Решение. Определим ионный состав раствора электролита и оценим водородный показатель среды pH

Определим ионный состав раствора электролита и оценим водородный показатель среды pH. Уравнения диссоциации молекул соли и воды:

Fe(NO₃)₂ → Fe²⁺ + NO₃^-

H₂O ↔ H⁺ + OH^- .

Соль Fe(NO₃)₂ образована слабым основанием Fe(OН)₂ и сильной кислотой НNO₃, следовательно, при ее растворении в воде протекает процесс гидролиза:

Fe²⁺ + H₂O ↔ FeОН⁺ + H⁺

FeОН⁺ + H₂O ↔ Fe(ОН)₂ + H⁺

с образованием избытка ионов Н⁺, и раствор электролита имеет слабокислую реакцию среды. Примем рН=5.

Определим равновесные потенциалы возможных процессов на аноде и катоде и запишем уравнения электродных процессов:

Е ⁰_Fe²⁺_/Fe = -0,440 B -справочные данные[1],

Е ^р _Н⁺_/Н2 = - 0,059 ^. pH = -0,295 B (по уравнению Нернста при 298 К), т.к. значения потенциалов Е ⁰_Fe²⁺_/Fe и Е ^р_Н⁺_/Н2 близки, то на катоде будут протекать процессы восстановления ионов железа Fe²⁺ и ионов Н⁺ из раствора электролита.

Pt - нерастворимый анод, по уравнению Нернста при 298 К:

E ^р_{О2 / ОН}^- = 1,23 - 0,059 ^.pH = + 0,935 В

ионы NO₃^-, как сложные кислородсодержащие ионы, на аноде окисляться не будут, и в данном растворе электролита на аноде будет идти один процесс окисления ионов ОН^-.

Уравнения электродных процессов при электролизе на Pt –электродах:

K-: 2Н⁺ + 2e → Н₂

Fe²⁺ + 2e → Fe

A+: 4OH^- → 2O₂ + 4H⁺ + 4e

В ходе процесса электролиза на катоде расходуются ионы Н⁺ - среда становится менее кислой; на аноде образуются ионы Н⁺ - среда дополнительно подкисляется. При прохождении тока при электролизе изменяются потенциалы электродов электролизера, т.е. возникает электродная поляризация. В результате катодной поляризации потенциал катода становится более отрицательным; в результате анодной поляризации потенциал анода становится более положительным. Кроме того, имеются омические потери в проводниках 1-го и 2-го рода. В результате напряжение электролизера больше минимальной разности потенциалов (напряжения разложения):

U = U _р + I ^. R + D Е _А +D Е _К ,

Теоретическая минимальная разность потенциалов U _р, которую необходимо подать на Pt –электроды для начала проведения электролиза раствора электролита Fe(NO₃)₂ равна разнице равновесных потенциалов первых процессов, протекающих на аноде и катоде:

U _р = Е _А - Е _К = E _{О2 / ОН}^- - Е _Н⁺_/Н2 = 0,935- (-0,295) = 1,23 В,

Количество веществ (железо и водород), выделившихся на катоде, рассчитаем по закону Фарадея:

для массы вещества: m = B_i;

для объема газа: V = B_i,

где М _Э - молярная масса эквивалента вещества, г/моль;

V _Э - объем моля эквивалента газа, л/моль;

I - сила тока, А;

τ - время процесса, с;

F = 96500 Кл/моль-экв. - постоянная Фарадея.

B_i – выход по току вещества

Электролиз проводился при силе тока I =12 Ав течение времени t =3 час=10800c; выход металла по току B_Fe =70%

Запишем объем моля эквивалента водорода при нормальных условиях (Т =273 К, р = 10⁵ Па) и массу моля эквивалента железа:

V ⁰_{э, H2} = 11,2 л/моль, M _{э, Fe} = 27,9 г/моль.

тогда m _Fe = ^. B_{i Fe} = ^. 0,7 = 26,25 г;

V _H2 = ^. B_{i Н2} = ^.0,3 = 4,5 л.

Задача 13. Для водного раствора ZnCl₂:

1)составьте уравнения электродных процессов при гальванопокрытии Fe-изделия цинком с использованием графитового анода ;

2)покажите ход поляризационных кривых,

Решение. Определим ионный состав раствора электролита и оценим водородный показатель среды pH.

ZnCl₂ → Zn²⁺ + 2Cl^-

H₂O ↔ H⁺ + OH^- pH ~ 6

K -: 2Н⁺ + 2e → Н₂

Zn²⁺ + 2e → Zn

A+: 4OH^- → 2O₂ + 4H⁺ + 4 e

2Cl^- → Cl₂ + 2 e

Задача 14. Для изделия из сплава Zn - Fe :

1) определите термодинамическую возможность его электрохимической коррозии в среде с рН=3 при 298К и контакте с воздухом (р _Н2=1, р _О2 =0,21); составьте уравнения процесса коррозии;

2) рассчитайте силу коррозионного тока, если за 2 час. протекания коррозии на поверхности образовалось 8∙10^-2 молей эквивалента продуктов коррозии;

Решение. а)Сравниваем стандартные потенциалы металлов:

Е⁰ _Zn2+/Zn = - 0,763 B Þанодные участки

E⁰ _Fe2+/Fe = - 0,440 B Þ катодные участки

б) Определяем равновесные потенциалы окислителей в

заданной среде (рН=3, р _О2 = 0,21)

≈ 1,217 – 0,059рН ≈ 1,04В

≈ – 0,059рН ≈ -0,18В

в) Сравниваем значения потенциалов окислителей и

металла-анода, делаем вывод о возможности данного

процесса коррозии

- 0,763 < 1,04 Þвозможна коррозия с поглощением кислорода

- 0,763 < -0,18 Þ возможна коррозия с выделением водорода

(A) Zn → Zn²⁺ + 2e

(К) O₂ + 4H⁺ + 4 → 2Н₂О

2H⁺ + 2 → H₂

Cила коррозионного тока I = Q/t. Согласно следствия из 2 го закона Фарадея количество прошедшего через систему электричества Q равно: Q = F (Кл) ∙ n (м э) /1(м э) =

= 96500 ∙ 8 ∙ 10^-2 = 7720 Kл, а сила коррозионного тока

I = 7720Кл /2∙3600с = 1,072 A.

Дата добавления: 2014-12-10