Требования техники безопасности
При выполнении данной лабораторной работы приходиться иметь дело с разбавленными растворами кислот и щелочей. Надо помнить, что все кислоты и щелочи, попадая на кожу, вызывают ее поражение, а, попадая на одежду, разрушают ее, поэтому необходимо соблюдать осторожность и выполнять общие правила техники безопасности, действующие в лаборатории химии.
Экспериментальная часть
Цель работы:
1. Изучить процессы коррозии металлов и сплавов в разных средах.
2. Изучить кинетику коррозии чугуна с выделением водорода.
Опыт 1. Гальванический элемент
Составьте схему гальванического элемента из предложенных металлических электродов, определив анод и катод по величинам стандартных электродных потенциалов металлов.
Определите, растворы каких электролитов будете использовать. Электроды предварительно зачистите наждачной бумагой и опустите в растворы выбранных электролитов. Стаканчики с электролитами соедините электролитическим ключом (U-образная стеклянная трубка, заполненная насыщенным раствором КCl).
Вольтметром измерьте рабочее напряжение гальванического элемента. Рассчитайте теоретическую величину ЭДС этого элемента и сравните с величиной рабочего напряжения. Почему они отличаются? Какие процессы протекают на электродах при работе гальванического элемента. Какой из металлов разрушается?
Опыт 2. Коррозия в нейтральной среде
|
|
|
Приготовьте плотно соединенные попарно пластинки следующих металлов: а) алюминий – медь; б) медь – железо.
В два стаканчика налейте на высоту 2–3 см раствор KCl и прибавьте в каждый стаканчик по 2–3 капли фенолфталеина. В один стаканчик погрузите пару Al–Cu, в другой – Fe–Cu так, чтобы концы пластинок металлов, погруженных в раствор, находились на некотором расстоянии друг от друга. Место контакта металлов должно быть вне раствора. Перед погружением в раствор пластинки необходимо зачистить.
Полученные короткозамкнутые элементы моделируют коррозионные процессы при контакте железа с медью и алюминия с медью.
Через 3–15 минут отметьте появление малинового окрашивания в стаканчиках. При каком контакте металлов оно появляется раньше?
Составьте схемы коррозионных элементов, напишите уравнения анодных и катодных процессов.
Сопоставив величины стандартных электродных потенциалов металлов, сделайте вывод об интенсивности смоделированных коррозионных элементов.
Опыт 3. Коррозия луженого и оцинкованного железа в кислой среде
Возьмите железную скрепку для бумаги со вставленным в нее кусочком цинка и скрепку с кусочком олова. В две пробирки налейте по 5 – 6 мл раствора 1 н. раствора серной кислоты и добавьте 1 – 2 капли раствора красной кровяной соли K3[Fe(CN)6] (индикатор на ионы Fe2+). Опустите в каждую пробирку по одному образцу. При контакте образцов с электролитом возникают короткозамкнутые гальванические элементы, моделирующие коррозионные процессы, протекающие при нарушении целостности покрытия оцинкованного и луженого железа.
|
|
|
Через 10–15 минут отметьте, в каком случае наблюдается интенсивное синее окрашивание? Чем это обусловлено? Где более интенсивное выделение газов? Ответ поясните электрохимическими уравнениями анодных и катодных процессов. Какое покрытие, оловянное или цинковое, лучше защищает железо от коррозии?
Опыт 4. Коррозия при неравномерном доступе кислорода (при дифференциальной аэрации)
Зачистите пластинку из стали шлифовальной бумагой, промойте дистиллированной водой и просушите фильтровальной бумагой. На чистую, сухую поверхность нанесите каплю 3%-ного раствора NaCl, к которому добавлены индикаторы: K3[Fe(CN)6] и фенолфталеин. Через несколько минут отметьте появление синего окрашивания в центре и малинового по краям капли. Поясните наблюдения электрохимическими уравнениями, учитывая, что по краям капли концентрация кислорода выше, чем в центре. Укажите катодную и анодную зоны металла под каплей.
|
|
|
Опыт 5. Исследование кинетики коррозии чугуна в кислой среде
Скорость коррозии чугуна в кислотах можно определить по объему выделившегося водорода.
Объем газа измеряется в приборе, схема которого показана на рис.3.
Рис.2. Установка для определения скорости коррозии металла по объему выделившего водорода.
1 – стакан с раствором; 2 – образец; 3 – тигель; 4 – воронка; 5 – мерная бюретка.
