Geum.ru

Наибольший вред приносит электрохимическая коррозия

Вид материалаДокументы

Содержание


Комплексные соединения
Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
Жесткость воды и методы ее устранения
3 этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см
Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
Органические соединения. Полимеры
Варианты задач к контрольным работам
Номера задач
Подобный материал:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




Наибольший вред приносит электрохимическая коррозия. Электрохимической коррозией называют разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока. В этом случае наряду с химическими протекают и электрические процессы (перенос электронов от одного участка к другому)

При электрохимической коррозии на поверхности металла одновременно протекают два процесса:

анодный – окисление металла:

и катодный – восстановление ионов водорода:

или молекул кислорода, растворенного в воде:

Ионы или молекулы, которые восстанавливаются на катоде, называются деполяризаторами. Коррозия, протекающая с выделением водорода, называется коррозией с водородной деполяризацией. В кислой среде деполяризатом является водород. Коррозия, протекающая с поглощением кислорода называется коррозией с кислородной деполяризацией. При атмосферной коррозии – коррозии во влажном воздухе при комнатной температуре – деполяризатором является кислород.

Коррозия металлов причиняет огромный ущерб. Радикальным методом борьбы с коррозией является изыскание коррозионностойких металлов, устойчивых в данной агрессивной среде. А также замена их коррозионностойкими неметаллическими материалами. Однако полностью заменить металлы неметаллическими материалами невозможно, поэтому насущная задача заключается в резком уменьшении или сведении к минимуму коррозии посредством применения методов защиты металлов.

К основным видам защиты металлов от коррозии относятся следующие:
  1. Изменение свойств коррозионной среды.
  2. Изоляция металла от коррозионной среды. Защитные покрытия.
  3. Электрохимические методы защиты.


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

Решение


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

Анодный процесс:

катодный процесс:

в кислой среде

в нейтральной среде

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

Контрольные ВОПРОСЫ
  1. Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного железа при нарушении покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
  2. Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот. Почему? Однако если к медной пластинке, опущенной в кислоту, прикоснуться цинковой, то на меди начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнение протекающей химической реакции.
  3. Как происходит атмосферная коррозия луженого железа и луженой меди при нарушении покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
  4. Если пластинку из чистого цинка опустить в разбавленную кислоту, то начинающееся выделение водорода вскоре почти прекращается. Однако при прикосновении к цинку медной палочкой на последней начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнение протекающей химической реакции.
  5. В чем сущность протекторной защиты металлов от коррозии? Приведите пример протекторной защиты железа в электролите, содержащем растворенный кислород. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
  6. Железное изделие покрыли никелем. Какое это покрытие – анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
  7. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары магний – никель. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
  8. В раствор хлороводородной (соляной) кислоты поместили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения соответствующих процессов.
  9. Почему химически чистое железо более стойко против коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в кислой среде.
  10. Какое покрытие металла называется анодным, а какое – катодным? Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного и катодного покрытия железа. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого медью, во влажном воздухе и в кислой среде.
  11. Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие – анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
  12. Железное изделие покрыли свинцом. Какое это покрытие – анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
  13. Две железные пластинки, частично покрытые одна оловом, другая медью, находятся во влажном воздухе. На какой из этих пластинок быстрее образуется ржавчина? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этих пластинок. Каков состав продуктов коррозии железа?
  14. Какой металл целесообразней выбрать для протекторной защиты от коррозии свинцовой оболочки кабеля: цинк, магний или хром? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии. Какой состав продуктов коррозии?
  15. Если опустить в разбавленную серную кислоту пластинку из чистого железа, то выделение на ней водорода идет медленно и со временем почти прекращается. Однако если цинковой палочкой прикоснуться к железной пластинке, то на последней начинается бурное выделение водорода. Почему? Какой металл при этом растворяется? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
  16. Цинковую и железную пластинки опустили в раствор сульфата меди. Составьте электронные и ионно-молекулярные уравнения реакций, происходящих на каждой из этих пластинок. Какие процессы будут проходить на пластинках, если наружные концы их соединить проводником?
  17. Как влияет рН среды на скорость коррозии железа и цинка? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии этих металлов.
  18. В раствор электролита, содержащего растворенный кислород, опустили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка проходит интенсивнее? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
  19. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары алюминий – железо. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
  20. Как протекает атмосферная коррозия железа, покрытого слоем никеля, если покрытие нарушено? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?
  21. Серебряную и цинковую пластинки опустили в раствор сульфата меди. Составьте электронные и ионно-молекулярные уравнения реакций, происходящих на этих пластинках. Какие процессы будут проходить на пластинках, если наружные концы их соединить проводником?
  22. Приведите примеры защиты металлов от коррозии.
  23. Одно железное изделие покрыли никелем, другое – оловом. Какие это покрытия? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия в кислой среде. В каком случае коррозия будет происходить активнее?
  24. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары олово-медь. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
  25. Свинцовую и цинковую пластинки опустили в раствор нитрата серебра. Составьте электронные и ионно-молекулярные уравнения реакций, происходящих на этих пластинках. Какие процессы будут проходить на пластинках, если наружные концы их соединить проводником?
  26. Ряд судовых конструкций содержат пары материалов, разнородных в электрохимическом отношении. Почему подобная практика не рекомендуется? Ответ проиллюстрируйте конкретными примерами.
  27. Почему в конструкциях, омываемых водой, не следует одновременно применять детали из железа и алюминиевых сплавов? Приведите схему коррозии в случае небрежной эксплуатации таких деталей. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
  28. В каком случае будет быстрее разрушаться цинковое покрытие: а) железного изделия; б) кобальтового изделия? Почему? Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии в кислой среде.
  29. Трущиеся поверхности гребных валов защищают от коррозии, применяя облицовки из бронзы (сплава меди с оловом). Составьте схему коррозии стального вала в морской воде при появлении в облицовке трещин.
  30. Приведите примеры катодного и анодного покрытия для кобальта. Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов во влажном воздухе и в растворе соляной кислоты при нарушении целостности покрытия.

Комплексные соединения

Комплексообразование происходит во всех случаях, когда из менее сложных систем образуются системы более сложные.

Понятие «комплексные соединения» трактуется по-разному. Чаще дается следующее определение: комплексные соединения это вещества, содержащие «центральный атом» – комплексообразователь, с которым в неионогенной связи находится определенное количество атомов или молекул, составляющих внутреннюю сферу.

При написании формул таких соединений комплексные ион или молекулы заключают в квадратные скобки, а справа вверх (для ионов) указывают их заряд (например, [Ag(NH3)2]+). Часть комплексного соединения, заключенная в квадратные скобки, называется внутренней сферой. Ионы, находящиеся снаружи, образую его внешнюю сферу.

Центральный ион внутренней сферы, удерживающий около себя определенное число других ионов или молекул, называется комплексообразователем. С комплексообразователем связаны (координированы) полярные молекулы или ионы, которые называются лигандами (или аддендами).

Способность к образованию комплексных соединений связана с электронным строением атомов. Особенно легко образуют комплексные ионы элементы d-семейства, например: и др. Однако роль комплексообразователей могут играть А1, В и некоторые неметаллы например, кремний в комплексной соли K2[SiF6].

В качестве лигандов (аддендов) выступает целый ряд отрицательно заряженных ионов, например: и др. Лигандами могу служить и электронейтральные полярные молекулы, такие как NH3, Н2О, РН3, СО и т. п.

Количество химических связей между комплексообразователем и лигандами определяет координационное число комплексообразователя. Если один лиганд образует с комплексообразователем одну связь, то координационное число совпадает с количеством лигандов. Такие лиганды называются монодентантными. Например, лиганды Н2О и С1– – монодентантные, координационное число центрального иона Сг3+ в соединении [Сг(Н2О)5С1]С13 равно 6.

Лиганд, образующий с комплексообразователем две связи, называется бидентантным. Например, оксалат-ион – бидентантный и образует с катионом Сu2+, координационное число которого равно 4, соединение K4[Cu(C2O4)2]. В таблице приведены характерные координационные числа для некоторых комплексообразователей:

Комплексообразователи
Характерное координационное число

Cu+, Ag+, Au+
2

Cu2+, Hg2+, Pb2+, Pt2+, Pd2+
4

Ni2+, Ni3+, Co3+
4 и 6

Fe2+, Fe3+, Pt4+, Pd4+, Si4+
6

Координационное число зависит в основном от природы комплексообразователя и лигандов, а также от условий образования комплексного соединения. Большую роль играют объемы (ионные и/или молекулярные) комплексообразователя и лигандов, их заряды и поляризационные взаимодействия.

При составлении названия комплексного соединения используются следующие правила:

1) если соединение состоит из комплексного иона и ионов внешней сферы, т. е. является комплексной солью, то первым называется анион в именительном падеже, а затем катион в родительном падеже;

2) при названии комплексного иона сначала указываются лиганды, затем комплексообразователь;

3) молекулярные лиганды соответствуют названиям молекул (кроме воды и аммиака), для их обозначения применяются термины «аква» и «аммин».

К анионным лигандам добавляют окончание "о", например:

F- – фторо. – оксо, CNS- – родано, Cl- – хлоро, – нитрато, ОН- – гидроксо, Вг- – бромо, CN- – циано, – сульфато, – тиосульфато, – карбонато, – фосфато, – нитро.

Для обозначения количества лигандов используются греческие числительные: 2 – ди-, 3 – три-, 4 – тетра-, 5 – пента-, 6 — гекса-.

4)если комплексный ион – катион, то для названия комплексообразователя используют русское наименование элемента, если анион, то латинское. После названия комплексообразователя римской цифрой в круглых скобках указывают его степень окисления. У нейтральных комплексов название центрального атома дается в именительном падеже, а его степень окисления не указывается.

Например: [Ag(NH3)2]Cl – хлорид диамминсеребра;

K2[PtCl6] – гексахлороплатинат (IV) калия;

[Ni(NH3)6][Co(NO2)6] – гексанитрокобальтат (III) гексаамминникеля (III).

Необходимо обратить внимание, что формула комплексного соединения читается в обратной последовательности ее записи.

В водном растворе комплексные соединения диссоциируют по типу диссоциации сильного электролита – на комплексный ион и ионы, составляющие внешнюю сферу, например: Na3[Co(NO2)6] 3Na+ + [Co(NO2)6]3–

Внутренняя сфера типичных комплексных соединений в растворах может диссоциировать на ионы или на ионы и молекулы (по типу диссоциации слабого электролита). Например, ион [Co(NO2)6]3- Co3+ 6

Электролитическая диссоциация комплексных ионов подчиняется закону действующих масс и количественно характеризуется константой диссоциации, которая носит название константы нестойкости Кн:

У типичных комплексных ионов Кн очень мала и является мерой его устойчивости.

Пример 1. Определите заряд комплексного иона, координационное число (к.ч.) и степень окисления комплексообразователя в соединениях: а) К4[Fe(CN)6]; б) Nа[Ag(NO2)2]; в) К2[МoF8]; г) [Cr(H2O)2(NH3)3Cl]Cl2.