Экспериментальная часть

Опыт 1. Электрохимическая неоднородность поверхности стали.

Вследствие электрохимической неоднородности стали и наличия окислителя у ее поверхности образуются коррозионные микроэлементы. В процессе их работы осуществляется анодное растворение железа. О растворении железа судят по появлению турнбулевой сини при взаимодействии Fе²⁺ с индикатором.

Для проведения опыта зачистите стальную пластинку наждачной бумагой, промойте проточной водой и высушите фильтровальной бумагой. Затем положите на пластинку бумажный фильтр, смоченный ферроксилиндикатором (состав ферроксилиндикатора: 100 см³ Н₂O + 3 г NаСl + 0,1 г К₃[Fе(СN)₆] + несколько капель фенолфталеина).

Через 2-3 мин опишите изменение цвета фильтровальной бумаги, форму и распределение пятен. Объясните наблюдения и, используя значения потенциалов электродных реакций, запишите уравнения этих реакций.

Опыт 2. Коррозия железа в контакте с углеродом.

Заполните U-образную трубку 0,5 М раствором хлорида натрия. Зачистите наждачной бумагой и промойте проточной водой стальные и графитовые стержни. В одно колено трубки поместите стальной стержень и добавьте 3-4 капли раствора К₃[Fе(СN)₆], во второе колено погрузите графитовый стержень и добавьте3—4 капли фенолфталеина.

Замкните внешнюю цепь через милливольтметр и запишите напряжениеU₁. Отключите вольтметр, замкните внешнюю цепь медным проводником и наблюдайте за работой элемента, а также изменением окраски раствора в катодном и анодном пространствах.

Запишите уравнение анодного процесса и значение стандартного потенциала электрода. Объясните причину изменения окраски раствора у анода.

Рассчитайте потенциалы возможных катодных процессов с учетом рН среды в начале опыта, принимая давления газов равным атмосферному.

Напишите уравнения процессов, протекающих на катоде, и объясните причину изменения окраски раствора у катода.

Запишите суммарное уравнение коррозионного процесса и схему коррозионного элемента.

Через 20-30 мин после начала опыта, не встряхивая электродов, вновь замкните внешнюю цепь через милливольтметр и запишите новое показание прибора (U₂). Объясните причину уменьшения напряжения.

Не размыкая внешней цепи добавьте в катодную зону несколько капель раствора пероксида водорода Н₂O₂. Запишите показания прибора (U₃). Объясните причину увеличения напряжения.

Опыт 3. Влияние природы контактирующих металлов на скорость коррозии железа.

В опыте изучается коррозия ; железа в паре с различными металлами. В первой части опыта железо находится в паре с никелем или медью, во второй части опыта — в паре со свинцом или кадмием.

В U-образную трубку залейте 0,1 М раствор Н₂SO₄. Металлические пластины тщательно зачистите наждачной бумагой и промойте проточной водой. В одно колено трубки поместите стальную пластинку, во второе - никелевую или медную. С помощью милливольтметра определите напряжение элемента. Повторите опыт с кадмиевой или свинцовой пластинкой.

При оформлении результатов опыта запишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение реакции. Приведите схему коррозионного элемента.

Рассчитайте потенциал катодной реакции и объясните влияние природы использованных металлов на скорость коррозии и напряжение коррозионного элемента.

Опыт 4. Изучение ингибирующего действия различных веществ на скорость коррозии металлов.

Получите у преподавателя пластины металлов, тщательно обработайте их поверхность, опустите в раствор для травления на 3-5 минут. Затем обезжирьте пластины, протерев их фильтровальной бумагой, смоченной ацетоном, промойте дистиллированной водой и взвесьте на аналитических весах с точностью до 0,1 мг.

Поместите пластины металлов в коррозионную среду без ингибитора и в среду, содержащую ингибитор и оставьте их до следующего занятия. Выньте пластины из растворов, осторожно удалите продукты коррозии, промойте сначала проточной, затем дистиллированной водой, высушите и снова взвесьте. Рассчитайте скорость коррозии (мкм/год):

где Δm ‑ изменение массы, г; ρ ‑ плотность образца, г/см³, для стали ρ = 7,9 г/см³; S - площадь образца, см²; t - время, сутки.

