Примеры решения задач

Пример 1. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при коррозии железа покрытого никелем в серной кислоте (рН = 4) для случаев:

а) покрытие целостное; б) покрытие нарушено.

Какой или какие металлы при этом разрушаются и какие продукты образуются вследствие коррозии?

Р е ш е н и е

По справочнику [8] определяем значения стандартных потенциалов контактирующих металлов: Е = –0,440 В, Е = –0,250 В. Поскольку потенциал никеля больше потенциала железа, значит покрытие катодное.

В случае целостности покрытия окислитель не имеет физического контакта с основным металлом, поэтому он может воздействовать только на покрытие. При коррозии в серной кислоте окислителем являются ионы Н⁺. Вычислим потенциал водородного электрода при рН = 4 по формуле (6)

Е= –0,059рН = –0,0594 = –0,236 В.

Расчет показал, что Е< Е, следовательно коррозия никеля в серной кислоте при рН = 4 возможна:

на катодных участках (поверхность Ni): 2H⁺ + 2 H₂

на анодных участках (поверхность Ni): Ni – 2 Ni²⁺

Таким образом, если покрытие не нарушено, то коррозии подвергается никель, при этом образуются продукты: Н₂ и NiSO₄.

При нарушении катодного покрытия возникает гальванический элемент, в котором железо – анод, а никель – катод. Так как Е< Е, то коррозия железа с водородной деполяризацией возможна:

на катодных участках (поверхность Ni): 2H⁺ + 2 H₂

на анодных участках (поверхность Fe): Fe – 2 Fe²⁺

Продуктами коррозии в этом случае являются: Н₂ и FeSO₄.

Пример 2. Оцените термодинамическую возможность коррозии олова во влажном воздухе и в кислой среде с рН = 3 без доступа кислорода.

Р е ш е н и е

Во влажном воздухе окислителем является кислород, растворенный в воде, то есть будет протекать коррозия с кислородной деполяризацией. В кислых средах без доступа кислорода окисляющими частицами являются ионы Н⁺, то есть может протекать коррозия с водородной деполяризацией.

По справочнику определяем Е = –0,136 В. По уравнению (6) вычисляем потенциал водородного электрода при рН = 3

Е= –0,059рН = –0,0593 = –0,177 В.

Поскольку Е> Е, значит коррозия олова в кислой среде при рН = 3 невозможна.

Сравнив Е с потенциалом процесса кислородной деполяризации, который равен +0,815 В, получаем, что коррозия олова во влажном воздухе может протекать.

Пример 3. Рассмотрите коррозию изделия из алюминиевой бронзы: а) в дистиллированной воде; б) в сильнощелочной среде. Приведите уравнения электродных процессов. Какие вещества являются продуктами коррозии?

Р е ш е н и е

Алюминиевая бронза – сплав меди с алюминием. Так как , то кристаллиты меди будут катодными участками, а кристаллиты алюминия – анодными участками.

Анодные участки будут подвергаться разрушению и в дистиллированной воде и в сильнощелочной среде, так как алюминий обладает достаточно низким значением стандартного потенциала.

Катодные процессы определяются характером коррозионной среды. В случае а) это будет коррозия с водородной деполяризацией, в случае б) – с кислородной деполяризацией:

а) дистиллированная вода

(–) А (Al): Al→Al³⁺+3

(+) К (Cu): 2Н₂О + 2→ Н₂ + 2ОН⁻

2Al + 6H₂O → 3H₂↑ + 2Al(OH)₃↓

б) сильнощелочная среда

(–) А (Al): Al→Al³⁺+3

(+) К (Cu): О₂ + 2Н₂О + 4→ 4ОН⁻

4Al + 3О₂ + 6H₂O → 4Al(OH)₃↓

Продуктами коррозии являются в случае а) водород и гидроксид алюминия, не растворяющиеся в дистиллированной воде, в случае б) гидроксид алюминия, растворяющийся в избытке щелочи по реакции

Al(OH)₃ + NaOH →‌ Na[Al(OH)₄]

С учетом последнего уравнения, анодный процесс может быть записан:

(–) (А): Аl + 4ОН⁻ → [Al(OH)₄]⁻ + 3

Пример 4. Две железные пластинки, частично покрытые одна – оловом, другая – медью, находятся во влажном воздухе. На какой из них быстрее появится ржавчина? Ответ обоснуйте. Приведите уравнения электродных процессов и состав продуктов коррозии.

Р е ш е н и е

По справочнику [8] определяем стандартные потенциалы указанных металлов: . Сравнив потенциалы между собой, делаем вывод, что и медь и олово являются катодными покрытиями по отношению к железу, так как их потенциалы больше. Поскольку покрытия не цельные, то в обоих случаях будет протекать коррозия железа с кислородной деполяризацией

(–) А (Fe): Fe → Fe²⁺+2

(+) К (Sn, Cu): О₂ + 2Н₂О + 4→ 4ОН^–

2Fe + О₂ + 2H₂O → 2Fe(OH)₂↓

Продуктом коррозии является гидроксид железа (+2), который под действием кислорода воздуха окисляется до FeO(OH) по реакции

4Fe(ОН)₂ + О₂ → 4FeО(OH) + 2Н₂О

Определим на какой пластинке ржавчина появится быстрее, рассчитав разность потенциалов между катодом и анодом для обоих пластинок

Если нет кинетических затруднений, то при всех прочих равных условиях ржавчина быстрее появится на пластинке, покрытой медью, так как разность потенциалов этой пары больше, то есть процесс будет протекать быстрее.

Пример 5. Будет ли серебро подвергаться коррозии с водородной деполяризацией в деаэрированном растворе NaCN, рН которого равен 10, а активности ионов CN⁻ и [Ag(CN)₂]⁻ составляют соответственно 0,316 моль/л и 110^-4 моль/л?

Р е ш е н и е

Коррозия возможна, если ∆Е коррозионного микрогальванического элемента больше нуля. В соответствие с условием задачи электродные реакции следует записать следующим образом

(–) А: Ag + 2CN⁻ – → [Ag(CN)₂]⁻

(+) К: 2Н₂О + 2→ Н₂ + 2ОН⁻

Рассчитаем потенциал анода в соответствии с уравнением Нернста

Потенциал катодного процесса рассчитаем по уравнению (6)

Е= –0,059рН = –0,05910 = –0,59 В.

Тогда .

Поскольку ∆Е<0, то коррозия серебра невозможна.