Для испытаний возьмите образец чугуна (сплав железа с углеродом), определите площадь поверхности его, зачистите его шлифовальной бумагой, обезжирьте содой, промойте водой и просушите фильтровальной бумагой. Подготовленный образец пинцетом поместите на тигель, поставленный в большой стакан. Образец накройте стеклянной воронкой, на которой укреплена бюретка. Собрав прибор, залейте в стакан кислоту и с помощью груши засосите раствор кислоты до верха бюретки, после чего закройте кран. Отметьте уровень, на котором установился раствор кислоты в бюретке. Через каждые 10 минут отмечайте объем выделившегося водорода.
|
|
|
Результаты запишите в таблицу экспериментальных результатов:
| Марка образца | Объем выделившегося водорода в см3 через каждые 10 минут | Площадь образца, см2 | ||||
| 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | ||
Постройте график зависимости объема выделившегося водорода от времени, отложив по оси абсцисс – время, а по оси ординат – объем водорода, выделившегося с 1 см2 поверхности образца.
Вычислите среднюю скорость коррозии в см3/см2*час по формуле:
,
где V– объем выделившегося водорода, см3;
S – площадь поверхности, см2;
t – время испытаний, ч.
Содержание отчета о работе
В отчете необходимо отразить: цель работы; схему установки для испытаний с кратким описанием; все экспериментальные результаты и визуальные наблюдения; объяснения наблюдаемых явлений; выводы.
Контрольные вопросы и задачи
1. Что такое коррозия?
2. Чем отличается химическая коррозия от электрохимической?
3. Что называется гальваническим элементом? Какие процессы протекают на его электродах?
4. Будут ли работать гальванические элементы, если оба электрода имеют отрицательные потенциалы? Оба положительные?
5. Будет ли работать гальванический элемент, имеющий электроды из одного металла?
6. Элемент, анодом которого является цинк, в течение 2 часов, дает ток силой 0,8 А. Какое количество цинка при этом израсходовалось?
7. Какие гальванопары возникают в углеродистой стали? Опишите их работу в нейтральной среде (углеродистая сталь – сочетание железа с углеродом и цементом Fe3C).
8. Составьте схему коррозионного разрушения алюминиевого сплава с добавкой цинка в кислой среде. Как изменится коррозия сплава при его контакте с медью?
9. Как протекает коррозия при неравномерном доступе кислорода? Где реально встречается такой вид коррозии?
10. Как можно определить скорость коррозии? В каких единицах измеряется скорость коррозии.
Литература
1. Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия : Учеб.для вузов / Н. С. Ахметов. - 7-е изд.,стер. - М.: Высшая школа, 2008. – 742 с.
2. Гельфман, М.И. Неорганическая химия: Учеб.для вузов / М. И. Гельфман, В. П. Юстратов. - 2-е изд.,стер. - СПб. : Лань, 2009. – 527 с.
3. Суворов, А.В. Вопросы и задачи по общей химии: Учеб.пособие для вузов / А. В. Суворов, А. Б. Никольский. - СПб.: Химиздат, 2002. – 304 с.
4. Ахметов, Н.С. Лабораторные и семинарские занятия по общей и неорганической химии: Учеб.пособие для студентов ун-тов,хим.-технол.и пед.вузов / Н. С. Ахметов, М. К. Азизова, Л. И. Бадыгин. - 5-е изд.,испр. - М.: Высшая школа, 2003(2002). – 366 с.
Приложение
Стандартные электродные потенциалы при 25 °C
| Полуреакция | φ0, В |
| Ag+ (водн.) + e ®Ag (тв.) | +0,799 |
| Al3+ (водн.) + 3e ® Al (тв.) | –1,66 |
| Ba2+ (водн.) + 2e ® Ba (тв.) | –2,90 |
| Ca2+ (водн.) + 2e ® Ca (тв.) | –2,87 |
| Cd2+ (водн.) + 2e ® Cd (тв.) | –0,403 |
| Ce4+ (водн.) + e ® Ce3+ (водн.) | +1,61 |
| Co2+ (водн.) + 2e ® Co (тв.) | –0,277 |
| Cr3+ (водн.) + 3e ® Cr (тв.) | –0,74 |
| Cu2+ (водн.) + 2e ® Cu (тв.) | +0,337 |
| Cu+ (водн.) + e ® Cu (тв.) | +0,521 |
| Fe2+ (водн.) + 2e ® Fe (тв.) | –0,440 |
| 2H+ (водн.) + 2e ® H2 (г.) | 0,000 |
| K+ (водн.) + e ® K (тв.) | –2,925 |
| Li+ (водн.) + e–® Li (тв.) | –3,05 |
| Mg2+ (водн.) + 2e ® Mg (тв.) | –2,37 |
| Mn2+ (водн.) + 2e ® Mn (тв.) | –1,18 |
| Na+ (водн.) + e–® Na (тв.) | –2,71 |
| Ni2+ (водн.) + 2e ® Ni (тв.) | –0,28 |
| Pb2+ (водн.) + 2e ® Pb (тв.) | –0,126 |
| Sn2+ (водн.) + 2e ® Sn (тв.) | –0,136 |
| Zn2+ (водн.) + 2e ® Zn (тв.) | –0,763 |
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 411; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!