Вопрос41. Способы защиты металлов от коррозии. Электрохимическая защита. Протекторная защита и катодная защита
Коррозия - процесс разрушения металла, происходящего под воздействием окруж. среды, вследствие протекания о.- в. реакций. Защита Ме от коррозии (основные мероприятия):рациональное конструирование, выбор устойчивых к коррозии конструкционных материалов, химическая обработка среды (удаление деполяризаторов, удаление солей, удаление кислых газов, применение ингибиторов к коррозии), применение защитных покрытий (Ме - хромирование, алитирование, серебрение, меднение, золочение, цинкование, лужение , неМе – краски, лаки, каучук, резина, смолы, битумы , химич – оксидирование, фосфатирование). По механизму защитного действия Ме покрытия делятся на катодные (покрытие менее активным Ме – лужение железа) и анодные (более активным Ме - оцинкование). Катодное покрытие защищает только до момента его нарушения. Электрохимическая защита основана на искусственном изменении потенциала защищаемого объекта: протекторная (ос-ся соединением защищаемой конструкции с более активным Ме, выполняющим функцию «жертвенного анода»), катодная (защищаемый объект подсоединяют к станции катодной защиты, которая превращает его в катод)
К электрохимическим методам защиты металлов относятся катодная защита, протекторная защита и др. При катодной защите защищаемая конструкция или деталь присоединяется к отрицательному полюсу источника электрической энергии и становится катодом. В качестве анодов используются куски железа или специально изготовленные сплавы. При надлежащей силе тока в цепи на защищаемом изделии происходит восстановление окислителя, процесс же окисления претерпевает в-во анода. Протекторная защита осуществляется присоединением к защищаемому металлу большого листа, изготовленного из другого, более активного металла – протектора. В качестве протектора при защите стальных изделий обычно применяют цинк или сплавы на основе магния. При хорошем контакте м/у металлами защищаемый металл(Fe) и металл протектора (напр Zn) оказывают друг на друга поляризующее действие. Согласно взаимному положению этих металлов в ряду напряжений, железе поляризуется катодно, а Zn- анодно. В результате этого на железе идет процесс восстановления того окислителя, который присутствует вводе(обычно растворенный кислород), а Zn окисляется. И протекторы и катодная защита применимы в средах, хорошо проводящих электрический ток, например в морской воде. В частности, протекторы широко применяются для защиты подводных частей морских судов.
1. Основные понятия химии. Вещество, материя, атом, химический элемент, моль. Атомная, молекулярная и молярная массы. Атомная единица массы. Абсолютная и относительная атомные и молекулярные массы.
2. Качественный и количественный состав вещества. Молярный объем. Число Авогадро.
3. Стехиометрия. Важнейшие стехиометрические законы. Закон сохранения массы вещества, закон постоянства состава, закон простых объёмных отношений, закон Авогадро и следствия из этого закона. Относительная плотность газов.
4. Эквивалент и молярная масса эквивалента (эквивалентная масса) простых и сложных веществ. Молярный объем эквивалента (эквивалентный объем). Закон эквивалентов.
5. Ядерная модель атома. Атомные спектры. Энергетическое состояние электрона в атоме. Понятие о квантовых числах. Главное, орбитальное, магнитное и спиновое квантовые числа. Пределы их изменения. Нормальное и возбужденное состояние атома.
6. Строение электронных оболочек атомов. Принцип наименьшей энергии, правило Гунда, принцип Паули. Электронная структура атомов и периодическая система Д.И. Менделеева. Формулировка периодического закона Д.И. Менделеева. Напишите электронные и электронно-графические формулы атомов с порядковыми номерами 13,22,29,50,74.
7. Химическая связь. Виды химической связи: ковалентная, ионная и металлическая. Полярная и неполярная ковалентная связь. Два механизма образования ковалентной связи (обычный и донорно-акцепторный). Понятие о дипольном моменте молекул. Укажите типы связей в молекулах: CI2, HCI, KBr, KHSO4?
8. Энергия ионизации, энергия сродства к электрону. Электроотрицательность. Относительная электроотрицательность. Характер изменения ее величины в рядах и периодах периодической системы Д.М. Менделеева. Степень окисления. Определите степень окисления всех атомов в молекулах: HNO3, CaH2, KMnO4, (NH4) 2Cr2O7.
9. Химическая термодинамика. Открытые, закрытые и изолированные системы. Понятия о внутренней энергии, энтропии, энтальпии, изобарно-изотермическом потенциале. Расчет теплового эффекта химической реакции. Термодинамические условия возможности протекания химических реакций.
10. Химическая кинетика. Скорость химических реакций. Зависимость скорости реакций от концентрации реагирующих веществ и давления. Закон действующих масс. Константа скорости химической реакции. Во сколько раз увеличиться скорость реакции: N2+3H2-> 2NH3 при увеличении давления в 2 раза?
11. Химическая кинетика. Скорость химических реакций. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Энергия активации. Энергетические диаграммы экзо- и эндотермических процессов. Как изменится скорость реакции, имеющей температурный коэффициент g=3, при повышении температуры с 20 до 60 0С?
12. Химическая кинетика. Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Катализаторы. Зависимость скорости химических реакций от катализатора. Положительный и отрицательный катализ. Энергетическая диаграмма каталитического процесса. Какое влияние оказывает катализатор на состояние химического равновесия?
13. Химическое равновесие. Константа химического равновесия. Влияние концентрации, температуры и давления на состояние равновесия. Принцип Ле-Шателье. Как следует изменить условия для того, чтобы равновесие реакции: COCI2 =>CO+CI2 DH> 0 сместить вправо?
