Коррозионные процессы. Составление гальванического элемента

ЭЛЕКТРОХИМИЯ

Вариант 28

1.  Какие коррозионные процессы протекают в случае, если железное изделие, включающее в себя свинцовые прокладки, находится в сильно разбавленном растворе кислоты (pH < 7)?

Решение:

В данном случае имеет место электрохимическая контактная коррозия, которая происходит в месте контакта 2 разнородных металлов, помещённых в раствор.

Между свинцом и железом в месте контакта возникает гальваническая пара. Поток электронов идёт от более активного металла – донора электронов (железа), стоящего левее в ряду напряжений, к менее активному металлу – акцептору электронов (свинцу), и более активный металл (железо) разрушается (корродирует). Менее активный металл (свинец) является проводником.

Свинец – катод, железо – анод.

В кислой среде протекают следующие процессы:

Анодный процесс:Fe⁰ – 2e^- = Fe²⁺;  ионы выходят в раствор, электроны перемещаются к менее активному металлу (железу)  

Катодный процесс: 2H⁺  + 2e^- = H₂⁰ (pH < 7) - разряжаются на менее активном металле – свинце (водородная деполяризация катода)

Положительно заряженные ионы водорода забирают электроны с поверхности менее активного металла (свинца) и превращаются в газообразный водород. В растворе образуется соль железа (2), например, в растворе соляной кислоты – хлорид железа (2):

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂

Итак, уравнения реакций:

Fe⁰ – 2e^- = Fe²⁺ – анодный процесс

2H⁺  + 2e^- = H₂⁰– катодный процесс

-------------------------------------------------

Fe⁰ + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂

2.  Какие коррозионные процессы протекают при хранении во влажной атмосфере позолоченного медного изделия с нарушенным покрытием?

Решение:

В данном случае имеет место электрохимическая контактная коррозия, которая происходит в месте контакта 2 разнородных металлов, помещённых в раствор.

Золото как менее активный металл (находящийся правее в ряду напряжений) защищает медное изделие от коррозии. Но при нарушении золотого покрытия между золотом и медью в месте контакта возникает гальваническая пара. Поток электронов идёт от более активного металла (меди) к менее активному металлу (золоту), и более активный металл (медь) разрушается (корродирует). Менее активный металл (золото) является проводником.

Электрохимическая коррозия обусловлена 2 процессами:

Ø Химический процесс – окисление более активного металла; в нейтральной среде медь окисляется до Cu²⁺:   Cu⁰ – 2e^- = Cu²⁺

Ø Электрический процесс – перенос электронов от одного участка к другому: от более активного металла (Cu) – анода (донора электронов) к менее активному (Au) – катоду (акцептору электронов).

Кислород, растворённый в электролите,  при этом восстанавливается на катоде (золоте) до ионов ОН^- (кислородная деполяризация катода):

О₂⁰ + 2Н₂О + 4е^- = 4ОН^-   (рН > 7)

Далее в растворе между  ионами протекают химические реакции, приводящие к образованию твёрдого гидроксида меди:

Сu²⁺ + 2OH^- = Cu(OH)₂           

Таким образом, при нарушении покрытия золото уже не защищает серебро от коррозии.

Итак, уравнения реакций электрохимической коррозии (то, что требуется написать):

Сu⁰ – 2e^- = Cu²⁺                  | x2 – анодный процесс

О₂⁰ + 2Н₂О + 4е^- = 4ОН^-         - катодный процесс

--------------------------------

2Cu + O₂ + 2H₂O = 2Cu(OH)₂

3.  Составить гальванический элемент, ЭДС которого в стандартных условиях равна 1,05 В. Определить, как изменится ЭДС, если концентрация Меⁿ⁺ у катода уменьшится до 0,1 моль/л.

Решение:

Гальванический элемент – это устройство из 2 электродов, в котором энергия окислительно-восстановительных химических реакций преобразуется в электрическую.

Гальванический элемент состоит из 2 полуэлементов:

Ø  анод, погруженный в раствор восстановителя, заряжается отрицательно

Ø  катод, погруженный в раствор окислителя, заряжается положительно

Полуэлементы соединены сольватным мостиком («ключом»), содержащим в растворе ионы, не изменяющие степень окисления.

При записи схем гальванических элементов обычно слева записывают электрод с более отрицательным значением Е⁰ (анод), а справа – с более положительным (катод).

Стандартная ЭДС рассчитывается для концентрации электролита, равной 1М. Она равна разности стандартных электродных потенциалов Е⁰ катода и анода в исходный момент работы элемента (из большего вычитается меньшее: