• 1. Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания (гидролиз по аниону):

CO 2 - 3 + H ₂ O = HCO - 3 + OH ^-

Na ₂ CO ₃ + Н ₂ О = NaHCO ₃ + NaOH

(Раствор имеет слабощелочную среду, реакция протекает обратимо, гидролиз по второй ступени протекает в незначительной степени)

• 2. Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания (гидролиз по катиону):

Cu ^{2 + +} Н ₂ О = CuOH ^{+ +} Н ⁺

CuCl ₂ + Н ₂ О = CuOHCl + HCl

(Раствор имеет слабокислую среду, реакция протекает обратимо, гидролиз по второй ступени протекает в незначительной степени)

Билет 28

Окислительно-восстановительные реакции происходят с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. При окислении веществ степень окисления элементов возрастает, при восстановлении - понижается. Степень окисления. Определение степени окисления атома элемента по химической формуле соединения. Составление формулы соединения по известным степеням окисления атомов элементов Степень окисления элемента - это условный заряд атома в веществе, исчисленный с предположением, что она состоит из ионов. Для определения степени окисления элементов необходимо запомнить определенные правила: 1. Степень окисления может быть положительным, отрицательным или равным нулю 2. При определении степеней окисления исходят из электроотрицательности вещества: сумма степеней окисления всех атомов в соединении равна нулю. 3. Если соединение образована атомами одного элемента (в простой веществе), то степень окисления этих атомов равен нулю. 4. Максимальный положительный степень окисления элемента, как правило, равна номеру группы в периодической системе, в которой находится элемент. 5. Минимальная степень окисления для металлов равна нулю. Для неметаллов в большинстве случаев ниже отрицательный степень окисления равна разнице между номером группы и цифрой восемь. H2O + 2NO2 = HNO3 + HNO2

1|N [+4] -1e  = N[+5] | восстановитель, окисление

1|N[+4] +1e = 2N[+3]| окислитель, восстановление

Cl2 + H2O = HCl + HClO

1|Cl2[0] -2e  = Cl[+1] | восстановитель, окисление

1|Cl2[0] +2e = 2Cl[+1]| окислитель, восстановление

Билет 29

Электрохи́мия — раздел химической науки, в котором рассматриваются системы и межфазные границы при протекании через них электрического тока, исследуются процессы в проводниках, на электродах (из металлов или полупроводников, включая графит) и в ионных проводниках (электролитах).

Электрический потенциал - скалярная величина ф, являющаяся энергетич. хар-кой электростатич. поля (электрич, поля неподвижных электрич. зарядов).

Гальванический элемент - это устройство, состоящее из двух или более электродов, соединенных между собой.

В гальваническом элементе все время происходит нарушение равновесия данной реакции.

Гальванический элемент Якоби - Даниэля состоит из двух металлов с различными электродными потенциалами, например, меди и цинка. Электроды соединены между собой двояко. Металлические электроды соединены между собой металлическим проводником, а солевые растворы соединены либо полупроницаемой мембраной, либо электролитическим ключом.

Электролитический ключ проводит анионы. Таким образом, в гальваническом элементе двоякая проводимость: электронная и ионная. Анодом является активный металл, катодом – пассивный.

Избыток анионов из катодного солевого раствора в силу диффузии по электролитическому ключу переходит в катодный раствор, замыкая цепь.

Во внутренней цепи гальванического элемента возникает электроток. Окислительно - восстановительная реакция

Является причиной возникновения электротока. Кроме того, гальванический элемента обладает ЭДС, которая представляет собой разность между катодным и анодным потенциалами: Недостатки элемента Якоби- Даниэля:

• малая Э Д С,

• разрушаемый анод.

Билет 30

В электрохимии стандартный электродный потенциал, обозначаемый E^o, E⁰, или E^O, является мерой индивидуального потенциала обратимого электрода (в равновесии) в стандартном состоянии, которое осуществляется в растворах при эффективной концентрации в 1 моль/кг и в газах при давлении в 1 атмосферу.

