 |
Расчет, наблюдение и анализ данных
|
|
|
|
Отчет по лабораторной работе № 4 «Электрохимическая коррозия и методы защиты от коррозии»
Минск 2010
Введение
Цель работы: на конкретных примерах ознакомиться с основными видами электрохимической коррозии и методами защиты металлов от коррозии.
Коррозия, возникающая при контакте двух металлов, различных по природе
Ход и данные опыта
В стеклянную трубку, согнутую под углом, поместили гранулу цинка и добавили 3-4 мл 0,01 н раствора H2SO4. На цинковой грануле начал выделяться водород.
+ H2SO4 = ZnSO4 + H2
Затем поместили полоску меди в раствор таким образом, чтобы она не касалась гранулы цинка. В данном случае никаких признаков реакции не наблюдаем, т.к. медь неактивный металл и с серной кислотой не реагирует. При контакте цинковой гранулы и медной полоски наблюдаем интенсивное выделение газа на меди.
Расчет, наблюдение и анализ данных
При контакте меди и цинка в растворе кислоты возникает короткозамкнутый микрогальванический элемент по типу Вольта, где анодом является цинк (ф0Zn|Zn2+ < ф0Cu|Cu2+), а катодом - медь. На аноде идет окисление (разрушение) цинка, а на катоде - восстановление водорода.
Электрохимическая схема короткозамкнутого микрогальванического элемента
(-) Zn | H2SO4, H2O | Cu (+)
A: Zn - 2e = Zn2+: 2H+ + 2e = H2
Цинк корродирует с водородной деполяризацией. Коррозия меди в данных условиях не возможна, т.к. медь является катодом, а на катоде восстанавливаются окислители из окружающей среды.
Вывод: коррозия металла возникает вследствие контакта двух металлов в растворе электролита, из-за чего возникает короткозамкнутый микрогальванический элемент, на аноде которого идет разрушение металла.
|
|
|
Коррозия, возникающая при образовании микрогальванопар
Ход и данные опыта
Поместили в пробирку гранулу цинка, налили 3 мл разбавленного раствора H2SO4 и добавил несколько капель раствора сульфата меди CuSO4. Поверхность цинка начала темнеть, а раствор сульфата меди CuSO4 обесцвечиваться.
Расчет, наблюдение и анализ данных
В ходе реакции на поверхности цинка начала выделяться медь, чем и объясняется обесцвечивание раствора сульфата меди CuSO4. В местах контакта выделившийся меди и гранулы цинка возникло множество микрогальванических элементов, где анодом является цинк (ф0Zn|Zn2+ < ф0Cu|Cu2+), а катодом - медь.
(1) Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2+ 2H+ = Zn2+ + H2
в-ль (-0,76 В) о-ль (0 В)
Е1 = ф0о-ля - ф0в-ля = 0 + 0,76 = 0,76 В
(2) Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu+ Cu2+ = Zn2+ + Cu
в-ль (-0,76 В) о-ль (+0,34 В)
Е2 = ф0о-ля - ф0в-ля = 0,34 + 0,76 = 1,1 В
Т.к. Е2 > Е1, то реакция (2) предпочтительнее.
Электрохимическая схема микрогальванического элемента
(-) Zn | CuSO4, H2SO4, H2O | Cu (+)
A: Zn - 2e = Zn2+: 2H+ + 2e = H2
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2
Цинк корродирует с водородной деполяризацией.
Вывод: при образовании микрогальванопар корродируют металлы, являющиеся анодом в данной микрогальванопаре.
Активирующее действие ионов CI - на процессы коррозии
Ход и данные опыта
Налили в две пробирки по 3 мл раствора CuSO4, подкисленного разбавленным раствором H2SO4. В каждую из пробирок поместили по грануле Al. Во вторую пробирку добавили несколько капель раствора NaCl. Поверхность гранулы потемнела, а раствор CuSO4 начал обесцвечиваться, начал выделяться газ.
Расчет, наблюдение и анализ данных
В первой пробирке не наблюдалось никаких признаков реакции, т.к. Al на воздухе покрывается оксидной пленкой Al2O3. При добавлении во 2-ую пробирку раствора NaCl алюминий начал покрываться медью, чем и объясняется обесцвечивание раствора CuSO4. В местах контакта выделившийся меди и гранулы алюминия возникло множество микрогальванических элементов, где анодом является алюминий (ф0Al|Al3+ < ф0Cu|Cu2+), а катодом - медь.
|
|
|
Под действием ионов Cl- происходит разрушение Al2O3 на поверхности Al. Al, лишенный оксидной пленки, химически активный и вступает в химические взаимодействия.
