Дослід 1. Витиснення водню із кислот металами
У чотири пробірки налити по 4-5 крапель 2N розчину хлоридної кислоти і помістити в них по шматочку магнію, цинку, заліза і міді. Які з цих металів витісняють водень із кислоти? Написати рівняння реакцій в молекулярному та йонному вигляді. Показати в кожному випадку перехід електронів і роль металів. Назвати окисник та відновник.
| Mg + HCl → | Fe + HCl → |
| Zn + HCl → | Cu + HCl → |
Дослід 2. Визначення різної електричної активності металів.
Налити у пробірки по 5-6 крапель розчинів солей: купрум(ІІ) сульфату, цинк сульфату, плюмбум(ІІ) нітрату, нікол(ІІ) сульфату. Занурити в кожну пробірку залізну пластинку. Яке явище має місце? Із розчинів яких солей залізо витісняє метал? Написати рівняння в молекулярній та йонній формах. Назвати окисник та відновник.
| CuSO4 + Fe → | Pb(NO3)2 + Fe → |
| ZnSO4 + Fe → | NiSO4 + Fe → |
Дослід 3. Виготовлення мідно-цинкового гальванічного елементу (елементу Якобі-Даніеля)
В одну склянку налити 1М розчину цинк сульфату і занурити в нього цинкову пластинку, в другу склянку налити 1М розчину купрум(ІІ)сульфату і занурити мідну пластинку. Обидва напівелементи поставити на підставку і з’єднати розчини електролітичним місточком, наповненим насиченим розчином калій хлориду в суміші з агар-агаром. Зовнішнім провідником з’єднати занурені в електроліти металічні пластинки з гальванометром. Спостерігати відхилення стрілки гальванометра, що свідчить про виникнення електричного струму. Написати рівняння реакцій, які мають місце на електродах, і сумарне рівняння окисно-відновного процесу, внаслідок якого виникає електричний струм в даному гальванічному елементі. Написати схему даного гальванічного елементу і вирахувати його електрорушійну силу (ЕРС).
Дослід 4. Електроліз водного розчину електроліту з нерозчинним анодом
Дослід провести в електролізері, який являє собою U-подібну скляну трубку висотою 10-12 см; електродами служать графітові стержні. Постійний струм одержати із змінного за допомогою випрямляча.
Налити в електролізер розчину станум(ІІ) хлориду, занурити в обидва коліна графітові електроди, і з’єднати їх провідниками з полюсами випрямляча. Через 2-4 хвилини спостерігати на катоді утворення блискучих кристалів металічного олова. Після цього вийняти графітовий анод і в анодний простір прилити по 3-4 краплі розчину Калій йодиду і крохмалю. Спостерігати появу синього забарвлення розчину електроліту. Які процеси мають місце на катоді, на аноді? Чому з’явилось синє забарвлення розчину в анодному просторі при введені калій йодиду та крохмалю?
Дослід 5. Електроліз водних розчинів електролітів з розчинним анодом
Налити в електролізер розчину купрум(ІІ)сульфату. Опустити в одно коліно електролізеру графітовий електрод і з’єднати його з катодом випрямляча. В друге коліно занурити мідний електрод, який буде правити за анод, з’єднати його з додатнім полюсом випрямляча. Через 2-3 хвилини спостерігати на графітовому катоді появу червоного нальоту міді. Написати рівняння реакцій, які мають місце на катоді та на аноді. Після цього мідний електрод зробити катодом, а графітовий з нальотом міді – анодом. Що сталося з нальотом міді? Після повного розчинення міді на аноді починає виділятися газ. Який це газ? Скласти відповідні рівняння реакцій.
Зміст звіту
6.6.1. Назва роботи.
6.6.2. Мета роботи.
6.6.3. Вивчення загальних відомостей
6.6.4. Виконання завдань для самостійного розв’язання.
6.6.5. Аналіз дослідів.
6.6.6. Висновки
Лабораторна робота №7
КОРОЗІЯ ТА ЗАХИСТ МЕТАЛІВ
Мета роботи: ознайомитись з особливостями проходження корозійних процесів та принципами захисту металів від корозії.
Загальні відомості
Корозія – руйнування (окиснення) металів внаслідок хімічної або електрохімічної взаємодії їх з навколишнім середовищем, в результаті утворюються оксиди, гідроксиди або солі. Корозія – гетерогенний окислювально-відновний процес, який відбувається на поверхні поділу метал-газ, метал-розчин.
Іржавіння - корозія заліза та його сплавів з утворенням іржі – продуктів корозії.
