Масу речовини, що виділилася при електролізі, розраховують за формулою

m _(x) = (I • t) Е_m / F)

де m _(x) - кількість відновленої чи окисленої речовини (г); I – сила струму, що пропускається, (А); t – час електролізу (с); F – стала Фарадея (96500 Кл/моль); Е_m – еквівалентна маса речовини (г/моль) (Е_m = M _(x)/ n, де M _(x) – молярна маса; n – число прийнятих чи відданих електронів).

На практиці при електролізі внаслідок побічних процесів на електродах утворюється менше речовини, ніж розрахована за кількістю електрики, що пройшла через електроліт. Для оцінки ефективності електролізу користуються поняттям “вихід за струмом”. Виходом за струмом називається відношення маси практично одержаного продукту електролізу m _пр до теоретично розрахованої m _теор(за кількістю електрики):

Корозія

Корозією називають небажаний процес взаємодії металу із навколишнім середовищем (лат. "corrosio" означає роз'їдати, руйнувати). Середовище, в якому метал піддається корозії, називаються корозійним чи агресивним середовищем.

По механізму процесу розрізняють хімічну й електрохімічну корозію металу.

Хімічна корозія – це взаємодія металів з корозійним середовищем без виникнення в системі електрохімічного ланцюга. Окиснення металів і відновлення окисників (компоненти корозійного середовища) протікають в одному акті. Так протікає окиснення більшості металів у газах, що містять окисник (наприклад, окиснення в повітрі при підвищенні температури): 2Mg+O₂ → MgO; 4Al+3O₂ → 2Al₂О₃.

Електрохімічна корозія – це взаємодія металу з корозійним середовищем, при якому виникає електрохімічний ланцюг. Іонізація атомів металу і відновлення окисного компонента середовища відбувається не в одному акті, і їхні швидкості залежать від електродного потенціалу металу.

По характеру корозійного руйнування розрізняють: загальну (суцільну) корозію, при який корозії підлягає уся поверхня металу; місцеву корозію, при який кородують окремі ділянки металу; корозію виразками – корозійні руйнування у вигляді окремих середніх і великих плям (корозія латуні в морській воді); міжкристалітну корозія, коли процес корозії поширюється по границі метал-сплав і інші види корозії.

За умовами протікання процесу: газова – це корозія в газовому середовищі при високих температурах; атмосферна – корозія металу в природній чи промисловій атмосфері; рідинна – корозія в рідких середовищах, як у розчинах електролітів, так і в розчинах неелектролітів; підземна – корозія металу в ґрунті; структурна – корозія через структурну неоднорідність металу; корозія зовнішнім струмом - вплив зовнішнього джерела струму (анодне чи катодне заземлення); корозія блукаючими струмами - проходження струму по непередбачених у проекті шляхах; контактна корозія – сполучення електрохімічно різнорідних металів у електропровідному середовищі; корозія під напругою – одночасний вплив корозійного середовища і механічної напруги.

Електрохімічна корозія

Електрохімічна корозія є найбільш розповсюдженим типом корозії металів. По електрохімічному механізму кородують метали в контакті з розчинами електролітів (морська вода, розчини кислот, лугів, солей). У звичайних атмосферних умовах і в ґрунті метали кородують також по електрохімічному механізмові, тому що на їх поверхні є краплі вологи з розчиненими компонентами повітря і ґрунту.

Процес електрохімічної корозії може бути представлений у вигляді схеми: 1) анодний процес – іонізація атомів металу з утворенням іонів у розчині і нескомпенсованих електронів у металі; 2) процес переносу електронів у металі від зон анодної реакції до ділянок, на яких термодинамічно і кінетично можливий катодний процес; 3) процес підведення окисника-деполяризатора до катодних зон; 4) катодний процес – асиміляція надлишкових електронів деполяризатором, для якого у цих зонах забезпечені термодинамічні умови процесу відновлення.

При наявності у воді або в розчині газоподібного кисню основну роль деполяризатора виконує кисень: O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂O. Електродний потенціал цього процесу залежить від рН (E = 1,228 – 0,059pH (В)) і при рН =7 складає 0,8 В. Отже, у воді з розчиненим киснем будуть кородувати всі метали, що стоять в ряді напруг лівіше срібла (Е ⁰ = 0,800 В).

