Коррозия и защита металлов от коррозии

В задачах 1 – 8рассчитайте электродный потенциал металла, корродирующего в деаэрированной среде, ЭДС и стандартную энергию Гиббса реакции D_rG^о₂₉₈ , протекающей в коррозионном элементе, приведите уравнения анодного и катодного процессов.

№ п/п	Металл	аМz+ , моль/л	рНсреды	jоМz+/М , В
	Zn	0,0015	4,2	-0,763
	Al	0,0010	3,0	-1,662
	Со	0,0009	3,4	-0,277
	Ni	0,0012	2,7	-0,250
	Cd	0,0008	4,0	-0,403
	Fe	0,002	5,1	-0,440
	Sn	0,0001	2,0	-0,136
	Mn	0,004	3,9	-1,180

В задачах 9 – 16определите, какой из металлов в коррозионном элементе кор­родирует во влажном воздухе, рассчитайте ЭДС и стандартную энергию Гиббса реакции D_rG^о₂₉₈, приведите уравнения анодных и катодных процессов.

№ задачи	Коррозионная пара М1-М2	рН среды	jоМz+/М1 , В	jоМz+/М2 , В
	Cu – Ag	1,6	+0,337	+0,799
	Ni – Au	5,8	-0,250	+1,498
11,,	Sn – Co	6,5	-0,136	-0,277
	Cd – Fe	7,9	-0,403	-0,440
	Au – Co	5,2	+1,498	-0,277
	Fe – Sn	8,4	-0,440	-0,136
	Zn – Cu	4,8	-0,763	+0,337
	Pb – Ni	3,9	-0,126	-0,250

В задачах 17 – 24рассчитайте объем кислорода (при н.у.), израсходованного за время t при атмосферной коррозии металла, протекающей с образованием его гидроксида М(ОН)₂, массу прокорродировавшего металла и силу коррозионного тока.

№ п/п	Металл	mМ(ОН)2, г	t ,мин	№ п/п	Металл	mМ(ОН)2, г	t ,мин
	Zn	0,025	5,0		Pb	0,007	6,0
	Cd	0,125	4,0		Cr	0,198	3,0
	Ni	0,130	6,5		Sn	0,004	4,5
	Fe	0,085	2,5		Co	0,253	12,0

В задачах 25 – 32рассчитайте электродный потенциал металла, корродирующего в деаэрированной среде при T = 298 К с образованием его гидроксида М(ОН)₂, используя величину произведения растворимости.

№ п/п	Металл	ПРМ(ОН)2	jоМz+/М , В	№ п/п	Металл	ПРМ(ОН)2	jоМz+/М , В
	Zn	3,0×10-16	-0,763		Со	1,6×10-15	-0,277
	Мg	5,5×10-12	-2,363		Fe	7,9×10-16	-0,440
	Ве	6,3×10-22	-1,847		Ni	1,6×10-14	-0,250
	Cd	4,3×10-15	-0,403		Mn	2,0×10-13	-1,180

В задачах 33 – 40рассчитайте массовый K_m (г/м²×сутки) и глубинный K_П (мм/год) показатели стационарной коррозии металла, если известны плотность коррозионного тока i и плотность металла r.

№ п/п	Металл	i, А/м2	r´10-3, кг/м3	№ п/п	Металл	i, А/м2	r´10-3, кг/м3
	Мg	0,05	1,74		Zn	0,04	7,14
	Cr	0,06	6,20		Al	0,06	2,73
	Со	0,03	8,33		Pb	0,01	11,34
	Fe	0,04	7,87		Ni	0,03	8,90

В задачах 41 – 50приведите уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при нарушении сплошности покрытия на стальном изделии (j^о_Fe²⁺_{/ Fe} = -0,440 В) в условиях морской коррозии (рН » 7) и коррозии в кислотных почвах (рН = 3 – 5,5). К какому типу (анодному или катодному) относятся данные покрытия и каков механизм их защитного действия?

№ п/п	Металл покрытия, (z)	jоМz+/М, В	№ п/п	Металл покрытия, (z)	jоМz+/М, В
	Сr (3)	-0,744		Cu (2)	+0,337
	Cd (2)	-0,403		Ag (1)	+0,799
	Sn (2)	-0,136		Au (3)	+1,498
	Pb (2)	-0,126		Со (2)	-0,277
	Ni (2)	-0,250		Мо (3)	-0,200

В задачах 51 – 58рассчитайте концентрационную поляризацию анода, если активность ионов корродирующего металла в процессе работы коррозионного элемента увеличилась от а₁ до а₂. Рассчитайте, как изменится при этом ЭДС коррозионного элемента (процесс протекает с водородной деполяризацией при Т = 298 К).

