Лабораторная работа 12. Коррозия металлов

 

Цель работы. Изучить электрохимическую коррозию в кислой и нейтральной средах; познакомиться с некоторыми методами защиты от коррозии; приобрести навык в составлении уравнений электрохимической коррозии в различных средах.  

Экспериментальная часть.

Опыт 1. Коррозия цинка в присутствии меди (образование макрогальванопары).

Налейте в пробирку 2 см³ раствора серной кислоты и опустите кусочек цинка. Наблюдается ли выделение водорода? Погрузите в пробирку медную проволоку, не дотрагиваясь до цинка. Наблюдается ли выделение водорода из меди? Прикоснитесь медной проволокой к кусочку цинка. Что изменилось? Дайте объяснения происходящему. На каком металле выделяется водород? Какой из металлов разрушается и является анодом, какой является катодом. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов.

Опыт 2. Коррозия оцинкованного и луженого железа.

В пробирку налейте до половины объема дистиллированной воды и добавьте 1см³ 2% серной кислоты и несколько капель раствора красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆]. Полученный раствор разделите на две пробирки. В первую пробирку опустите кусочек оцинкованного железа, во вторую - луженого железа (предварительно процарапанные). Через 5-10 минут наблюдайте изменение окраски раствора на поверхности металла. В каком случае железо подвергается коррозии? Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов в гальванических элементах цинк - железо и олово - железо.

  Опыт 3. Коррозия в результате различного доступа кислорода.

Очистите стальную пластину наждачной бумагой, промойте водой и вытрите фильтрованной бумагой. На чистую поверхность нанесите несколько капель 3 % NaCl раствора с добавлением красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆] и фенолфталеина. Пластинку оставьте на 10 минут. Через 10 минут проследите за появлением окрашивания в середине и по окружности капли. Объясните, чем вызвано появление окраски в середине и по центру. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов.

Опыт 4. Коррозия железа в различных электролитах.

Взять пять пробирок и в каждую налейте по 4-5 см³  следующих жидкостей:

1 раствор хлорида натрия (pH~7);

2 раствор хлорида натрия и две капли раствора гидроксида натрия (pH~13);

3 дистиллированной воды и две капли раствора серной кислоты (pH~2);

4 дистиллированной воды (pH~5);

5 водопроводной воды из под крана (pH~8).

Во все пробирки добавьте по две капли раствора K₃[Fe(CN)₆]. Содержимое пробирок взболтайте и во все пять пробирок одновременно опустите по гвоздю, предварительно зачищенному наждачной бумагой. Наблюдайте через 2-5 мин, в каких пробирках произошло посинение раствора около гвоздя. Объясните, какие ионы являются ингибиторами, а какие активаторами коррозии железа.

Опыт 5. Протекторная защита.

Покажите схематически принцип протекторной защиты на примере свинец - цинк.

Налейте в пробирку около 5 см³ 0,4 М раствора уксусной кислоты, добавить пять капель раствора йодида калия. Разлейте в две пробирки. В одну пробирку поместите цинк и свинец, соединённые контактно друг с другом. В другую - только свинец. В какой из пробирок на поверхности свинца появляется желтое окрашивание вследствие образования малорастворимого PbI₂. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов в гальваническом элементе цинк - свинец.

Опыт 6. Ингибиторы коррозии.

Налейте в три пробирки по 5 см³ соляной кислоты. В одну из них добавьте таблетку измельченного уротропина и сильно взболтайте, в другую - 2 см³ 40% раствора формалина. В каждую опустите по две железные стружки. Что вы наблюдаете? Напишите уравнение реакции взаимодействия железа с соляной кислотой. Ингибированная соляная кислота почти утратила свою агрессивность, но не утратила способности взаимодействовать с оксидами, гидратами оксидов, солями. Слейте ингибированную кислоту в одну пробирку и поместите в нее кусочек мрамора (CaCO₃). Что происходит? Напишите уравнения реакции.

 

Лабораторная работа 13. Электролиз солей

    Цель работы . Изучение закономерностей электролиза водных растворов электролитов.             

       Экспериментальная часть.

Опыт 1. Электролиз раствора хлорида олова.

