Покрытий железа в кислой среде

Цель работы: Ознакомиться с теорией и практикой коррозионных процессов, способами защиты от коррозии и выполнить ряд экспериментов, подтверждающих основные положения теории.

Теоретическое обоснование:

Огромный ущерб народному хозяйству страны, как известно, наносит коррозия металлов. Из всего многообразия коррозионных разрушений рассмотрим наиболее универсальную электрохимическую коррозию, связанную с работой локального микрогальванического элемента

А==-∆G ; ∆G= - nF(φ_К-φ_А)

При изучении коррозии, прежде всего, имейте в виду, что она является самопроизвольным процессом окисления металла (DН<0, DS>0, DG<0). А особая распространенность электрохимической коррозии объясняется наличием условий возникновения микрогальванической пары (химическая или физическая неоднородность металла, наличие электролита, разные концентрации его и т.д.). В частности, электрохимическая коррозия в условиях химической неоднородности (сталь - 3) представлена на схеме 12 (смотри учебное пособие «Химия в моделях, схемах и таблицах»). Разбираясь в схеме, помните, что корродирует всегда металл с меньшим значением электродного

потенциала (анод), на катоде же при этом происходит кислородная (рН ≥ 7) или водородная (рН<7) деполяризация (Д).

	O2-Д К 2H2O +O2+2e=4OH- рН ≥ 7		H+-Д К 2Н++2e=H2 рН<7

Деполяризация стимулирует коррозию, смещая анодный процесс в сторону окисления. Этим, в частности, объясняется особая роль кислорода при коррозионном разрушении металла.

Имейте в виду, что вода и кислород - два наиболее коррозионно-активных вещества, так как они есть повсюду и могут вступать в самые разнообразные реакции с любой открытой поверхностью. Двумя следующими наиболее разрушительными веществами являются, вероятно, соль NaCl и углекислый газ CO₂.

Конечным продуктом коррозии железа является ржавчина - соединение переменного состава Fe₂O₃·nH₂O, представляющее собой рыхлый коричнево-красный порошок.

Из всего разнообразия способов борьбы с коррозией мы выделим два основных направления защиты - электрохимическую защиту и изолирующие покрытия.

Металлические покрытия по механизму их действия в случае нарушения сплошности покрытия делятся на анодные-покрытие металлом более активным, чем защищаемый (с меньшим электродным потенциалом) и катодные - покрытие металлом менее активным, чем защищаемый (с большим электродным потенциалом) Объясните различие в эффективности этих покрытий при нарушении их целостности.

Обратите внимание, что обнаружить практически ион Fe²⁺ (образующийся при коррозии металла Fe) можно по специфической реакции на катион Fe²⁺ красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆]

Fe²⁺+ [Fe (CN)₆]^-3= Fe₃[Fe(CN)₆]₂,

дающей яркое синее окрашивание (в случае наличия

в растворе Fe²⁺).

Экспериментальная часть:

В одну пробирку внесите 2н раствор серной кислоты и опустите в нее пластинку оцинкованного железа, в другую пробирку налейте также 2н раствор серной кислоты и опустите в нее полоску луженого железа. На полосках железа предварительно делаются глубокие царапины или на небольшом участке зачищаются так, чтобы удалить покрытие.

В каждую пробирку добавьте по 3 капли красной кровяной соли – гексоцианоферриата калия. Ион [Fe (CN)₆]^-3 является реактивом на обнаружение иона двухвалентного железа Fe²⁺, образуя с ним гексоцианоферриат железа – осадок синего цвета (турнбулева синь Fe₃[Fe(CN)₆]₂).

Что наблюдаете в обеих пробирках? Дайте объяснение. Составьте электронные уравнения на аноде (А) и катоде (К) протекающих химических реакций для обоих случаев (укажите катод) и схемы работы образующихся гальванических элементов.

Заполните таблицу

Покрытие	Реакция с K3[Fe(CN)6]
Наблюдения	Результат	Вывод
Анодное
Катодное

Сделайте вывод:

Контрольные вопросы:

1. Как влияет рН среды на скорость коррозии железа и алюминия? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этих металлов в разных средах.

2. Предложите катодное покрытие для защиты цинка от коррозии. Составьте электронные уравнения катодного и анодного процессов в кислой среде в случае нарушения сплошости покрытия.

3. Линии водопровода, изготовленные частично из железных и частично из медных труб, ржавеют значительно быстрее, чем изготовленные целиком из меди или целиком из железа. Почему? Ответ подтвердите составлением электронных уравнений.

4. Составьте вариант анодного покрытия для ванадия. Какие электродные процессы будут протекать при нарушении сплошности покрытия?

5. Составьте анодные и катодные процессы в случае коррозии железа, покрытого сурьмой, в случае кислородной деполяризации.

Ответы:

Основная литература

1. Глинка, Н.Л. Общая химия: Учебник/ Н.Л. Глинка. -17-е изд. - М.: Издательство Юрайт, 2010.

2. Коровин, Н.В. Общая химия: Учебник/ Н.В.Коровин. -11-е изд. - М.: Высшая школа, 2009.

3. Заглядимова, Н.В. Химия в моделях, схемах и таблицах: Учебное пособие/ Н.В.Заглядимова. – М.: МИИТ, 2011.

4. Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия: Учебник/ Н.С. Ахметов. - 4-е изд.-М.: Высшая школа, 2001.

Дополнительная литература

1. Артеменко, А.И. Справочное руководство по химии/А.И.Артеменко, И.В.Тикунова, В.А.Малеванный. – М.: Высшая школа, 2002.

2. Коровин, Н.В. Лабораторные работы по химии/Н.В.Коровин, Э.И.Мингулина, Н.Г.Рыжова. - М.: Высшая школа, 2001.

3. Ахметов, Н.С. Лабораторные и семинарские занятия по общей и неорганической химии: Учебное пособие/ Н.С.Ахметов, М.К.Азизова, Л.И.Бадыгина. -4-е изд.-М.: Высшая школа, 2002.