9.3. Примеры решения задач
Пример 1
Определите термодинамическую возможность газовой коррозии изделия из углеродистой стали, протекающей по реакции
Fe(т)+ Н2O(г) =FeО(т) + Н2(г),
если это изделие эксплуатируется при 700 ºС под действием водяного пара с относительным давлением pH2O=6 и pH2=1.
Решение. Реакция протекает при условии ∆G<0. ПосколькуpH2=1, ∆G для этой реакции зависит от давления окислителя –воды следующим образом:
∆G=∆G0–RTlnpH2O.
Стандартное значение энергии Гиббса при определенном значении температуры можно рассчитать по уравнению
ΔG = ΔН–ТΔS.
Пусть ΔНи ΔSне зависят от температуры, тогда они могут быть определены по закону Гесса для данной реакции:
=
= (– 263,68 +0) – (0–241,84)= – 21,84 кДж,
=
= (58,79+130,6) – (27,15+188,84)= –26,61 Дж/К,
ΔG0= –21840 – 973(–26,61)= 4051,5 Дж,
∆G= 4051,5 – 8,314 · 973ln6= –10404,36 Дж.
Таким образом, коррозия углеродистой стали при 700 ºС возможна.
Пример 2
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.Стандартный потенциал цинка равен (–0,763 В), кадмия (–0,403 В). Поэтому цинк будет являться анодом, а кадмий – катодом.
Анодный процесс: Zn0 – 2e–=Zn2+;
катодный процесс:
в кислой среде 2H+ + 2e–=H2,
в нейтральной среде O2 + 2H2O+ 4e–= 4OH–.
Поскольку ионы двухвалентного цинка при взаимодействии с гидроксогруппой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Zn(OH)2.
9.4. Задачи для самостоятельного решения
Определить термодинамическую возможность газовой коррозии изделий из углеродистой стали до Fe2O3 под действием кислорода, находящегося под относительным давлениемpO2=0,2и температуре 350 ºС.
Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот. Почему? Однако, если к медной пластинке, опущенной в кислоту, прикоснуться цинковой палочкой, то на меди начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнение протекающей химической реакции.
Определить термодинамическую возможность газовой коррозии изделий из никеля до NiOпод действием кислорода, находящегося под относительным давлениемpO2=1,4и температуре 800 ºС.
Если пластинку из чистого цинка опустить в разбавленную кислоту, то начавшееся выделение водорода вскоре 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.
Определить термодинамическую возможность газовой коррозии изделий из меди до Cu2O под действием кислорода, находящегося под относительным давлениемpO2=1,2,и температурах 287 ºС и 515 ºС.
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 хлороводородной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
Составьте электронные уравнения катодного и анодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары магний – никель. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
В раствор 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.
Отверстия в медном самоваре и железном котелке запаяли оловом. Через некоторое время котелок прохудился, а самовар нет. Почему? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения соответствующих процессов.
Какое покрытие металлов называют анодным и какое – катодным? Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного и катодного покрытий железа. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого медью, во влажном воздухе и в кислой среде.
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 соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
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 соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
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. Каков состав продуктов коррозии?
Из деревянного забора выдернули наполовину забитый гвоздь. Какая часть гвоздя больше пострадала от коррозии? Приведите схему коррозии.
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 начнется бурное выделение водорода. Почему? Какой металл при этом растворяется? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
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 происходить на пластинках, если наружные концы их соединить проводником?
Определите термодинамическую возможность коррозии изделия из алюминия под действием хлора, если это изделие эксплуатируется в стандартных условиях.
В раствор электролита, содержащего растворенный кислород, опустили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
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?
По величине и знаку энергии Гиббса определите, какие из металлов (Au, Cu, Mg) будут корродировать во влажном воздухе при 25 °С по уравнению
М + Н2О + О2 → М(ОН)n.