Уравнение анодного и катодного процесса коррозии магния

Составление электронных уравнений анодного и катодного процессов происходящих при коррозии

Решение задач на коррозию металлов

Задание 287.
Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары магний — никель. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
Решение:
Магний имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-2,36 В), чем никель (-0,24 В), поэтому он является анодом, никель – катодом.

Анодный процесс – окисление металла: Mе 0 — 2 = Mе n+

и катодный процесс – восстановление ионов водорода (водородная деполяризация) или молекул кислорода (кислородная деполяризация). Поэтому при коррозии пары Mg — Ni с водородной деполяризацией происходит следующие процессы:

Анодный процесс: Mg 0 — 2 = Mg 2+
Катодный процесс: в кислой среде: 2Н + + 2 = Н₂↑

Продуктом коррозии будет газообразный водород соединение магния с кислотным остатком (соль).

При коррозии пары Mg — Ni в атмосферных условиях на катоде происходит кислородная деполяризация, а на аноде – окисление магния:

Анодный процесс: Mg 0 — 2 = Mg 2+
Катодный процесс: в нейтральной среде: 1/2O₂ + H₂O + 2 = 2OH —
в нейтральной или в щелочной среде: 1/2O 2 + H 2 O + 2 = 2OH —

Так как ионы Mg 2+ с гидроксид-ионами ОН — образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Mg(OH)₂.

Задание 288.
В раствор хлороводородной (соляной) кислоты поместили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения соответствующих процессов.
Решение:
а) При помещении цинковой пластинки в раствор хлороводородной (соляной) кислоты происходит реакция замещения:

Через некоторое время цинковая пластинка в растворе разбавленной соляной кислоте пассивируется оксидной плёнкой, образующейся при взаимодействии цинка с кислородом растворённым в воде по схеме: Zn + 1/2 O₂ = ZnO, поэтому коррозия цинка вскоре замедлится.

б) При помещении цинковой пластинки, частично покрытой медью, в раствор соляной кислоты образуется гальваническая пара Zn — Cu, в которой цинк будет анодом, а медь – катодом. Происходит это так, потому что цинк имеет более электроотрицательный электродный потенциал (-0,763 В), чем медь (+0-,34 В).

Анодный процесс: Zn 0 — 2 = Zn 2+ ;
Катодный процесс: в кислой среде: 2Н + + 2 = Н₂↑

Ионы цинка Zn 2+ с ионами хлора Cl — будут давать соль ZnCl₂ – сильный электролит, а водород будет интенсивно выделяться в виде пузырьков газа. Этот процесс будет бурно протекать до тех пор пока не закончится приход ионов водорода Н + соляной кислоты или пока полностью не растворится цинковая пластинка. Ионно-молекулярное уравнение коррозии:

Zn 0 + 2H + = Zn 2+ + H₂О↑

Молекулярная форма уравнения:

Задание 289.
Почему химически чистое железо более стойко против коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в кислой среде.
Решение:
Химически чистое железо более стойко к коррозии, потому что с кислородом образует на поверхности оксидную плёнку, которая препятствует дальнейшему разрушению металла. Техническое железо содержит примеси различных металлов и неметаллов, которые образуют различные гальванические пары железо — примесь. Железо, имея отрицательный стандартный электродный потенциал (-0,44 В) со многими примесями, потенциал которых значительно положительнее, является анодом, а примеси – катодом:

Анодный процесс: Fe 0 -2 = Fe 2+
Катодный процесс: в кислой среде: 2Н + + 2 = Н₂ ↑
в нейтральной или в щелочной среде: 1/2O₂ + H₂O + 2 = 2OH —

Так как ионы Fe 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии железа 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:

Please wait.

We are checking your browser. gomolog.ru

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6dfbb98daeaa3380 • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare

Коррозия металов. Защита металлов от коррозии

3.2.1 Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары магний – никель. Какие продукты коррозии образуются в первом и втором случаях?

