Лабораторная работа №
Коррозия металлов. Защита металлов от коррозии.
Теория:
1. Дайте определение процессу коррозии.
2. Перечислите виды коррозии по механизму их протекания.
3. Дайте определение химической коррозии.
4. Перечислите внешние факторы, провоцирующие процесс химической коррозии.
5. Приведите формулу Пиллинга-Бедвордса.
6. Укажите, при каких значениях α оксидные пленки обладают защитными свойствами. (Коровин Н.В. стр. 315-318, Гуров А.А. стр. 604)
7. Дайте определение электрохимической коррозии.
8. Приведите схему электрохимического процесса, протекающего на анодных участках микрокоррозионных гальванических элементов.
9. Приведите схему электрохимического процесса, протекающего на катодных участках микрокоррозионных гальванических элементов в разных средах:
a) В кислой дезаэрированной:
b) В кислой аэрированной:
c) В нейтральной аэрированной:
d) В нейтральной дезаэрированной:
(Коровин Н.В. стр. 319, Гуров А.А. стр. 609)
10. Перечислите способы защиты металлов от коррозии:
11. Перечислите виды защитных покрытий:
12. Приведите пример и схему анодного защитного покрытия:
13. Приведите пример и схему катодного защитного покрытия:
14. Дайте определение ингибиторам коррозии:
15. Изложите сущность электрохимической защиты:
16. Приведите пример протекторной защиты. Напишите уравнения анодной и катодной реакции в кислой среде:
17. Дайте определение катодной защиты.
18. Приведите уравнение Нернста для металлического электрода при 298 ˚К.
19. Приведите уравнение Нернста для водородного электрода при 298 ˚К.
20. Приведите уравнение Нернста для кислородного электрода при 298 ˚К.
21. Приведите формулу для расчета ЭДС коррозионного гальванического элемента:
22. Приведите уравнение Гиббса для расчета электрохимических процессов:
23. Закончите уравнения качественных реакций на присутствие в растворе ионов Fe2+, Fe3+, Pb2+:
Fe2+ +K3[Fe(CN)6] =
Fe3+ +K4[Fe(CN)6] =
Pb2++ 2KI =
Опыт 1. Коррозия железа в различных электролитах.
Таблица 1. Результаты эксперимента
| Коррозионная среда pH | Индикатор коррозии железа | Окраска раствора с железной пластиной | Уравнения коррозионных процессов: анодного, катодного, суммарного |
| H2O дистиллированная pH = | K3[Fe(CN)6] | A: К: ∑: | |
| Водный раствор NaCl pH = | K3[Fe(CN)6] | A: К: ∑: | |
| Водный раствор MgCl2 pH = | K3[Fe(CN)6] | A: К: ∑: | |
| Водный раствор NaOH pH = | K3[Fe(CN)6] | A: К: ∑: | |
| Водный раствор Cl2 pH = | K4[Fe(CN)6] | A: К: ∑: |
Выводы: (объясняют происходящие процессы, сравнивают интенсивность коррозии железа в данных средах).
Опыт 2.Коррозия при контакте двух различных металлов
Металлы: цинк Zn(φ˚Zn2+/Zn) =, медь Cu (φ˚Cu2+/Cu) =
Коррозионная среда: водный раствор кислоты H2SO4
Рис 1. Выделение пузырьков водорода: а) без контакта металлов и
б) при контакте металлов
Уравнения коррозионных процессов:
А) А: Б) А:
К: К:
∑: ∑:
Расчет ЭДС коррозионного гальванического элемента:
Выводы: (объясняют происходящие процессы, определяют тип коррозионного процесса)
Опыт 3. Коррозия стали в результате неравномерной аэрации
Состав ферроксил-индикатора: NaCl, K3[Fe(CN)6], фенолфталеин, агар-агар
Рис2. Коррозия стали под каплей ферроксил –индикатора (с указанием окраски индикатора, расположения анодных и катодных участков)
Уравнения коррозионных процессов:
А) А:
К:
∑:
Выводы: (указывают действие составных частей ферроксил-индикатора, определяют тип коррозионного процесса)
Действие NaCl:
Действие K3[Fe(CN)6]:
Действие фенолфталеина:
Действие агар-агара:
Если ваши знания обширны или почерк слишком размашист, используйте для ответов обратную сторону листов.
