Аппаратура, методика и порядок проведения работ
Работа состоит из двух заданий:
1) определение потенциала меди или кадмия (по указанию преподавателя) в пяти растворах различной концентрации (1,0; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001m), содержащих ионы данного металла;
2) определение электродного потенциала железа;
а) в растворе FeCl2 трех концентраций (из приведенных в п. 1) или
б) в 3 %-ном растворе NaCl без перемешивания, при перемешивании и при добавлении 1-5 мл Н2О2 с одновременным перемешиванием.
Потенциалы измеряют на установке, схема которой приведена на рис. 4.
Образец исследуемого металла зачищают наждачной бумагой, обезжиривают, протирая ватой или фильтровальной бумагой, смоченными в органическом растворителе, и, закрепив клеммой в текстолитовой пластинке, помещают в стакан. Гальваническую цепь собирают из исследуемого электрода и насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения, соединив их через промежуточный сосуд с насыщенным раствором KCl электролитическими ключами, наполненными насыщенным раствором KCl и исследуемым электролитом.
(а) (б)
Рис.4. Схема установки для измерения потенциалов: а – в спокойном электролите; б – в перемешиваемом электролите; 1 – образец; 2 – стакан; 3 – промежуточный сосуд с исследуемым раствором; 4 – электролитические ключи с исследуемым раствором и насыщенным KCl; 5 – хлорсеребряный электрод; 6 – потенциометр; 7 – мешалка с мотором
После сборки цепи в стакан с металлическим электродом сливают исследуемый электролит, отмечают время начала опыта и измеряют потенциометром через каждые 2 мин в течение 10 мин потенциал металла по отношению к хлорсеребряному электроду. При измерении потенциала железа в растворе NaCl в сосуд с металлическим электродом помещают мешалку (см. рис. 4б), создающую скорость протекания электролита у электрода 12-20 м/мин. В растворе NaCl без перемешивания потенциал измеряют через 2-4 мин в течение 25 мин.
Перед измерением потенциала в новом растворе образец промывают водой, зачищают наждачной бумагой и обезжиривают.
Обработка результатов экспериментов
Результата опытов и расчетов записывают в табл. 5.
Таблица 5
Исследуемый металл __________________
Электролит _______________________
Температура электролита _________________ ºС
| m, моль/1000 г H2O | Eизм, В (х.с.э.) | τ, мин | Eизм, В (н.в.э.) | aMen+, моль/1000 г H2O | lgaMen+ | (EMe)обр, В |
Указанные в табл. 5 значения обратимого потенциала металла рассчитывают по уравнению Нернста (35) при помощи приложений 2 и 3.
По результатам измерений электродных потенциалов металла в растворе собственных ионов (задания 1 и 2а) и по рассчитанным значениям (EMe)обр строят на одном графике зависимость EMe = f(lgaMen+) для рассчитанных и измеренных значений потенциалов, откладывая по оси абсцисс lgaMen+, а по оси ординат EMe и сравнивают полученные кривые. На график наносят стационарные (установившиеся) значения измеренных электродных потенциалов.
Сопоставляя измеренную и рассчитанную зависимость потенциала от активности собственных ионов по заданиям 1 и 2а определяют природу измеренных потенциалов (обратимые, необратимые).
По заданию 2, используя измеренные значения стационарных потенциалов железа в растворах FeCl2 и NaCl (спокойном, с перемешиванием и с добавкой H2O2) и рассчитанные значения обратимых потенциалов катодного и анодного процессов, определяют контролирующий фактор коррозии железа в FeCl2 и NaCl. Для этого рассчитывают по формулам (41) и (42) степень анодного и катодного контроля. В указанных формулах Ex – измеренное стационарное значение потенциала железа в FeCl2 и NaCl; (Eк)обр = (EO2)обр (так как коррозия в исследуемых растворах протекает в основном с кислородной деполяризацией) и рассчитывается по формуле (43); aOH- определяют из значения pH раствора, принимая pH = 7; (Ea)обр = (EFe)обр рассчитывают по формуле (35); aFe2+ по формуле (35) или (40), считая, что при коррозии железа в NaCl образуется труднорастворимое соединение Fe(OH)2 (см. приложение 4), и пренебрегая частичным окислением ионов Fe2+ до Fe3+.
Требования к отчету
На основании полученных результатов делают выводы о природе измеренных потенциалов (являются они обратимыми или необратимыми), указывают контролирующий фактор коррозии железа в исследованных растворах.
6. Контрольные вопросы
Для допуска к выполнению работы:
1. Какие ионы участвуют во взаимодействии металлов с электролитом или установлении обратимого потенциала?
2. Какие ионы участвуют во взаимодействии металла с электролитом при установлении необратимого потенциала?
3. Имеет ли место коррозионное растворение металла при установлении обратимого потенциала металла?
4. С помощью какого прибора измеряют потенциал металла в растворе?
5. Почему для измерения потенциала металла в растворе нельзя использовать милливольтметр?
К защите работы:
1. Что является признаком обратимости потенциала металла?
2. Какие катодные процессы протекают на поверхности металла, если его потенциал необратимый?
3. Что такое контролирующий фактор коррозионного процесса?
4. Какая информация необходима для определения контролирующего фактора коррозионного процесса?
5. В чем отличие обратимого потенциала металла от стационарного?
Лабораторная работа 5