Примеры защиты металлов от коррозии
Решение задач по химии на покрытие металлов
Задание 284.
Если пластинку из чистого цинка опустить в разбавленную кислоту, то начавшееся выделение водорода вскоре почти прекращается. Однако при прикосновении к цинку медной палочкой на последней начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнения протекающей химической реакции.
Решение:
При опускании пластинки из чистого цинка в раствор разбавленной кислоты, начавшееся выделение водорода вскоре почти прекратится, потому что на пластинке из цинка образуется оксидная плёнка, которая будет препятствовать дальнейшему взаимодействию цинка с разбавленной кислотой. Оксидная плёнка образуется при взаимодействии цинка с кислородом, растворённым в воде по схеме:
Zn + 1/2O2 = ZnO
Если прикоснуться к цинковой пластинке медной палочкой, то возникнет гальваническая пара цинк — медь, в которой цинк будет являться анодом, а медь – катодом. Это происходит, потому что стандартный электродный потенциал цинка (-0,763 В) значительно отрицательнее, чем потенциал меди (+0,34 В).
Анодный процесс: Zn0 - 2
= Zn2+
Катодный процесс в кислой среде: 2Н+ + 2 = H2↑
Образующиеся ионы Zn2+ будут с имеющимися анионами кислоты давать соль, а ионы водорода Н+, деполяризуясь на медной палочке, Zn0 - 2 = Zn2+образуют водород, который в виде пузырьков газа выделяется из раствора. Ионно-молекулярное уравнение реакции будет иметь вид:
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
Молекулярная форма уравнения реакции:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Задание 285.
В чем сущность протекторной защиты металлов от коррозии? Приведите пример протекторной защиты железа в электролите, содержащем растворенный кислород. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
Решение:
Для предотвращения коррозии стальных конструкций применяется протекторная защита: создаётся электрический контакт защищаемой конструкции с протектором – более активным металлом (обычно Zn, Mg, Al или их сплавы). При таком контакте возникает гальваническая пара типа Zn — Fe и коррозии подвергается протектор, а не сама стальная конструкция (трубопровод, корпус корабля и т.п.). Например, корпус корабля защищают протектором – цинковые брусья, которые крепят в нескольких местах днища корабля. Под действием морской воды и кислорода цинк разрушается, а корпус корабля защищается, таким образом, от коррозии. При этом протекают следующие электрохимические процессы:
Анодный процесс: Zn0 - 2 = Zn2+;
Катодный процесс:
а) в нейтральной или щелочной среде: 1/2O2 + H2O + 2 = 2OH-;
б) в кислой среде: 1/2O2 + 2H+ + 2 = H2O
Таким образом, цинк разрушается, окисляясь до ионов Zn2+, которые с гидроксильными ионами образуют нерастворимый гидроксид Zn(OH)2 или в виде ионов Zn2+ уходит в раствор, если реакция среды кислая. Основной металл остаётся неповреждённым.
Задание 286.
Железное изделие покрыли никелем. Какое это покрытие - анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
Решение:
Железо имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,44 В), чем никель (-0,24 В), поэтому железо является анодом, никель – катодом.
Анодный процесс – окисление металла: Fe0 - 2 = Fe2+
и катодный процесс – восстановление ионов водорода (водородная деполяризация) или молекул кислорода (кислородная деполяризация). Поэтому при коррозии пары Fe — Ni с водородной деполяризацией происходит следующие процессы:
Анодный процесс: Fe0 - 2 = Fe2+
Катодный процесс: в кислой среде: 2Н+ + 2 = Н2
Продуктом коррозии будет газообразный водород соединение железа с кислотным остатком (соль).
При коррозии пары Fe — Ni в атмосферных условиях на катоде происходит кислородная деполяризация, а на аноде – окисление железа:
Анодный процесс: Fe0 - 2 = Fe2+
Катодный процесс:
в нейтральной среде: 1/2O2 + H2O + 2 = 2OH-
Так как ионы Fe2+ с гидроксид-ионами ОН- образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Fe(OH)2. При контакте с кислородом воздуха Fe(OH)2 быстро окисляется до метагидроксида железа FeO(OH), приобретая характерный для него бурый цвет:
4Fe(OH)2 + О2 = 4FeO(OH) + 2Н2О
Так как никель имеет более электроположительный стандартный электродный потенциал, чем железо, то данное покрытие является катодным. При повреждении катодного покрытия (или наличия пор) возникает коррозионный элемент, в котором основной материал в поре служит анодом и растворяется, а материал покрытия – катодом, на котором выделяется водород или поглощается кислород. Следовательно, данное катодное покрытие может защищать железо от коррозии лишь при отсутствии пор и повреждений покрытия.