Уравнение Нернста — уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциалами окислительно-восстановительных пар.

Ряд напряжений металлов — последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов φ⁰

Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах.

• — электродный потенциал, — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;

• — универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);

• — абсолютная температура;

• — постоянная Фарадея, равная 96485,35 Кл·моль⁻¹;

• — число молей электронов, участвующих в процессе;

• и —активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции.

Билет 31

Гальванический элемент (химический источник тока) — это устройство, в котором химическая энергия окислительно-восстановительной реакции превращается в электрическую. Гальванический элемент состоит из двух электродов (полуэлементов). Между растворами отдельных электродов устанавливается контакт с помощью электролитического мостика, заполненного насыщенным раствором KCl (солевой мостик) или с помощью мембраны. Они обеспечивают электрическую проводимость между растворами, но препятствуют их взаимной диффузии и являются вместе с электродами внутренней цепью гальванического элемента. Внешняя цепь гальванического элемента – это выводы электродов. По внешней цепи осуществляется переход электронов от одного металла к другому. Различают гальванические элементы химические (биметаллические) и концентрационные. Химические гальванические элементы состоят из двух металлов, опущенных в растворы своих солей.

Концентрационные гальванические элементы состоят из двух одинаковых электродов (например, серебряных), опущенных в растворы одного и того же электролита , но разных концентраций. Источником электрического тока в таком элементе служит работа переноса электролита из более концентрированного раствора в более разбавленный. Элемент работает до тех пор, пока сравняются концентрации катионов у анода и катода.

Уравнение для вычисления ЭДС концентрационных гальванических элементов имеет вид:

Е = , где а₂ > а₁

Билет 33

Гальванические элементы – химический источник тока, в котором реагенты расходуются в ходе его работы. После исчерпания реагентов гальванический элемент не может  быть более использован. В основе действия гальванического элемента может быть химический процесс или процесс выравнивания концентраций двух электролитов – растворов одного и того же вещества. По этому критерию гальванические элементы делятся на химическиеи концентрационные.

Аккумуляторы  отличаются от гальванических элементов тем, что после исчерпания реагентов  работоспособность аккумулятора может быть восстановлена пропусканием тока в направлении, обратном направлению тока при работе. Процесс выработки электрической  энергии носит название  разряд, а процесс восстановления работоспособности аккумулятора – заряд. При разряде химическая энергия превращается в электрическую, а при заряде – электрическая в химическую.  Аккумулятор это гальванический элемент многоразового использования.

Топливные элементы – это гальванические элементы, требующие в процессе работы расхода окислителя и восстановителя, подаваемых извне. В качестве восстановителя может быть использован  водород,  природный газ,  метанол и др., в качестве окислителя обычно применяют кислород воздуха. Наиболее разработана конструкция топливного элемента, работающего на водороде и кислороде.

В электрохимии процессы окисления носят название анодных процессов, а электрод, на котором протекает окисление называется анод; соответственно, процессы восстановления называются катодными процессами, а электрод, на котором проходит восстановление носит  название  катод.

Билет 39

Коррозия –самопроизвольное разрушение металлических материалов, происходящее под химическим воздействием окр. Среды.

В результате коррозии металлы переходят в устойчивые соединения -  оксиды или соли, в виде которых они находятся в природе. Коррозия съедает до 10 процентов производимого в стране металла.

Из-за чего появляется коррозия: вода, оксиды серы, углерода, азота, кислород воздуха, электролиты

Виды коррозии:

Газовая коррозия – коррозия в газовой среде при высоких температурах. Атмосферная коррозия – коррозия металла в условиях атмосферы при влажности, достаточной для образования на поверхности металла пленки электролита (особенно в присутствии агрессивных газов или аэрозолей кислот, солей и т.д.). Особенностью атмосферной коррозии является сильная зависимость ее скорости и механизма от толщины слоя влаги на поверхности металла или степени увлажнения образовавшихся продуктов коррозии. ^ Жидкостная коррозия – коррозия в жидких средах. По условиям воздействия жидкой среды на металл этот тип коррозии также характеризуется как коррозия при полном погружении, при неполном погружении, при переменном погружении, имеющие свои характерные особенности. ^ Подземная коррозия – коррозия металла в грунтах и почвах. Характерной особенностью подземной коррозии является большое различие в скорости доставки кислорода (основной деполяризатор) к поверхности подземных конструкций в разных почвах (в десятки тысяч раз).