Поскольку магний имеет меньшую величину электродного потенциала (–2,37 В), чем никель (– 0,25 В), то он будет играть роль анода, а никель – роль катода. Так как металл катода является восстановленной формой, то на нем будет протекать процесс восстановления молекул кислорода, присутствующего в нейтральной среде (кислородная деполяризация), или ионов водорода, присутствующего в кислой среде (водородная деполяризация).

Электродные процессы, протекающие в нейтральной среде:

А) Mg 0 – 2ē → Mg 2+ – процесс окисления;

K) 2Н₂О + О₂ + 4ē → 4ОН – – процесс восстановления.

Образующиеся ионы магния связываются с гидроксид-ионами, с образованием гидроксида магния:

Mg 2+ + 2ОН – → Mg(ОН)₂ – продукт коррозии в нейтральной среде.

Схема работы данного гальванического элемента:

Электродные процессы, протекающие в кислой среде:

А) Mg 0 – 2ē → Mg 2+ – процесс окисления;

K) 2Н + + 2ē → Н₂ – процесс восстановления.

Поскольку не указана кислота, в которую погружена гальванопара магний – никель, то будем считать, что продуктом коррозии в кислой среде является соль мания (Mg 2+ ).

Схема работы данного гальванического элемента:

3.2.2 Каким покрытием по отношению к железу является никель? Как протекает атмосферная коррозия железа, покрытого слоем никеля, если покрытие нарушено? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, протекающих в растворе хлорида натрия и в растворе бромоводородной кислоты. Каков состав продуктов коррозии?

1 Раствор хлорида натрия имеет нейтральную реакцию среды. Функция NaCl заключается в ускорении процесса коррозии.

Поскольку железо имеет меньшую величину электродного потенциала (– 0,44 В), чем никель (– 0,25 В), то оно будет играть роль анода, а никель – роль катода. Следовательно, покрытие никелем будет являться катодным по отношению к железу.

При нарушении никелевого покрытия на железе самопроизвольно возникает гальванический элемент. Так как металл катода является восстановленной формой, то на нем будет протекать процесс восстановления молекул кислорода, присутствующего в нейтральной среде (кислородная деполяризация).

А) Fe 0 – 2ē → Fe 2+ – процесс окисления;

K) 2Н₂О + О₂ + 4ē → 4ОН – – процесс восстановления;

Гидроксид железа Fe(ОН)₂ является неустойчивым соединением, поэтому в нейтральной среде протекает процесс его доокисления:

Далее происходит процесс отщепления молекул воды и образование оксид-гидроксида.

Состав продуктов коррозии будет следующим:

Схема работы данного гальванического элемента:

2 Бромоводородная кислота создает кислую среду. Как говорилось ранее, железо будет играть роль анода, а никель – роль катода. Так как металл катода является восстановленной формой, то на нём будет протекать процесс восстановления ионов водорода, образующихся при диссоциации бромоводородной кислоты.

А) Fe 0 – 2ē → Fe 2+ – процесс окисления;

K) 2Н + +2е → Н₂ – процесс восстановления.

Образующиеся при окислении железа, его ионы будут взаимодействовать с образующимися при диссоциации кислоты ионами брома:

Fe 2+ + 2Br – → FeBr₂ – продукт коррозии.

Схема работы данного гальванического элемента:

Следует отметить, что во всех схемах, касающихся работы гальванического элемента и процессов коррозии, нижняя стрелка всегда идет к ионам (молекулам), выполняющим роль деполяризатора, т. е. принимающим электроны и восстанавливающимся на катоде.

3.2.3 В чем сущность протекторной защиты металлов? Приведите пример протекторной защиты железа в электролите, содержащем щелочь. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

Метод протектора (анодная электрохимическая защита) осуществляется присоединением к защищаемому металлу большого листа (старого металлического изделия), изготовленного из более активного металла с меньшей величиной электродного потенциала. В качестве протектора обычно используют цинк или сплавы на основе магния.

