10. Гальванические элементы. Коррозия металлов уровень а

1. а) Алюминиевый электрод погружен в 5∙10^-4М раствор сульфата алюминия. Вычислить значение потенциала алюминиевого электрода.

Дано:

Металл – Al

-?

РЕШЕНИЕ: Электродный потенциал алюминия рассчитываем по уравнению Нернста: = +

По таблице 11.1 определяем стандартный электродный потенциал алюминия

= -1,67В.

Записываем уравнение электродного процесса, протекающего на поверхности алюминиевого электрода в растворе соли:

Al - 3ē = Al³⁺

n – число электронов, участвующих в электродном процессе.

Для данной реакции n равно заряду иона алюминия Al³⁺(n=3).

Рассчитываем концентрацию ионов алюминия в растворе Al₂(SO₄)₃:

= ∙α∙

Разбавленный раствор Al₂(SO₄)₃ – сильный электролит.

Следовательно, α = 1. По уравнению диссоциации Al₂(SO₄)₃:

Al₂(SO₄)₃ = 2Al³⁺ + 3SO

число ионов Al³⁺, образующихся при диссоциации одной молекулы Al₂(SO₄)₃ равно 2.

Следовательно, =2

Тогда = 5∙10^-4∙1∙2 = моль/л.

Рассчитываем электродный потенциал алюминиевого электрода:

= -1,67 + = -1,73В.

Ответ: = -1,73В.

б) Потенциал цинкового электрода, погруженного в раствор своей соли, равен (-0,75В). Вычислить концентрацию ионов цинка в растворе.

Дано: Металл – Zn = -0,75 В -?

РЕШЕНИЕ: Электродный потенциал цинка определяется по уравнению Нернста: = +.

Откуда: =.

По таблице 11.1 определяем стандартный электродный потенциал цинка

= -0,76В, n – равно заряду иона цинка Zn²⁺ (n=2).

Тогда: == 0,338

= 10^0,338 моль/л. = 2,18 моль/л.

Ответ: = 2,18 моль/л.

2. Составить две схемы гальванических элементов (ГЭ), в одной из которых олово служило бы анодом, в другой – катодом. Для одной из них написать уравнения электродных процессов и суммарной токообразующей реакции. Вычислить значение стандартного напряжения ГЭ.

РЕШЕНИЕ:

В гальваническом элементе анодом является более активный металл с меньшим алгебраическим значением электродного потенциала, катодом – менее активный металл с большим алгебраическим значением электродного потенциала.

По таблице 11.1 находим = -0,14В.

а) Олово является анодом ГЭ.

В качестве катода можно выбрать любой металл с

>

Выбираем, например, медь = + 0,34В. В паре Sn- Cu – олово будет являться анодом ГЭ, медь – катодом. Составляем схему ГЭ:

А(-) Sn │ Sn²⁺ ││ Cu²⁺ │ Cu(+)K

или

А(-) Sn │ SnSO₄ ││ CuSO₄ │ Cu(+)K

Уравнения электродных процессов:

НОК ДМ

НаA(-) Sn – 2ē = Sn²⁺ 1 - окисление

2

На К(+) Cu²⁺ + 2ē = Cu 1 - восстановление

Sn + Cu²⁺ = Sn²⁺ + Cu – суммарное ионно-моленкулярное уравнение токообразующей реакции

Sn + CuSO₄ = SnSO₄ + Cu – суммарное молекулярное уравнение токообразующей реакции;

Рассчитываем стандартное напряжение ГЭ:

= - = + 0,34-(-0,14) = 0,48В

б) Олово является катодом ГЭ.

В качестве анода ГЭ можно выбрать любой металл с

<, кроме щелочных и щелочноземельных металлов, так как они реагируют с водой.

Выбираем, например, магний = -2,37В.

В паре Mg-Sn – магний является анодом, олово – катодом.

Составляем схему ГЭ:

А(-) Mg │ Mg²⁺ ││ Sn²⁺ │ Sn(+)K

или

А(-) Mg │ MgSO₄ ││ SnSO₄ │ Sn(+)K

3. Составить схему коррозионного гальванического элемента, возникающего при контакте железа с цинком в:

а) атмосферных условиях (Н₂О + О₂);

б) кислой среде (Н₂SO₄);

в) кислой среде в присутствии кислорода (HCl + O₂).

Написать уравнения электродных процессов и суммарной реакции процесса коррозии.

РЕШЕНИЕ:

По таблице 11.1 находим значение стандартных электродных потенциалов железа и цинка:

= - 0,44В, = - 0,76В.

Так как <, то анодом коррозионного гальванического элемента будет являться цинк, катодом – железо.

а) Коррозия в атмосферных условиях (H₂O+O₂).

Составляем схему коррозионного ГЭ:

А (-) Zn H₂O + O₂ Fe (+) K

Составляем уравнения электродных процессов и суммарной реакции процесса коррозии:

НОК ДМ

На A(-) Zn – 2ē = Zn²⁺ 2

4

На К(+) 2H₂O + O₂ + 4ē = 4OH^- 1

2Zn + 2H₂O + O₂ = 2Zn(OH)₂ – суммарное молекулярное уравнение процесса коррозии.

б) Коррозия в кислой среде (H₂SO₄)

Составляем схему коррозионного ГЭ:

А (-) Zn │ H₂SO₄ │ Fe (+) K

или

А (-) Zn │ H⁺ │ Fe (+) K

Составляем уравнения электродных процессов и суммарной реакции процесса коррозии:

НОК ДМ

НаA(-) Zn – 2ē = Zn²⁺ 1

2

На К(+) 2H⁺ + 2ē = H₂ 1

Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂ - суммарное ионно-молекулярное уравнение процесса коррозии;

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂ – суммарное молекулярное уравнение процесса коррозии.

в) Коррозия в кислой среде в присутствии кислорода (HCl+O₂).

Составляем схему коррозионного ГЭ:

А (-) Zn │ HCl + O₂ │ Fe (+) K

или

А (-) Zn │ H⁺ + O₂ │ Fe (+) K

Составляем уравнения электродных процессов и суммарной реакции процесса коррозии:

НОК ДМ

На A (-) Zn – 2ē = Zn²⁺ 2

4

На К (+) 4H⁺ + O₂ + 4ē = 2H₂O 1

2Zn + 4H⁺ + O₂ = 2Zn²⁺ + 2H₂O – суммарное ионно-молекулярное уравнение процесса коррозии

2Zn + 4HCl + O₂ = 2ZnCl₂ + 2H₂O – суммарное молекулярное уравнение процесса коррозии.

Во всех случаях коррозионному разрушению будет подвергаться более активный металл – цинк.