Дослід 2. Електроліз водного розчину NaCl.

Зачищені електроди занурити в розчин хлориду натрію, додавши попередньо до розчину кілька крапель фенолфталеїну. Спостерігати виділення продуктів електролізу. Пояснити зміну забарвлення індикатора біля катоду. Записати рівняння електродних процесів.

 

Дослід 3. Електроліз водного розчину ZnSO₄.

Провести електроліз водного розчину ZnSO₄, додати до нього розчин лакмусу. Спостерігати виділення газоподібних продуктів електролізу на електродах. Пояснити зміну забарвлення індикатора біля катоду та аноду. Записати рівняння катодного та анодного процесів.

 

Контрольні питання:

1. Що таке електроліз?

2. Основні фактори, які впливають на процес електролізу.

3. Основні етапи електролізу.

4. Які процеси проходять на катоді і аноді:

a) якщо сіль утворена металом, який має електродний стандартний потенціал більше (менше) ніж алюміній;

b) якщо кислотний залишок не має кисню;

c) якщо кислотний залишок має кисень.

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №13

 

Тема:	Корозія металів, захист металів від корозії.
Мета:	Встановити закономірності проходження електрохімічної корозії та ознайомитися з методами захисту від корозії.
Реактиви:
	Розчини:	- Червона кров’яна сіль;
		- Хлорид натрію;
		- Сірчана кислота;
		- Уротропін.
	Індикатори:	- Фенолфталеїн.
Обладнання:	Електролізер, залізні стрижні, гальванічна пара (Fe, Al), джерело постійного струму.

 

1.1 Методичні вказівки до вивчення теоретичного матеріалу

 

Корозією називається руйнування металу в результаті хімічного чи електрохімічного впливу навколишнього середовища.

Хімічна корозія протікає в результаті прямої хімічної взаємодії металів з агресивним навколишнім газоподібним середовищем, у результаті чого на поверхні утворяться продукти взаємодії: оксиди, сірчисті сполуки і т.д.

Електрохімічна корозія відбувається на границі розділу фаз: метал – електроліт. Електролітом може служити вода з присутніми в ній іонами кислот, солей.

Корозія може мати місце також при дії вологого ґрунту, вологи повітря.

Відповідно до теорії електрохімічної корозії металів при електрохімічній корозії протікають процеси, аналогічні тим, що виникають у гальванічних елементах.

Можливими причинами виникнення корозії гальванічних елементів є наступні:

1) контакт металів з різним значенням стандартного електродного потенціалу, що знаходяться в розчині електроліту;

2) хімічна неоднорідність того самого металу. Так, сталь має включення часток карбіду заліза – цементиту (Fe₃C);

Залізо і цементит володіють різними електродними потенціалами. При зануренні сталі в агресивне середовище, на її поверхні виникає безліч мікроелементів;

3) фізична неоднорідність металу за рахунок нерівномірних чи деформацій нерівномірності прикладених зовнішніх навантажень, що приводить до дефектів кристалічних граток і зміни електродних потенціалів;

4) порушення лакофарбового покриття, розходження в складі і концентрації електроліту, що стикається з тим самим металом, різна швидкість руху електроліту на поверхні металу і т.п.

Електрохімічна корозія має місце у випадку контакту двох різних металів.

Електрохімічна корозія супроводжується протіканням двох реакцій: анодної і катодної. Анодний процес полягає в окислюванні більш активного металу.

Анодна реакція:

		+n
Ме -	4 ē =	Ме	- окислення

 

Катодний процес залежить від характеру електроліту.

У кислотному середовищі окислювачем є Н⁺, тому реакція на катоді буде наступна:

Середовище кисле:

 

+		0
2Н +	2 ē =	Н2	процес відновлення

 

У нейтральному середовищі, крім процесів окислювання і відновлення, протікає вторинна реакція:

 

Me⁺ⁿ + nOH^- = Me(OH)n - утворення гідроксидів.

 

Як приклад розглянемо процес електрохімічної корозії в кислому і нейтральному середовищах при контакті цинку і свинцю.

