У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

Электрохимическая коррозия и методы защиты от нее

Работа добавлена на сайт samzan.net: 2015-07-05

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 28.4.2025

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Кафедра химии

Отчет по лабораторной работе № 4 «Электрохимическая коррозия и методы защиты от коррозии»

Минск 2010


Введение

Цель работы: на конкретных примерах ознакомиться с основными видами электрохимической коррозии и методами защиты металлов от коррозии.


1. Коррозия, возникающая при контакте двух металлов, различных по природе

.1 Ход и данные опыта

В стеклянную трубку, согнутую под углом, поместили гранулу цинка и добавили 3-4 мл 0,01 н раствора H2SO4. На цинковой грануле начал выделяться водород.

+ H2SO4 = ZnSO4 + H2

Затем поместили полоску меди в раствор таким образом, чтобы она не касалась гранулы цинка. В данном случае никаких признаков реакции не наблюдаем, т.к. медь неактивный металл и с серной кислотой не реагирует. При контакте цинковой гранулы и медной полоски наблюдаем интенсивное выделение газа на меди.

1.2 Расчет, наблюдение и анализ данных

При контакте меди и цинка в растворе кислоты возникает короткозамкнутый микрогальванический элемент по типу Вольта, где анодом является цинк (ф0Zn|Zn2+ < ф0Cu|Cu2+), а катодом - медь. На аноде идет окисление (разрушение) цинка, а на катоде - восстановление водорода.

Электрохимическая схема короткозамкнутого микрогальванического элемента

(-) Zn | H2SO4 , H2O | Cu (+)

A: Zn - 2e = Zn2+: 2H+ + 2e = H2


Цинк корродирует с водородной деполяризацией. Коррозия меди в данных условиях не возможна, т.к. медь является катодом, а на катоде восстанавливаются окислители из окружающей среды.

Вывод: коррозия металла возникает вследствие контакта двух металлов в растворе электролита, из-за чего возникает короткозамкнутый микрогальванический элемент, на аноде которого идет разрушение металла.


2. Коррозия, возникающая при образовании микрогальванопар

.1 Ход и данные опыта

Поместили в пробирку гранулу цинка, налили 3 мл разбавленного раствора H2SO4 и добавил несколько капель раствора сульфата меди CuSO4. Поверхность цинка начала темнеть, а раствор сульфата меди CuSO4 обесцвечиваться.

2.2 Расчет, наблюдение и анализ данных

В ходе реакции на поверхности цинка начала выделяться медь, чем и объясняется обесцвечивание раствора сульфата меди CuSO4 . В местах контакта выделившийся меди и гранулы цинка возникло множество микрогальванических элементов, где анодом является цинк (ф0Zn|Zn2+ < ф0Cu|Cu2+), а катодом - медь.

(1) Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2+ 2H+ = Zn2+ + H2

в-ль (-0,76 В) о-ль (0 В)

Е1 = ф0о-ля - ф0в-ля = 0 + 0,76 = 0,76 В

(2) Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu+ Cu2+ = Zn2+ + Cu

в-ль (-0,76 В) о-ль (+0,34 В)

Е2 = ф0о-ля - ф0в-ля = 0,34 + 0,76 = 1,1 В

Т.к. Е2 > Е1 , то реакция (2) предпочтительнее.

Электрохимическая схема микрогальванического элемента

(-) Zn | CuSO4 , H2SO4 , H2O | Cu (+)


A: Zn - 2e = Zn2+: 2H+ + 2e = H2

Zn + 2H+ = Zn2+ + H2

Цинк корродирует с водородной деполяризацией.

Вывод: при образовании микрогальванопар корродируют металлы, являющиеся анодом в данной микрогальванопаре.


3. Активирующее действие ионов CI- на процессы коррозии

.1 Ход и данные опыта

Налили в две пробирки по 3 мл раствора CuSO4, подкисленного разбавленным раствором H2SO4. В каждую из пробирок поместили по грануле Al. Во вторую пробирку добавили несколько капель раствора NaCl. Поверхность гранулы потемнела, а раствор CuSO4 начал обесцвечиваться, начал выделяться газ.

3.2 Расчет, наблюдение и анализ данных

В первой пробирке не наблюдалось никаких признаков реакции, т.к. Al на воздухе покрывается оксидной пленкой Al2O3 . При добавлении во 2-ую пробирку раствора NaCl алюминий начал покрываться медью, чем и объясняется обесцвечивание раствора CuSO4 . В местах контакта выделившийся меди и гранулы алюминия возникло множество микрогальванических элементов, где анодом является алюминий (ф0Al|Al3+ < ф0Cu|Cu2+), а катодом - медь.

Под действием ионов Cl- происходит разрушение Al2O3 на поверхности Al. Al, лишенный оксидной пленки, химически активный и вступает в химические взаимодействия.

) 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2

в-ль (-1,66 В) о-ль (0 В)

E1 = ф0о-ля - ф0в-ля = 0 + 1,66 = 1,66 B

) 2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu

в-ль (-1,66 В) о-ль (+0,34 В)

Е2 = ф0о-ля - ф0в-ля = 0,34 + 1,66 = 2 В

Т.к. Е2 > Е1 , то реакция (2) предпочтительнее.


Cхема микрогальванических элементов

(-) Al | CuSO4 , H2O , H2SO4 , NaCl | Cu (+)

A: Al - 3e = Al3+: 2H+ + 2e = H2

2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2

Коррозии подвергается алюминий с водородной деполяризацией.

Вывод: ионы Cl- способны разрушать пассивирующие слои на поверхности металлов, что приводит к ослаблению устойчивости металлов к коррозии.


4. Анодные и катодные защитные покрытия

.1 Ход и данные опыта

В два химических стакана налили по 5 мл 3 %-ного раствора NaCl, добавили в каждый из них по несколько капель раствора К3[Fe(CN)6] (индикатора на ионы Fe2+). Опустили в один стакан кусочек оцинкованного железа, а в другой - луженого, предварительно сделав на их поверхности глубокие царапины. В стакане с оцинкованным железом не наблюдается никаких изменений. В стакане с луженым железом раствор в близости царапин на поверхности металла приобрел синюю окраску.

4.2 Расчет, наблюдение и анализ данных

В первом стакане в месте царапины образовался короткозамкнутый гальванический элемент, в котором анод - Zn, катод - Fe (ф0Zn|Zn2+ < ф0Fe|Fe2+).

Схема микрогальванического элемента

(-) Zn | NaCl, H2O, O2 , pH=7, K3[Fe(CN)6]| Fe (+)

A: Zn - 2e = Zn2+: O2 + 2H2O + 4e = 4OH-

Zn + O2 + 2H2O = 2Zn2+ + 4OH-

Вторичная реакция: 2Zn2+ + 4OH- = 2Zn(OH)2

Синего окрашивания в растворе с оцинкованным железом не наблюдалось, т.к. в растворе отсутствовали ионы железа Fe2+. В результате коррозии в растворе оказались ионы цинка. В ходе вторичной реакции образовался гидроксид цинка - нерастворимое основание, что замедляет процесс коррозии.

Такой вид покрытия называется анодным.

Во втором стакане в месте царапины образовался короткозамкнутый гальванический элемент, в котором анод - Fe, катод - Sn (ф0Fe|Fe2+ < ф0Sn|Sn2+).

Схема микрогальванического элемента

(-) Fe | NaCl, H2O, O2 , pH=7, K3[Fe(CN)6]| Sn (+)

A: Fe - 2e = Fe2+: O2 + 2H2O + 4e = 4OH-

Fe + O2 + 2H2O = 2Fe2+ + 4OH-

Вторичная реакция: 2Fe2+ + 4OH- = 2Fe(OH)2

В растворе с луженым железом наблюдалось синее окрашивание, т.к. в растворе присутствовали ионы железа Fe2+, что свидетельствует о растворении железа. В ходе вторичной реакции образовался гидроксид железа - нерастворимое основание, что замедляет процесс коррозии.

Такой вид покрытия называется катодным.

Вывод: анодное покрытие является надежным, т.к. оно разрушается само, а не изделие, хотя есть прямой контакт этого изделия с электролитом. Катодное покрытие, наоборот, является ненадежным, т.к. в случае его повреждения, начинает разрушаться само изделие, а не покрытие.


5. Протекторная защита

.1 Ход и данные опыта

Для изучения коррозионной устойчивости свинца в химический стакан налили 10 мл 0,2 н раствора СН3СООН, добавили несколько капель раствора KI (индикатора на ионы Pb2+) и опустили гранулу свинца. Раствор начал окрашиваться в желтый цвет.

В другой химический стакан поместили гранулы свинца и цинка так, чтобы они имели хороший контакт. При добавлении раствора СН3СООН и раствора KI желтого окрашивания не наблюдается.

5.2 Расчет, наблюдение и анализ данных

Окрашивание раствора в желтый цвет объясняется появлением в растворе ионов Pb2+ (Pb2+ + 2I- = PbI2), что свидетельствует о коррозии свинца.

Схема микрогальванопар коррозии

(-) Pb | CH3COOH, KI, H2O, O2, pH<7| Pb + примеси (+)

A: Pb - 2e = Pb2+: O2 + 4H+ + 4e = 2H2O

2Pb + O2 + 4H+ = 2H2O

Коррозия свинца протекает с кислородной деполяризацией.