Если вы убедились, что в присутствии ингибитора скорость коррозии уменьшилась, рассчитайте степень защиты металла в присутствии данного ингибитора:

∙100%

где v₀ ‑ скорость коррозии в среде без ингибитора, г/м³·час, v- скорость коррозии в среде с ингибитором.

Сделайте вывод о влиянии используемого Вами ингибитора на скорость коррозии металла. Объясните, каков, по Вашему мнению, механизм ингибирующего действия.

Опыт 5. Протекторная защита. Радиус действия магниевого протектора.

Стальной стержень и магниевый протектор тщательно зачистите наждачной бумагой, промойте в проточной воде и протрите фильтровальной бумагой. Соедините протектор со стержнем, аккуратно опустите в стеклянный цилиндр протектором вниз и полностью залейте раствором № 1 (0,01%-ный раствор NаСl, содержащий несколько капель концентрированного раствора К₃[Fе(СN)₆]). Через 7-10 мин после начала опыта измерьте расстояние от места прикрепления протектора до ближайшего синего пятна на стальном стержне. Это и будет радиус действия магниевого протектора в данном растворе. Извлеките пинцетом стержень с протектором, промойте водопроводной водой и протрите фильтровальной бумагой. Раствор № 1 перелейте в склянку, ополосните цилиндр водопроводной водой. Продолжите опыт с раствором № 2 (0,05% NаСl и добавка К₃[Fе(СN)₆]), с раствором № 3 (0,1% NаС1 с добавкой К₃[Fе(СN)₆]), водопроводной водой с добавкой К₄[Fе(СN)₆]. На основании полученных данных постройте график с координатами: радиус действия протектора (мм) ‑ концентрация соли в растворе (%). Чем вызвано увеличение радиуса действия протектора с повышением концентрации хлорида натрия в растворе? Напишите уравнение коррозии магниевого протектора в растворе электролита.

Опыт 6. Нанесение цинкового покрытия. Расчет толщины покрытия и выхода по току.

Поверхность железного образца тщательно зачистите наждачной бумагой, сполосните дистиллированной водой, высушите фильтровальной бумагой. Измерьте с обеих сторон площадь образца. Рассчитайте силу тока в цепи, необходимую для получения плотности тока, равной 0,02 А/см². Обезжирьте образец, поместив его в стакан №1 с предварительно нагретым раствором состава (г/л): NaOH – 10, Na₂CO₃ 25, Na₃PO₄ – 25. Промойте образец в водопроводной и дистиллированной воде, протрите фильтровальной бумагой и взвесьте на аналитических весах с точностью до 0,0001 г.

Налейте в химический стакан №2 до половины объема электролит для цинкования cостава (г/л): ZnSO₄ – 215; Al₂ (SO₄)₃ – 30; H₃BO₃ – 25; Na₂SO₄ – 50; декстрин - 10 и закрепите образец и цинковый электрод, который должен служить анодом. Соберите установку, при этом стальной образец соедините с отрицательным полюсом источника постоянного тока, цинковый – с положительным через амперметр. Включите источник тока в сеть, засеките время. С помощью реостата установите требуемую силу тока, поддерживая ее постоянной. Через 20 мин. после начала процесса выключите ток. Извлеките образец, промойте, просушите сначала фильтровальной бумагой, затем 10-15 минут на воздухе (за это время перелейте электролит в склянку и разберите схему). Вновь взвесьте образец на аналитических весах. Определите увеличение массы образца (Δm). Из полученных данных рассчитайте выход по току и толщину покрытия (плотность цинка 7,1 г/см³). Оформите результаты отчета в виде таблицы:

Плотность тока, (А/дм^2)	Время электролиза, час	Δm	Толщина покрытия, мм	Выход по току, %