Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии

Московский Энергетический Институт

(Технический университет)

Кафедра ХИЭЭ

Расчетное задание № 5

Тема: электрохимические процессы

Вариант № 20

Студент: Cоловьев Виктор

Группа Э-14-12

Преподаватель: Камышова.В.К

Задание 1

Вычислить активность водорода Н+ в растворе при которой потенциал кислородного электрода будет равен (относительное давление кислорода р(О2)=0,1) ?

Е0Pd2+/Pd = +0,987 В

ЕрPd2+/Pd = +0,887 В

ЕрPd2+/Pd = Е0Pd2+/Pd + (0,059/n)lgaPd2+

lgaPd2+ = (ЕрPd2+/Pd - Е0Pd2+/Pd )*(2/0,059) = 2453,75

Задание 2

2.1 Составление схемы концентрационного ГЭ. Расчет ЭДС и Амах этого гальванического элемента.

Pd|PdSO4|| PdSO4|Pd

C = 1 моль/л С = 0,01 моль/л

E=Ek-Ea

а(Ме) = С=0,01 моль/л

EpPd2+/Pd=E0Pd2+/Pd+ Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru lna(Me) = 0,92 B

C = 1 моль/л

EpPd2+/Pd=E0Pd2+/Pd = 0,987 B

(K-) Pd|PdSO4|| PdSO4|Pd (A+)

E=Ek-Ea = 0,987 B - 0,92 B = 0,067 B

Amax= n*F*E = 12930,73 B

2.2Схема гальванического элемента

ГЭ: (К) Pd (А) Pb

2.2.1 E0Pb2+/Pb=-0.126 B

E0Pd2+/Pd= +0,987 В

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru (K-) Pd2+ +2e Pd

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru (A+) Pb Pb2+ + 2e

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru TOP : Pd2+ + Pb Pd + Pb2+

2.2.2Термодинамический подход

E = -GTOP/(n*F)

∆GТОР=∆Gпрод-∆Gисх= -200,8 кДж

Е = 1,04 В

Электрохимический метод

E=Ek-Ea

E= 1,1 В

Небольшое различие в величинах ЭДС обусловлено наибольшей точностью термодинамического подхода в расчете ЭДС. Термодинамический подход имеет большую точность по причине того что в нем используются энергия Гиббса токообразующей реакции и число Фарадея.

2.2.3Температурная зависимость гальванического элемента.

EpPd2+/Pd=E0Pd2+/Pd+ Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru lna(Me)

Температура влияет прямо пропорционально на ЭДС гальванического элемента. С увеличением температуры увеличивается разность потенциалов гальванического элемента.

2.2.4Ход поляризационных кривых

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru Е, В

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru +0,987

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru Е Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru

I, мА/см2

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru -0.126

2.2.5U=E-Ir-∆E

Увеличить напряжение ГЭ можно, повысив ЭДС, уменьшив омические потери и поляризацию электродов.

Задача 2. Электролиз водных растворов.

Задание 1

Для электролиза раствора SnCl2 на C электродах:

1.1 Cu(NO3)2→Cu2+ + 2NO32-

HOH → H+ + OH-

A: OH-,(NO3-не подвергается электролизу)

K:H+,Cu2+

EpH+/H2=-0.059pH, pH≈5, EpH+/H2=-0.295B

E0Cu2+/Cu=0.337

Разница меньше единицы, по-этому на катоде будут проходить 2 процесса одновременно.

A: 4OH-→O2+2H2O+4e

K: Cu2+ + 2e→ Cu

2H++2e→H2

1.2 Umin= EpO2/OH- - E0Cu2+/Cu= 0.598

EpO2/OH-=1.23-0.059pH=0.935

E0Cu2+/Cu=0.337

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru EpH+/H2=-0.295B

EpO2/OH-

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru Umin

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru E0Cu2+/Cu

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru EpH+/H2 I,мА/см2

1.3При замене исходных электродов на графитовые электроды электродные процессы не изменяются, поскольку графитовые электроды являются инертными.

Задание 2

Определение глубины съема металла Zn при электрошлифовании его поверхности в водном растворе NaNO3 при анодном выходе металла по току 60% , если за то же самое время выделится водород объемом 22.4 мл (н.у.)

Масса выделившегося металла при электролизе

NaCl→Na+ + Cl-

HOH → H+ + OH-

K:H+,Na+

A:Cl-, Cu, OH-

pH=7

EpH+/H2 = -0,059 pH = -0,413 B

E0Na+/Na = -2,714 B

EpO2/OH- = 0,817 B

E0Cu2+/Cu = 0,337 B

E0Cl2/Cl- = 1,359 B

EpH+/H2 > E0Na+/Na

K: 2H+ + 2e → H2

A: 4OH- → O2 + 2H2O + 4e

Cu → Cu2+ + 2e

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru 11.2л - 96500 А*с

q=965 А*с

0.112л - х А*с

Q(Cu) = 0,95q = 916,75

m= Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru = 0,304 г

V = m/ Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru = 0,034 см3

H = Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии - student2.ru = 0,04 см

Задача 3. Коррозия металлов и защита от коррозии.

3.1 Определение возможности коррозии сплава Fe – Pb в водном растворе PbSO4 c концентрацией 0,01 моль/л при 298 К и относительном парциальном давлении кислорода 0,51, считая относительное парциальное давление водорода равным 1.

3.2 Уравнение процессов, протекающих при коррозии.

ZnCl2 → Zn2+ + 2Cl-

Соль образована слабым основанием Zn(OH)2 и сильной кислотой HСl

Гидролиз слабой части соли:

Zn2+ + HOH→ ZnOH+ + H+

ZnOH+ + HOH→ Zn(OH)2 + H+

Кд2(Zn(OH)2) = 1,5*10-9

Кг = Кw/ Кд2(Zn(OH)2) = 6,66*10-6

β = (Кг/С)1/2 = 0,01

СН+ = β*С = 4*10-4моль/л

рН = -lgCH+ = 3,39 среда кислая

EpH+/H2=-0.059*pH= -0.2 B

EpO2/OH-=1,23+0.0147lg(pпарц2)) = 1,22 В

E0Zn2+/Zn = -0,763 B

E0Sn2+/Sn = -0,136 B

E0Sn2+/Sn > E0Zn2+/Zn - окисление цинка

E0Zn2+/Zn < EpH+/H2 идет водородная диполяризация

EpO2/OH- > E0Zn2+/Zn кислородная деполяризация протекает

A: Zn→ Zn2++2e

K: O2+4H++4e→2H2O

2H++2e→ H2

3.3 Способы защиты от коррозии

а) Катодное металлическое покрытие:

E(катодного покрытия) > E(компонентов сплава)

E0Zn2+/Zn = -0,763 B

E0Sn2+/Sn = -0,136 B

Для защиты можно использовать медь E0Сu2+/Cu = 0,521 B

При повреждении покрытия возникает коррозионный гальванический элемент

Анодный участок - Zn→Zn2+ + 2e

Катодный участок – процессы в зависимости от среды

Анодное металлическое покрытие

Е (анодного покрытия) < Е (компонентов сплава)

E0Zn2+/Zn = -0,763 B

E0Sn2+/Sn = -0,136 B

4.3 Предложите для вашего сплава два способа защиты: Для защиты можно использовать алюминий E0Al3+/Al = -1,662 B

А) Металлическое покрытие (катодное анодное)

При повреждении покрытия сплав – катод коррозионного элемента не корродирует:

Анодный участок Al → Al3+ + 3e

Катодный участок – процессы в зависимости от среды

б) протекторная защита

Е (протектора) < Е (защищаемого металла)

E0Zn2+/Zn = -0,763 B

E0Sn2+/Sn = -0,136 B

E0Mn2+/Mn = -1,180 B

А: Mn→Mn2+ + 2e - корродирует протектор

К: процессы в зависимости от среды

Наши рекомендации