действии смеси СО₂ и Н₂ на порошкообразный металлический марганец образуется MnO и Mn₃C. Рассчитайте, какое количество марганца вступает в реакцию, если в результате реакции выделяется 80 г MnO.

7.32. При нагревании без доступа воздуха 45 г металлического висмута с селеном получен селенид трехвалентного висмута Bi₂Se₃, который обладает фотоэлектрическими свойствами. При последующем окислении в кислороде образовалось 25 г SeO₂. Рассчитайте, какая доля висмута подверглась окислению.

7.33. При температуре выше 700^оС двуокись углерода окисляет молибден до трехокиси молибдена. Рассчитайте, какое количество МоО₃ и СО образуется в результате окисления 120 г молибдена.

7.34. Одним из методов получения металлического хрома является кремнийтермическое восстановление оксида хрома (III) в присутствии СаО. Рассчитайте, какое количество кремния понадобится для восстановления 20 г хрома и сколько совместно с ним образуется СаSiО₃.

7.35. Серебристо-белый порошок технеция, который является парамагнитным и тугоплавким металлом, получается искусственным путем: восстановлением при нагревании до 600 ^оС оксидов и сульфидов водородом в платиновой (или серебряной) лодочке, помещенной в трубку из тугоплавкого стекла. Рассчитайте, какое количество водорода потребуется для полного восстановления технеция из 120 г смеси порошков Тс₂О₇, ТсО₂ и Тс₂S₇, в которой массовое соотношение компонентов составляет 1:2:3.

КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ

Решение типовых задач

Пример 1. Составьте уравнение реакции, протекающей при химической коррозии данного металла, рассчитайте по таблицам выберите металл, которым можно легировать данный металл.

Дано: Fe, Fe₂O₃; T = 500 K. Начальное давление кислорода

Р е ш е н и е

Для расчета используем табличные данные о зависимости упругости паров различных оксидов от температуры (табл.П 5). Вначале дадим характеристику процесса.

При химической коррозии данного металла протекает следующая реакция

2Fe (т) + 3/2О₂ (г) = Fe₂O₃ (т).

Отсюда следует, что металл стоек, так как значение находится в пределах, обеспечивающих антикоррозионную защиту ( Вместе с тем, поскольку эта величина ближе к границам защитных значений, чем к их середине ( защиту следует считать относительной.

Величину рассчитаем по формуле изотермы Вант-Гоффа, которая применительно к рассматриваемой реакции примет вид

где константа равновесия при температуре Т.

По табл. П 5 находим упругость диссоциации Fe₂O₃ при 500 К

Затем рассчитываем :

2,303·8,3144·500·

·lg [(101325)^-3/2· (1,013·10^-45)^3/2] = - 646238,91 Дж/моль

- 646,3 кДж/моль < 0.

Так как < 0, реакция может протекать слева направо самопроизвольно при Т = 500 К.

При выборе металла для легирования железа исходим из условия защиты

оксида легирующего металла < оксида основы.

Для железа при 298 К это алюминий

Пример 2. Напишите уравнения электрохимических реакций и уравнения реакций побочных процессов при коррозии данного металла с водородной деполяризацией. Укажите термодинамическую возможность коррозионного процесса. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии с учетом перенапряжений.

Дано: Fe; pH < 7; pH 7.

Р е ш е н и е

Анодная реакция Fe⁰= Fe²⁺ + 2

Полярность анода со стороны внешней цепи (, со стороны электролита (+), процесс – окисление металла.

Катодные реакции

при рН < 7 2Н⁺ + 2 = Н₂; при рН 7 2Н₂О + 2 = 2ОН + Н₂.

Полярность катода со стороны внешней цепи (+), со стороны электролита , процесс – восстановление окислителя.

Побочные реакции

Fe²⁺ + 2OH = Fe(OH)₂ ;

2Fe(OH)₂ + ½ O₂ + H₂O = 2Fe(OH)₃ .

