36.Электродные процессы на электродах при электролизе. Электролиз раствора соли

Электролиз - это физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита. Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами - проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом - отрицательный. Положительные ионы - катионы - (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) - движутся к катоду, отрицательные ионы - анионы - (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) - движутся к аноду. Различают электролиз растворов и электролиз расплавов. Оба эти процесса существенно отличаются друг от друга. Отличие - в наличии растворителя. При электролизе растворов кроме ионов самого вещества в процессе участвуют ионы растворителя. При электролизе расплавов - только ионы самого вещества. Электролиз расплавов солей: 1) Все катионы металлов восстанавливаются на катоде: К(-): Zn2+ + 2e- → Zn0; Na+ + 1e- → Na0; 2) Анионы бескислородных кислот окисляются на аноде: А(+): 2Cl¯ - 2e-→Cl2; 3) Анионы кислородсодержащих кислот образуют соответствующий кислотный оксид и кислород: А(+): 2SO42ˉ - 4e- → 2SO3 + O2. 37.Электролиз водного раствора соли. На ход процесса электролиза и характер конечных продуктов большое влияние оказывают природа растворителя, материал электродов, плотность тока на них и другие факторы. В водных растворах электролитов, кроме гидратированных катионов и анионов, присутствуют молекулы воды, которые также могут подвергаться электрохимическому окислению и восстановлению. Какие именно электрохимические процессы будут протекать на электродах при электролизе, зависит от значения электродных потенциалов соответствующих электрохимических систем. При электролизе водных растворов солей (кроме фторидов) у анода разряжаются анионы. В частности, при электролизе растворов солей йодидов, бромидов, хлоридов у анода выделяется соответствующий галоген.

38.Законы Фарадея. Применение процессов электролиза. Первый закон Фарадея: масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит: m = kq = kIt, если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества. Второй закон Фарадея записывается в следующем виде: m =MIt/nF, где M - это молярная масса данного вещества, образовавшегося в результате электролиза; I -это сила тока, пропущенного через вещество или смесь веществ; - это время, в течение которого проводился электролиз; F - это постоянная Фарадея; n - это число участвующих в процессе электронов, которое при достаточно больших значениях силы тока равно абсолютной величине заряда иона, принявшего непосредственное участие в электролизе. Применение электролиза. Получение целевых продуктов путем электролиза позволяет сравнительно просто (регулируя силу тока) управлять скоростью и направленностью процесса, благодаря чему можно осуществлять процессы как в самых "мягких", так и в предельно "жестких" условиях окисления или восстановления, получая сильнейшие окислители и восстановители. Путем электролиза производят Н2 и О2 из воды, Сl2 из водных растворов NaCl, F2 из расплава KF в KH2F3. Электролиз используют непосредственно для катодного выделения металла после того, как он переведен из руды в раствор, а раствор подвергнут очистке. Такой процесс называется электроэкстракцией. Электролиз применяют также для очистки металла – электролитического рафинирования (электрорафинирование). Этот процесс состоит в анодном растворении загрязненного металла и в последующем его катодном осаждении. Рафинирование и электроэкстракцию проводят с жидкими электродами из ртути и амальгам (амальгамная металлургия) и с электродами из твердых металлов.

39.Виды коррозионных разрушений. Коррозия - это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде: 4Fe + 6Н2О + ЗО2 = 4Fe(OH)3. Гидратированный оксид железа Fe(OН)3 и является тем, что называют ржавчиной. Виды коррозии: газовая коррозия; атмосферная коррозия; подземная коррозия; биокоррозия; контактная коррозия; коррозия при трении; поверхностная коррозия; точечная коррозия; сквозная коррозия и т. д.

40.Классификация коррозионных процессов. Химическая и электрохимическая коррозии.  Коррозией называется самопроизвольный процесс разрушения металла под действием агрессивной окр среды.Коррозионные процессы различают: по внеш признаку(общую(равномерная,неравномер) и местную(структурно-избират,пятнами,межкристаллитная,точечная-питтинговая),по механизму р-ции взаимодейст.металла со средой(химич.электрохим),по виду коррозионной среды(газовую,атмосф.,в р-рах электролитов,почвенную,в жидкостях неэлектролитов и др),по х-ру доп.воздействий(под действ напр-й,при трении). Химическая коррозия происходит в рез-те взатмодей. Металла с окр средой и не сопровождается образованием электрич тока.делится на газовую(при взаим металла с агрессивными сухими газами при высоких тем-рах) и коррозию металлов в жид.неэлектролитов(нефть,нефтепрод)(воздействие на металл органич жид.,не провод эл.ток-бензин,нефтькеросин.Химич. кор-гетероген х.р.,в процессе кот происх прямое воздейств мет с окис: Cu+Cl2=CuCl2.эл ток не возникает. Электрохим.кор.возникает при контакте металла с водными р-рами электролитов(морс.речн.вода,почвен,атмосф.влага.Причины возник.:контакт металлов,обладающих разными потенциалами,физич.неоднородность изделия из металла,возник за счет неравномерных нагрузок на изделие,химич неоднор металла;под действ.блуждающих токов корподзем..трубопроводов.Усл.протек.электрохим.реак.кор:наличие токопорвод кор среды-электролита;присутствие металлов с различ.знач.электрод.потенциалов 41.Причины возникновения электрохимической коррозии. 

1) Контакт двух металлов 2)Неоднородность сплавов 3)Физическая неоднородность металла,связанная с неравномерностью нагрузок

42.Методы защиты металлов от коррозии. Анодные и катодные покрытия на металле.  Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки. Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод - использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие. В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод). Часто применяется покрытие, например, стали другими металлами, такими как цинк, олово, хром, никель. Цинковое покрытие защищает сталь даже когда покрытие частично разрушено. Цинк имеет более отрицательный потенциал и коррозирует первым. Ионы Zn2+ токсичны. При изготовлении консервных банок применяют жесть, покрытую слоем олова. В отличие от оцинкованной жести, при разрушении слоя олова коррозировать, притом усиленно, начинает железо, так как олово имеет более положительный потенциал. Другая возможность защитить металл от коррозии - применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Если сравнить потенциалы цинка и магния с железом, они имеют более отрицательные потенциалы. Но тем не менее коррозируют они медленнее вследствие образования на поверхности защитной оксидной плёнки, которая защищает металл

43.Методы защиты металлов от коррозии. Анодные и катодные покрытия на металле.  Коррозионностойкие покрытия. По механизму защиты различают анодные и катодные металлические покрытия. Металл анодных покрытий имеет электродный потенциал более отрицательный, чем потенциал защищаемого металла. В случае применения анодных покрытий не обязательно, чтобы оно было сплошным. При действии растворов электролитов в возникающим коррозионном элементе основной металл–покрытие основной металл является катодом и поэтому при достаточно большой площади покрытия не разрушается, а защищается электрохимически за счёт растворения металла покрытия. Примерами анодных покрытий являются покрытия железа цинком и кадмием. Анодные покрытия на железе, как правило, обладают сравнительно низкой стойкостью. Катодные металлические покрытия, электродный потенциал которых более электроположителен, чем потенциал основного металла, могут служить надёжной защитой от коррозии только при условии отсутствия в них сквозных пор, трещин и других дефектов, так как они механически препятствуют проникновению агрессивной среды к основному металлу. Примерами катодных защитных покрытий являются покрытия железа медью, никелем, хромом и т.п."