Семинар 2 Гальванические элементы

Типовые задачи.

1. Какой из металлов будет растворяться при работе гальванического элемента Cu | Cu²⁺ || Ag⁺ | Ag при концентрации электролитов, равных 1 моль/л ?

2. Какой из металлов будет растворяться при работе гальванического элемента Zn | Zn²⁺ || Al³⁺ | Al при концентрации электролитов, равных 1 моль/л ?

3. Какой из металлов будет служить анодом при работе гальванического элемента Ni | Ni²⁺ || Fe²⁺ | Fe при концентрации электролитов, равных 1 моль/л ?

4. Какой из металлов будет служить анодом при работе гальванического элемента Mg | Mg²⁺ || Zn²⁺ | Zn при концентрации электролитов, равных 1 моль/л ?

5. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе гальванического элемента Ni | Ni²⁺ || Al³⁺ | Al при концентрации электролитов, равных 1 моль/л ?

6. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе гальванического элемента Hg | Hg²⁺ || Ag⁺ | Ag при концентрации электролитов, равных 1 моль/л ?

7. Вычислить ЭДС стандартного медно-никелевого элемента.

8. Вычислить ЭДС стандартного хромово-алюминиевого элемента.

9. Вычислить потенциал цинкового электрода, опущенного в раствор сульфата цинка с концентрацией 0,01 моль/л.

10. Вычислить потенциал ртутного электрода, опущенного в раствор нитрата ртути (II) с концентрацией 0,001 моль/л.

11. Вычислить потенциал водородного электрода при рН = 5.

12. Вычислить потенциал водородного электрода при рН = 12.

13. Найти ЭДС гальванического элемента, состоящего из меди, опущенной в 0,01 М раствор сульфата меди, и цинка, опущенного в 0,1 М раствор сульфата цинка.

14. Найти ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебра, опущенного в 0,01 М раствор нитрата серебра, и алюминия, опущенного в 0,001 М раствор нитрата алюминия.

15. Найти ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух водородных электродов, опущенных в растворы с рН = 2 и рН = 10.

16. Гальванический элемент составлен из стандартного цинкового электрода и хромового электрода, погруженного в раствор нитрата хрома (III). При какой концентрации ионов Cr³⁺ ЭДС этого элемента будет равна нулю ?

Лабораторная работа 13 Коррозия металлов

Теоретические основы. Процесс разрушения веществ под действием окружающей среды называется коррозией. Коррозия делится на химическую (разрушение металлов в агрессивной среде) и электрохимическую. При контакте двух металлов во влажном воздухе возникают микрогальванические пары, приводящие к протеканию электрохимической коррозии металлов. В процессе электрохимической коррозии более активный металл, имеющий более отрицательное значение стандартного электродного потенциала, отдает электроны и переходит в раствор. Электроны от него перемещаются к менее активному металлу и участвуют в восстановительных процессах ионов и молекул, находящихся в окружающей микрогальваническую пару среде.

В кислых растворах идет процесс водородной деполяризации: 2Н⁺ + 2е Н₂

В нейтральных и щелочных средах идет процесс с участием растворенного кислорода воздуха - кислородная деполяризация: О₂ + 2Н₂О + 4е 4ОН

П ример Коррозия контакта Cu / Zn , среда - КОН.

Zn: Zn - 2e Zn²⁺ 2

Cu: О₂ + 2Н₂О + 4е 4ОН 1

Zn+O₂+2H₂O 2Zn(OH)₂

Цель работы. Изучение различных случаев коррозии металлов и методов защиты от коррозии.

Порядок работы.

Опыт 1. Коррозия оцинкованного и луженого железа

Зачистите наждачной бумагой две железные проволочки. Прикрепите к одной из них гранулу цинка, а к другой - гранулу олова. Опустите проволочки в отдельные пробирки. В каждую пробирку добавьте по 2-3 мл дистиллированной воды, 5 капель 2N раствора серной кислоты и 1 каплю раствора гексацианоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆]. Сравните изменения в обеих пробирках.

Примечание. Гексацианоферрат (III) калия K₃[Fe(CN)₆] используют для качественной реакции на ион Fe²⁺. В присутствии ионов двухвалентного железа образуется темно-синий осадок KFe[Fe(CN)₆].

Опыт 2. Коррозия железа в присутствии меди

В стакан объемом 50 мл налейте дистиллированную воду, растворите в ней немного хлорида натрия (катализатор коррозии), добавьте 1 мл раствора гексацианоферрата (III) калия и несколько капель раствора фенолфталеина. Опустите в стакан перевитые медную и железную проволочки. Через несколько минут отметьте наблюдаемые явления.

Опыт 3. Катализаторы (стимуляторы) коррозии

Налейте в пробирку 2 мл 2N раствора соляной кислоты и опустите в нее алюминиевую проволочку. Идет ли реакция? Добавьте в пробирку небольшое количество кристаллического хлорида натрия. Запишите наблюдения.

Опыт 4. Защита от коррозии. Оксидирование

Зачистите наждачной бумагой 2 железных гвоздя и один из них поместите на 5 минут в пробирку с концентрированной азотной кислотой. Промойте гвозди водой и опустите их в стакан с разбавленной серной кислотой. Сравните интенсивность выделения газа в обоих случаях.

Опыт 5. Защита от коррозии. Ингибирование

В две пробирки поместите немного железных опилок, добавьте в одну из них 1 мл раствора формалина (СН₂О) и прилейте в каждую пробирку по 2 мл разбавленной соляной кислоты. Сравните интенсивность выделения газа в каждой пробирке.

Форма лабораторного отчета.

1. Название лабораторной работы.

2. Краткое описание, цель работы.

3. Номер и название опыта.

4. Значения стандартных электродных потенциалов металлов, катод и анод микрогальванической пары.

5. Уравнения электрохимических процессов, идущих на аноде и на катоде.

6. Наблюдения и обсуждения.

7. Выводы.

Типовые задачи.

1. Написать уравнения химических реакций, протекающих при коррозии следующих сплавов (контактов): а) Cu/Cr, среда HCl; б) Zn/Al, среда KOH; в) Fe/Sn, среда H₂O; г) Ag/Cu, среда H₂SO₄; д) Fe/Zn, среда KCl; е) Mg/Zn, среда NaOH.

2. Предложить анодное покрытие для защиты цинка от коррозии. Обосновать и указать достоинства и недостатки способа.

3. Предложить катодное покрытие для защиты меди от коррозии. Обосновать и указать достоинства и недостатки способа.