Химическая кинетика. Окислительно-восстановительные процессы

Вопросы для самоконтроля

1. Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот. Почему? Однако, к медной пластине, опущенной в кислоту, прикоснуться цинковой, то на меди начинается выделение кислорода. Объясните это явление, составив уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнение протекающей химической реакции.

2. Объясните, почему в атмосферных условиях, цинк корродирует, а золото нет?

3. Возможна ли коррозия олова в водном растворе с рН = 6 при контакте с воздухом?

4. Приведите примеры анодных и катодных покрытий для кобальта. Составьте уравнения катодных и анодных процессов во влажном воздухе и в растворе соляной кислоты при нарушении целостности покрытия.

5. Скорость равномерной коррозии стального изделия составила 7,9 г/(м²·ч). Рассчитайте уменьшение толщины металла за единицу времени, принимая плотность стали равной плотности железа.

6. Рассчитайте парциальное давление кислорода, ниже которого газовая коррозия Сu при 298 К с образованием СuО невозможна. Рассчитайте температуру, выше которой

газовая коррозия в атмосфере кислорода (Р_О2 = 1) с образованием СuО невозможна.

7. Во сколько раз возрастает толщина пленки при увеличении продолжитель­ности газовой коррозии никеля и алюминия от 9 до 100 ч?

8.В стальной емкости находится природная вода, содержащая кислород 2 • 10 ^–3 моль/м³ и имеющая рН 8,0. Какой тип коррозии металла внутренней поверх­ности емкости возможен при 298 К? Ответ подтвердите расчетом. Рассчитайте время, ко­торое потребуется для полной коррозии металла толщиной 1 мм, принимая δ = 10 ^–4 м, D = 10 ^–9 м²/с, ρ = 7,9 г/см³ и равномерный характер коррозии.

Заключение по модулю 3

Скорость химической реакции зависит от концентрации реагирующих веществ, возрастает с увеличением температуры и при использовании катализаторов. Скорость химической реакции можно рассчитать с помощью кинетического уравнения и уравнения Аррениуса при известных кинетических параметрах реакции.

Химические реакции могут протекать через одну или несколько элементарных актов (стадий), кинетическое уравнение одностадийных реакций совпадает, а многостадийных реакций не совпадает с кинетическим законом действующих масс. Практически все химические реакции идут через промежуточный активированный комплекс, образуемый исходными частицами (молекулами), энергия которых не ниже некоторого значения, называемого энергией активации. Повышение температуры увеличивает число активных молекул, катализаторы уменьшают энергию активации. По особому механизму протекают цепные реакции, которые начинаются с генерации активных частиц – свободных радикалов, свободные радикалы воспроизводятся в ходе цепной реакции. Под воздействием света возникают многие химические реакции в атмосфере, имеющие исключительно важное значение для жизни на Земле. Всё более широкое применение в технике и решения экологических проблем получают катализаторы.

Наряду с обменными существуют окислительно-восстановительные реакции, протекающие с изменением степени окислением атомов элементов. К широко распространённой разновидности окислительно-восстановительных процессов относятся электрохимические, включающие превращения химической энергии в электрическую и электрической энергии в химическую. Соотношение между количеством прошедшего электричества и прореагировавшего вещества определяется законом Фарадея. Важным параметром электрохимических реакций является электродный потенциал, зависящий от природы реакции, температуры, активности ионов и парциального давления газообразных реагентов и продуктов реакции. При прохождении электрического тока через электрод потенциал его изменяется, т.е. возникает поляризация электрода, обусловленная замедленностью той или иной стадии электродной реакции. Величина поляризации определяется природой реакции и электрода, величиной тока, температурой, концентрации реагента.

Под действием электрического тока на электродах протекают химические реакции, получившие название электролиза. На электродах в первую очередь идут реакции электровосстановления (на катоде), имеющие наиболее положительный потенциал, и реакции окисления (на аноде), имеющие наиболее отрицательный потенциал. Электролиз нашёл очень широкое применение в различных областях технике.

К окислительно-восстановительным относятся коррозионные процессы, некоторые из них протекают по химическому, другие по электрохимическому механизму. Наиболее распространена электрохимическая коррозия с поглощением кислорода и выделением водорода. На основе понимания механизма коррозии созданы и применяются различные методы защиты от коррозии.

После изучения данного раздела студентам следует знать:

1. Кинетическое уравнение. Порядок реакции.

2. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергию активации.

3. Механизм и молекулярность реакций.

4. Особенности механизма цепных реакций.

5. Законы фотохимических реакций. Фотохимические реакции в атмосфере.

6. Катализ и катализаторы. Механизмы гомогенного и гетерогенного катализа.

7. Основные области применения катализаторов.

8. Степень окисления.

9. Законы Фарадея.

10. Стандартный водородный электрод. Электродные потенциалы и ЭДС.

11. Последовательность электродных процессов.

12. Классификацию коррозионных процессов.

13. Химическую коррозию.

14. Коррозию с выделением водорода.

15. Коррозию с поглощением кислорода.

16. Основные методы защиты от коррозии.

17. Протекторы, ингибиторы коррозии.

Студенты должны уметь:

1. Рассчитать изменение скорости реакции, если известна величина уменьшения энергии активации при использовании катализатора.

2. Составить уравнение окислительно-восстановительной реакции.

3. Рассчитать по закону Фарадея количество прошедшего электричества или количество прореагировавшего на электроде вещества.

4. Рассчитать ЭДС гальванического элемента по известным термодинамиче­ским функциям протекающей в элементе реакции.

5. Написать уравнение электродных процессов в гальваническом элементе, рас­считать изменение потенциала электрода в зависимости от изменения активности (или давления) реагентов.

6. Определить ЭДС и напряжение гальванического элемента.

7. Рассчитать потенциал окислительно-восстановительного процесса, в котором принимают участие ионы водорода.

8. Показать последовательность протекания процессов на электродах при элек­тролизе тех или иных водных растворов.

9. Написать анодные и катодные реакции при нанесении гальванопокрытия, при анодной размерной обработке металлов, при анодировании.

10. Написать токообразующие реакции в первичном и топливном элементах и аккумуляторах.

11. Рассчитать возможность или невозможность газовой коррозии металла.

12. Показать, какой вид электрохимической коррозии металла возможен и какой не возможен в той или иной среде.

13. Определить какое металлическое покрытие имеет анодный, а какое — катод­ный характер.

14. Подобрать протектор для защиты того или иного металла.

Дата добавления: 2014-01-04