Решение. Ионный состав: H+, Ni2+, OH-, SO42-

Решение.

Ионный состав раствора:

H₂SO₄ → H⁺ + SO₄^2-

H₂O ↔ H⁺ + OH^- рН=2

Запишем потенциалы возможных электродных процессов

Е^р_О2/ОН- =1,23-0,059рН = +1,112 В;^р_Н+/Н2 = -0,059рН = -0,118 В

Е⁰_Ni2+/Ni = - 0,250 В

Е⁰_Zn2+/Zn = -0,76 В;

Е⁰_Сu2+/Cu = + 0,337 В

Т.к. Е⁰_Zn2+/Zn < Е⁰_Ni2+/Ni < Е⁰_Cu2+/Cu < E^p_O2/OH- то первым на аноде окисляется Zn, затем очищаемый М – Ni, примеси Cu не растворяются, а выпадают в осадок (шлам). Т.к. Е⁰_Ni2+/Ni > Е⁰_Zn2+/Zn, то на катоде осаждается чистый никель.В начале процесса в растворе отсутствуют ионы Ni²⁺ и на катоде выделяется Н₂.

Þ [+A]: Zn⁰ → Zn²⁺ + 2 е

Ni⁰ → Ni²⁺ + 2 е

[- K]: 2Н⁺ + 2 е → Н₂↑

Ni²⁺ + 2 е → Ni⁰

Время для рафинирования по закону Фарадея (М_э,Ni=29,5 г/моль):

или τ = 9,27 ч

Задача 6. Рассчитайте толщину никелевого гальванопокрытия стального изделия, поверхностью 1 м² при электролизе (с никелевым анодом) в течение 1 часа из водного раствора на основе NiSO₄, плотности тока – 100 А/м², выходе по току Ni на катоде – 0,8 (плотность Ni: ρ=8,9 г/см³, рН принять=7).

Сравнивая значения электродных потенциалов, записываем последовательность возможных электродных процессов:

[- K]: Ni²⁺ + 2 e → Ni

2Н⁺ + 2 е → Н₂↑

[+A, Ni]: Ni → Ni²⁺ + 2 e

2ОН^- →1/2 О₂ ↑ + Н₂О + 2 е

По закону Фарадея на катоде:

Т.к. V=m/ρ= S∙δ, то толщина Ni- покрытия на изделии равна:

(9,84 мкм)

Задача 7. Определите термодинамическую возможность газовой коррозии низкоуглеродистой стали (Fe) под действием О₂ (р _О2 = 5 атм.) при 600⁰С, если известно, что коррозия стали (Fe) под действием О₂ протекает следующим образом:

До 400⁰С:2Fe + 3/2O₂→Fe₂O₃- пассивная плёнка,

при 400 – 575⁰С образуется смесь Fe₂O₃ и FeO,

а свыше 575⁰С: Fe + ½ O₂→ FeO – защитные свойства отсутствуют.

При расчете зависимостью ∆_rН и ∆_rS от температуры можно пренебречь.

Решение. Для определения термодинамической возможности газовой коррозии Fe под действием O₂ определим изменение энергии Гиббса в этих условиях, предварительно составив уравнение реакции: Fe + ½ O₂ (г)→ FeO. Согласно справочным данным:

∆_rG⁰=∆H⁰ - T∆S⁰ = -263800 - 873∙(-70,36) = -202376Дж

Затем применяем уравнение изотермы Вант Гоффа:

D rG = D rG ⁰ + RT ln(1/ p ^1/2_O2)= D rG ⁰ –1/2 RT ln p _O2 =

-202376 -½8,3∙873∙ln5= -207651,5Дж < 0,

т.е. газовая коррозия термодинамически возможна.

Задача 8. Определите давление О₂, при котором прекращается газовая коррозия низкоуглеродистой стали при 600⁰С.

Решение. Fе + 1 / 2 О_{2 (г)} =FеО. Коррозия прекращается при D rG= 0

D rG = D rG ⁰ + RT ln(1/ p ^1/2_O2)= D _rG ⁰ -1/2 RT ln р _О2 = 0

lg p _{О2 =} -201822•2/2,3 R T = -24 р _О2 =10^-24

Задача 9. Определите примерную температуру, при которой газовая коррозия Fe по реакции Fе + 1 / 2 О_{2 (г)} =FеО в стандартных условиях прекращается.

Решение. Прекращается при D rG= 0. Рассчитаем приблизительную Т.

∆_rG⁰ = ∆_r H⁰ - T∆_r S⁰ =0 Исходя из справочных данных:

T = ∆_r H⁰ / ∆_r S⁰ = (-263800)/(- 70,36) = 3749 К

Из задачи 8 и9: D G > 0, т.е. газовая коррозия прекращается при очень низких давлениях кислорода и высоких температурах.

Задача 10. Сравните коррозионные процессы, протекающие на двух Fe-изделиях: 1 - с покрытием из Sn и 2 –с покрытием из Zn в электропроводящей среде при рН=3 и доступе воздуха и сделайте вывод о надежности этих покрытий.

Дата добавления: 2014-12-10