Опыт 4. Коррозия легированной стали в кислородном растворе
Коррозионная среда: водный раствор серной кислоты H2SO4
Индикатор коррозии железа: K3[Fe(CN)6]
Таблица 2. Результаты эксперимента
| Металлическая пластина | Окраска водного раствора с пластиной | Скорость выделения пузырьков газа | Уравнения коррозионных процессов: анодного, катодного, суммарного |
| Железная | A: К: ∑: | ||
| Из нержавеющей стали | A: К: ∑: |
Выводы: (сравнивают интенсивность синей окраски водного раствора в присутствии индикатора и скорость выделения пузырьков газа; указывают какой газ выделяется; объясняют причину различного поведения исследованных металлических пластин; определяют тип коррозионного процесса)
Опыт 5. Катодные и анодные защитные металлические покрытия
Коррозионная среда: водный раствор серной кислоты H2SO4
Индикатор коррозии железа: K3[Fe(CN)6]
Стандартные потенциалы: φ˚Fe2+/Fe = φ˚Zn2+/Zn = φ˚Sn2+/Sn =
Таблица 3. Результаты эксперимента
| Металлическая пластина | Окраска водного раствора | Скорость выделения пузырьков | Уравнения коррозионных процессов: анодного, катодного, суммарного |
| Из оцинкованного железа | A: К: ∑: | ||
| Из луженого железа | A: К: ∑: |
Выводы: (сравнивают интенсивность синей окраски водного раствора в присутствии индикатора и скорость выделения пузырьков газа, указывают какой газ выделяется, объясняет причину различного поведения исследованных металлических пластин; определяют тип коррозионного процесса; указывают какое покрытие относится к покрытиям анодного типа, какое – к катодного; объясняют принцип защитного действия в каждом случае; указывают, как нарушение покрытия влияет на процесс коррозии железа.)
Опыт 6. Протекторная защита свинца
Коррозионная среда: водный раствор уксусной кислоты CH3COOH
Индикатор коррозии металла: KI
Стандартные потенциалы: φ˚Pb2+/Pb = φ˚Zn2+/Zn =
Таблица 6. Результаты эксперимента
| Металлическая пластина | Относительное количество осадка в растворе | Скорость выделения пузырьков газа | Уравнения коррозионных процессов: анодного, катодного, суммарного |
| Свинцовая | A: К: ∑: | ||
| Свинцовая, соединенная с цинковой пластиной | A: К: ∑: |
Выводы: (сравнивают относительное количество осадка в растворе в присутствии индикатора; указывают, какой газ выделяется, объясняют причину различного поведения исследованных металлических пластин; определяют тип коррозионного процесса; указывают в каком случае осуществляется защита свинца от коррозии; объясняют принцип действия протекторной защиты свинца)
Опыт 7. Катодная защита железа
Коррозионная среда: водный раствор NaCl
Индикатор коррозии железа: K3[Fe(CN)6]
Таблица 7. Результаты эксперимента
| Металлическая пластина | Окраска водного раствора с пластиной | Выделение пузырьков газа на электродах | Уравнения электрохимических процессов: анодного, катодного, суммарного |
| Железная | A: К: ∑: | ||
| Железный стержень, соединенный с отрицательным плюсом внешнего источника тока | A: К: ∑: |
Выводы: (сравнивают интенсивность синей окраски водного раствора в присутствии индикатора; указывают, какие газы выделяются на электродах при отделении железа с отрицательным и положительным плюсами внешнего источника тока; объясняют причину различного поведения исследованных металлических пластин; определяют тип коррозионного процесса; указывают, в каком случае осуществляется защита железа от коррозии; объясняют принцип действия катодной защиты металлов).
Контрольные вопросы к лабораторной работе
«Коррозия металлов. Защита металлов от коррозии».
Необходимые термодинамические данные веществ и ионов, ПР веществ, константы диссоциации слабых электролитов, а также стандартные потенциалы металлических и газовых электродов ищите в базовых учебниках Гурова А.А. и Н.В.Коровина или спрашивайте у преподавателя.
1. Приведите уравнения основных катодных реакций, протекающих при электрохимической коррозии металлов.