У воді завжди присутні катіони H⁺_, здатні до відновлення: 2H⁺ +2e^– → H₂. Електродний потенціал цього процесу також залежить від рН і при рН=7 складає ‑0,41 В. Отже, у воді без кисню будуть кородувати всі метали, що стоять в ряді напруг лівіше кадмію. Однак, деякі метали (алюміній, титан) покриті з поверхні щільною оксидною плівкою, яка захищає їх від корозії. За певних умов ця плівка може порушуватись, що призводить до активного руйнування поверхні металу.

Корозійні процеси, у яких катодна деполяризація здійснюється розчиненим в електроліті киснем, називають процесами корозії металів з кисневою деполяризацією. Це найбільш розповсюджений тип корозії металів у воді, у нейтральних і навіть у слабокислих сольових розчинах, у морській воді, у землі, в атмосфері повітря.

Захист металів від корозії

Для захисту металів від корозії використовують такі методи:

· використання хімічно стійких сплавів (неіржавіючі сталі тощо);

· захист поверхні металу різними покриттями;

· електрохімічні методи захисту;

· обробка корозійного середовища.

Серед хімічно стійких сплавів найбільше використовують неіржавіючі хромонікелеві сталі, сплави міді і нікелю.

Покриття металів поділяють на металеві, неметалеві і утворені хімічною (електрохімічною) обробкою. Серед металевих розрізняють катодне і анодне покриття. Прикладом анодного покриття може служити покриття сталевих виробів більш електрохімічно активним металом – цинком. Таке покриття ефективно захищає метал навіть у випадку порушення суцільності покриття. Прикладом катодного покриття може служити покриття заліза електрохімічно менш активним металом – оловом (лужена жерсть). Таке покриття захищає метал тільки при суцільному шарі покривного металу. До неметалевих відносять покриття лаками, фарбами, емалями, полімерами, смолами. Широко застосовують хімічну обробку поверхні (оксидування, фосфатування, хроматування) з метою утворення щільних захисних плівок.

До електрохімічних методів захисту відносять катодний захист і метод протекторів. При катодному захисті металева конструкція приєднується до негативного полюса джерела струму і стає катодом, а позитивний полюс під’єднують до масивного металевого заземлення. Метод протекторів полягає у приєднанні до конструкції, що потребує захисту від корозії, шматка більш активного металу (цинк, магній), який поляризується анодно. В такому разі метал конструкції стає катодом, а процес окиснення відбувається на металі-протекторі.

Обробка корозійного середовища проводиться для обмеженого об’єму рідини (котли, трубопроводи). До неї відносяться деаерація води (видалення розчиненого кисню), застосування інгібіторів – речовин, що різко уповільнюють корозію. Як інгібітори використовують нітрит натрію, хромати і дихромати, фосфати, уротропін, деякі високомолекулярні сполуки.

 

Тестові завдання:

1. Як змінюються окисно-відновні властивості простих речовин в залежності від положення відповідних елементів в періодичній системі Д.І.Менделєєва?

2. Покажіть на прикладах, як змінюються окисно-відновні властивості сполук елементів в залежності від його ступеня окиснення.

3. По яким ознакам можна віднести ту чи іншу речовину лише до окисників, лише до відновників, або до речовин, що проявляють подвійні властивості. Наведіть приклади.

4. Як складається рівняння окисно-відновних процесів методом електронного балансу?

5. Що лежить в основі електронно-іонного методу складання окисно-відновних реакцій?

6. На прикладі відновлення перманганату калію покажіть вплив середовища на протікання окисно-відновних реакцій.

7. Як по положенню металу в електрохімічному ряду напруг визначити його відношення до води, водних розчинів кислот і солей?

8. Які фактори визначають характер катодного та анодного процесів при електролізі водних розчинів електролітів?

9. Електроліз розплаву хлориду магнію.

10. Електроліз розчину сульфату калію.

11. Електроліз розчину сульфату купруму.

12. Електроліз розчину хлориду купруму.

13. Електроліз розплаву лугу.

14. Електроліз розчину лугу.