Fe˚ = Fe² + 2eˉ
O2 + 2H2O + 4eˉ→ 4OHˉ
Fe² + 2OHˉ→ Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
Fe(OH)3 = FeO(OH) + H2O
Процес корозії супроводжується зростанням ентропії системи і певним енергетичним ефектом.
За механізмом перебігу процесу руйнування металу розрізняють:
– хімічну(газову) корозію, яка відбувається внаслідок дії на метал сухих газів (O2, N2, Hal2), за умов високих температур, окиснення металу протікає без виникнення електричного струму в системі;
– електрохімічну корозію, яка має місце при руйнуванні металів в атмосфері, на грунті, в водоймах, в розчинах кислот, лугів, солей; супроводиться виникненням електричного струму; за механізмом нагадує роботу гальванічних елементів, бо будь-який технічний метал містить домішки інших металів або неметалів; анодом такого гальванічного елементу є більш активний метал, який окислюється, тобто кородує. Вцілому корозійне руйнування металу в розчинах електролітів розглядається як наслідок роботи колосальної кількості мікроскопічних гальванічних елементів.
Електрохімічна корозія відбувається також й через дефекти кристалічних решіток, через контакти різних металів, в електролітах з різним значенням рН.
При корозії відбуваються процеси:
а) окиснення металу – анодний процес
Ме˚- neˉ→Meⁿ +
б) відновлення окислювача – катодний процес
O2 + 2H2O + 4eˉ→ 2OHˉ (киснева деполяризація)
2Н+ + 2еˉ→ Н2˚ (воднева деполяризація)
Електрохімічна корозія відбувається під дією блукаючих струмів, виникаючих від сторонніх джерел (трамваї, метро, електрифікована залізниця, електролізні ванни, тобто такі установки, де використовують сталий струм). Корозія виникає в анодній зоні – ділянці виходу блукаючого струму з металу у вигляді глибоких виразок або навіть розривів у металевому виробі. Процес корозії прискорюється при підвищенні температури, в присутності хлорид-йонів, кисню у воді та інше.
Запобігання та усунення корозії:
• ізоляція металів від навколишнього середовища;
• зміна корозійного середовища;
• електрохімічні методи: катодний, протекторний захист;
• використання інгібіторів.
Завдання для самостійного розв’язання
7.2.1. Відповісти на запитання.
1. Пояснити відмінності механізмів хімічної та електрохімічної корозії.
2. Написати рівняння анодних та катордних процесів, які відбуваються під час корозії вуглецевої сталі у водному розчині хлоридної кислоти та нейтральному водному розчині натрій хлориду.
3. Що таке металічні захисні поверхневі покриття? Скласти рівняння процесів, які відбуваються при порушенні шару катодного та анодного покриття.(Оцинковане та полуджене залізо).
4. Хром контактує зі сріблом. Який з металів кородує? Скласти рівняння катодних та анодних процесів у вологому повітрі та в кислому середовищі.
5. Який метал краще для протекторного захисту від корозії свинцевої оболонки кабелю: цинк, магній чи хром? Написати електронні рівняння анодного та катодного процесів корозії у вологому повітрі.
7.2.2 Виконати завдання
Для даного сплаву:
1. Визначити можливість корозії з певним значенням рН;
2. Написати рівняння реакції анодного та катодного процесів;
3. Запропонувати анодне покриття (киснева деполяризація), катодне покриття (воднева деполяризація) для даного сплаву;
4. Записати рівняння анодного та катодного процесів корозії за умов пошкодження покриття.
| № варіан-ту | Сплав | рН | № варіан-ту | Сплав | рН |
| Co·Pb | 2 | Mg·Zn | 7 | ||
| Fe·Al | 7 | Zn·Co | 6 | ||
| Ag·Cu | 6 | Ni·Cu | 3 | ||
| Co·Fe | 10 | Sn·Ni | 7 | ||
| Zn·Cr | 12 | Ni·Cr | 10 | ||
| Fe·Cr | 1 | Ag·Fe | 1 | ||
| Al·Co | 14 | Cd·Sn | 3 | ||
| Fe·Cu | 3 | Fe·Cd | 8 | ||
| Zn·Fe | 11 | Co·Cu | 4 | ||
| Mg·Ni | 5 | Pb·Ag | 1 | ||
| Fe·Sn | 8 | Ni·Pb | 10 | ||
| Zn·Cu | 2 | Fe·Ti | 7 | ||
| Zn·Ni | 12 |
Реактиви та обладнання
1. Зразки металів: залізо, цинк, алюміній, оцинковане залізо, луджене залізо, мідь. 2. Речовини: уротропін, тіосечовина. 3. Розчини: сульфатна кислота(25%), хлоридна кислота, калій гексаціаноферат(ІІІ), натрій хлорид(3%), натрій гідроксид, фенолфталеїн. 4. Обладнання: хімічні стакани, пробірки.