) 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2
в-ль (-1,66 В) о-ль (0 В)
E1 = ф0о-ля - ф0в-ля = 0 + 1,66 = 1,66 B
) 2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu
в-ль (-1,66 В) о-ль (+0,34 В)
Е2 = ф0о-ля - ф0в-ля = 0,34 + 1,66 = 2 В
Т.к. Е2 > Е1, то реакция (2) предпочтительнее.
Cхема микрогальванических элементов
(-) Al | CuSO4, H2O, H2SO4, NaCl | Cu (+)
A: Al - 3e = Al3+: 2H+ + 2e = H2
2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2
Коррозии подвергается алюминий с водородной деполяризацией.
Вывод: ионы Cl- способны разрушать пассивирующие слои на поверхности металлов, что приводит к ослаблению устойчивости металлов к коррозии.
Анодные и катодные защитные покрытия
Ход и данные опыта
В два химических стакана налили по 5 мл 3 %-ного раствора NaCl, добавили в каждый из них по несколько капель раствора К3[Fe(CN)6] (индикатора на ионы Fe2+). Опустили в один стакан кусочек оцинкованного железа, а в другой - луженого, предварительно сделав на их поверхности глубокие царапины. В стакане с оцинкованным железом не наблюдается никаких изменений. В стакане с луженым железом раствор в близости царапин на поверхности металла приобрел синюю окраску.
Расчет, наблюдение и анализ данных
В первом стакане в месте царапины образовался короткозамкнутый гальванический элемент, в котором анод - Zn, катод - Fe (ф0Zn|Zn2+ < ф0Fe|Fe2+).
Схема микрогальванического элемента
(-) Zn | NaCl, H2O, O2, pH=7, K3[Fe(CN)6]| Fe (+)
A: Zn - 2e = Zn2+: O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
Zn + O2 + 2H2O = 2Zn2+ + 4OH-
Вторичная реакция: 2Zn2+ + 4OH- = 2Zn(OH)2
Синего окрашивания в растворе с оцинкованным железом не наблюдалось, т.к. в растворе отсутствовали ионы железа Fe2+. В результате коррозии в растворе оказались ионы цинка. В ходе вторичной реакции образовался гидроксид цинка - нерастворимое основание, что замедляет процесс коррозии.
Такой вид покрытия называется анодным.
Во втором стакане в месте царапины образовался короткозамкнутый гальванический элемент, в котором анод - Fe, катод - Sn (ф0Fe|Fe2+ < ф0Sn|Sn2+).
Схема микрогальванического элемента
(-) Fe | NaCl, H2O, O2, pH=7, K3[Fe(CN)6]| Sn (+)
|
|
|
A: Fe - 2e = Fe2+: O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
Fe + O2 + 2H2O = 2Fe2+ + 4OH-
Вторичная реакция: 2Fe2+ + 4OH- = 2Fe(OH)2
В растворе с луженым железом наблюдалось синее окрашивание, т.к. в растворе присутствовали ионы железа Fe2+, что свидетельствует о растворении железа. В ходе вторичной реакции образовался гидроксид железа - нерастворимое основание, что замедляет процесс коррозии.
Такой вид покрытия называется катодным.
Вывод: анодное покрытие является надежным, т.к. оно разрушается само, а не изделие, хотя есть прямой контакт этого изделия с электролитом. Катодное покрытие, наоборот, является ненадежным, т.к. в случае его повреждения, начинает разрушаться само изделие, а не покрытие.
Протекторная защита
Ход и данные опыта
Для изучения коррозионной устойчивости свинца в химический стакан налили 10 мл 0,2 н раствора СН3СООН, добавили несколько капель раствора KI (индикатора на ионы Pb2+) и опустили гранулу свинца. Раствор начал окрашиваться в желтый цвет.
В другой химический стакан поместили гранулы свинца и цинка так, чтобы они имели хороший контакт. При добавлении раствора СН3СООН и раствора KI желтого окрашивания не наблюдается.
|
|
|
