Ответ: масса выделившегося серебра 24,17 г

Контрольное задание № 14

1. Напишите схемы катодного и анодного процессов при электролизе раствора соли с инертными электродами.

2. Рассчитайте массу (для газа – объём при н.у.) выделившегося на катоде вещества, при заданных условиях.

Вариант	Соль	Сила тока,А	Время	Вариант	Соль	Сила тока,А	Время
	Na2SO4		1,5ч		Co(NO3)3	0,50	1,5ч
	CuSO4		40мин		MgCl2	0,30	50мин
	CuCl2		0,5ч		K2SO4	0,80	6,0ч
	Pb(NO3)2	2,5	25мин		NaNO3	3,50	2,5ч
	FeCl2		1ч		PtCl2	5,0	10мин
	KNO3		50мин		Li2SO3	5,5	40мин
	SnCl2	1,5	30мин		NaCrO2	4,0	50мин
	KCl	3,5	45мин		K3PO4	4,5	1ч
	Ca(NO3)2		1,5ч		AlCl3	6,0	2ч
	AgNO3	2,3	35мин		PtCl4	5,0	3ч
	MnSO4	1,7	60мин		HgSO4	0,9	4ч
	ZnSO4	0,9	2,0ч		K2S	0,7	5ч
	NaBr	0,8	20мин

 

 

Тема: Коррозия металлов

Теоретическая часть.

Коррозия металлов - самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой.

При электрохимической коррозии на поверхности металла одновременно протекают два процесса:

анодный – окисление металла Me⁰ - n = Me ⁿ⁺

и катодный – восстановление ионов водорода 2Н⁺ + 2 = H₂

или молекул кислорода, растворенного в воде, О₂ + 2Н₂О + 4 = 4ОН^-.

Ионы или молекулы, которые восстанавливаются на катоде, называются деполяризаторами. При атмосферной коррозии-коррозии во влажном воздухе при комнатной температуре -деполяризатором является кислород.

В практике часто имеют дело с контактом двух различных метал­лов. При наличии электролита в месте контакта самопроизвольно воз­никает коррозионный гальванический элемент. При гальванокоррозии различают атмосферную коррозию (коррозию металла в нейтральной среде в присутствии кислорода) и коррозию в кислой среде (как в присутствии, так и в отсутствии кислорода).

Рассмотрим, коррозию железа, контактирующего с медью, в различных условиях.

1) Атмосферная коррозия.

Схема возникающего при этом коррози­онного элемента следующая:

Fe │Н₂О, О₂│ Сu.

В таком элементе Fe - анод, а Сu -катод, так как φ⁰_Fe2+/Fe= - 0.44 В, φ⁰_Cu2+/Cu= 0,34 В.

На аноде протекает процесс: Fe = Fe² + 2e,

на катоде: О₂ + 2Н₂О = 4 OН^- (кислородная деполяризация).

Суммарная реакция: 2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe (OH)₂.

Продуктом коррозии является Fe (OН)₂,который окисляется кис­лородом воздуха до Fe (ОН)₃: 4Fe (OН)₂ + О₂ + 2H₂O = 4Fe (OН)₃.

2) Коррозия в нейтральной среде.

Схема коррозионного элемента:

Fе│Н₂О│Cu.

Процесс на аноде: Fe -2е = Fe²⁺. Процесс на катоде:

2Н₂О + 2е = Н₂ + 2ОН^- (водородная деполяризация).

Суммарная реакция: Fe + 2H₂O = H₂ + Fe(ОН)₂.

Продуктом коррозии, как и в первом случае, является Fe (ОН)₂, который, по вышеуказанной реакции, превращается в Fe (ОН)₃.

3) Коррозия в растворе серной кислоты с растворенным кислоро­дом.

Схема коррозионного гальванического элемента:

Fe |H₂SO₄, О₂| Сu.

На аноде протекает тот же процесс (Fe = Fe²⁺ + 2e),

а на катоде - O₂ + 4H⁺ + 4e = 2H₂O

Суммарная реакция: 2Fe + О₂ + 4H⁺ = 2Fe²⁺ + 2H₂O.

Продуктом коррозии является соль FeSO₄

4) Коррозия в растворе хлороводородной кислоты.

Схема корро­зионного гальванического элемента:

Fe |HCl|Сu.

На аноде протекает процесс: Fe = Fe²⁺ + 2e,

на катоде: 2H⁺ + 2e = H₂.

Суммарная реакция: Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂.

Продуктом коррозии является соль FeCl₂.

 

Контрольное задание №15

 

1. Для двух металлов находящихся в контакте друг с другом определите, какой из металлов будет корродировать при попадании их в электролитически проводящую среду.

2. Написать уравнение коррозии протекающей в соответствующей среде электролита.

3. Предложите известные вам способы защиты от коррозии.