Вказівки до техніки безпеки
Дотримуватися правил роботи з розчинами кислот, лугів, солей, зі скляним посудом.
Порядок виконання роботи
Дослід 1. Корозія заліза в різних електролітах.
Налити у чотири пробірки на 1/3 їх об’єму: у першу – дисти -льовану воду; в другу – розчин HCl, в третю – розчин NaCl в четверту – розчин NaOH. Додати у кожну пробірку по 2 краплини розчину калій гексаціаноферату (ІІІ) Fe3[Fe(CN)6] та перемішати. В усі пробірки одночасно занурити по зразку заліза. Через деякий час візуально оцінити швидкість корозії заліза в різних електролітах за інтенсивністю синього забарвлення розчину. Синє забарвлення зумовлене появою у розчині (внаслідок корозії заліза Fe˚-2eˉ→Fe²+ - анодний процес) йонів Fe²+, які утворюють з калій гексаціанофератом (ІІІ) «турнбулеву синь» K3[Fe(CN)6] за реакцією:
3Fe²+ + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2 + 6K+.
Дослід 2. Гальванокорозія металів у розчинах електролітів
Налити у 7 пробірок на 1/3 їх об’єму розчин NaCl. В кожну пробірку додати по 2 краплини розчину фенолфталеїну, перемішати та занурити в них зразки гальванічних пар: у першу – залізо, обкручене мідним дротом, у другу – алюміній, обкручений мідним дротом, у третю – цинк, обкручений мідним дротом, а в решту пробірок для порівняння окремо зразки заліза, алюмінію, цинку, міді. Через деякий час за інтенсивністю малинового забарвлення розчинів візуально оцінити швидкість корозії різних металів та гальванічних пар при однакових умовах. Скласти рівняння анодних та катодних процесів для кожної гальванічної пари, враховуючи, що малинове забарвлення зумовлене реакцією фенолфталеїну з гідроксид- йонами, які утворюються на катодних ділянках за реакцією:
O2 + 2H2O + 4eˉ = 4OHˉ (киснева деполяризація).
Дослід 3. Приготування фероксіліндикатору.
Фероксіліндикатор є універсальним індикатором, який застосовують для визначення стійкості заліза та залізних сплавів до електрохімічної корозії. Для його приготування налити у склянку 100мл розчину натрій хлориду, додати 10 краплин розчину фенолфталеїну та 10 краплин розчину калій гексаціаноферату(ІІІ) K3[Fe(CN)6], перемішати розчин. Досліджуваний зразок занурити у розчин і спостерігати зміну забарвлення розчину біля поверхні зразка. У випадку корозії заліза в розчин переходять іони Fe²+, які, реагуючи з калій гексаціанофератом(ІІІ), забарвлюють анодні ділянки в синій колір (дослід 1). На катодних ділянках з’являється малинове забарвлення завдяки реакції утворених гідроксид-йонів з фенолфталеїном (дослід 2).
Дослід 4. Захисні властивості катодних та анодних металевих покриттів
Узяти зразок полудженого заліза(покритого оловом) і нанести за допомогою гострого предмету декілька глибоких подряпин на одному боці його поверхні, таким чином щоб подряпини досягли заліза. Таке ж саме зробити зі зразком оцинкованого заліза. Налити у дві склянки по 25 мл фероксіліндекатору і занурити в них повністю зразки догори подряпинами. Через 20 - 25 хвилин візуально визначити анодні та катодні ділянки. Для кожного випадку записати рівняння анодних та катодних процесів. Вказати яке покриття – катодне, а яке – анодне.
Дослід 5. Захист від корозії за допомогою інгібіторів
Налити у дві пробірки по 2-3 мл розчину сульфатної кислоти і занурити в кожну по залізному зразку. Коли виділення водню стане досить інтенсивним, додати в одну з пробірок мікрошпатель уротропіну. Через деякий час порівняти швидкість виділення водню в обох пробірках. Провести аналогічний дослід з тіосечовиною. Пояснити сутність явища.
Зміст звіту
7.6.1 Назва роботи
7.6.2 Мета роботи
7.6.3 Вивчення загальних відомостей
7.6.4 Виконання завдань для самостійного розв’язання
7.6.5 Аналіз дослідів. Складання рівнянь реакцій
7.6.6 Висновки
Лабораторна робота №8
Дата: 2016-10-02, просмотров: 216.