2. Олово спаяно с серебром. Какой из металлов будет коррозировать в нейтральной среде (аэрированной)? Напишите уравнения анодной и катодной реакций.
3. Возможна ли электрохимическая коррозия олова в водном растворе при рН=6 при контакте с воздухом. Напишите уравнения реакций анодного и катодного процессов.
4. Объясните, почему в атмосферных условиях цинк коррозирует, а золото нет? Напишите уравнения анодной и катодной реакций. Ответ подтвердите расчетами.
5. Возможна ли электрохимическая коррозия свинца в водном растворе при рН=6 при контакте с воздухом. Напишите уравнения анодных и катодных реакций.
6. Определите, будет ли коррозировать медь в деаэрированном (без содержания кислорода) растворе при рН=2. Напишите уравнения анодной и катодной реакций.
7. Магний коррозирует в морской воде (рН=8) при контакте с воздухом. Напишите уравнения анодного и катодного процессов.
8. К какому виду коррозии относится образование на поверхности меди ее оксида при нагревании и ржавчины на воздухе? Напишите уравнения анодных и катодных реакций.
9. Одинаково ли отношение к коррозии технического и химически чистого металла? Чем вызывается коррозия обычной стали? Напишите уравнения анодных и катодных реакций.
10. Почему некоторые достаточно активные металлы, например алюминий не коррозируют на воздухе? Назовите другие металлы с аналогичными свойствами. Приведите уравнения реакций.
11. Почему железо слабо коррозирует в растворах, для которых значение рН больше 10. Приведите графическую зависимость.
12. Какое покрытие металла называется анодным, а какое катодным? Назовите металлы, которые можно использовать для анодного покрытия железа в сильнокислой среде. Составьте уравнения катодных и анодных процессов при нарушении целостности покрытия.
13. К какому типу покрытия относится олово на меди. Какие процессы будут протекать при атмосферной коррозии указанной пары в нейтральной среде? Напишите уравнения анодного и катодного процессов.
14. Какое покрытие металла называется анодным, а какое катодным? Назовите металлы, которые можно использовать для катодного покрытия железа в нейтральной среде. Составьте уравнения катодных и анодных процессов при нарушении целостности покрытия.
15. Медное изделие с цинковым покрытием подвергается электрохимической коррозии. Составьте уравнения катодных и анодных процессов во влажном воздухе при нарушении целостности покрытия.
16. Какое покрытие металла называется анодным, а какое катодным? Назовите металлы, которые можно использовать для анодного покрытия железа во влажном воздухе. Составьте уравнения катодных и анодных процессов при нарушении целостности покрытия.
17. Железное изделие покрыто свинцом. Какое это покрытие – катодное или анодное?. Составьте уравнения катодных и анодных процессов при нарушении целостности покрытия.
18. Какое покрытие металла называется анодным, а какое катодным? Назовите металлы, которые можно использовать для катодного покрытия железа в слабокислой среде. Составьте уравнения катодных и анодных процессов при нарушении целостности покрытия.
19. Приведите примеры катодных и анодных покрытий для кобальта. Составьте уравнения катодных и анодных процессов во влажном воздухе при нарушении целостности покрытия.
20. Приведите примеры катодных и анодных покрытий для кадмия. Составьте уравнения катодных и анодных процессов в сильнокислой среде при нарушении целостности покрытия.
В задачах 21-28 о пределите термодинамическую возможность газовой коррозии изделия из металла под действием газообразного хлора при указанной температуре. Воспользуйтесь термодинамическими данными, приведенными в учебнике.
| № п/п | Металл | Температура Т, К |
| Ag | ||
| Cu | ||
| Fe | ||
| Mg | ||
| Zn | ||
| Ti | ||
| Cu | ||
| Zn |
В задачах 29-42 о пределите термодинамическую возможность газовой коррозии изделия из металла под действием кислорода при указанной температуре. Воспользуйтесь термодинамическими данными, приведенными в учебнике.
| № п/п | Металл | Температура Т, К |
| AI | ||
| Ag | ||
| Zn | ||
| Fe | ||
| Mg | ||
| Pb | ||
| Zn | ||
| Ni | ||
| Mn | ||
| Cr | ||
| Zn | ||
| Fe | ||
| Mg | ||
| Ni |