Составить схему коррозионного гальванического элемента возникающего при контакте меди с оловом

Электрохимические процессы на электродах при коррозии металла

Схема развития коррозии поверхности корпуса судна

Задача 139.
На окрашенной поверхности корпуса судна, имеющий дефекты в покрытии, коррозионный ток сосредоточен на поврежденных участках. Составьте схему развития коррозии, а так же рассчитайте потерю металла за месяц если сила коррозионого тока, с учетом зоны действия составила 0,05 А.
Решение:
Анодный процесс:

Fe 0 — 2 = Fe 2+

Катодный процесс в нейтральной среде:

1/2O2 + H2O + 2 = 2OH –

Так как ионы Fe 2+ с гидроксид-ионами OH – образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Fe(OH)2. Воздух окисляет его и образуется ржавчина, гидратированный оксид железа(III):

По формуле объединенного закона электролиза:

m = Э . I . t/F = М . I . t/n.F = K . I . t, где

Э – эквивалентная масса вещества (молярная масса эквивалента); F– постоянная Фарадея, равная 96500 Кл/моль или 96500 А.с/моль;. I – сила тока, А; t – время проведения электролиза, с; М – молярная масса вещества; n – число отданных или принятых электронов; К – электрохимический эквивалент вещества.
Рассчитаем потерю металла, получим:

mпотери(Fe) = (55,845 . 0,05 . 2592000)/(2 . 96500) = 7237512/193000 = 37,5 г.

Металлы, которые применяются дла катодного покрытия стали

Задача 140.
Какие металлы могут выполнять для стальных изделий роль катодных покрытий: Ni, Cr, Mn, Sn, Cu? Запишите схему коррозии никелированного железа и определите продукт коррозии во влажном воздухе?
Решение:
К катодным покрытиям относятся те металлы, у которых потенциал выше потенциала защищаемого металла. Анодными покрытиями являются металлы, у которых электродный потенциал в данных условиях более отрицателен, чем потенциал защищаемого металла.
По таблицам найдем стандартные электродные потенциалы: Fe (-0,441 В); Ni (-0,234 B), Cr (-0,74 B), Mn (-1,18 B), Sn (-0,141 B), Cu (+0,338 B).
Так как у никеля, олова и меди электродные потенциалы выше чем у железа, то эти металлы могут выполнять для стальных изделий роль катодных покрытий.

Схема коррозии никелированного железа

При покрытии железа никелем возникает коррозионная пара, в которой никель является катодом, а железо – анодом, так как железо имеет более отрицательный потенциал (-0,441 В), чем никель (0,234 В). При этом будут протекать следующие электрохимические процессы:

а) Во влажном воздухе:

Анодный процесс: Fe 0 -2 = Fe 2+
Катодный процесс: 1/2O2 + H2O + 2 = 2OH –
Так как ионы Fe 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии железа будет Fe(OH)2. При контакте с кислородом воздуха Fe(OH)2 быстро окисляется до метагидроксида железа FeO(OH), приобретая характерный для него бурый цвет:

б) В растворе кислоты:

Анодный процесс: Fe 0 -2 = Fe 2+
Катодный процесс: 2Н + + 2 = Н2

Водород будет выделяться во внешнюю среду, а ионы железа Fe 2+ с кислотными ионами будут образовывать соль, т. е. железо будет разрушаться с образованием ионов железа Fe 2+ .

Таким образом, при покрытии железа никелем при повреждении или при образовании пор разрушается основной металл – железо. Это пример катодного покрытия металла.

Коррозия железа в кислой среде

Задача 141.
В раствор хлороводородной (соляной) кислоты опустили железную пластинку и железную пластинку, частично покрытую никелем. В каком случае процесс коррозии железа протекает интенсивно? Составьте схемы коррозионных гальванических элементов и напишите электронные уравнения электродных процессов. Рассчитайте ЭДС гальванических элементов.
Решение:
Стандартные электродные потенциалы железа и никеля равны соответственно -0,44 В, -0,24 В.