 

Вариант	Контакти-рующие металлы	Среда электролита	Вариант	Контакти- рующие металлы	Среда электролита
	Fe, Ag	Влажный воздух		Zn, Ag	Морская вода
	Fe, Cu	Соляная кислота		Cu, Sn	Вода, насыщенная О2
	Zn, Fe	Влажный воздух с СО2		Cr, Pb	Соляная кислота
	Fe, Cu	Раствор H2SO4		Fe, Pb	Кислая среда
	Fe, Sn	Раствор H2SO4		Fe, Mg	Вода, насыщенная О2
	Fe, Sn	Вода, насыщенная Н2		Zn, Ag	Влажный воздух
	Fe, Ni	Вода, насыщенная СО2		Pb, Cu	Водный раствор
	Cr, Cu	Соляная кислота		Zn, Cr	Раствор H2SO4
	Al, Cu	Раствор CuС12		Pb, Ag	Влажный воздух
	Mg, Al	Морская вода		Zn, Ni	Раствор H2SO4
	Mg, Sn	Раствор H2SO4		Fe, Sn	Соляная кислота
	Co, Fe	Влажный воздух		Fe, Ag	Соляная кислота
	Fe, Cr	Водный раствор

 

Тема: Электрохимия

Теоретическая часть.

Переход энергии химической реакции в энергию электрического тока и обратно происходит в электрических системах, состоящих из электродов и электролитов. Электрод – это система, состоящая из двух фаз, одна из которых является металлом, а другая – электролитом. Схематически записывается:

Ме|Ме^+х. Между компонентами фаз происходит электродная реакция сопровождающаяся переходом электрических зарядов из одной фазы в другую и возникновением скачка потенциала на границе их раздела.

Механизм возникновения электродного потенциала.

Если погрузить металлическую пластинку в воду, то катионы металла на её поверхности гидратируются полярными молекулами воды и переходят в жидкость, заряжая её положительно. При этом электроны, в избытке остающиеся в металле, заряжают его поверхностный слой отрицательно. Возникает электростатическое притяжение между перешедшими в жидкость гидратированными катионами и поверхностью металла. В результате этого в системе устанавливается подвижное равновесие.

На границе соприкосновения металла и жидкости возникает двойной электрический слой, характеризующийся определенным скачком потенциала.

Абсолютные значения электродных потенциалов измерить не удается.

-

- + +

- + +

- +

металл (Zn) - раствор (Zn⁺²)

Итак: при погружении металла в раствор, содержащий ионы этого же металла, на поверхности раздела фаз образуется двойной электрический слой и возникает определенный скачек потенциала, который называют электродным потенциалом.

Процесс перехода ионов металла в жидкость является обратимым, схематично выражается уравнением:

Me + m H₂O ↔ Me(H₂O)ⁿ⁺_m + ne (1)

_{В растворе на металле}

При погружении различных металлов в воду величины возникающих потенциалов различны. Чем активнее металл, тем больше ионов переходят в окружающую водную среду, следовательно, тем больше величина отрицательного заряда, возникающего на металлической пластинке.

При погружении металла в раствор соли этого металла, равновесие (1) смещается, из металла в раствор будет переходить меньше ионов, а значит уменьшиться отрицательный заряд металла и его отрицательный потенциал. При удалении избыточных электронов из металла, равновесие (1) сместится вправо. Такие условия создаются в гальваническом элементе. При погружении металлов в растворы их солей одни из них заряжаются положительно (это менее активные металлы), другие, наоборот, отрицательно (это более активные металлы). Потенциал каждого электрода зависит от природы металла, концентрации его ионов в растворе и температуры.

При погружении металла в раствор его соли с активностью больше или меньше 1 моль/л, потенциал Е металла отличается от стандартного. В этом случае его величина вычисляется по формуле Нернста:

e_Ме = e⁰_Ме + 2,303 lg a _Ме+n, где (1)

e_Ме - электродный потенциал металла Ме в растворе, (В).

e⁰_Ме – стандартный электродный потенциал, (В).

R - универсальная газовая постоянная -8,31 Дж\мольК;

Т – температура по шкале Кельвина;

F – число Фарадея – 96500 Кл\моль;

n – число электронов, участвующих в электродном процессе;

2,303 – модуль перехода от натуральных логарифмов к десятичным;

a – активность ионов металла в растворе;

Активность ионов связана с концентрацией раствора и эта связь выражается уравнением

а_{ме +х} = f_а С,

где а_ме+х – активность, С- молярная концентрация раствора и f_а –коэффициент активности, учитывающий электростатическое взаимодействие ионов в растворе.

Где 2,303 = 0,059 или Ж

Уравнение принимает вид: e_Ме = e⁰_Ме + 0,059/n ∙ lg a _Ме+n,

Из уравнения следует: стандартным потенциалом e⁰ называется такой потенциал, который возникает на металлической пластинке, находящейся в контакте с одноименными ионами в растворе, с активностью ионов 1моль\л,.в нормальных условиях (Р=101,3 кПа = 1атм; Т=298К)

Величина e⁰ характеризует химическую активность металла: чем активнее металл, тем отрицательнее его стандартный потенциал.

Электрод, состоящий из платины, насыщенной водородом под давлением в 101,325 кПа и погруженной в водный раствор с активностью ионов водорода равной единице, называется нормальным водородным электродом.