Налейте в электролизер 0,5 М раствора SnCl₂, погрузите электроды и пропустите электрический ток, в течение нескольких минут. Рассмотрите катод, убедитесь, что на нем выделилось олово.                                                                  

Докажите образование свободного хлора в анодном пространстве. Для этого через две-три минуты пропускания тока выньте из электролизера анод и прилейте (быстро) немного йодистого калия и крахмала. Составьте схему электролиза и уравнения реакций, протекающих на электродах. Окончив опыт, погрузите электрод-катод на пять минут в 10% раствор тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃), затем в гидросульфит калия (KHSO₃) и затем электрод промойте водой.

Опыт 2. Электролиз водного раствора иодида калия.

Налейте в электролизер раствор KI , затем опустите графитовые электроды и подключите к источнику тока. Какое вещество выделилось на катоде через несколько минут электролиза? Выделяется ли газ на аноде? Напишите уравнение катодного и анодного процессов с графитовыми электродами.

Опыт 3. Электролиз водного раствора сульфата натрия.

Заполните электролизер водным раствором сульфата натрия. Добавьте 1-2 капли метилоранжа в прианодное пространство и 1-2 капли фенолфталеина в прикатодное пространство. Раствор не перемешивать! Опустите графитовые электроды и подключите к источнику тока. Наблюдайте на обоих электродах выделение газа и изменение окраски в катодном и анодном пространствах. Какие ионы окрасили раствор в катодном пространстве в малиновый цвет цвет? Какой газ выделяется на катоде? Какие ионы раствора изменили цвет в анодном пространстве? Какой газ выделяется на аноде?

Составьте схему электролиза водного раствора Na₂SО₄, укажите электродные процессы и вторичные реакции.

Опыт 4. Электролиз раствора сульфата меди с нерастворимым анодом.     

В электролизер налейте 1М раствор CuSO₄ и опустите графитовые электроды. Включите ток, через несколько минут наблюдайте выделение газа на аноде. Подвергся ли изменениям анод? Составьте уравнения происходящих процессов на электродах.

Опыт 5. Электролиз раствора серной кислоты с растворимым анодом.

В электролизёр налейте 1М раствор Н₂SO₄. В качестве анода используйте медную пластину, катодом пусть служит графитовый стержень. Во время электролиза наблюдайте за процессом, протекающим на катоде. Обратите внимание на то, что в начале опыта на катоде выделяются пузырьки водорода, а затем по мере окрашивания раствора в голубой цвет скорость выделения водорода уменьшается и одновременно катод начинает покрываться слоем меди.

Дайте объяснение этим явлениям и составьте уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде. Поменяйте местами электроды и проведите опыт как предыдущий. В чем отличие?

После окончания опыта погрузите угольный электрод на 3-4 минуты в 10% раствор Na₂S₂O₃ (под тягой), а затем промойте его водой.

Опыт 6. Определение полюсов.

На стеклянную пластину положите полоску фильтровальной бумаги и нанесите на нее 2-3 капли раствора хлорида или сульфата натрия и одну каплю фенолфталеина. Медные электроды, соединенные с источником тока, прижимают к влажной бумаге на 30-40 секунд.

Наблюдайте появление красного окрашивания около одного из проводов. Катод или анод обнаружился появлением красной окраски? Составьте уравнение реакции.

Возьмите раствор KI и, добавив крахмал, наблюдайте появление синего цвета. У какого полюса появилось это окрашивание? Объясните наблюдаемые изменения и составьте уравнение реакции. 

Контрольные вопросы

1 Какие вещества называются окислителями, какие восстановителями?

2 Почему все металлы проявляют только восстановительные свойства, а неметаллы могут быть и окислителями, и восстановителями?

3 Определите степень окисления азота и хлора в следующих соединениях: HNO₃, NO₂, N₂, NH₄Cl, HCl, HClO, HClO₄.

4 Почему ионы S^-2 проявляют только восстановительные свойства, атомы S⁰ - окислительные и восстановительными, а S⁺⁶ лишь окислительные свойства?