Билет 40

Химическая коррозия

Многие металлы химически изменяются на поверхности за счет окисления кислородом. Кроме того, при этих процессах химически могут действовать жидкости (вода, кислоты, щелочи, растворы солей), газы или пары. Высокие температуры ускоряют процесс коррозии.

При окислении меди, цинка, свинца или алюминия возникает на поверхности плотная, трудно разрушаемая пленка оксида, защищающая эти металлы от дальнейшей коррозии

Железные материалы при химической коррозии на влажном воздухе образуют гидрат окиси железа FeO(OH). Отсюда возникает при дальнейших химических процессах образование ржавчины стали. Ржавчина — это рыхлый пористый слой, который не обеспечивает никакой защиты от дальнейшей коррозии.

Рост толщины пленки, т.е. окисление поверхности металла, может проходить в соответствии с различными кинетическими зависимостями, или законами: линейным, параболическим, логарифмическим. Согласно линейному закону, скорость процесса окисления постоянна во времени. Этот закон выполняется как при полном отсутствии оксидной пленки на поверхности, так и при наличии тонкой или незащитной (пористой, несплошной) оксидной пленки. Во всех этих случаях доступ кислорода к поверхности свободен и лимитирующей стадией процесса является поверхностная химическая реакция, протекающая с постоянной скоростью, т.е. окисление осуществляется в кинетическом режиме. По линейному закону происходит окисление щелочных и щелочноземельных металлов, а также ванадия, вольфрама и молибдена при высоких температурах. У первых оно обусловлено их разогревом из-за плохого отвода теплоты, вызванного образованием на поверхности рыхлых оксидных пленок, препятствующих Ии оттоку, у вторых – летучестью их оксидов при высоких температурах.

В соответствии с параболическим законом скорость процесса окисления обратно пропорциональна толщине оксидной пленки. Этот закон соблюдается, когда на поверхности металла при его окислении образуется пленка, обладающая защитными свойствами, т.е. сплошная и непористая, для которой α >1. согласно параболическому закону окисляются вольфрам, кобальт, никель, а также медь в интервале температур 300…10000С и железо – 500…1000оС

Логарифмический закон имеет место, когда происходит либо уплотнение защитной оксидной пленки, либо появление в ней дефектов в виде пузырей или расслоений, тормозящих процессы встречной диффузии ионов кислорода и металла. При этом наблюдается сильное затухание процесса окисления, и рост толщины оксидной пленки осуществляется медленнее, чем по параболическому закону. В соответствии с логарифмическим законом окисляются медь при температуре ниже 100оС, тантал – ниже 150оС, железо – ниже 400оС, а также алюминий, цинк и никель ниже 150оС. Скорость процесса окисления в этом случае обратно пропорциональна времени его протекания.

Билет 41

Электрохимическая коррозия - самый распространенный вид коррозии.  Электрохимическаякоррозия возникает при контакте металла с окружающей электролитически проводящей средой. При этом  восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости. Первопричиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в окружающих их средах. Ржавление трубопровода, обивки днища морского суда, различных металлоконструкций в атмосфере - это, и многое другое, примеры электрохимической коррозии.

К электрохимической коррозии относятся такие виды местных разрушений, как питтинги,межкристаллитная коррозия, щелевая.  Кроме того процессы электрохимической коррозии происходят в грунте, атмосфере, море.

Билет 42

Блуждающие токи или токи, рассеянные в проводящей среде, возникают в результате различных природных явлений или создаются промышленными электрическим установками, использующими проводящею среду (землю, морскую воду) в качестве токопровода.

Источниками естественных блуждающих токов являются вариации магнитного поля Земли, грозовые разряды, перемещения земных пород и другие природные явления. Максимальная напряженность естественных электрических полей не превышает 150мВ/км, поэтому очевидно, что они не представляют практической коррозионной опасности.

Промышленные блуждающие токи создаются линиями электротранспорта, заземлителями постоянного тока, системами катодной защиты и другими электрическими установками. Они могут быть очень значительными по величине и наносить серьезный ущерб металлическим сооружениям, находящимся в зоне их действия.

Интенсивность коррозии объектов в поле блуждающих токов определяется напряженностью поля, удельным сопротивлением среды, состоянием изоляционного покрытия объекта, взаимным расположением объекта и источника тока.

Билет 43

Гальванический метод защиты состоит в том, что на поверхности изделия путем электролитического осаждения из растворов солей создается тонкий слой защищаемого металла. Покрываемое изделие при этом служит катодом, а осаждаемый металл — анодом.

Металлизация — покрытие поверхности детали расплавленным металлом, распыленным сжатым воздухом. Преимуществом этого метода защиты металла является то, что покрывать расплавом можно уже собранные конструкции. Недостаток заключается в том, что получается шероховатая поверхность.

Оксидирование — защита оксидными пленками. Для этого естественную оксидную пленку, всегда имеющуюся на металле, делают более прочной путем обработки сильным окислителем, например концентрированной азотной кислотой, растворами марганцевой или хромовой кислот и их солей.

Фосфатирование состоит в получении на изделии поверхностной пленки из нерастворимых солей железа или марганца в результате погружения металла в горячие растворы кислых фосфатов железа или марганца.

По механизму защиты различают анодные и катодные металлические покрытия. Металл анодных покрытий имеет электродный потенциал более отрицательный, чем потенциал защищаемого металла. В случае применения анодных покрытий не обязательно, чтобы оно было сплошным. При действии растворов электролитов в возникающим коррозионном элементе основной металл–покрытие основной металл является катодом и поэтому при достаточно большой площади покрытия не разрушается, а защищается электрохимически за счёт растворения металла покрытия. Примерами анодных покрытий являются покрытия железа цинком и кадмием. Анодные покрытия на железе, как правило, обладают сравнительно низкой стойкостью.Катодные металлические покрытия, электродный потенциал которых более электроположителен, чем потенциал основного металла, могут служить надёжной защитой от коррозии только при условии отсутствия в них сквозных пор, трещин и других дефектов, так как они механически препятствуют проникновению агрессивной среды к основному металлу. Примерами катодных защитных покрытий являются покрытия железа медью, никелем, хромом и т.п."

Анодное - калий Катодное - платина

Билет 44

Легирование стали повышает ее антикоррозионные свойства. Например, совершенную стойкость к атмосферной коррозии показывают нержавеющие легированные стали, содержащие в большом количестве хром, который, образуя на поверхности оксидные пленки, приводит сталь в пассивное состояние. Существенно повышается (в 1,5...3 раза) коррозионная стойкость строительных сталей при введении в их состав меди (0,2...0,5 %). Повышенной стойкости нержавеющих сталей против коррозии способствуют также их однородность и небольшое содержание вредных примесей.

Жаростойкость (окалиностойкость) – это способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в течение длительного времени.Для повышения жаростойкости в состав стали вводят элементы, которые образуют с кислородом оксиды с плотным строением кристаллической решетки (хром, кремний, алюминий). Степеньлегированости стали, для предотвращения окисления, зависит от температуры. Влияние хрома на жаростойкость хромистой стали показано на рис.20.2. Чем выше содержание хрома, тем более окалиностойки стали (например, сталь 15Х25Т является окалиностойкой до температуры 1100…1150^oC). Высокой жаростойкостью обладают сильхромы, сплавы на основе никеля – нихромы, стали 08Х17Т, 36Х18Н25С2, 15Х6СЮ.