Рассмотрим в качестве примера протекторную защиту железа, соединенного с цинковой пластиной. При хорошем контакте между металлами защищаемый металл (железо) и металл протектора (цинк) оказывают друг на друга поляризующее действие. Согласно взаимному положению этих металлов в ряду СЭП (цинк имеет меньшую величину электродного потенциала, чем железо), железо поляризуется катодно, а цинк – анодно.

В результате этого на железе идет процесс восстановления кислорода, присутствующего в электролите (кислородная деполяризация так же характерна и для щелочной среды), а цинк окисляется и разрушается.

Электронные уравнения анодного и катодного процессов:

А) Zn 0 – 2е → Zn 2+ – процесс окисления;

K) 2Н₂О + О₂ + 4е → 4ОН – – процесс восстановления;

Если бы на месте цинка был какой-либо металл, не проявляющий амфотерных свойств, то на этом процесс коррозии и остановился бы, т. е. гидроксид металла можно было бы считать продуктом коррозии. Но поскольку цинк может быть отнесен к металлам, проявляющим амфотерные свойства, то его гидроксид растворяется в щелочах (NaOH, KOH и т. д.) с образованием комплексных соединений:

Следовательно, в щелочной среде нецелесообразно использовать в качестве протектора металл, проявляющий амфотерные свойства.

Схема работы данного гальванического элемента:

Контрольные вопросы и задачи

1 Рассчитайте электродный потенциал алюминиевого электрода, опущенного в 0,001м раствор соли Cr₂(SO₄)₄.

2 Из каких солей металл может быть вытеснен и Zn и Ni ? Только Zn ?

Запишите уравнения происходящих процессов .

3 При какой концентрации ионов Sn 2+ в растворе потенциал оловянного электрода станет равным стандартному электродному потенциалу водородного электрода ?

4 Что является окислителем и восстановителем в гальваническом элементе, составленном оловом и серебром, которые погружены в нормальные растворы их солей? Составьте схему соответствующего гальванического элемента.

5 Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никель является анодом, а в другом – катодом. Запишите уравнения электродных процессов и суммарные уравнения реакций.

6 Составьте схему, запишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из магниевых электродов, опущенных: первый в 0,001Н, второй в 0,01Н растворы MgSO₄.

7 ЭДС гальванического элемента, образованного никелем, погруженным в раствор его соли с [Ni 2+ ] = 0,0001 моль/л, и серебром, погруженным в раствор его соли, равна 1,108 В. Определить концентрацию ионов Ag + в растворе его соли.

8 Изменится ли ЭДС гальванических элементов при уменьшении концентрации растворов солей в 10 раз?

а) Cu ô Cu 2+ ôô Zn 2+ ô Zn;

б) Ag ô Ag + ôô Zn 2+ ô Zn.

Ответ подтвердить расчетами.

9 В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи следующих гальванических элементов :

а) Cu|Cu 2+ и Ni|Ni 2+

в) Al|Al 3+ и Mg|Mg 2+

10 Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного железа при нарушении покрытий? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

11 Какое покрытие металла называется анодным и какое — катодным? Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного и катодного покрытия марганца. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии марганца при нарушении анодного и катодного покрытий во влажном воздухе и в растворе серной кислоты.

12 Если опустить в соляную кислоту пластинку из чистого кадмия, то выделение на ней водорода идет медленно и со временем почти прекращается. Однако если хромовой палочкой прикоснутся к кадмиевой пластинке, то на последней начинается бурное выделение водорода. Почему? Какой металл при этом растворяется? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

1 Ахметов, Н. С.Общая и неорганическая химия /Н. С. Ахметов. – М.: Высш. шк., 1981.

2 Глинка, Н.Л. Общая химия /Н. Л. Глинка – М.: Интеграл-Пресс, 2006.

3 Глинка, Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии /Н. Л. Глинка – М.: Интеграл-Пресс, 2006.

4 Коровин, Н.В. Общая химия /Н. В. Коровин – М.: Высш. шк., 2002.