 |
Задача № 2. Тема 13. Электрохимическая коррозия металлов. Анод Катод. Химизм деполяризации. нейтральная (рн=7). Водородная деполяризация
|
|
|
|
Задача № 2
Какие процессы происходят на электродах при электролизе раствора CuSO4, рН=6 (К: С, А: Сu).
CuSO4 → Cu2+ + SO42‾
Катод: вос-ие Анод: ок-ие
Cu2+; Н+(Н2О) SO42‾ ; ОН‾ (Н2О); Cu0
Возможные процессы:
Cu2+ + 2ē → Cu0 2SO42‾ - 2ē → S2O82-
2Н2О + 2ē → Н20 + 2 ОН‾ 2Н2О - 4ē → О20 + 4Н+
Cu0 - 2ē → Cu2+
φ р Cu2+/Cu0 = + 0, 34В (табл. А. 1) φ р Cu2+/Cu0 = + 0, 34В
φ р 2Н+/Н2 = - 0, 059·рН - η Н2 φ рО2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059 · рН + η О2
К(С) А(С)
φ р 2SO42-/S2O82- = + 2, 05В (табл. Б. 1)
η Н2 = 0 (табл. Г. 1) η О2 = 1, 05
К(С) А(Сu)
φ р 2Н+/Н2 = - 0, 059·6 – 0 = - 0, 354В φ рО2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059·6+1, 05 = 1, 926В
φ р 2Н+/Н2 < φ р Cu2+/Cu0=> восстанавли- φ р 2SO42-/S2O82 > φ рО2/ОН‾ > φ р Cu2+/Cu0 =>
вается медь окисляется сам анод (медный)
Cu2+ + 2ē → Cu0 Cu0 - 2ē → Cu2+
Около катода ионы Н+ - среда кислая Около анода ионы ОН‾ - среда щел-ая
СuSO4 + 2 H2O + Cu → Cu0 + Cu2+ + H2SO4 + 2OH‾
(К) (A)
ТЕМА 13. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
Электрохимическая коррозия металлов - разрушение металлов под действием агрессивной среды электролита с возникновением внутри системы электрического тока.
|
|
|
Механизм: на поверхности металла возникают микрогальванические пары, которые отличаются от обычного гальванического элемента тем, что они короткозамкнуты, т. е. (А) и (К) рядом. Роль проводника I рода играет сам корродируемый металл и возникает направленное движение электронов – электрический ток.
Анод Катод
 |  | ||
(А) зона - окисление (K) зона - восстановление
Oxe Red
Ме0 - nē ↔ Ме2+ окисленная + nē ↔ восстановленная
форма форма
Поляризация -освобождение и сме- Деполяризация – уничтожение,
щение электронов в ходе анодного про- связывание электронов в ходе катод-
цесса ного процесса окислителем
Деполяризаторы – вещества, связывающие электроны
Самые распространённые: 1. катионы водорода (водородная деполяризация)
2. молекулы кислорода, растворённые в электролите
(кислородная деполяризация)
Химизм деполяризации
Кислая среда (рН< 7) Щелочная среда (рН> 7)
Нейтральная (рН=7)
Водородная деполяризация
1) 2Н+ + 2ē ↔ Н2↑ 1) 2 Н2О + 2ē ↔ Н2↑ + 2 ОН‾
Кислородная деполяризация
2) О2 +4ē + 4Н+ ↔ 2Н2О 2) О2 +4ē + 2Н2О ↔ 4ОН‾
Выводы:
1. На катоде имеет место конкуренция за преимущественное связывание электронов между катионами водорода и молекулами О2, растворенными в электролите.
|
|
|
2. Пойдет тот процесс, потенциал которого больше (φ 0max> ).
3. Электрохимическая коррозия возможна, если потенциал любой катодной реакции больше, чем потенциал анодного процесса.
4. Катодные процессы водородной и кислородной деполяризации рассчитываются с доступом кислорода воздуха по формулам:
φ рн2/2Н+ = 0, 186 – 0, 059 · рН - η Н2
Ме(К)
φ рo2/2oн- = 1, 21 – 0, 059 · рН - η О2
Ме(К)
РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ:
«ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ»
Возможна ли коррозия оцинкованного железа при рН = 2, с доступом кислорода воздуха.
