Задача 126.
Приведите электрохимическую схему протекторной и катодной защиты стальной конструкции в условиях: а) нейтральной почвы (О2, Н2О) рН =7; б) в среде электролита (рН=3) без доступа О2. Ответ подтвердите уравнениями соответствующих процессов и расчетами.
Ответ:
А
)
1. при катодной защите конструкция
подключается к отрицательному полюсу
внешнего источника тока, а вспомогательный
электрод (отходы Fe)
– к положительному. В результате
возникает электролизная система,
электролитом в которой являются Н2О,
О2:
К −
+
А
Fe H2O, O2 Fe (отходы)
рН = 7
А: Fe – 2 e = Fe2+ ; φА = φ0 (Fe/Fe2+) = - 0,44 В
К: О2 + 2 Н2О + 4 е = 4 ОН− ; φК = φР (О2/4 ОН−) = 1,23 – 0,059рН = 1,23 – 0,059·7 = 0,82 В
Суммарное уравнение электролиза:
2 Fe + O2 + 2 H2O = 2 Fe(OH)2 ε = φК - φА = 0,82 + 0,44 = 1,26 В
Так как ε > 0, то ΔG = - nFε = - 2·96500·1,26 = - 243,2 (кДж).
2. при протекторной защите создается электрический контакт защищаемого объекта с протектором – более активным металлом (например, цинк). При таком контакте возникает гальваническая пара типа Zn-Fe и коррозии подвергается протектор, а не защищаемый объект:
К
А
Fe H2O, O2 Zn
рН = 7
А: Zn – 2 e = Zn2+ ; φА = φ0 (Zn/Zn2+) = - 0,763 В
K: О2 + 2 Н2О + 4 е = 4 ОН− ; φК = φР (О2/4 ОН−) = 1,23 – 0,059рН = 1,23 – 0,059·7 = 0,82 В
Суммарное уравнение электролиза:
2 Zn + O2 + 2 H2O = 2 Zn(OH)2 ε = φК - φА = 0,82 + 0,763 = 1,583 В
Так как ε > 0, то ΔG = - nFε = - 2·96500·1,583 = - 305,5 (кДж).
Б
)
1. при катодной защите конструкция
подключается к отрицательному полюсу
внешнего источника тока, а вспомогательный
электрод (отходы Fe)
– к положительному. В результате
возникает электролизная система,
электролитом в которой являются Н2О,
Н+:
К −
+
А
Fe H2O, Н+ Fe (отходы)
рН = 3
А: Fe – 2 e = Fe2+ ; φА = φ0 (Fe/Fe2+) = - 0,44 В
К: 2 Н+ + 2 е = Н2 ; φК = φР (2Н+/Н2) = – 0,059рН = – 0,059·3 = - 0,18 В
Суммарное уравнение электролиза:
Fe + 2 H+ = Fe2+ + H2 ε = φК - φА = - 0,18 + 0,44 = 0,26 В
Так как ε > 0, то ΔG = - nFε = - 2·96500·0,26 = - 50,2 (кДж).
2. при протекторной защите создается электрический контакт защищаемого объекта с протектором – более активным металлом (например, цинк). При таком контакте возникает гальваническая пара типа Zn-Fe и коррозии подвергается протектор, а не защищаемый объект:
К
А
Fe H2O, Н+ Zn
рН = 3
А: Zn – 2 e = Zn2+ ; φА = φ0 (Zn/Zn2+) = - 0,763 В
K: 2 Н+ + 2 е = Н2 ; φК = φР (2Н+/Н2) = – 0,059рН = – 0,059·3 = - 0,18 В
Суммарное уравнение электролиза:
Zn + 2 H+ = Zn2+ + H2 ε = φК - φА = - 0,18 + 0,763 = 0,583 В
Так как ε > 0, то ΔG = - nFε = - 2·96500·0,583 = - 112,5 (кДж).