Стандартний електродний потенціал цинку -0,763 В, а свинцю -0,126 В. З двох розглянутих металів цинк є більш активним, отже, він буде піддаватися процесу окислювання. Запишемо електрохімічні схеми корозійних елементів:

 

- у кислому середовищі: Θ Zn½HCl½Pb Å;

- у нейтральному середовищі: Θ Zn½H₂О, О₂½Pb Å.

 

Реакція на аноді у кислому та в нейтральному середовищах буде та сама:

 

Zn -

2ē =

Zn^+2

- процес окислення

На катоді в кислому середовищі:

 

2Н^+ +

2ē =

Н2^0

- процес відновлення

 

На катоді в нейтральному середовищі:

 

2Н2О +

О2 +

4ē =

4ОН^-

- процес відновлення

 

Вторинна реакція в нейтральному середовищі:

 

Zn⁺² + 2ОH^- = Zn(OН)₂.

 

Руйнування металу, що знаходиться в контакті з менш активним металом, протікає значно інтенсивніше, ніж без нього. Тому щоб уникнути корозії необхідно стежити, щоб такі контакти не створювалися.

Електрохімічна корозія підкоряється законам електролізу Фарадея і кількість металу, що прокородувала, можна розрахувати по формулі:

 

,

 

де маса речовини, що прокородувала, у м;

сила струму, в А;

Е – хімічний еквівалент металу;

96500 – число Фарадея.

У розвитку корозійних процесів важливе місце займає природа електролізу. Чим більше міститься у воді розчинних солей чи кислот, основ, тим вище її електропровідність, тим сильніше руйнуються в такому середовищі метали. Саме тому морська вода, що містить солі, що добре дисоціюють, володіє високою електропровідністю, є більш агресивним середовищем для металів, чим річкова. Крім того, сильним активатором корозії в морській воді є іони Cl^-, що в більшому ступені, ніж інші іони, руйнують метал.

 

Захист металів від корозії.

Основними видами захисту металів від корозії є:

1) нанесення захисних покриттів на метал;

2) обробка корозійного середовища;

3) електрохімічний захист (катодний і протекторний).

1. Захисні покриття можуть бути:

- на полімерній основі (полімерні, лакофарбові, мастила),

- на неорганічній основі (оксидні, фосфатні, емалеві й ін.),

- металеві.

По своїй електрохімічній природі металеве покриття може бути двох типів: покриваючий метал може відігравати роль катода чи роль анода.

Анодне покриття захищає метал і механічно і электрохімічно. При порушенні цілісності покриття, воно буде відігравати роль анода і руйнуватися, захищаючи метал, на якому будуть протікати процеси відновлення.

Прикладом анодного покриття є цинк на залізі – оцинковане залізо. Катодне покриття захищає метал тільки механічно. Як тільки цілісність покриття порушується, виникає гальванічна пара металів, у якій анодом є основний метал, а покриття – катодом. Прикладом є луджене залізо, залізо, покрите оловом.

2. Боротьба з корозією шляхом обробки корозійного середовища може виконуватися тільки за умови її обмеженого обсягу шляхом:

а) зменшення вмісту або видалення з корозійного середовища речовин, що викликають корозію;

б) введення інгібіторів.

3. Електрохімічний протекторний захист.

Принцип дії протекторного захисту аналогічний дії анодного покриття. Як протектор використовують метал з більш електронегативним потенціалом. Наприклад, для захисту від корозії корпуса судна застосовуються як протектор бруски зі сплавів на основі цинку, магнію чи алюмінію. Протектор з'єднується з корпусом судна, що захищається. Виникає електрохімічний елемент, у якому катодом є корпус судна, що захищається, а метал протектора – розчинним анодом.

Електрохімічний катодний захист може бути здійснений за допомогою зовнішнього джерела постійного струму. Металеві конструкції, що захищаються, підключаються до негативного електрода.

Метал, що охороняється, у цьому випадку не піддається впливу корозійного середовища, на його поверхні йдуть тільки відновні процеси. До позитивного полюса зовнішнього джерела струму підключається метал – анод, на якому протікає процес окислювання.

 

1.2 Проведення дослідів