Дано: Fe/Zn, рН = 2, с кислородом воздуха.
1. Выписываем φ р анодного и катодного процесса (см. Приложение В, табл. В. 1) при рН=2
φ рFe0/Fe2+ = - 0, 32В
φ рZn0/Zn2+ = -0, 84В
2. Т. к. φ рZn0/Zn2+ < φ рFe0/Fe2+, => Zn – (A), Fe – (K).
 |
3. Химизм: (А) (окисление) Zn0 - 2ē ↔ Zn2+
 |
(К) (восстановление) 2Н+ + 2ē ↔ Н2↑ (водородная деполяризация)
О2 + 4ē + 4Н+ ↔ 2Н2О (кислородная деполяризация)
4. η Н2 = 0, 34 (см. Приложение Г, табл. Г. 1)
Fe(К)
η О2 = 1, 07
Fe(К)
5. Рассчитываем потенциалы катодных процессов по формуле.
φ р 2Н+/Н2 = 0, 186 - 0, 059·рН - η Н2 = 0, 186 – 0, 059·2 – 0, 34 = - 0, 272В
Fe(К)
φ рО2/2 НОН = 1, 21 – 0, 059·рН - η О2 = 1, 21 – 0, 059·2 – 1, 07 = + 0, 022В
Fe(К)
6. Определяем возможность коррозии:
а) (А) – 0, 84В < (К) – 0, 272В => коррозия возможна, идёт водородная деполяризация.
(А) – 0, 84В < (К) + 0, 022В => коррозия возможна, идёт кислородная деполяризация.
б) ЭДС1 = - 0, 272 – (-0, 84) = + 0, 568В
ЭДС2 = 0, 022 – (- 0, 84) = + 0, 862В >
7. Вывод: коррозия возможна, Zn будет окисляться и катионами водорода, и молекулами кислорода, растворёнными в электролите, но т. к. ЭДС2 > ЭДС1, идёт предпочтительнее коррозия с кислородной деполяризацией.
Раздел II. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬННОЙ РАБОТЫ
Задание к теме 1. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ
|
|
|
СОЕДИНЕНИЙ
а) напишите молекулярные и ионные уравнения, протекающие между предложенными веществами;
б) составьте уравнения реакций, протекающих в цепи превращений;
в) составьте уравнения всех реакций, протекающих между веществами;
г) назовите перечисленные ниже соединения и определите класс.
1. а) CO2: 1) HCl, 2) H2O, 3) KOH, 4) CaCO3 + H2O, 5) MgO;
б) Ca → CaO → Ca(OH)2 → CaCO3 → Ca(HCO3)2 → CaCl2;
в) H3PO4 и KOH;
г) KHCO3, Al2(SO4)3, Mg(OH)Cl, H2SO4, Fe2O3, KMnO4, HBr, H2O2.
2. а) Fe(OH)2: 1) CaO, 2) H2SO4, 3) KOH, 4) O2 + H2O, 5) SO3 (t˚ );
б) P → P2O3 → P2O5 → H3PO4 → K2HPO4 → K3PO4;
в) Fe(OH)3 и HCl;
г) Al(OH)Cl2, CO, HMnO4, HCl, Fe(OH)3, KH2PO4, K2CrO4, CuSO4.
3. а) K2CO3: 1) HClO4, 2) H2O, 3) KOH, 4) HBr, 5) FeO;
б) Al2O3 → Al → Al(OH)3 → K[Al(OH)4] → AlCl3 → Al(OH)3;
в) Al(OH)3 и NaOH;
г) Cd(OH)2, K2CO3, H2S, BaO, Pb(ON)NO3, HclO4, FeCl3.
4. а) HCl: 1) Cu, 2) NH4OH, 3) Cu(OH)2, 4) K2SO4, 5) FeO;
б) S → SO2 → SO3 → H2SO4 → KHSO4 → K2SO4;
в) H2CO3 и Ca(OH)2;
г) K2O2, HI, PbO2, Ca(HCO3)2, Zn(NO3)2, Co(OH)2, Al(OH)2Cl.