Во втором случае желтое окрашивание не появляется, т.к. образуется микрогальванический элемент, где Zn - анод, Pb - катод. Идет коррозия цинка.

Схема микрогальванического элемента


(-) Zn | CH3COOH, KI, H2O, O2, pH<7| Pb (+)

A: Zn - 2e = Zn2+: O2 + 4H+ + 4e = 2H2O

2Zn + O2 + 4H+ = 2Zn2+ + 2H2O

Цинк в данном случае является протектором, т.к. имеет более низкий потенциал, чем у свинца.

Вывод: протекторная защита является надежной. Потенциал протектора всегда должен быть ниже, чем у защищаемого металла.


6. Катодная защита (электрозащита)

.1 Ход и данные опыта

коррозия микрогальванопар анодный покрытие

В химический стакан налили 30 мл 3 %-ного раствора NaCl и добавили несколько капель индикатора на ионы Fe2+- K3[Fe(CN)6], опустили стальную пластинку. Через некоторое время на отдельных участках пластинки появилось синее окрашивание, что свидетельствует о коррозии железа. В образующихся микрогальванических элементах анодом являются участки чистого железа, а катодом - участки с примесями.

Для проведения катодной защиты в химический стакан налили до 2/3 объема 3 %-ного раствора NaCl с добавлением K3[Fe(CN)6]. Не опуская в стакан с электролитом, подсоединили графитовый электрод к положительному полюсу источника постоянного тока, стальной - к отрицательному. Опустили электроды в раствор, пропустили ток напряжением 10 В в течение 2 мин. На обоих электродах выделился газ.

6.2 Расчет, наблюдение и анализ данных

Схема микрогальванического элемента

(-) Fe | NaCl, H2O, pH=7, O2, K3[Fe(CN)6] | Fe + примеси (+)

A: Fe - 2e = Fe2+: O2 + 2H2O + 4e = 4OH-

2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe2+ + 4OH-

Коррозия протекает с кислородной деполяризацией.

Схема катодной защиты элемента


Fe | NaCl, H2O | C

K (-)A (+)+ 2H2O + 2e = 2H2 + 2OH- Cl- 2Cl- - 2e = Cl2

H2O H2O

На стальной пластинке выделился водород, на графитовом электроде - хлор.

Вывод: катодная защита является надежной, т.к. металл, находясь непосредственно в электролите, не корродирует.

Контрольные вопросы

. СFe2+ = 0,01 моль/л , pH=5, свободный доступ O2.

фFe|Fe2+ = ф0Fe|Fe2+ + (0,059/n)lgCFe2+ = -0,44 + (0,059/2)(-2) = -0,499 B= 1,23 - 0,059pH - фFe|Fe2+ = 1,23 - 0,059∙5 + 0,499 = 1,434 B - коррозия возможна.

∆G = -nFE < 0, т.к. E>0 - коррозия возможна.

. а) pH = 7; б)pH = 2

ф0Zn|Zn2+ = -0,76 B - анод.

ф0Ni|Ni2+ = -0,25 B - катод.)(-) Zn | pH = 7, H2O, O2 | Ni (+)

A: Zn - 2e = Zn2+: O2 + 2H2O + 4e = 4OH-= фк - фа = 1,23 - 0,059pH + 0,76 = 1,577 B

б) (-) Zn | pH = 2, H2O, H+ | Ni (+)

А: Zn - 2e = Zn2+: 2H+ + 2e = H2

E2 = фк - фа = -0,059pH +0,76 = 0,642 B

Т.к. E1 > E2 , то с большей скоростью коррозия протекает в первом случае.

. pH = 0, m(Me) -?, V(H2) - ?


Оловянное покрытие на медном изделии будет анодным.

(-) Sn | pH=0, H+| Cu (+): Sn -2e = Sn2+: 2H+ + 2e = H2(Sn) = (A(Sn)∙I∙t)/(n∙F) = (1,2∙24∙60∙60∙119)/(2∙96500) = 63,9 г(H2) = (Vэ/F)∙I∙t = 11,2∙1,2∙24∙60∙60/96500 = 12 л




1. Реформирование экономики России
2. Тема 1 Финансы и финансовая система Российской Федерации Вопросы темы- Понятие государственных и
3. Физическое воспитание детей от рождения до 7 лет
4. ТЕМА I ПРАВО НОРМАТИВНОПРАВОВОЙ АКТ
5. Мировая торговля Внешняя торговля занимает важное место в системе международных экономических отноше
6. Этот счет балансируется по определению
7. Утверждаю Согласовано Проректор по УМР Г2
8. Объективные результаты того или иного события явления действия учреждения необходимо строго отделять от с
9. Тема 8. Учет материальнопроизводственных запасов
10. Международная встречная торговля и основанные на ней механизмы,