14. Растворы. Классификация растворов по степени дисперсности. Место растворов среди других дисперсных систем. Растворимость твердых веществ в воде. Коэффициент растворимости. Насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы. Тепловые эффекты при растворении.
15. Растворы. Способы количественного выражения состава растворов. Массовая, объемная и мольная доли. Массовая, молярная и нормальная концентрации. Моляльность. Переход от одного способа количественного выражения состава раствора к другому. Найти массовую, молярную и нормальную концентрации раствора хлорида кальция c массовой долей 20%. Плотность раствора 1,2 г/см3.
16. Растворы неэлектролитов. Давление насыщенного пара растворителя над раствором и над чистым растворителем. Закон Рауля. Как можно рассчитать повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора по сравнению с растворителем?
17. В чем состоит сущность явление осмоса? Как определить величину осмотического давления в растворах неэлектролитов? Закон Ван-Гоффа.
18. Электролитическая диссоциация. Диссоциация слабых электролитов как равновесный процесс. Степень диссоциации и константа диссоциации. Факторы, влияющие на процесс диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Как будет влиять на состояние равновесия уксусной кислоты введение в систему ацетата натрия?
19. Растворы электролитов. Диссоциация средних, кислых и основных солей. Диссоциация кислот и оснований. Ступенчатая диссоциация. Приведите примеры. Использование законов Рауля и Вант-Гоффа для описания свойств электролитов. Изотонический коэффициент.
20. Реакции ионного обмена в растворах электролитов. Условия практической необратимости протекания реакций ионного обмена. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, иллюстрирующих эти условия.
21. Малорастворимые электролиты. Равновесие в системе осадок – раствор Произведение растворимости. Условия образования и растворения осадков. Образование осадков и элементы качественного анализа.
22. Жесткость воды. Временная и постоянная жесткость. Методы снижения жесткости воды.
23. Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Шкала водородного показателя. Колориметрические и потенциометрические методы определения рН среды. Индикаторы. Изменение окраски индикаторов в зависимости от реакции среды.
24. Гидролиз. Гидролиз солей. Количественные характеристики процесса гидролиза. Степень гидролиза и константа гидролиза. Смещение равновесия процесса гидролиза. Необратимый гидролиз. Напишите в молекулярном и ионно-молекулярном виде уравнения реакций гидролиза следующих солей: FeCl3, K3PO4, Na2SО4, Al2S3 . Укажите реакцию среды в водных растворах этих солей.
25. Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления элемента. Окислитель и восстановитель. Процессы окисления и восстановления. Приведите примеры типичных окислителей и восстановителей. Какие процессы представляют собой процессы окисления, а какие восстановления:
S-2 →S0 Cr2O72- → Cr+3 Mg0 → Mg+2 O2 +2H2O → 4OH-
26. Классификация окислительно-восстановительных реакций. Приведите примеры реакций каждого типа. Составьте уравнения соответствующих реакций с помощью метода электронного баланса.
27. Характер взаимодействия металлов с водой, растворами солей, щелочей и кислот. Особенности взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой и азотной кислотой. Как реагирует железо с сильно разбавленной, разбавленной и концентрированной азотной кислотой? Составьте уравнения соответствующих реакций.
28. Возникновение скачка потенциала на границе металл - раствор соли металла. Стандартный электродный потенциал. Ряд стандартных электронных потенциалов металлов. Какие выводы можно сделать исходя из положения металла в ряду?
29. Водородный электрод. Устройство и электродные процессы. Стандартный водородный электрод. Зависимость величины потенциала водородного электрода от рН среды.
30. Гальванические элементы. Как можно практически определить электродный потенциал металла? От каких факторов зависит величина электродных потенциалов? Уравнение Нернста. Уравнение Нернста для металлических электродов при стандартных условиях.
31. Типы гальванических элементов. Химические, концентрационные и термогальванические элементы. Э.Д.С. гальванических элементов. Приведите примеры. Укажите процессы, протекающие на электродах, и рассчитайте ЭДС медно-цинкового химического гальванического элемента.
32. Обратимые и необратимые электродные процессы. Обратимые и необратимые электроды. Типы обратимых электродов. Приведите примеры.
33. Коррозия металлов. Классификация коррозионных процессов. Химическая и электрохимическая коррозия. Приведите примеры. Микро - и макрогальванические элементы. Причины электрохимической гетерогенности поверхности металла. Какие процессы протекают при коррозии цинка с примесями железа в кислой среде?
34. Электродные процессы при коррозии металлов. Катодные реакции в кислых, нейтральных и щелочных средах. Чем может быть вызвана электрохимическая гетерогенность поверхности металла?
35. Поляризация и деполяризация электродов. Как влияют эти процессы на коррозию металлов? В чем состоит сущность водородной и кислородной деполяризации?
36. Электролиз с растворимыми и нерастворимыми электродами. Порядок разряда ионов на электродах при электролизе. Законы Фарадея. Практическое применение процессов электролиза.
37. Способы защиты металлов от коррозии. Металлические катодные и анодные покрытия. Рассмотрите на каком-либо примере механизм защитного действие анодного металлического покрытия в кислой среде.
38. Способы защиты металлов от коррозии. Металлические катодные и анодные покрытия. Как протекает коррозия металла с катодным металлическим покрытием при нарушении его целостности в водной среде в присутствии кислорода?
39. Способы защиты металлов от коррозии. Неметаллические защитные покрытия. Виды неметаллических защитных покрытий и их применение.
40. Способы защиты металлов от коррозии. Химическая обработка среды. Регулирование pH, удаление кислорода.
41. Способы защиты металлов от коррозии. Электрохимическая защита. Протекторная защита и катодная защита.