химия

Окончание табл. 10.1

1

2

Ni2+/ Ni

-0,25

Sn2+/ Sn

-0,14

Pb2+/ Pb

-0,13

• 2И*"/ H 2

+0,20

Sbj+/ Sb

Bi3+/ Bi

+0,23

У

Cu2+/ Cu

+0,34

Ag+/ AR

+0,80

Pd27 Pd

+0,83

Hg2+/Hg

+0,86

Pt27Pt

Н

+1,20

Т

Au3+/ Au

+1,45

Б

о

и

0,059

^Ме^/Ме

^ М е ^ / М е *

й~

§

Ме"+ '

Ме

+/Ме

л+

о

с

о т в е т с т в е н н о

где ф

п

и Фме

/ме

р

электродный и стандарт-

ный электродный

потенциал

ы металла, В.

Сш„+-

молярная

тконцентрация

катиона

металла в растворе,

моль/л.

о

Значение электродногоз

потенциала водородного электрода рас-

считывается

формуле:

е

Р

п

Ф2Н*/Н1 =^.°5 9 РН -

вследствие непосредственного взаимодействия их с сухими агрес-

сивными газами 02, С02, S02, H2S, NH3, Н2 0 (газовая коррозия), или

с агрессивными компонентами в жидких неэлектролитах,Б

например

и

в нефтепродуктах (коррозия в неэлектролитах).

При контакте металла с водой, растворамий

электролитов, влаж-

ными газами, наблюдается электрохимическая коррозия -

наиболее

о

распространенный вид коррозии металлов. Процессы, протекающие

+

2

т

при электрохимической коррозиир(гальванокоррозии):

и

анодные: Ме° - пё = Меп+

катодные:

з

а) 2Н

+ 2ё = Н

- водородная деполяризация (в слых средах);

б) 0 2

+ 2 Н 2 0 + 4ё = 40Н"

(в атмосферных условиях)

п

кислородная деполяризация

в) 0 2

J

(в кислых средах

+ 4НГ + 4ё = 2 Н 2 0

(cp°Sn /Sn

=—0,14В)

((p°FeНапример,-/Fe = ~0,44В ), ЧаСТИЧНО покрытого ОЛОВОМ

Р

о

в присутствии кислорода).

схема

коррозионного

ГЭ, составленного

из железа

2

2 +

в атмосферных условиях, имеет вид:

(-)А Fe/H2 0,02 /Sn К(+):

J>

НОК

ДМ

- 2ё = ¥Qz

2

процесс на аноде: Feu

4

процесс на катоде: 0 2 + 2Н2 0 + 4е = 40Н"

1

Примеры решения задач

У

Уровень А

Н

1. Из приведенного ряда металлов: AI, Ag, Ni, Hg указать те

металлы, которые могут служить анодом в ГЭ вТсочетании с

Б

медным катодом при стандартных условиях.

й

Р е ш е н и е

и

По таблице 10.1 находим значения стандартных электродных по-

тенциалов Al, Ag, Ni; Hg и Си:

1

6 7

о

о

2 5 В

+0

86В

Ф ^ л г -

'

^

=

р80В

;

Ф°Н^НГ

'

-

ф

д6+/ле

-°> ; ф

Х , = - ° >

+2

=

з

т

потенциал

анода

Фси /си

В. В ГЭ (PA<9K. Поскольку

меньше

аикатода, то в ГЭ элементе в паре с медным като-

дом анодом могут служить А1 и Ni.

Ответ: Al; Ni.

2. Указать,потенциалв каком случаи напряжение ГЭ, составленного из

двух металлических электродов, погруженных в растворы соб-

п

ственных солей при стандартных условиях будет наибольшим:

е

a) Zn-Cu; б) Zn-Mg; в) Zn-Ag.

Р

Р е ш е н и е

Тогда, для рассматриваемых случаев:

Н

У

а) в0 = +0,34 -

(- 0,76)= 1,1 В.

Т

б) е° = -0,76 -

(- 2,37)=

1,61 В.

Б

в) е° = + 0,8 -

(- 0,76)=

1,56 В.

й

Следовательно, наибольшим будет стандартное напряжение рав-

ные 1,61В.

и

Ответ: б) Zn-Mg.

раствор

3. Указать правильные значения электродного потенциала

водородного электрода, рН

а которого равно 7.

а) -

0,23В; б) -0,34В; в) - 0,41В; г) -0,57В.

т

и

оР е ш е н и е

з

Значение электродного потенциала водородного электрода опре-

Н /1 /2Н2

формуле

деляем

по

:

Н+/1 /2Н2

= -0,059РН • Тогда, при рН=7,

ф°

п

= -0,059 • 7 = -0,41В; Следовательно, электродный потен-

Ответ

циал водородного электрода при рН=7 равен - 0,41 В.

Р

: в)-0,41В-

С,/2(5О4)з = 5-10-4М

Флечм

?

У

Р е ш е н и е

Т

Электродный

потенциал алюминия рассчитываем по

уравнению

Нернста:

Н

о

0,059,

Б

Фл,-/А)

=

Ф

A | 3 +

•

A l " / A l + - ^ - l g C

По табл.

й

потенциал

10.1 определяем стандартны

электродный

алюминия

<p°Ai3t/Ai = -1,67 В.

и

AIэлектрод= А1 + Зё,

Записываем уравнение электродного процесса, протекающего на

поверхности алюминиевог

о

а в растворе своей соли:

т

3+

п - число электронов, участвующих в электродном процессе.

