Защита 3, билет 47.pdf (2017) (Защита 3, билет 47 (2017))

Защита 3. Билет 47Задача 1А) Схема для измерения величины стандартного электродного потенциала кадмиевого электродаотносительно водородного электрода.Возьмем стандартные кадмиевый и водородный электроды. Сделаем из них гальванический элемент.Схема гальванического элемента:(–) Cd│CdCl2║HCl│H2[Pt] (+)Измерим ЭДС.

Полученное значение, но с отрицательным знаком – это значение стандартногоэлектродного потенциала кадмиевого электрода: E0Cd2+ /Cd  0, 403BУравнения электродных процессов:А(–): Cd – 2ē → Cd2+K(+): 2H+ + 2ē → H2Ход поляризационных кривых:Е, Вi, мА/см20ΔEKЕЭUЭΔEА-0,403Б) Схема для измерения стандартного электродного потенциала медного электрода относительноводородного электрода.Возьмем стандартные медный и водородный электроды. Сделаем из них гальванический элемент.Схема гальванического элемента:(–) H2[Pt]│HCl║CuCl2│Cu (+)Измерим ЭДС. Полученное значение – это значение стандартного электродного потенциала медногоэлектрода: E0Cu2+ /Cu = 0,337BУравнения электродных процессов:А(–): H2 – 2ē → 2H+K(+): Cu2+ + 2ē → CuХод поляризационных кривых:Е, В0,337ΔEKUЭЕЭΔEАi, мА/см20Потенциал анода увеличивается, а потенциал катода уменьшается.В работающем ГЭ при прохождении тока I напряжение U меньше ЭДС из-за явления поляризациикатода (EК) и анода (ЕА) и омического падения напряжения на сопротивлении r1 в проводниках сэлектронной проводимостью (проводниках первого рода) и на сопротивлении r2 в электролите(проводнике второго рода)Задача 2Рафинирование Zn c примесями Mg и Cu в растворе серной кислоты (pH = 1)Рафинирование – очистка металла от примесей с помощью электролиза.

На аноде растворяетсяосновной металл и примеси, потенциал которых отрицательнее основного металла. Примеси,имеющие более положительный потенциал, не растворяются и выпадают в осадок в виде шлама. Накатоде в первую очередь выделяется металл, имеющий наибольший потенциал.Анод – очищаемый металл Zn c примесями Mg и CuНа аноде могут окисляться: Zn, Mg, Cu и H2OСравним потенциалы возможных анодных процессов:E OP2 /OH 1, 23  0, 059pH  1, 23  0, 059 1  1,171ВE 0Zn 2+ /Zn  0, 763BE 0Mg2+ /Mg  2,363BE 0Cu 2+ /Cu  0,337 B0E0Mg2+ /Mg  E0Zn2+ /Zn  ECu EOP2+/Cu2 /OHСначала окисляются примеси магния: Mg – 2ē → Mg2+Затем окисляется основной металл – цинк: Zn – 2ē → Zn2+Примеси меди не растворяются и выпадают в осадокМолекулы воды не окисляются.На катоде могут восстанавливаться катионы: Zn2+, Mg2+, H+.Сравним потенциалы возможных катодных процессов:E PH+ /H  0, 059pH  0, 059 1  0, 059В2E0Zn 2+ /Zn 0, 763BE 0Mg2+ /Mg  2,363BВ начале процесса, когда в растворе отсутствуют катионы Zn2+, на катоде идет восстановлениекатионов H+:2H+ + 2ē →H2Затем осаждается металл с наибольшим потенциалом (цинк):Zn2+ + 2ē → ZnМагний на катоде не осаждается, так как E0Zn2+ /Zn >E0Mg2+ /Mg , и разность потенциалов велика (более 1В)I = 2AОбщее количество электричества, пропущенного через электролизер:τ = 3чQобщ  I   2 A  3ч  6 А  чВТ(Zn) = 60% = 0,6Количество электричества, затраченное на образование цинка:m(Zn) – ?QZn  Qобщ  BT (Zn)  6 А  ч  0,6  3,6 А  чМасса выделяющегося на катоде цинка: m( Zn) M Э ( Zn)  QZn 32, 7 г / моль  3, 6 А  ч 4,39гF26,8 А  чмольЗадание 3Оловянное покрытие на медиpH = 7 (среда нейтральная)p(O2) = 0,21; p(H2) = 1Сравним стандартные электродные потенциалы Sn и Cu.0ESn 0,136B2+/SnE 0Cu 2+ /Cu  0,337B00ESn ECuзначит, при возникновении электрохимической коррозии олово будет анодом (будет2+2+/Sn/Cuокисляться), а медь будет катодом (окисляться не будет).

Олово – анодное покрытие.Возможные окислители при коррозии в нейтральной среде: молекулы O2 (кислороднаядеполяризация), молекулы H2O (водородная деполяризация).Определим равновесные потенциалы окислителей:E OP2 /OH 1, 23  0, 059pH  0, 0147 lg p(O 2 )  1, 23  0, 059  7  0, 0147 lg 0, 21  0,807BE PH+ /H  0, 059pH  0, 0295lg p(H 2 )  0, 059  7  0, 0295lg1  0, 413B2Сравним равновесные потенциалы окислителей и стандартный электродный потенциал анода.0E PH+ /H < ESn< E OP2+/Sn22 /OH, значит, протекает коррозия только с кислородной деполяризацией.Уравнения реакций электродных процессов:А(–): Sn – 2ē → Sn2+K() : O2  2H2O  4ē  4OH.