5 Укажите в каких случаях происходят отдача электронов, в каких прием:

S⁰   S^-2                          Fe⁰  Fe⁺²

Fe⁺³  Fe⁺²                      Sn⁺²   Sn⁺⁴

              S⁺⁶  S⁺⁴                          N^-3      N⁺⁵

6 Укажите в периодической системе элементы, обладающие наиболее сильными восстановительными и окислительными свойствами.

7 Напишите уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций:

а) KМnO₄ + Zn + H₂SO₄ ® …;

б) K₂Cr₂O₇ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ ®…;

в) KMnO₄ + NaI + H₂SO₄  ® ….

8 Из каких солей Pb(NO₃)₂; AlCl₃; CuSO₄; AgNO₃; ZnSO₄ металл может быть вытеснен железом?

9 Потенциал платинового электрода в соляной кислоте равен –0,118В, чему равна концентрация кислоты?

10 Составить схемы гальванических элементов, в одном из которых медь является анодом, а в другом катодом.

11 Вычислить активность иона Н⁺ в растворе, в котором потенциал водородного электрода равен 236 мВ.

12 Потенциал электрода Pt, Н₂ (раствор с рН = х) равен –295 мВ. Чему равен х?

13 Вычислите электродный потенциал Сu  М СuSO₄, если степень диссоциации = 40%.

14 Что называется коррозией?

15 Какие причины вызывают коррозию металлов?

16 Чем отличается электрохимическая коррозия от химической?

17 Объясните процессы окисления на анодных участках металлов и процессы восстановления на катодных участках.

18 Что называется катодной деполяризацией? Как происходит водородная и кислородная деполяризация?

19 Почему химически чистый цинк очень медленно вытеснят водород из кислот, а технический интенсивно вытесняет? Ответ мотивируйте.

20 Какая из ниже приведенных схем является схемой коррозии луженного железа в кислой среде?

 

1) Fe⁰ - 2e ® Fe⁺²                          2) Sn - 2e ® Sn⁺²

2H⁺ + 2e ® H₂                                         2H⁺ + 2e ® H₂

 

3) Sn - 2e ® Sn⁺²                                   4) Fe⁰ - 2e ® Fe⁺²

2Н₂О + О₂ +4е ®4ОН^-                     2Н₂О + О₂ +4е ®4ОН^-

 

21 Какой процесс называют электролизом?

22 Какие вещества можно восстановить из водных растворов на катоде?

23 Почему нельзя восстановить ионы активных металлов из водных растворов?

24 Что такое нерастворимый, растворимый анод?

25 Для каких целей используют в технике процесс электролиза?

 

Литература

1 Ахметов Н.С., и др. Лабораторные и семинарские занятия по общей и неорганической химии. – М.: Высшая школа, 2003. – 367 с.

2 Браун Т., Лемей Г.Ю. Химия - в центре наук: В 2-х частях. Ч.1/ Пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – 448 с.

3 Браун Т., Лемей Г.Ю. Химия - в центре наук: В 2-х частях. Ч.2/ Пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – 520 с.

4 Коровин Н.В. Задачи и упражнения по общей химии. – М.: Высшая школа, 2003. – 255 с.

5 Левант Г.Е., Райцын Г.А. Практикум по общей химии. - 4-е изд., переработ. и доп. – М.: Высшая школа, 1971. – 336 с.

6 Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. Учеб. для хим.-технол.спец.вузов / Под ред. А.Г. Стромберга. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1988. – 496 с. 

7 Фримантл М. Химия в действии. В 2-х ч. Ч.1/ Пер. с англ. – М.: Мир, 1998. – 528 с.

8 Фримантл М. Химия в действии. В 2-х ч. Ч.2/ Пер. с англ. – М.: Мир, 1998. – 620 с.

9 Хаускрофт К., Констебл Э. Современный курс общей химии. В 2-х т. Т.1/ Пер. с англ. – М.: Мир, 2002. – 540 с.

10 Хаускрофт К., Констебл Э. Современный курс общей химии. В 2-х т. Т.2/ Пер. с англ. – М.: Мир, 2002. – 528 с.

11 Хомченко И.Г. Общая химия. Сборник задач и упражнений. Учеб. пособие. – М.: Новая волна, 2001. – 256 с.

 

 

⇐ Предыдущая45678910111213

Поделиться: