Учебно-методическое пособие «Защита материалов от коррозии», страница 42

Решение. В данном гальваническом элементе протекает реакция Cd⁺² + Zn = Zn⁺² + Cd. Между константой равновесия реакции, протекающей в гальваническом элементе, и ЭДС гальванического элемента существует зависимость E = (0.059/n)×lgK;

E = (0.059/2)×lg2.022×10⁵ = 0.157 В.

;

 = E + = 0.157 - 0.789 = -0.632 В.

Пример 4. Определите  ЭДС гальванической цепи:

 Fe /0.1 м. FeSO₄ // 0.01 н. NaOH /H₂, Pt. Cтепени электролитической диссоциации FeSO4 и NaOH соответственно равны 60 и 100%.

Решение. Для определения ЭДС этого гальванического элемента необходимо определить концентрацию ионов Fe⁺² в 0.1 м FeSO4 и концентрацию ионов Н⁺ в 0.01 н. NaOH:

С_иона = С_{электр.}×n×a,  = 0.1×1×0.6 = 0.06 моль/л.

Концентрация ионов OH^- и Н⁺ в 0.01 н. NaOH:

= 0.01×1×1 = 0.01 моль/л., = 10^-14/10^-2 = 10^-12 моль/л.

Электродный потенциал железа:

 = -0.44 + (0.059/2)×lg 6×10^-2 = -0.476 В.

Электродный потенциал водородного электрода:

 = 0 + 0.059×lg 10^-12 = -0.708 В.

В соответствии с величинами электродных потенциалов работает следующая гальваническая цепь:

 

Ее электродвижущая сила равна:

= -0.476 – (-0.708) = 0.232 В.

Пример 5. Определение ЭДС гальванической цепи с учетом активности ионов. Вычислите ЭДС газоводородной цепи:

Pt, H₂ /0.008 н. NaOH // 0.006 н. HCl/ H2, Pt, если коэффициенты активности ионов равны: = 0.944; = 0.916. Степень диссоциации приведенных электролитов принять равной 100%.

Решение. Сначала определяем концентрации ионов Н+ и ОН- в растворах НС1 и NaOH: = 0.006 моль/л; = 0.008 моль/л. Активности ионов равны: a = f×C, следовательно, =0.008×0.916 = 7.33×10^-3 моль/л.., = 0.006×0.944 = 5.66×10^-3 моль/л.

По активности ионов OH^- определяем активность ионов Н+ в растворе NaOH:

= 10^-14/ 7.33×10-3 = 1.36×10^-12 моль/л.

По уравнению Нернста вычисляем потенциал водородного электрода в растворе NaOH:                                                    = 0.059×lg1.36×10^-12 = -0.700 В,

и в растворе НСl:                      = 0.059×lg5.66×10^-3 = -0.133 В.

Анодом является электрод в растворе NaOH, а катодом – в растворе НСl.

Гальваническая цепь работает по следующей схеме:

(-) Pt, H₂/ 0.008 н. NaOH // 0.006 н. HCl/ H₂, Pt (+),

Электродвижущая сила, возникающая при работе этой гальванической цепи, равна:
E = -0.133 – (-0.700) = 0.567 В.

e-

Пример 6. Определение ЭДС гальванического элемента с учетом поляризации электродов. Как изменится при работе ЭДС гальванического элемента:

 

если в процессе работы элемента концентрация ионов Al⁺³ меняется от 0.003 до 0.1, а перенапряжение h водорода на платине равно 0.09 В. Чему равна концентрационная поляризация анода?

Решение. Сначала нужно определить начальные электродные потенциалы анода и катода гальванического элемента:

= -1.66 +(0.059/3)×lg3×10^-3 = -1.71 В.

= 0.059×lg10^-4 = -0.236 В.

Начальная ЭДС гальванического элемента равна:

 = -0.236 – (-1.71) = 1.48 В.

Концентрационная поляризация определяется следующим образом:

E_поляр = (0.059/n)×lg (C₂/C₁),

где C₁ - меньшая концентрация иона, моль/л; C₂ - большая концентрация иона, моль/л.

Для алюминиевого электрода концентрационная поляризация равна:

E_поляр = (0.059/3)×lg (0.1/0.003) = 0.029 В.

С учетом концентрационной поляризации потенциал алюминиевого электрода равен.

= -1.71 + 0.029 = -1.68 В.

Потенциал катода с учетом величины перенапряжения выделения водорода на платине равен: = -0.23 – 0.09 = -0.32 В.

Конечная ЭДС гальванического элемента равна: E₂ = -0.32 – (-1.68) = 1.36 В, а ЭДС гальванического элемента в процессе работы уменьшилась на разность:

1.48 - 1.36 = 0.12 В.

Перенапряжением h называют повышение потенциала разрядки ионов по cравнению с величиной стандартного потенциала в равновесных условиях.

Пример 7. Рассмотрите коррозию изделия из алюминиевой бронзы:
а) в дистиллированной воде; б) в сильнощелочной аэрированной среде (раствор NaOH). Приведите уравнения электродных процессов. Какие вещества являются продуктами коррозии?