Примеры решения эталонных задач

1. Как происходит коррозия цинка находящегося в контакте с кадмием в нейтральном и кислом растворах? Составить электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?

Решение. Цинк имеет более отрицательный потенциал (- 0,763В), чем кадмий (-0,403В), поэтому он является анодом, а кадмий катодом.

Анодный процесс: Zn⁰ – 2ē = Zn²⁺.

Катодный процесс: в кислой среде 2Н⁺ + 2ē = Н₂;

в нейтральной среде 1/2О₂ + Н₂О + 2ē = 2ОН^-.

Так как ионы Zn²⁺ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Zn(OH)₂.

2. Железо находится в контакте с медью. Составьте электронные уравнения реакций этого изделия при коррозии в атмосферных условиях и в кислой среде.

Решение. Рассмотрим коррозию железа в контакте с медью в растворе соляной кислоты, при котором возникает гальваническая пара:

(-) Fe / HCl / Cu (+).

В этой паре железо, как более активный металл (E_Fe/Fe²⁺= – 0,44В), является анодом, а медь (Е_Cu/Cu²⁺ = + 0,34В) – катодом. Железо – анод – окисляется, и электроны его переходят на медь. Ионы Fe²⁺ переходят в раствор. Катионы водорода, содержащиеся в соляной кислоте, подходят к поверхности меди и восстанавливаются на ней. Уравнения процессов, происходящих на аноде и катоде:

Анод: Fe - 2ē = Fe²⁺; катод: 2Н⁺ + 2ē = Н₂.

Таким образом, железо, содержащее примеси, подвергается коррозии.

Если средой, в которой находится такая гальванопара, будет не кислота, а вода или влажный воздух, то катодный процесс будет насколько иной. В этом случае окислителем является растворенный в воде кислород, и на катоде будет идти его восстановление:

О₂ + 2Н₂О + 4ē = 4OН^-.

Ионы железа, перешедшие в раствор, соединяются с гидроксид - ионами:

Fe²⁺ – 2OH^- = Fe(OH)₂.

Получающийся гидроксид железа(II) будет дальше окисляться кислородом воздуха:

4Fe(OH)₂ + 2Н₂О + О₂ = 4Fe(OH)₃.

3. Экспериментальная часть

3.1. Образование микрогальванопар

• возьмите две пробирки и налейте в обе по 2-3 мл 2н раствора серной кислоты;

• в обе пробирки опустите примерно одинаковые кусочки цинка;

• запишите наблюдения и уравнение реакций в таблицу;

• в пробирку №2 прибавьте 3-4 капли раствора сульфата меди;

• запишите наблюдения в таблицу;

• напишите в таблицу процессы, которые при этом происходят.

3.2. Электрохимическая коррозия железа

• возьмите две пробирки и налейте в каждую по 2-3 мл 2н раствора серной кислоты;

• возьмите две канцелярские скрепки, в скрепке №1 хорошо укрепите маленький кусочек медной фольги, в скрепке №2 – кусочек цинка;

• в пробирки №1 и №2 добавьте по две капли раствора красной кровяной соли;

• опустите в пробирку №1 скрепку №1;

• опустите в пробирку №2 скрепку №2;

• красная кровяная соль является реактивом на ион Fe²⁺. В присутствии Fe²⁺ раствор окрашивается в синий цвет, так как образуется турнбулевая синь Fe₃[Fe(CN)₆]₂;

• запишите наблюдения и уравнения происходящих реакций в таблицу;

• объясните, почему в одной из пробирок окрашивание наступает значительно позже.

3.3. Действие ионов, активирующих процесс коррозии

• в две пробирки налейте раствор сульфата меди;

• добавьте в обе пробирки несколько капель 10%-й серной кислоты;

• опустите в пробирки №1 и №2 полоски алюминия;

• в одну пробирку №1 внесите несколько капель раствора хлорида натрия;

• запишите, что вы наблюдаете в обеих пробирках в таблицу;

• напишите в таблице уравнения проходящих реакций.