Читайте также:  Хлорное олово для определения золота формула

а) Коррозия железной пластинки в растворе соляной кислоты

Окисляться, т.е. подвергаться коррозии, будет железо. Железо имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,44 В), чем водород (0,00 В), поэтому оно является анодом.
Электронные уравнения электродных процессов будут иметь вид:

Анод: Fе 0 – 2 = Fe 2+
Катод: 2Н + + 2 = Н2

Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H2

Так как ионы Fe 2+ с ионами Cl – образуют растворимую соль, придающую светло-бурую окраску раствора, то продуктом коррозии будет FeCl2:

Fe 2+ + 2Cl¯ = FeCl2 (ионная форма);
Fe + 2HCl = FeCl2 + Н2↑ (молекулярная форма).

Образуется хлорид железа и при этом выделяется газообразный водород. Происходит интенсивное разрушение железной пластинки.
Схема коррозионного гальванического элемента будет иметь вид:

или в ионном виде:

б) Коррозия никелированного железа в растворе соляной кислоты

Окисляться, т.е. подвергаться коррозии, будет железо. Железо имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,44 В), чем никель (-0,24 В), поэтому оно является анодом, а никель — катодом.
Электронные уравнения электродных процессов будут иметь вид:

Анод: Fе 0 – 2 = Fe 2+
Катод: 2Н+ + 2 = Н2

Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H2

Так как ионы Fe 2+ с ионами Cl¯образуют растворимую соль, придающую светло-бурую окраску раствора, то продуктом коррозии будет FeCl2:

Fe 2+ + 2Cl¯ = FeCl2 (ионная форма);
Fe + 2HCl = FeCl2 + Н2↑ (молекулярная форма).

Образуется хлорид железа и при этом выделяется газообразный водород. Происходит интенсивное разрушение железной пластинки. Ni менее активный металл, чем Fe — катодное покрытие.
Схема коррозионного гальванического элемента:

При нарушении целостности катодного покрытия, между никелем и железом возникает гальваническая пара, и железо, являющееся более активным металлом, под воздействием гальванического тока начнет корродировать.

Выводы:
Разрушение (коррозия) железной пластинки, частично покрытой никелем будет протекать более интенсивно, чем обычной железной пластинки.

Источник

Вычисление ЭДС, составление схемы и электродных процессов гальванического элемента

Задача 195.
Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух металлических пластин, опущенных в растворы их солей. Напишите уравнения электродных процессов. Вычислите ЭДС гальванического элемента. Cu (Cсоли = 1,5 моль/л) и Ni (Cсоли = 1,8 моль/л).
Решение:
Стандартный электродный потенциал меди – Е(Cu 2+ /Cu 0 ) = +0,34 B; стандартный электродный потенциал никеля – E(Ni 2+ /Ni 0 ) = -0,25 B. Медь, потенциал которой (+0,34 В) более электроположительный, чем у никеля (-0,25 В) — катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Никель, имеющий меньший потенциал, является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:

Е = Е 0 + (0,059/n)lgC, где

Е 0 – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; C – концентрация ионов металла в растворе.

Е(Cu) = +0,34 + (0,059/2)lg1,5 = +0,345 B;
Е(Ni) = -0,25 + (0,059/2)lg1,8 = -0,2575 B.

Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т.е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = +0,345 — (-0,2575) = +0,6025 приблизительно +),60 B.

Схема гальванического элемента будет иметь вид:

(+) Ni|Ni 2+ (1,8 M)||Cu 2+ (1,5 M)|Cu (-).

Задача 196.
Вычислить ЭДС гальванического элемета: Mn|MnSO4||AgNO3|Ag, если концентрация MnSО4 равна 10 М, а AgNО3 — 2 М.
Решение:
Серебро, потенциал которого (+0,799 В) более электроположительный, чем у марганца (-1,180 В) — катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Марганец имеет меньший потенциал (-1,180 В) является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Электродные процессы на электродах:

К(-): 2|Ag + + 1e = Ag 0
А(+): 1|Mn 0 — 2e = Mn 2+

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов, получим:

Читайте также:  Олово как отличить от серебра

2Ag + + Mn 0 = 2Ag 0 + Mn 2+

Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:

Е = Е 0 + (0,059/n)lgC, где

Е 0 – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; C – концентрация ионов металла в растворе.

Е(Ag) = +0,799 + (0,059/1)lg10 = +0,858 B.
Е(Mn) = -1,180 + (0,059/2)lg2 = -1,171 B;

Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = +0,858 — (-1,171) = +0,313 B.

Ответ: +0,313 B.

Задача 196.
Составьте схему медного концентрационного гальванического элемента с активностями иона Cu 2+ , равными 1 моль/л у одного электрода и 10 –3 – у другого. Рассчитайте ЭДС этого элемента при 298 К.
Решение:
а1 = 1 моль/л;
а2 = 1 • 10 -3 моль/л.
Таким образом, a1 > a2; [Cu 2+ ]1 > [Cu 2+ ]2; 1 моль/л > 1 • 10 -3 моль/л.

Полюсы элемента:
отрицательный — это электрод с меньшей концентрацией электролита;
положительный — электрод с большей концентрацией электролита\.

Схема электродных процессов:

Катод (-): 1|Cu 2+ + 2e = Cu 2+ (a2)
Анод (+): 1|Cu 0 — 2е = Cu 0 (a1)

Определим потенциалы электродов:

Е1(K) = +0,34 + (0,059/2) • lg[1 · 10-3] = +0,2515 B;
Е2(A) = +0,34 + (0,059/2) • lg[1] = +0,34 В.

Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = -0,52 — (-1,26) = +0,74 B.

Схема гальванического элемента^

К(-)Cu|Cu 2+ (10 -3 M)||Cu 2+ (1 M)|Cu(+)A

Задача 197.
Изобразите схему электродных процессов, суммарное уравнение и условную схему коррозионного элемента, возникающего при коррозии ферромарганца в растворе, с концентрацией 2•10 -3 . Вычислите ЭДС коррозионного элемента.
Решение:
Железо, потенциал которого (-0,44 В) более электроположительный, чем у марганца (-1,18 В) — катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Марганец имеет меньший потенциал (-1,18 В) является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов, получим:

Fe 2+ + Mn 0 = Fe 0 + Mn 2+

Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:

Е = Е 0 + (0,059/n)lgC, где

Е 0 – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; C – концентрация ионов металла в растворе.

Е(Fe) = -0,44 + (0,059/2)lg0,002 = -0,52 B;
Е(Mg) = -1,18 + (0,059/2)lg0,002 = -1,26 B.

Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = -0,52 — (-1,26) = +0,74 B.

В гальваническом элементе, в котором электродами являются два металла Fe и Mn, опущенные в растворы их солей, электроны будут перемещаться от электрода с более положительным значением стандартного потенциала к электроду с более отрицательным значением стандартного потенциала. Так как электродный потенциал железа (-0,44 B) более электроположителен чем у марганца (-1,18 B), то электроны будут перемещаться от железного электрода к марганцевому, т.е. железо будет катодом, марганец — анодом.
Тогда схема данного гальванического элемента будет иметь вид:

(-)Fe|Fe 2+ (0,002 M)||Mn 2+ (0,002 M)|Mn(+)

Можно схематично решить данную задачу так:

1. Схема электродных процессов:

Катод: Fe 2+ + 2e = Fe 0
Анод: Mn 0 — 2e = Mn 2+

2. Cуммарное уравнение процесса:

Fe 2+ + Mn 0 = Fe 0 + Mn 2+

3. ЭДС коррозионного элемента:

Е(Fe) = -0,44 + (0,059/2)lg0,002 = -0,52 B;
Е(Mg) = -1,18 + (0,059/2)lg0,002 = -1,26 B.
ЭДС = -0,52 — (-1,26) = +0,74 B.

Читайте также:  Потрясающие факты про олово

4. Схема коррозионного элемента:

(-)Fe|Fe 2+ (0,002 M)||Mn 2+ (0,002 M)|Mn(+)

Задача 198.
1. Схема гальванического элемента : Al|Al2(SO4)3||AgNO3|Ag.
Указать анод и катод, написать электродные процессы, суммарное уравнение реакции и рассчитать электродвижущую силу элемента при 298 К, если [Al 3+ ] =0,0001 моль/л, [Аg + ] =0,1моль/л.
2. Составить схему гальванического элемента, в котором алюминий будет катодом. Написать электродные процессы, суммарное уравнение процесса.
Решение:
1). Серебро, потенциал которого (+0,80 В) более электроположительный, чем у алюминия (-1,66 В) — катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Алюминий имеет меньший потенциал (-1,66 В) является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов, получим:

Al 0 + 3Ag + = 3Ag 0 + Al 3+

Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:

Е = Е 0 + (0,059/n)lgC где

Е 0 – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе.

Е (Ag) = +0,80 + (0,059/1)lg0,1 = +0,74 B;
Е (Al) = -1,66 + (0,059/3)lg0,0001 = -1,74 B.

Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = +0,74 — (-1,74) = +2,48 B.

2). Cхема гальванического элемента, в котором алюминий будет катодом может иметь вид:

Алюминий, потенциал которого (-1,66 В) более электроположительный, чем у магния (-2,38 В) — катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Магний имеет меньший потенциал (-2,38 В) является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Источник

Химик.ПРО – решение задач по химии бесплатно

Железное изделие покрыли никелем. Какое это покрытие анодное или катодное? Почему? Составьте электрические уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в соляной кислоте (HCl). Какие продукты реакции получатся в первом и втором случае?

Решение задачи

1.Изделие находится во влажном воздухе, который является электропроводящей средой, следовательно, будет протекать электрохимическая коррозия.

При нарушении покрытия образуется гальванический элемент. Составим схему коррозионного гальванического элемента:

Вода – это нейтральная среда, поэтому окислителем (деполяризатором) является кислород – О2 воздуха. Следовательно, в этой схеме будет протекать электрохимическая коррозия с кислородной деполяризацией.

Никель имеет больший (-0,23 B) потенциал, чем железо (-0,44 B) (смотри таблицу электрохимических потенциалов металлов), поэтому в гальваническом элементе никель будет катодом (окислителем), железо – анодом (восстановителем).

Электроны двигаются от железа к никелю.
Запишем электронные уравнения процессов коррозии, протекающих на электродах, и составим суммарное уравнение процессов коррозии.

Составим молекулярное уравнение процесса коррозии окислительно-восстановительной реакции, протекающей при коррозии:

Вывод: коррозировать будет железо. Продуктом его коррозии является основание – гидроксид железа (II).

Ответ:

продукт процесса коррозии гидроксид железа (II).

2.Металлы находятся в кислой среде – растворе соляной кислоты (HCl). Раствор HCl – электролит, то есть электропроводящая среда, следовательно, будет протекать электрохимическая коррозия.

В данном случае среда кислая, поэтому окислителем (деполяризатором) является ион водорода (H + ). Следовательно, в этой схеме будет протекать электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией.

Электроны двигаются от железа к никелю.
Запишем электронные уравнения процессов коррозии, протекающих на электродах, и составим суммарное уравнение процессов коррозии.

Составим молекулярное уравнение процессов коррозии окислительно-восстановительной реакции, протекающей при коррозии:

Запишем вывод: при коррозии железа, находящегося в контакте с никелем, окисляется железо. Продуктом его коррозии является соль – хлорид железа (II). На никелевом электроде выделяется водород.

Ответ:

продукты процессов коррозии хлорид железа (II), водород.

Источник