Уравнения анодного и катодного процессов коррозии металлов

Решение задач по хими на анодный и катодный процессы при коррозии металлов

Задание 293. 
Две железные пластинки, частично покрытые одна оловом, другая медью, находятся во влажном воздухе. На какой из этих пластинок быстрее образуется ржавчина? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этих пластинок. Каков состав продуктов коррозии железа?
Решение:
При нахождении во влажном воздухе двух железных пластинок частично покрытых одна оловом, другая медью, быстрее всего образуется ржавчина на пластинке покрытой медью. Так как стандартный электродный потенциал меди (+0,34 В) значительно более электроположительнее, чем потенциал олова (-0,126 В), то, скорость коррозии железа при контакте с медью будет значительно больше, чем при контакте с оловом.
а) Коррозия железной пластинки частично покрытой оловом во влажном воздухе:

Анодный процесс: Fe⁰ -2   = Fe²⁺
Катодный процесс: 1/2O₂ + H₂O + 2   = 2OH^-

б) Коррозия железной пластинки частично покрытой медью во влажном воздухе:

Анодный процесс: Fe⁰ -2  = Fe²⁺
Катодный процесс: 1/2O₂ + H₂O + 2  = 2OH^-

Таким образом, коррозия на обеих пластинках протекает по единому механизму, потому что происходит разрушение железных пластинок. При этом ионы Fe²⁺ с гидроксильной группой ОН^- образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии железа будет Fe(OH)₂ белого цвета. 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 (или Fe₂O₃ ^. nH₂O).

Протекторная защита свинцового кабеля от коррозии

Задание 294
Какой металл целесообразней выбрать для протекторной защиты от коррозии свинцовой оболочки кабеля: цинк, магний или хром? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии. Каков состав продуктов коррозии?
Решение:
Для предотвращения коррозии свинцовой оболочки кабеля целесообразней выбрать для протекторной защиты металл, который является более активным, чем свинец. Из предложенных металлов (цинк, магний и хром) наиболее активным металлом является магний, поэтому целесообразней использовать для протекторной защиты свинцового кабеля именно магний. Объясняется это тем, что стандартный электродный потенциал магния (-2,36 В) наиболее электроотрицателен, чем потенциалы цинка (-0,763 В) и хрома (-0,913 В). При таком контакте возникает гальваническая пара Mg — Pb и коррозии подвергается протектор, а не сам свинцовый кабель. При этом протекают следующие электрохимические процессы:

Анодный процесс: Mg⁰ - 2  = Mg²⁺;
Катодный процесс:  в нейтральной или щелочной среде: 1/2O₂ + H₂O + 2   = 2OH^-;

Таким образом, магний разрушается, окисляясь до ионов Mg²⁺, которые с гидроксильными ионами образуют нерастворимый гидроксид Mg(OH)₂. 

Коррозия железа покрытого медью во влажном воздухе

Задание 295 
Если опустить в разбавленную серную кислоту пластинку из чистого железа, то выделение на ней водорода идет медленно и со временем почти прекращается. Однако, если цинковой палочкой прикоснуться к железной пластинке, то на последней начинается бурное выделение водорода. Почему? Какой металл при этом растворяется? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
Решение: 
При опускании в раствор разбавленной серной кислоты чистой железной пластинки идёт бурная реакция с выделением водорода, но через некоторое время скорость реакции заметно замедляется, потому что чистое железо окисляется кислородом, растворённым в воде, с образованием оксидной плёнки, которая, покрывая пластинку тонким слоем, пассивирует её. Однако, если цинковой палочкой прикоснуться к железной пластинке, то на последней начинается бурное выделение пузырьков водорода. Происходит это, потому что при контакте цинка с железом образуется гальваническая пара Zn — Fe анодом является цинк, а катодом – железо. Это объясняется тем, что  стандартный электродный потенциал цинка (-0,763 В) значительно электроотрицательнее, чем потенциал железа (-0,44 В). Тогда будут происходить следующие электрохимические процессы коррозии:

Анодный процесс: Zn⁰ -2   = Zn²⁺
Катодный процесс: 2Н⁺ + 2   = Н₂↑

Водород будет выделяться во внешнюю среду, а ионы цинка Zn²⁺ с ионами кислотного остатка будут образовывать соль, т. е. цинк будет разрушаться с образованием ионов  Zn²⁺. Происходит разрушение цинковой палочки.