Жаропрочность – это способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах. Жаропрочные материалы используются для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, когда имеет место явление ползучести. Критериями оценки жаропрочности являются кратковременная и длительная прочности, ползучесть. Кратковременная прочность определяется с помощью испытаний на растяжение разрывных образцов. Образцы помещают в печь и испытывают при заданной температуре. Прочность зависит от продолжительности испытаний.

Билет 45

Анодная защита применяется в химической, нефтехимической и смежных с ними отраслях промышленности в принципиально иных условиях, чем катодная защита; оба типа в агрессивных средах дополняют друг друга. Металл конструкции или сооружения должен иметь область пассивности с достаточно низкой скоростью растворения, которая лимитируется не только разрушением металла, но и возможным загрязнением среды. Широко применяют анодную защиту для оборудования, работающего в серной кислоте, средах на ее основе, водных растворах аммиака и минер, удобрений, фосфорной кислоте, в целлюлозно-бумажной промышленности и ряде отдельных производств (напр., роданида натрия). Особенно важна анодная защита теплообменного оборудования из легированных сталей в производстве серной кислоты; защита холодильников со стороны кислоты позволяет повысить рабочую температуру, интенсифицировать теплообмен, повысить эксплуатационную надежность.

Анодную защиту выполняют с момощьюгазотермического напыления изолирующих покрытий из коррозионно-стойких материалов, плакирования либо с помощью станций анодной защиты.

Газотермическое напыление осуществляется методами высокоскоростного газопламенного напыления, электродуговой металлизации такими материалами, как монель, хастелой, инконель, сталь 316, выбираемыми в зависимости от условий эксплуатации и среды.

Станции анодной защиты (регуляторы потенциала), работают с контролем потенциала и управляющим сигналом от электрода сравнения. Вспомогательные электроды изготавливают из высоколегированных сталей, кремнистого чугуна, платинированной латуни (бронзы) или меди. Электроды сравнения - выносные и погружные, близкие по составу к анионному составу агрессивной среды (сульфатно-ртутные, сульфатно-медные и т. п.). М. б. использованы любые электроды, имеющие в данной среде к.-л. устойчивый потенциал, напр. потенциал коррозии (электроды из чистого цинка) или потенциал электрохимической реакции (осаждения покрытия, выделения хлора или кислорода). Зона действия защитных потенциалов зависит от области оптим. запассивированности металла и изменяется от неск. В (титановые сплавы) до нескольких десятков мВ (нержавеющие стали при повышенных температурах).

Билет 56

Изменение свойств коррозионной среды. Изменение свойств окружающей среды осуществляется двумя путями: удаление агрессивного компонента среды или введение ингибитора.  Значительное снижение скорости коррозии наблюдается при удалении влаги (паров воды) из окружающей среды, что достигается изоляцией изделий от окружающей среды путем упаковки в полимерный материал и введением в ограниченный объем веществ, способных поглощать влагу (селикагель).  Вещества, способные при незначительных добавках их к коррозионной среде эффективно уменьшать коррозию металла или сплава, называют замедлителями (ингибиторами) коррозии. Чаще всего применяют такие замедлители коррозии, добавки которых к раствору электролита вызывают заметное изменение потенциала металла в этом растворе, приближая его к потенциалу малоактивных металлов. Анодные замедлители коррозии (Na₂CO₃, фосфаты, силикаты, хроматы, нитраты) способствуют уменьшению площади анодных участков на поверхности металла, уменьшая тем самым количество растворяющегося металла. Катодные замедлители коррозии (соли магния, цинка, никеля и др.) способствуют уменьшению площади катодных участков на поверхности металла, что ведет к уменьшению общей скорости коррозии за счет уменьшения количества водорода, выделяющегося на этих участках, или за счет замедления диффузии кислорода, являющегося деполяризатором. Органические вещества – ингибиторы коррозии (тиомочевина, уротропин, производные аминов) – также относят к катодным замедлителям. Повышение коррозионной стойкости деталей возможно добиться путем изготовления их из коррозионностойких материалов, в частности из нержавеющей стали. Нержавеющие стали – это сплавы железа с хромом (11–18%), с хромом (17–26%) и никелем (8 до 11%) или с некоторыми другими металлами. При таком содержании лигирующих металлов происходит пассивацияматериала, и изделие перестает подвергаться коррозионному разрушению. В некоторых случаях коррозионная стойкость повышается путем изготовления деталей из пластмасс.

Билет 47

Катодная электрохимическая  защита от коррозии применяется тогда, когда защищаемый металл не склонен к пассивации. Это один из основных видов защиты металлов от коррозии. Суть катодной защиты состоит в приложении к изделию внешнего тока от отрицательного полюса, который поляризует катодные участки коррозионных элементов, приближая значение потенциала к анодным. Положительный полюс источника тока присоединяется к аноду.  При этом коррозия защищаемой конструкции почти сводится к нулю. Анод же постепенно разрушается и его необходимо периодически менять. Существует несколько вариантов катодной защиты: поляризация от внешнего источника электрического тока; уменьшение скорости протекания катодного процесса (например, деаэрация электролита); контакт с металлом, у которого потенциал свободной коррозии в данной среде более электроотрицательный (так называемая, протекторная защита). Поляризация от внешнего источника электрического тока используется очень часто для защиты сооружений,  находящихся в почве, воде (днища судов и т.д.). Кроме того данный вид коррозионной защиты применяется для цинка, олова, алюминия и его сплавов, титана, меди и ее сплавов, свинца, а также высокохромистых, углеродистых, легированных (как низко так и высоколегированных) сталей. Внешним источником тока служат станции катодной защиты, которые состоят из выпрямителя (преобразователь), токоподвода к защищаемому сооружению, анодных заземлителей, электрода сравнения и анодного кабеля. Катодная защита применяется как самостоятельный, так и дополнительный вид коррозионной защиты. Главным критерием, по которому можно судить о  эффективности катодной защиты, является защитный потенциал. Защитным называется потенциал, при котором скорость коррозии металла в определенных условиях окружающей среды принимает самое низкое (на сколько это возможно) значение. В использовании катодной защиты есть свои недостатки. Одним из них является опасность перезащиты. Перезащита наблюдается при большом смещении потенциала защищаемого объекта в отрицательную сторону. При этом выделяется. В результате – разрушение защитных покрытий, водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание. Протекторная защита (применение протектора) Разновидностью катодной защиты является протекторная. При  использовании протекторной защиты к защищаемому объекту подсоединяется металл  с более электроотрицательным потенциалом. При этом идет разрушение не конструкции, а протектора. Со временем протектор корродирует и его необходимо заменять  на новый. Протекторная защита эффективна в случаях, когда между протектором и окружающей средой небольшое переходное сопротивление. Каждый протектор имеет свой радиус защитного действия, который определяется максимально возможным расстоянием, на которое можно удалить протектор без потери защитного эффекта.  Применяется протекторная защита чаще всего тогда, когда невозможно или трудно и дорого подвести к конструкции ток. Протекторы используются для защиты сооружений в нейтральных средах (морская или речная вода, воздух, почва и др.). Для изготовления протекторов используют такие металлы: магний, цинк, железо, алюминий. Чистые металлы не выполняют в полной мере своих защитных функций, поэтому при изготовлении протекторов их  дополнительно легируют. Железные протекторы изготавливаются из углеродистых сталей либо чистого железа. Электрохимическая защита – эффективный способ защиты готовых изделий от электрохимической коррозии. В некоторых случаях невозможно возобновить лакокрасочное покрытие или же защитный оберточный материал, тогда целесообразно использовать электрохимическую защиту. Покрытие  подземного трубопровода или же днища морского суда очень трудоемко и дорого возобновлять, иногда просто невозможно. Электрохимическая защита надежно защищает изделие от коррозии, предупреждая разрушение подземных трубопроводов, днищ судов, различных резервуаров и т.п. Применяется электрохимическая защита в тех случаях, когда потенциал свободной коррозии находится в области интенсивного растворения основного металла либо перепассивации. Т.е. когда идет интенсивное разрушение металлоконструкции.