Учебное пособие 514

Окислители восстанавливаются из среды, в которой находится металл, а поэтому вид процесса зависит от природы окислителя и состава среды. Уравнения наиболее часто встречающихся катодных процессов приведены в табл. 14.

При работе коррозионных элементов возникает коррозионный ток, когда осуществляется переход электронов с анодных на катодные участки. Отличием электрохимической коррозии от химической является то, что процессы окисле-

ния и восстановления протекают на разных участках поверхности корро-

дирующих металлов.

Электрохимической коррозии подвергаются металлические детали и конструкции, эксплуатируемые во влажной атмосфере, водоемах, грунтах (подземные газо-, водо- и нефтепроводы; металлические оболочки кабелей; сваи; основания антенн и пр.).

Основные направления защиты металлов от коррозии представлены на рис. 2.

НАПРАВЛЕНИЯ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ

Рис. 2. Схема основных направлений защиты металлов от коррозии

3. Рабочее задание

Опыт 1. Химическая коррозия. Коррозия меди при контакте с йодом

Положите в тигель несколько кристаллов йода. Медную проволоку зачистите наждачной бумагой и прикрепите к крышке тигля. Закройте тигель крышкой, поставьте на кольцо штатива и слегка нагрейте. Через 2−3 мин. прекратите

31

нагревание, дайте тиглю остыть и снимите с него крышку. Пронаблюдайте изменение поверхности медной проволоки в результате образования соли Cu2J2 в атмосфере паров йода по реакции:

2Cu + J2 = Cu2J2.

Укажите степени окисления участников реакции. Что является окислителем, а что – восстановителем? Запишите уравнения электронных полуреакций.

Опыт 2. Электрохимическая коррозия

Коррозия при контакте двух металлов

Возьмите две канцелярские скрепки, в одну из них закрепите небольшую пластинку меди, в другую – цинка. В две пробирки налейте по 2−3 мл серной кислоты, добавьте по 2−3 капли красной кровяной соли K3[Fe (CN)6] и опустите в одну – скрепку с медью, в другую – скрепку с цинком.

Укажите, какой из металлов корродирует (окисляется) в первом и во втором случаях, имея в виду, что только присутствие ионов железа Fe2+ окрашивает раствор в синий цвет вследствие образования турнбулевой сини Fe3[Fe (CN)6]2 по уравнению

3 Fe2+ + 2 K3[Fe (CN)6] = Fe3[Fe (CN)6]2 + 6 K+.

Запишите в рабочую тетрадь стандартные электродные потенциалы Zn, Fe, Cu и уравнения электрохимических процессов, протекающих при коррозии.

Почему в одном случае железо является катодом, а в другом – анодом? Обратите внимание на то, что в результате анодного процесса окисляется металл−анод, а в катодном процессе участвует Н+ из окружающей среды.

Опыт 3. Факторы, влияющие на скорость электрохимической коррозии

Влияние хлорид-иона на скорость коррозии алюминия

Определите по значениям стандартных электродных потенциалов, может ли алюминий вступать в реакцию с сульфатом меди. Запишите в рабочую тетрадь стандартные потенциалы алюминия и меди. Какой из двух металлов будет выполнять функцию восстановителя, ион какого металла будет при этом окислителем? На основании сделанных выводов напишите полуреакции окисления, восстановления и уравнение окислительно-восстановительного процесса.

32

В две пробирки налейте по 2–3 мл сульфата меди (CuSO4) и в каждую из них поместите по кусочку алюминия. В одну из пробирок добавьте на кончике микрошпателя кристаллический хлорид натрия (NaCl). В какой пробирке процесс окисления алюминия идет быстрее?

Как влияет присутствие хлорид-иона на скорость этого процесса? Активатором или ингибитором коррозии является Cl-?

Коррозия металла в результате различного доступа кислорода (дифференциальной аэрации)

Зачистите стальную пластинку наждачной бумагой, промойте дистиллированной водой, промокните фильтровальной бумагой и нанесите 1 каплю раствора, содержащего воду, K3[Fe (CN)6] и NaCl. Через 2–3 минуты туда же добавьте каплю фенолфталеина и наблюдайте через некоторое время появление синего окрашивания в центре и розового – по окружности капли (рис. 3).

O 2 + H 2 O + (K 3 [F e (C N )6 ] + N a C l)

анод

Рис. 3. Схема коррозии стали при дифференциальной аэрации

Сталь – сплав железа с углеродом, является сложным по структуре материалом. Однако приближенно сталь можно рассматривать как железо, которое будет окисляться, выполняя функцию анода. На катодных участках будет преимущественно происходить восстановление кислорода.

Запишите уравнения анодного и катодного (табл. 14) процессов, обратите внимание на продукты реакции и решите, с чем взаимодействует K3[Fe (CN)6], а с чем – фенолфталеин.

Какой процесс (анодный или катодный) идет преимущественно в центре капли (где концентрация кислорода меньше) и какой – по периферии капли, где доступ кислорода больше?

Опыт 4. Защита металлов от коррозии

Действие ингибитора на коррозию железа

Железный гвоздь или скрепку зачистите наждачной бумагой и опустите в пробирку с серной кислотой H2SO4. Наблюдайте выделение водорода на железе. Запишите уравнение реакции: Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑.

33

Когда установится равномерное выделение водорода, к раствору добавьте ингибитор. Наблюдайте уменьшение скорости выделения водорода. Сделайте вывод о роли ингибитора.

Защитные свойства металлических покрытий

В две пробирки налейте по 2–3 мл соляной кислоты и добавьте по 2– 3 капли красной кровяной соли K3[Fe (CN)6] – реактив для обнаружения ионов Fe2+. В одну пробирку поместите пластинку луженого, а в другую – оцинкованного железа. На каждой пластинке предварительно сделайте глубокие царапины. На каком образце появилось синее окрашивание (признак коррозии железа)? В каком случае корродирует защищаемый металл, а в каком − защитное покрытие?

Составьте уравнения происходящих процессов. Укажите, какое из изученных покрытий анодное, а какое – катодное, имея в виду, что название дается по типу процесса, который идет на покрытии при нарушении его целостности.

Выводы

1.Сделайте заключение о сущности коррозии металлов.

2.Контакт с какими металлами ряда напряжений наиболее опасен для железа при электрохимической коррозии?

3.Оцените защитные свойства катодного и анодного покрытия при нарушении его целостности.

Контрольные упражнения

1.Почему химически чистые металлы менее подвержены коррозии?

2.Какой участок подвергающегося электрохимической коррозии металла называется анодом, а какой катодом?

3.Для защиты от коррозии железо покрыто в первом случае хромом, во втором – медью. Какое покрытие является анодным, а какое – катодным? Какое покрытие лучше предохраняет железо от коррозии при нарушении целостности покрытия? Почему?

Литература [1−§§ 10.1 − 10.4; 2− §§ 9.2 − 9.4; 3− пункт 5.3]

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Коровин, Н. В. Общая химия / Н.В. Коровин ─ М.: Высш. шк., 2008. ─ 557 с.

2.Сидоров, В. И. Общая химия: учеб. пособие / В. И. Сидоров , Е. Е. Платонова, Т. Н. Никифорова ─ М.: АСВ, 2002. ─ 220 с.

3.Заречанская, В. В. Химия: учеб. пособие / В. В. Заречанская, Г. Г. Кривнева, С. И. Тарановская, В. В. Шаталова; под общ. ред. Г. Г. Кривневой; Воронеж. гос. арх. — строит. ун-т. – Воронеж, 2005. – 100 с.

34