№ п/п	Металл анода	jоМ2+/М, В	а1, моль/л	а2, моль/л	рНсреды
	Mn	-1,180	1×10-4	7×10-1	5,2
	Cd	-0,403	4×10-4	3×10-1	3,5
	Со	-0,277	6×10-4	2×10-1	2,5
	Fe	-0,440	3×10-4	2×10-1	4,0
	Ni	-0,250	7×10-4	1×10-1	2,0
	Са	-2,866	2×10-4	9×10-1	6,0
	Zn	-0,763	5×10-4	7×10-1	5,0
	V	-1,175	1×10-4	8×10-1	5,5

В задачах 59 – 66рассчитайте массу прокорродировавшего металла за время t и силу коррозионного тока, если в коррозионном элементе катодный процесс протекает: а) с поглощением кислорода; б) с выделением водорода. Объемы газов приведены при Т = 298 К, р = 101,3 кПа.

№ задачи	Металл анода	VО2, мл	VН2, мл	t, мин
	Сr	50,4	16,8	3,0
	V	61,6		2,0
	Zn		22,4	2,5
	Мn		16,8	2,0
	Be		44,8	3,0
	Fe		39,2	4,0
	Al	106,4	47,6	3,5
	Mg	117,6	50,4	3,0

В задачах 67 – 78укажите, какой изметаллов коррозионной пары является протектором. Рассчитайте значения ЭДС и приведите уравнения анодных и катодных процессов в аэрированной и деаэрированной среде.

№ п/п	Коррозионная пара М1- М2	рН среды	jоМ1z+/М1 , В	jоМ2z+/М2 , В
	Cu – Fe	5,0	+0,337	-0,440
	Ni – Sn	2,0	-0,250	-0,136
	Pb – V	9,0	-0,126	-1,175
	Cd – Ni	6,5	-0,403	-0,250
	Co – Mg	8,5	-0,277	-2,363
	Ag – Sn	1,0	+0,799	-0,136
	Zn – Sn	4,5	-0,763	-0,136
	Al – Cu	9,0	-1,662	+0,337
	Fe – Mn	3,5	-0,440	-1,180
	Cr – Pb	7,0	-0, 744	-0,126
	Be – Zn	8,5	-1,847	-0,763
	Au – Ni	0,5	+1,498	-0,250

В задачах 79 – 86рассчитайте стандартную энергию Гиббса реакции D_rG⁰_Т и определите термодинамическую возможность газовой коррозии металла при окислении его кислородом в закрытой системе (температурной зависимостью D_rH⁰_T и D_rS⁰_T пренебречь).

№ п/п	Металл М	S0298,М, Дж/(моль×К)	Продукт коррозии	DfH0298,оксида кДж/моль	S0298,оксида, Дж/(моль×К)	T, К
	Ni	29,9	NiO	- 239,7	38,0
	Cu	33,1	CuO	- 162,0	42,6
	Cd	51,7	CdO	- 259,0	54,8
	Fe	27,1	Fe2O3	- 822,1	87,4
	Ag	42,5	Ag2O	- 30,5	121,7
	Al	28,3	Al2O3	- 1676,0	50,9
	Mg	32,7	MgO	- 601,5	27,1
	Cr	23,6	Cr2O3	- 1140,5	81,2

В задачах 87 – 100 рассчитайте энтропию _rS, энергию Гиббса _rG и энтальпию _rН реакции, протекающей в коррозионном элементе при Т = 298 К, если известны ЭДС и температурный коэффициент ЭДС(¶Е/¶Т)_р, связанные с термодинамическими функциями коррозионного процесса соотношениями:D_r S = zF (¶Е/¶Т)_р, D_r Н = - zF [Е- Т(¶Е/¶Т)_р], где z – число электронов, участвующих в токообразующей реакции, F – постоянная Фарадея.

№ п/п	Суммарная электрохимическая реакция	Е, В	(¶Е/¶Т)р, В ×К-1
	Сd + PbCl2 = CdCl2 + Pb	0,188	- 4,8×10-4
	CuAc2 + Pb = PbAc2 + Cu	0,480	- 4,1×10-4
	Pb + 2AgCl = PbCl2 + 2Ag	0,490	- 1,86×10-4
	3H2 + Bi2O3 = 2Bi + 3H2O	0,385	- 3,9×10-4
	Сd + Hg2SO4 = СdSO4 + 2Нg	1,018	- 4,45×10-5
	Ag + 1/2Cl2 = AgCl	1,132	- 4,77×10-4
	Pb + 2AgI = PbI2 + 2Ag	0,211	- 1,38×10-4
	Zn + 2AgCl = Z nCl2 + 2Ag	1,015	- 4,02×10-4
	Pb + Hg2SO4 = PbSO4 + 2Нg	0,968	+ 1,85×10-4
	Pb + Hg2Cl2 = PbCl2 + 2Нg	0,535	+ 1,45×10-4
	Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4	1,093	- 4,30×10-4
	2Ag + Hg2Cl2 = 2Нg + 2AgCl	0,046	+ 3,38×10-4
	Hg2Cl2 + 2КОН = Hg2O + 2КCl + H2O	0,154	+ 8,37×10-4
	Pb+Сu(СН3СОО)2 = Cu+Pb(СН3СОО)2	0,480	+ 4,10×10-4