з

п равно заряду иона алюминия А13+(п=3).

Для данной реакци

Рассчитываем концентрациюи

ионов алюминия в растворе AbKSO^:

п

2

:

е

о

СА],+ =

CA12(S04), 'а'ПА13+

•

Р

Разбавленный раствор A ^ S O ^ - сильный электролит.

Следовательно,

a

= 1.

По

уравнению

диссоциации

A1 (SC>4)3

A12(S04)3 = 2А13+ + 3SC>4~

число ионов А13+, образующихся при дис-

социации одной молекулы A12(S04)3 равно 2. Следовательно,

n

=2.

Тогда С 3 t

= 5-10"4-1-2 = 10~3 моль/л. Рассчитываем

электрод-

ный потенциал алюминиевого электрода.

Металл - Zn

Н

У

Vzo-zzo

= - ° ' 8 0 В

Б

Т

С

,

- ?

^ Zn2 +

•

й

Р е ш е н

е

р

Электродный потенциал цинка рассчитываем по уравнению

Нернста:

т

и

+ШЛоС

и

Ф \

+

Ф 2+

=

' Zn /Zn

о+ Zn /Zn

'e^z

Откуда:

з

п

T о

оigc

7

_ (Ф

Zn

2r

/ Zn

Л

П

е

•Ф7„Zn"/Zn-// -)-

0,059

Р

По табл. 10.1 определяем стандартный электродный потенциал цинка

ф 7 з*i+ 17

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

Zn / Zn

Тогда:

l g C

= И,80-(_-А7б>L2

=-1,36;

Zn"

0,059

Р е ш е н и е

У

Т

В гальваническом элементе анодом является более активный ме-

талл с меньшим алгебраическим значением электродного потенциа-

Н

ла, катодом - менее активный металл с большим значением элек-

тродного потенциала.

Б

По табл. 10.1 находим

й

Ф^/Sn = - 0

' 1 4 В

-

и

р

а) Олово является анодом ГЭ. В качестве катода можно выбрать

любой металл с

о

т

Фме"+/Ме>(Рзп2+/5п "

и

з

Например, медь <P^u2+/Cu ~ + 0,34 В. В паре SnСи - олово будет

о

являться анодом ГЭ, медь - катодом. Составим схему ГЭ:

п

е

А(-) Sn | Sn2+

|

|

Cu2+

|

Cu(+) К,

Рили

A(-) Sn | SnS04

|

|

CuS04

|

Cu(+) K.

Уравнения электродных процессов:

н о к

д м

Рассчитываем стандартное напряжение ГЭ:

£ ° = Ф° - Ф° А

о

о

= +0,34-(-0,М) = 0,48 В.

Фг„-/г„ " ФSn

/Sn

У

б) Олово является катодом ГЭ.

Т

любойН металл с

В

качестве

анода

ГЭ

можно выбрать

о

. о

Б

фМе„+/Ме <9Sn2+/Sn

й

, кроме щелочных и щелочноземельных металлов,

так как они реагируют с водой.

Например

, магний

р

о

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

ставляем схему ГЭ:

и

з

2+

2+

A(-)Mg |

тMg

|

|

Sn

|

Sn(+) K,

или

о

п

| MgS04

|

|

SnS04

|

Sn(+) К

A(-) Mg

3. Составить схему коррозионного гальванического элемен-

та, возникающегое

при контакте железа с цинком в:

а) атмосферных условиях (Н20 + 02);

Рб) кислой среде (H2S04);

в) кислой среде в присутствии

кислорода (НС1 + 02).

Так как ty^+izn ^Fe2+/Fe' т ° а н °Д°м

У

коррозионного гальваниче-

ского элемента будет являться цинк, катодом — железо.

а) Коррозия в атмосферных условиях (Н20 + 0

Т

2). Составляем

схему коррозионного ГЭ:

Н

А(-) Zn | Н2 0 + 0

| Fe(+) К.

Составляем уравнения электродных процессов и суммарной ре-

акции процесса коррозии:

Б

и

на А(-) Zn - 2ё = Zn2+

йНОК

ДМ

2

о

4

на К(+) 2Н

т

1

20 + 0

2 + 4ёр= 40Н"

кисло

= 2Zn(OH)2

- суммарная реакция

2Zn + 2Н20 + 0 2

о

процесса коррозии.

й среде (H2S04)

б) Коррозия в

п

Составляем схемузкоррозионного ГЭ:

е

A(-)Zn | H2S04

|

Fe(+)

К,

Р

или

A(-)Zn

|

bf

|

Fe(+)

К .

н о к

ДМ

На А(-) Zn - 2ё = Zn2+

1

2

1

На К(+) 2НГ + 2ё = Н:

в) Коррозия в кислой среде в присутствии кислорода (НС1+02).

Составляем схему коррозионного ГЭ:

У

A(-)Zn

|

НС1 + 02

| Fe(+)K,

Т

или

Б

A(-)Zn

Н+ + 0 2

Fe(+)K,Н

й

Составляем уравнения электродных процессов и суммарной ре-

акции процесса коррозии:

иНОК

дм

На А(-) Zn - 2ё = Zn2+

р

л

2

и

ч

1

На К(+) 4Н

4

+ О, + 4ё

2

о= 2Н 0

з

2Zn + 4Н1" + 0

2

= 2Znт+ 2Н20

2Zn + 4НС1 + 0

2 = 2ZnCl2

+ 2Н20 - суммарная реакция процесса

о

коррозии.

п

е

Задачи

Р

Уровень А