15. Визначити ступінь окиснення елементів у наступних сполуках і іонах: SO₂; SO₃; H₂S; CS₂; H₂SO₄; K₂CrO₄; Fe(CrO₂)₂; Cr₂O₃; K₂Cr₂O₇;Na₃[Al(OH)₆]; SO₃^2–; MnO₄^–; SO₄^2–; PO₄^3–; P₂O₇^4–; MnO₄^2–.

16. Які з приведених процесів представляють собою окислення, а які – відновлення: S ® SO₄^2–; S ® S^2–; Sn ® Sn⁴⁺; Br₂ ® 2Br^–; 2H⁺ ® H₂; V²⁺ ® VO₃^–; Cl^– ® ClO₃^–; IO₃^– ® I₂; MnO₄^– ® MnO₄^2–; Mn²⁺ ® MnO₄^–; NH₄⁺ ® N₂; NO₃^– ® NO; NO₂ ® NO₃^–; NO₂ ® NO₂^–.

17. Розставити коефіцієнти та вказати окисник і відновник в окисно-відновних реакціях:
NH₄NO₃ ® N₂O + H₂O
SO₂ + Br₂ + H₂O ® HBr + H₂SO₄
Cu + H₂SO₄ ® CuSO₄ + SO₂ + H₂O
I₂ + KOH ® KIO₃ + KI + H₂O
Cl₂ + NaOH ® NaCl + NaClO + H₂O
H₂SO₃ + H₂S® S + H₂O
P + KOH + H₂O ® PH₃ + KH₂PO₂
KMnO₄ + MnSO₄ + H₂O ® MnO₂ + K₂SO₄ + H₂SO₄
Rb + H₂O ® RbOH + H₂
S + KOH ® K₂S + K₂SO₃ + H₂O
HClO₃ ® ClO₂ + HClO₄;
AgNO₃ ® Ag + NO₂ + O₂
Cl₂ + H₂S + H₂O ® H₂SO₄ + HCl
NH₃ + O₂ ® NO + H₂O
FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O
Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O ® Fe(OH)₃
H₂O₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® O₂ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O
K₂SO₃ + KMnO₄ + KOH ® K₂SO₄ + K₂MnO₄ + H₂O
K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ ® S + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O
HBr + H₂SO₄ ® Br₂ + SO₂ + H₂O
C + H₂SO₄ ® CO₂ + SO₂ + H₂O
Cu + HNO₃ ® Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O
Zn + HNO₃ ® Zn(NO₃)₂ + N₂ + H₂O
Mg + HNO₃ ® Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + H₂O
KClO₃ + FeSO₄ + H₂SO₄ ® KCl + Fe₂(SO₄)₃ + H₂O
KBrO + MnCl₂ + KOH ® KBr + K₂MnO₄ + KCl + H₂O
FeCl₃ + H₂S ® S + FeCl₂ + HCl
H₂O₂ + I₂ ® HIO₃ + H₂O
PbO₂ + H₂O₂ ® Pb(OH)₂ + O₂
KClO₃ + H₂O₂ ® KCl + O₂+ H₂O
N₂H₄ + AgNO₃ + KOH ® N₂ + Ag + KNO₃ + H₂O
H₂O + As₂S₃ + HNO₃ ® H₃AsO₄ + H₂SO₄ + NO
MnO₂ + O₂ + KOH ® K₂MnO₄ + H₂O
FeSO₄ + Br₂ + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ + HBr + H₂O
C + HNO₃ ® NO₂ + CO₂ + H₂O
PbS + HNO₃ ® PbSO₄ + NO₂ + H₂O
HBr + KMnO₄ ® MnBr₂ + Br₂ + KBr + H₂O
K₂S + K₂MnO₄ + H₂O ® S + MnO₂ + KOH
KI + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ® I₂ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O
Zn + H₃AsO₃ + H₂SO₄ ® AsH₃ + ZnSO₄ + H₂O
KI + H₂O₂ ® I₂ + KOH + H₂O
KClO₃ ® KCl + O₂
NaNO₃ ® NaNO₂ + O₂
(NH₄)₂Cr₂O₇ ® N₂ + Cr₂O₃ + H₂O
NaClO₃ + H₂S ® H₂SO₄ + NaCl + H₂O

Розрахункові задачі: