Порядок выполнения работы. Изучить влияние агрессивной среды, природы и концентрации примесей на величину электрохимической коррозии цинка в серной кислоте

Приборы и реактивы

Задачи

Работа №2

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ С ВОДОРОДНОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

Цель

Изучить влияние агрессивной среды, природы и концентрации примесей на величину электрохимической коррозии цинка в серной кислоте.

В качестве примесей, содержащихся в агрессивной среде, в работе взяты сульфаты металлов, имеющих более положительный потенциал, чем цинк. При контакте таких растворов с цинком происходит реакция цементации

Me²⁺ + Zn -> Zn²⁺ + Me

Выделяющийся при этом на цинковом образце металл образует катодные участки микроэлементов.

1. Построить графики зависимости объёма выделившегося водорода от времени в координатах V – t.

2. Определить угловой коэффициент получаемых прямых dV/dt, л/с 3. Рассчитать линейную скорость коррозии j в разных электролитах.

4. Рассчитать значения коэффициентов ускорения коррозии в присутствии растворов разных электролитов.

5. Сравнить скорость коррозии с величинами перенапряжения выделения водорода на соответствующих металлах-примесях.

1.Три бюретки на 50 мл для сбора газа, три воронки и три пробирки, соединенных резиновыми трубками с бюретками (см. рис. 6.2). Бюретки и воронки наполнены дистиллированной водой.

2.Три стакана на 100 мл.

3. Секундомер или часы.

4. Цинковые образцы.

5.Растворы солей H₂SO₄, CuSO₄, FeSO₄, PbSO₄, NiSO₄, CdSO₄, CoSO₄, SnSO₄ (концентрации от 0.001 до 1.0 N).

Для проведения опыта необходимо:

1. Проверить приборы на герметичность. Для этого нужно переместить воронку (не снимая пробирки) на несколько больших делений бюретки вниз и закрепить её (см. рис. 6.2 б). Если прибор герметичен, уровень воды в бюретке окажется постоянным. Непрерывное понижение уровня воды в бюретке означает, что прибором пользоваться нельзя. В этом случае следует устранить негерметичность прибора с помощью лаборанта.

2. Приготовить электролит в стаканах. Использовать растворы трех любых солей (концентрации солей 0.05-0.01 N) и серной кислоты (концентрации кислоты 0.001-1.0 N). Количество агрессивной жидкости составляет 20 мл на 1 см² поверхности образца металла. Состав электролита указывается преподавателем.

3. Снять пробирку и, передвигая воронку, установить уровень воды в бюретке на делении «0».

4. Отмерить градуированной пробиркой 5 мл раствора электролита, поместить металл и электролит в пробирку, плотно закрыть пробирку пробкой и включить секундомер.

5. Наблюдать выделение Н₂, сопровождающееся вытеснением Н₂O из бюретки в воронку, отмечая при этом объём выделенного Н₂ через определённые интервалы времени, указанные в таблице 6.1.

6. Записать показания барометра и термометра.

Таблица 6.1.

Кинетика коррозии в разных средах

H2SO4 (0.001-1.0 N)	H2SO4+ CuSO4 (0.05-0.01 N)	H2SO4+FeSO4 (0.05-0.01 N)
t, сек	V, л	t, сек	V, л	t, сек	V, л
					и т.д.

Рис. 6.2. Прибор для определения объёма выделившегося водорода

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1.Построить графики зависимости объёма выделившегося водорода от времени в координатах V – t.

2.Определить угловой коэффициент получаемых прямых dV/dt, л/с (см. рис.6.3).

3.Рассчитать линейную скорость коррозии j по формуле:

см/с

где Р – атмосферное давление, выраженное в атм (1 атм = 1,01· 10⁵Па = 760 мм.рт.ст.); Э_м – эквивалент металла, ρ_м – плотность металла (ρ _Zn = 7.14 г/cм³), S – площадь образца, см², R – универсальная газовая постоянная = 0.082 л·атм/моль·К, Т – абсолютное значение комнатной температуры.

4. Рассчитать значения коэффициентов ускорения коррозии по формуле

где j – скорость коррозии в серной кислоте, j_СuSO4 – cкорость коррозии в присутствии CuSO₄.

Рис. 6.3. Типичная зависимость V-t для коррозии металлов в кислоте

Полученные из опыта показатели коррозии интересно сопоставить с величинами перенапряжения выделения водорода на соответствующих металлах-примесях.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного

железа при нарушении покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

2. Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот. Почему? Однако если к медной пластинке, опущенной в кислоту, прикоснуться цинковой, то на меди начнется бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнение протекающей химической реакции.

3. Как происходит атмосферная коррозия луженого железа и луженой меди при нарушении покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

4. Если пластинку из чистого цинка опустить в разбавленную кислоту, то начинающееся выделение водорода вскоре почти прекращается. Однако при прикосновении к цинку медной палочкой на последней начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнение протекающей химической реакции.

5. В чем сущность протекторной защиты металлов от коррозии? Приведите пример протекторной защиты железа в электролите, содержащем растворенный кислород. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

6. Железное изделие покрыли никелем. Какое это покрытие - анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводродной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

7. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары магний - никель. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

8. В раствор хлороводородной (соляной) кислоты поместили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения соответствующих процессов.

9. Почему химически чистое железо более стойко против коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в кислой среде.

10. Какое покрытие металла называется анодным и какое - катодным? Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного и катодного покрытия железа. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого медью, во влажном воздухе и в кислой среде.

11. Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие - анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и втором случаях?

12. Железное изделие покрыли свинцом. Какое это покрытие - анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и втором случаях?

13. Две железные пластинки, частично покрытые одна оловом, другая медью, находятся во влажном воздухе. На какой из этих пластинок быстрее образуется ржавчина? Почему? Составьте электронные уравнений анодного и катодного процессов коррозии этих пластинок. Какой состав продуктов коррозии железа?

14. Какой металл целесообразней выбрать для протекторной защиты от коррозии свинцовой оболочки кабеля: цинк, магний или хром? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии. Какой состав продуктов коррозии?.

15. Если опустить в разбавленную серную кислоту пластинку из чистого железа, то выделение на ней водорода идет медленно и со временем почти прекращается. Однако если цинковой палочкой прикоснуться к железной пластинке, то на последней начинается бурное выделение водорода. Почему? Какой металл при этом растворяется? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

16. Цинковую и железную пластинки опустили в раствор сульфата меди. Составьте электронные и ионно-молекулярные уравнения реакций, происходящих на каждой из этих пластинок. Какие процессы будут проходить на пластинках, если наружные концы их соединить проводником?

17. Как влияет рН среды на скорость коррозии железа и цинка? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии этих металлов.

18. В раствор электролита, содержащего растворенный кислород, опустили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка проходит интенсивнее? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

19. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары алюминий - железо. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

20. Как протекает атмосферная коррозия железа, покрытого слоем никеля, если покрытие нарушено? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?

ЛИТЕРАТУРА

1. Архипова Н.В.Физическая химия / Н.В Архипова, В.В. Ефанова, В.В. Симаков. Саратов, РИЦ СГТУ, 2009. 160 с.

2. Архипова Н.В. Физическая химия гетерогенных систем / Н.В. Архипова, Е.П. Новожилов. Саратов, Изд-во СГТУ, 2010. 26 с.

3. Кругляков П.М. Физическая и коллоидная химия / П.М. Кругляков, Т.Н. Хаскова. М.: Высшая школа, 2007. 318 с.

4. Стромберг А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко. М.: Высшая школа, 2001. 527с.

5. Михайлова А.М. Методическое указание «Диаграммы состояния двухкомпонентных систем» к лаб. работе по общей и физической химии / А.М. Михайлова, В.В. Ефанова, В.В. Симаков. Саратов. РИЦ СГТУ, 2001. 25 с.

6. Киреев В.А. Курс физической химии /В.А. Киреев. М.: Химия, 1978. 320 с.

7. Кубасов В.Л., Зарецкий С.А. Основы электрохимии/ В.Л. Кубасов., Зарецкий С.А. М.: Химия, 1976. 435 с.

8. Практикум по физической химии /под ред. С.В. Горбачева. М.: Высшая школа, 1974. 375 с.

9. Дулицкая Р.А. Практикум по физической и коллоидной химии/ Р.А. Дулицкая, Р.И. Фельдман. М.: Высшая школа, 1978. 340 с.

10. Сборник практических работ по физической и коллоидной химии /под ред. П.П. Токарева. Новосибирск, 1982. 355 с.

11. Практикум по электрохимии / Под ред. Б.Б. Дамаскина. М., 1991. 432 с.