5. а) CaO: 1) HNO3, 2) H2O, 3) KOH, 4) SO2, 5) Ca(HCO3)2;
б) Fe(OH)2 → FeO → Fe → FeCl2 → FeCl3 → Fe(OH)Cl2;
в) Fe(OH)3 и HNO3;
г) A2O3, AgNO3, FeSO4, HPO3, Mg(OH)2Cl, Zn(OH)2, NaHSO4, Cu2O.
6. а) KHCO3: 1) H2SO4, 2) K2O, 3) KOH, 4) CO2, 5) Ca;
б) Cu2S → CuO → CuSO4 → Cu → CuCl2 → Cu(OH)Cl;
в) Al(OH)3 и NaOH;
г) Mn(OH)3, CO2, Al(NO3)3, Fe(OH)2Cl, H2CO3, Mg(HCO3)2, PH3.
7. а) KOH: 1) HClO, 2) Ca(OH)2, 3) CuSO4, 4) CO2, 5) Al(OH)Cl2;
б) C → CO → CO2 → H2CO3 → KHCO3 → K2CO3;
в) FeCl3 и KOH;
г) Mn2O7, Ba(OH)2, Ca3(PO4)2, HNO3, KHSO3, CoCl2, Zn(OH)NO3.
8. а) HClO4: 1) SO3, 2) FeO, 3) MnSO4, 4) HNO3, 5) NaOH;
б) PbO → Pb → Pb(NO3)2 → Pb(OH)2 → K2[Pb(OH)4] → K2SO4;
в) Al(OH)3 и HCl;
г) Fe(OH)2, Cl2O3, HBr, Mg(NO3)2, Na2O2, AlOHSO4, PbS, Kal(SO4)2.
9. а) FeO: 1) H2SO4, 2) Al2O3, 3) K2CO3, 4) CO2, 5) KOH;
б) N2 → NH3 → NO → NO2 → HNO3 → KNO3;
в) KH2PO4 и KOH;
г) H2CrO4, Cu(OH)2, Fe(OH)SO4, CaHPO4, Zn(NO3)2, BaBr2, MnO2.
10. а) Al(OH)Cl2: 1) HCl, 2) H2O, 3) NaOH, 4) K2CO3, 5) CO2;
б) KCl → K → K2O4 → H2O2→ O2 → ZnO;
в) H2S и Ba(OH)2;
г) SO3, H4P2O7, AlPO4, NaHSO3, Mn(NO3)2, Mg(OH)2, (FeOH)2SO4.
11. а) H2O: 1) K2O, 2) CO2, 3) MnCl2, 4) Al2O3, 5) H2SO4;
б) CaCl2 → Cl2 → KCl → HCl → FeCl2 → FeCl3;
в) H3PO4 и NaOH;
г) Cr2O3, HNO2, HCl, FeSO4, HclO4, Al(OH)3, KHCO3, Fe(OH)Cl2.
12. а) Na2SO3: 1) HCl, 2) BaCl2, 3) KOH, 4) CaSO4, 5) SO3;
б) Ca3N2 → NH3 → NH4Cl→ NH4OH → Al(OH)3 → Al2O3;
в) AlOHCl2 и KOH;
г) HBr, K2Cr2O7, OF2, NaI, KHSO4, Fe(OH)2Cl, H2SO3, Ba(OH)2.
13. а) H2CO3: 1) HCl, 2) CaCl2, 3) KOH, 4) SO2, 5) BaO;
б) SiO2 → K2SiO3 → H2SiO3 → SiO2 → Si → Ca2Si;
в) Cr(OH)3 и HNO3;
г) HPO3, Fe2(SO4)3, Al(OH)2Cl, Mg(HCO3)2, P2O5, H2S, Co(OH)2.
14. а) Al2O3: 1) H2SO4, 2) CaO, 3) KOH, 4) SO2, 5) K2SO4;
|
|
|
б) Na → NaH → NaOH → Cu(OH)2 → K2[Cu(OH)4] → CuSO4;
в) Cr(OH)3 и NaOH;
г) Be(OH)2, H3BO3, Na2ZnO2, H2O2, Mn2O3, Cu(NO3)2, Co(OH)Cl.