При дальнейших превращениях образуются сложные гидратированные оксиды – ржавчина FeO·Fe₂O₃·nH₂O.

Термодинамическая возможность коррозии рассчитывается, исходя из стандартных электродных потенциалов

(при рН = 7);

(при рН < 7); (при рН > 7, точнее рН = 14).

При рН < 7

Так как реакция коррозии в кислой среде термодинамически возможна.

Термодинамическая возможность коррозии рассчитывается, исходя из стандартных электродных потенциалов

(при рН=7);

(при рН< 7);

(при рН > 7, точнее рН = 14).

При рН < 7

Так как реакция коррозии в кислой среде термодинамически возможна.

При рН = 7

Так как то процесс возможен и в нейтральной среде.

При рН > 7 (точнее при рН=14)

Так как то при рН > 7 процесс термодинамически невозможен. Однако о его реальной возможности можно судить только с учетом кинетических данных.

Расчет разности потенциалов под током при коррозии проводится с учетом кинетики процессов.

При рН < 7

; (на Fe) = 0,2 B.

= (0 – 0,2) – (- 0,44 + 0,01) = 0,23 B > 0.

Так как Е > 0, то процесс при рН < 7 кинетически возможен.

При рН = 7

(на Fe) = 0,1 B.

(- 0,414 – 0,01) – (- 0,440 + 0,010) = 0,006 В > 0.

Так как Е > 0, то в нейтральной среде возможно незначительное (из-за малой величины Е) окисление железа.

Пример 3. Напишите уравнения электрохимических реакций и реакций побочных процессов при коррозии данного металла с кислородной деполяризацией. Укажите термодинамическую возможность коррозионного процесса. Рассчитайте разность потенциалов под током при рН < 7; рН 7.

Дано: железо (Fe).

Р е ш е н и е

Анодная реакция Fe⁰ = Fe²⁺ + 2 ;

Катодные реакции при рН < 7 О₂ + 4Н⁺ + 4 = 2Н₂О;

при рН О₂ + 2Н₂О + 4 = 4ОН¯.

Побочные реакции описаны в предыдущем примере. Находим табличные данные

рН < 7 (pH = 0); (на Fe) = 0,3 B;

pH = 7 (на Fe) = 0,6 B;

pH > 7 (pH=14) (на Fe) = 0,6 B.

Термодинамическая возможность

pН < 7 1,229 – (- 0,440) = 1,669 В > 0;

реакция 2Fe⁰ + O₂ + 4H⁺ = 2Fe²⁺ + 2H₂O;

= -644,234

При рН < 7 процесс возможен.

рН = 7 0,815 – (- 0,440) = 1,255 В > 0;

реакция 2Fe⁰ + O₂ + 2Н₂О = 2Fe²⁺ + 4ОН¯;

= - 484,43

При рН = 7 процесс возможен.

рН > 7 0,400 – (- 0,440) = 0,84 В > 0;

= - 324,24

При рН > 7 процесс возможен.

Расчет разности потенциалов под током проводим с учетом перенапряжений

рН < 7 (1,229 – 0,300) – (- 0,44 + 0,01) = 1,359 В > 0;

рН = 7 (0,815 – 0,6) – (-0,44 + 0,01) = 0,645 В > 0;

рН > 7 (0,400 – 0,6) – (-0,44 + 0,01) = 0,230 В > 0.

Таким образом коррозия железа кинетически возможна во всех рассматриваемых средах.

Пример 4. Выберите условия для защиты данного металла следующими способами: 1) катодной протекторной защитой; 2) катодной защитой внешним током; 3) анодной защитой внешним током. Для каждого случая составьте уравнения реакций на электродах с указанием вторичных процессов.

Дано: железо (Fe); рН < 7.

Р е ш е н и е

Исходя из стандартных электродных потенциалов

выбираем в качестве протектора более отрицательный металл – магний.

1) Для катодной протекторной защиты (или сокращенно «протекторной защиты») составляем схему