12. Шаталов А.Я., Маршаков И.К. Практикум по физической химии / А.Я. Шаталов, И.К. Маршаков. М.: Высшая школа, 1975. 386 с.

13. Практикум по прикладной электрохимии: учебное пособие для вузов. / Н.Г. Бахчисарайцьян, Ю.В. Борисоглебский, Г.К. Буркат и др.; под ред. В.Н. Варыпаева, В.Н. Кудрявцева. Л.: Химия, 1990. 421 с.

14. Беленький М.А., Иванов А.Ф. Электроосаждение металлических покрытий: cправочник / М.А. Беленький, А.Ф. Иванов. М.: Металлургия, 1985. 542 с.

15. Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов / Н.П. Жук, М. «Металлург», 1976. 335 с.

16. Дамаскин Б. Б, Петрий О. А. Теоретическая электрохимия / Б.Б. Дамаскин, О.А. Петрий, М., Высшая школа, 1984. 472 с.

17. Глинка Н. Л. Общая химия / Н.Л. Глинка, 24-е изд. Л.: Химия, 1985. 545 с.

18. Коровин Н. В. Общая химия / Н.В. Коровин, М.: Высшая школа, 2004. 560 с.

Приложение

Таблица

Стандартные потенциалы металлических н газовых электро­дов при 298 К

Электродная реакция	E^0, В	Электродная реакция	E^0, В
Li^+ + e^- «Li	-3,04	2H^+ + 2е^- «H2	0,0
К^+ + e^- «K	-2,92	Cu^2+ + 2е^- «Cu	+0,34
Са^2+ + 2е^- «Ca	-2,87	О2 + 2Н2O + 4е^- «4OH^-	+0,401
Na^+ + е^- «Na	-2,71	Hg^2+ + 2е^- «Hg	+0,79
Mg^2+ + 2е^- «Mg	-2,36	Ag^+ + е^- «Ag	+0,80
А1^3+ + 3е^- «Al	-1,66	Pd^2+ + 2е^- «Pd	+0,99
Mn^2+ + 2е^- «Mn	-1,18	Pt^2+ + 2е^- «Pt	+1,19
Zn^2+ + 2е^- «Zn	-0,76	Cl2 + 2е^- «2Cl^-	+1,36
Fe^2+ + 2е^- «Fe	-0,44	Au^3+ + 3е^- «Au	+1,50
Cd^2+ + 2е^- «Cd	-0,40	2NO + 4H^+ + 4е^- «N2 + + 2H2O	+1,68
Ni^2+ + 2е^- «Ni	-0.25
Sn^2+ + 2е^- «Sn	-0,14	Au^+ + е^- «Au	+1,69
Pb^2+ + 2е^- «Pb	-0,13	F2 + 2е^- «2F^-	+2,84

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОХИМИИ
2. СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА. ОБРАБОТКА ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТА
3. ЭДС ХИМИЧЕСКИХ И КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
3.1. Теоретическая часть
3.2. Экспериментальная часть
Работа 1. Определение произведения растворимости малорастворимых солей
Работа № 2. Определение значений водородного показателя (рН) ВОДНЫХ растворов
Работа № 3. Определение среднего коэффициента активности электролита методом потенциометрии
Работа № 4 ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ И ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО Cu/Ag ЭЛЕМЕНТА
Работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЕЛ ПЕРЕНОСА ИЗМЕРЕНИЕМ ЭДС КОНЦЕНТРАЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА
Работа № 6 ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС КОНЦЕНТРАЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА
4. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
4.1. Теоретическая часть
4.2. Экспериментальная часть
Работа № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ И СТЕПЕНИ ДИССОЦИАЦИИ СЛАБОГО ЭЛЕКТРОЛИТА
Работа № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ И ПРОИЗВЕДЕНИЯ РАСТВОРИМОСТИ МАЛОРАСТВОРИМОЙ СОЛИ-
Работа № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ОБРАЗЦОВ ВОДЫ
5. ЗАКОН ФАРАДЕЯ И ФАРАДЕЕВСКИЕ РЕАКЦИИ НА ЭЛЕКТРОДАХ
5.1. Теоретическая часть
5.2. Экспериментальная часть
Работа № 1 ЭЛЕКТРОГРАВИМЕТРИЯ
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
6. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ. КОРРОЗИЯ
6.1. Теоретическая часть
6.2. Экспериментальная часть
Работа 1 ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Работа 2 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ С ВОДОРОДНОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЕЙ
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

Дата добавления: 2014-11-16