15. а) NaOH: 1) ZnO, 2) SO2, 3) KHCO3, 4) Al(OH)Cl2, 5) H2S;
б) S → SO2 → H2SO3 → KHSO3 → K2SO3 → K2S2O3;
в) Fe(OH)2 и H2SO4;
г) HI, Ag2O, Pb(CH3ClO)2, [Fe(OH)2]2SO4, Ca(HCO3)2, Cu2S, CuOHCl.
16. а) CuSO4: 1) H2S, 2) BaCl2, 3) KOH, 4) HNO3, 5) CO2;
б) Ca → Ca(OH)2 → CaCO3 → CaO → Ca3(PO4)2 → CaSO4;
в) K2HPO и HCl;
г) Mg3N2, KH2PO4, Mn(OH)3, Al(OH)Cl2, NaHCO3, Zn(OH)2, K2Cr2O7.
17. а) Al(OH)3: 1) HClO4, 2) KCl, 3) KOH, 4) CaO + t˚, 5) CO2;
б) P → P2O3 → P2O5 → H3PO4 → NaH2PO4 → Na3PO4;
в) FeCl3 и KOH;
г) CrO3, FeOHCl, KOH, HClO4, KAlO2, CaHPO4, KAl(SO4)2, K2O2.
18. а) ZnO 1) H2SO4, 2) H2O, 3) NaOH, 4) CaO, 5) K3PO4;
б) Al2O3 → Al → Al(OH)3 → K[Al(OH)4] → AlCl3 → Al(OH)3;
в) Al(OH)2Cl и HCl;
г) H2SiO3, Pb(OH)NO3, KMnO4, Zn(NO3)2, Ba(OH)2, CuI, K2HPO4.
19. а) H2SO4: 1) KCl, 2) K2O, 3) Zn(OH)2, 4) CO2, 5) Zn;
б) S → SO2 → SO3 → H2SO4 → KHSO4 → K2SO4;
в) H3PO4 и NaOH;
г) Be(OH)2, H2SO4, Co(NO3)2, CdCl2, Cr2O3, Ca(HCO3)2, MnOHCl.
20. а) NaOH: 1) HCl, 2) Ba(OH)2, 3) Al(OH)2Cl, 4) FeCl2, 5) SO2;
б) Cr2O3 → Cr → CrCl3 → Cr(OH)3 → KCrO2 → K2CrO4;
в) Ni(OH)3 и HCl;
г) CuSO4, PbCl2, Mn2O7, K[Al(OH)4], H2CO3, AlOHSO4, KH.
21. а) CaO: 1) HCl, 2) CuSO4, 3) FeO, 4) CO2, 5) Al2O3;
б) Fe → FeCl3 → Fe(OH)3 → Fe2O3 → Fe → FeCl2;
в) CoCl2 и NaOH;
г) Al2(SO4)3, K2HPO4, H3PO4, MgOHCl, Mg(OH)2, PH3, N2O.
22. а) BeO: 1) HCl, 2) H2O, 3) NaOH, 4) K2O, 5) NaCl;
б) Cu → CuCl2 → Cu(OH)2 → CuO → Cu → Cu(NO3)2;
в) Cr(OH)3 и HBr;
г) CoS, Fe3O4, CuCl2, AlOHSO4, P2O5, NaHCO3, CO.
23. а) N2O5: 1) NaCl, 2) H2O, 3) KOH, 4) CaO, 5) CO2;
б) Si → SiO → K2SiO3 → H2SiO3 → KHSiO3 → K2SiO3:
в) Cr(OH)3 и HBr;
г) H2SO3, H2P4O7, K3[Fe(CN)6], Na2O2, NO, K3PO4.
24. а) HBr: 1) Zn, 2) KOH, 3) SO3, 4) FeO, 5) H2SO4;
б) N2 → NO → NO2 → HNO3 → Zn(NO3)2 → ZnO;
в) FeCl2 и KOH;
г) K2Cr2O7, NaHS, K4[Fe(CN)6], Pb(OH)2, H2O2, H4SiO4.
25. а) КОН: 1) Al, 2) H2O, 3) H3PO4, 4) SO2, 5) FeCl2;
б) K → K2S → S → SO2 → SO3 → H2SO4;
в) Al(OH)3 и HBr;
г) Fe2O3, KHSO4, Na[Al(OH)4], Fe(OH)3, SO3, HCN, CO2.
|
|
|
