Лаба №9 Электрохимические процессы, страница 2

Среди изолирующих защитных покрытий особое место занимают металлические покрытия. По механизму коррозионного разрушения при нарушении целостности покрытия различают анодные и катодные металлические покрытия.

Если электродный потенциал металла покрытия меньше электродного потенциала защищаемого металла, то по отношению к защищаемому металлу металл покрытия является анодом. Поэтому такие металлические покрытия называются анодными. При работе гальванопар в местах нарушения сплошности анодного покрытия разрушается металл покрытия (анод), а защищенный металл (катод) не разрушается.

Если же электродный потенциал металла покрытия больше электродного потенциала защищаемого металла, такое покрытие называется катодным, т.к. по отношению к защищаемому металлу металл покрытия является катодом. Поэтому при работе гальванопар в местах нарушения сплошности катодного покрытия коррозии подвергается защищаемый металл.

ПРИМЕР 5: коррозионные процессы в нейтральной среде при нарушении сплошности анодного и катодного покрытия на железе.

Для железа (Е= −0,44 В) анодным является покрытие из любого металла с меньшим значением электродного потенциала, например, цинк (Е= −0,76 В). при нарушении сплошности такого покрытия в нейтральной среде будут работать гальванопары: А–Zn | O₂ , Н₂О | Fe + К. анодный и катодный процессы, протекающие при том, выражаются уравнениями:

А: Zn = Zn ²⁺+2е^- − окисление цинка (коррозия металла покрытия)

К: О₂ + 2Н₂О + 4 еˉ = 4ОН‾ − восстановление на железе.

2Zn + О₂ + 2 Н₂О = 2 Zn²⁺+4ОН‾ − суммарное уравнение электрохимической коррозии.

Из записанных уравнений видно, что цинк (и любое анодное покрытие) защищает железо от коррозии не только, пока оно цело, но и в случае нарушения сплошности покрытия.

Для создания на железе катодного покрытия необходимо использовать любой металл с большим значением электродного потенциала, например, никель (Е= −0,25 В). При нарушении сплошности никелевого покрытия в нейтральной среде будут работать гальванопары: А– Fe | O₂ , Н₂О | Ni + К. Анодный и катодный процессы при работе данных гальванопар следующие:

А: Fe = Fe ²⁺+2е^- − окисление железа (коррозия защищаемого металла)

К: О₂ + 2Н₂О + 4 еˉ = 4ОН‾ − восстановление на никеле.

2 Fe + О₂ + 2 Н₂О = 2 Fe ²⁺+4ОН‾ − суммарное уравнение электрохимической коррозии.

Как видим, при нарушении сплошности катодное покрытие не защищает железо от коррозии.

Из всех случаев коррозии металлов наиболее типичной и часто встречающейся является коррозия железа (сплавов железа). Из выше рассмотренных примеров видно, что электрохимическая коррозия железа заключается в его анодном окислении, в результате чего образуются ионы Fe²⁺ во внешней среде. Для этого в лабораторной работе используется качественная реакция с красной кровяной солью К₃ |Fe (CN₆)|. Данная качественная реакция заключается в том, что комплексные ионы красной кровяной соли, взаимодействуя с ионами Fe ²⁺ , образуют соединение с характерной синей окраской –турнбулеву синь Fe ₃|Fe (CN)₆|₂ : 3 Fe ²⁺+2|Fe (CN₆)|^3- = Fe ₃|Fe (CN)₆|₂

Экспериментальная часть

ОПЫТ 1. Гальванический элемент.

Рассматривается гальванический элемент с медным и цинковым электродами.

Получите у преподавателя индивидуальное задание для оформления расчетной части опыта концентрации растворов: C_CuSO4 = C_ZnSO4 =

1. Соберите гальванический элемент с гальванометром во внешней цепи.

2. Замкните электроды проводником электронов и наблюдайте работу гальванического элемента по отклонению стрелки гальванометра.

3) Запишите схему гальванического элемента (см. ПРИМЕР 1).

4) В записанной схеме укажите направление перемещения электронов.

5) Выпишите значение стандартных электродных потенциалов (см. ПРИЛОЖЕНИЕ).

6) По уравнению Нернста (ур. 1) рассчитайте значение электродного потенциала каждого электрода согласно полученному индивидуальному заданию.

7) Составьте уравнение электродных процессов и общее уравнение электрохимического процесса.

8) Рассчитайте стандартную ЭДС гальванического элемента и ЭДС, отвечающую полученному индивидуальному заданию.

ОПЫТ 2. Электролиз растворов.

Электролиз проводится в электролизере –U-образной трубке, заполненной раствором электролита, в которую помещаются графитовые электроды. Напряжение на электроды подается через выпрямитель тока в течении 0,5 ÷ 1 мин. Определение продуктов электролиза производится визуально (выделение газа, осаждение металла; изменение окраски раствора, изменение окраски индикатора).

2.1. Электролиз раствора иодида калия.

Проведите процесс электролиза. Отключите источник питания. Удалите электроды из электролизера и промойте их дистиллированной водой.

В катодное колено электролизера добавьте 2-3 капли раствора фенолфталеина, в анодное пространство электролизера добавьте несколько капель раствора крахмала. Все наблюдения отметьте в таблице.

1) Запишите уравнение диссоциации соли: КI =

2) В таблице запишите уравнения теоретически возможных электродных процессов и выпишите значения соответствующих электродных потенциалов (см. ПРИЛОЖЕНИЕ).

3) Сделайте вывод о характере электродных процессов. Сопоставьте вывод с опытными данными.

4) Соответственно этому заполните последнюю колонку таблицы.

5) Запишите полное уравнение процесса электролиза:

2.2. Электролиз раствора сульфата натрия.

Проведите процесс электролиза. Отключите источник питания. Удалите электроды из электролизера и промойте их дистиллированной водой.

В катодное и анодное пространство электролизера добавьте несколько капель раствора лакмуса. Все наблюдения отметьте в таблице.

1) Запишите уравнение диссоциации соли: Na₂SO₄ =

2) В таблице запишите уравнения теоретически возможных электродных процессов и выпишите значения соответствующих электродных потенциалов (см. ПРИЛОЖЕНИЕ).

3) Сделайте вывод о характере электродных процессов. Сопоставьте вывод с опытными данными.

4) Соответственно этому заполните последнюю колонку таблицы.

5) Запишите полное уравнение процесса электролиза:

2.3. Электролиз раствора сульфата меди.

Проведите процесс электролиза. Отключите источник питания. Удалите электроды из электролизера. Осмотрите поверхность электродов. Все наблюдения отметьте в таблице.

1) Запишите уравнение диссоциации соли: CuSO₄ =

2) Сделайте вывод о характере электродных процессов. Сопоставьте вывод с опытными данными.

3) Соответственно этому заполните последнюю колонку таблицы.

4) Запишите полное уравнение процесса электролиза:

2.4. Электролиз раствора сульфата меди с растворимым анодом.

Измените полярность полюсов электродов. Таким образом, электрод с осажденной на нем медью, полученной в предыдущем опыте, будет анодом.

Проведите процесс электролиза. Отключите источник питания. Удалите электроды из электролизера. Осмотрите поверхность электродов. Все наблюдения отметьте в таблице.

1) Составьте уравнения теоретически возможных электродных процессов и выпишите значения соответствующих электродных потенциалов (см. ПРИЛОЖЕНИЕ).

2) Сделайте вывод о характере электродных процессов. Сопоставьте вывод с опытными данными.

3) Соответственно этому заполните последнюю колонку таблицы.

4) Запишите полное уравнение процесса электролиза:

ОПЫТ 3: Электрохимическая коррозия металлов.

3.1. Роль гальванопар в процессах электрохимической коррозии.

В пробирку внесите 5-6 капель разбавленной H₂SO₄ и гранулу цинка. Наблюдать выделение газа-водорода. 1) Запишите уравнение химической реакции:

Коснитесь медной проволокой поверхности цинка. Как изменяется интенсивность газовыделения?

2) На каком металле происходит выделение газа?

1. Объясните наблюдаемое явление, записав схему гальванопары, образующейся при контакте цинка с медью. Обозначьте в ней анод и катод, запишите уравнения электродных реакций и суммарное уравнение электрохимического процесса.

3.2. Коррозия оцинкованного и луженого железа.

2 химических стакана заполните (на половину объема) 3%растворами NaCl и в каждый из них добавьте по 3-4 капли раствора Fe ₃|Fe (CN)₆|. В один стакан опустите железную пластинку, покрытую цинком, в другой – покрытую оловом (луженую). На пластинах предварительно нанесите глубокие царапины.

Через несколько минут в одном из стаканов наблюдайте окрашивание раствора в синий цвет.

1) Какая реакция протекает в этом стакане? Запишите ее уравнение:

2) Какая пластинка находится в этом стакане?

3) Происходит ли коррозия железа в данном случае? Ответ мотивируйте, записав для каждой из 2-х пластинок схемы гальванопар, уравнение электродных реакций и уравнение электрохимического процесса.

4) Определите тип покрытия (анодное или катодное) для каждой пластинки.

Вариант контрольного теста

I. Какие реакции могут протекать самопроизвольно в стандартных условиях:

1). Cu + NiSO₄ = 2). Fe + ZnCl₂ = 3).Al + NiCl₂ = 4).Cu + AgNO₃ =

II. Концентрация ионов никеля в растворе 1 моль/л. определите электродный потенциал никелевого электрода:

1).- 0,25 В 2).0,25 В 3).0 В 4).-0,264 В

III. Катодом гальванического элемента является свинец Pb. Анодом может быть электрод: