Типовые задачи и алгоритмы их решения

Задача 1. Стальная строительная конструкция находится во влажном воздухе, насыщенным кислородом. Составьте уравнение электрохимических процессов, происходящих на анодных и катодных участках конструкции.

Решение. Сталь (сплав железо с углеродом) обладает электрохимической гетерогенностью, приводящей к образованию множества микрокоррозионных элементов. При этом ферритные участки (Fe) являются анодами, а катодами – цементитные (Fe₃C) участки.

При коррозии во влажном воздухе, насыщенном кислородом, реализовываются следующие микрокоррозионные элементы:

(A) Fe | H₂O, O₂ | Fe₃C (K).

На более активных участках поверхности – анодах идет окисление металла – железа:

Анод (Fe) : Fe⁰ – 2ē = Fe²⁺ - окисление.

На менее активных участках – катодах идет восстановление окислителя. В данном случае восстанавливается в воде кислород до иона ОН^─:

Катод (Fe₃C): О₂ + 4Н₂О + 4ē = 4ОН^─ - восстановление.

Двухвалентное железо не устойчиво и окисляется до трехвалентного:

Fe²⁺ + 2OH^─ = Fe(OH)₂;

4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ = 4Fe(OH)₃;

4Fe(oh)3 – приблизительная формула ржавчины.

Задача 2. Как происходит атмосферная (влажная среда, насыщенная углекислым газом) коррозия луженой (покрытой оловом) меди при нарушении целостности покрытия? Составьте схему коррозионного элемента и напишите уравнения анодного и катодного процессов.

Решение. Коррозия меди, покрытой оловом, при нарушении этого покрытия будет протекать по электрохимическому механизму.

Сравним стандартные электродные потенциалы Cu и Sn (см. табл. 5.1)

Олово более активный металл. Если защищаемый металл покрыт более активным металлом, такое покрытие называют анодным, менее активным металлом – покрытие называют катодным.

При нарушении покрытия (Sn) в присутствии агрессивной среды (Н₂О+СО₂) возникает коррозионный элемент, в котором медь является катодом.

(А) Sn | H₂O+CO₂ | Cu (К).

В растворе электролита Н₂О+СО₂↔Н₂СО₃,

подвергающегося электролитической диссоциации

Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО^₃,

на электродах будут протекать следующие процессы:

Анод (Sn): Sn^° - 2ē → Sn²⁺;

Катод (Сu): 2Н⁺ + 2ē → Н₂^°.

Таким образом, при работе коррозионного элемента анодное покрытие будет разрушаться в результате его окисления, а на защищаемой меди будет протекать катодное восстановление окислителя – иона водорода.

Задача 3. Подводные стальные части корпусов судов защищают от коррозии, приваривая к ним пластины цинка или магниевых сплавов. В чем заключается суть защиты? Ответ мотивируйте, составив схему коррозионного элемента и приведя уравнения электрохимических процессов в электролите, содержащем растворенный кислород.

Решение. Когда к защищаемой конструкции приваривают пластины более активного металла – такой метод называют протекторным методом защиты.

При работе коррозионных элементов разрушается в результате окисления металл приваренной пластины (протектора), а на защищаемой конструкции идет процесс восстановления компонентов окислителя.

Если в качестве протектора приварить пластину из магниевого сплава будет работать коррозионный элемент, схема которого

(А) Mg | H₂O+O₂ | Fe (К);

Магний более активный металл.

Анод (Mg): Mg^° - 2ē → Mg²⁺;

Катод (Сu): О₂ + 2Н₂О + 4ē → 4ОН^.

Задача 4. Химически чистую медь и медь, частично покрытую серебром поместили в раствор соляной кислоты. В каком случае имеет место реакции? Ответ обоснуйте.

Решение. Записываем стандартные электродные потенциалы водорода меди и серебра (см. табл. 5.1)

При помещении химически чистой меди в раствор соляной кислоты, реакция Cu+HCl не идет, т.к. медь менее активна, чем водород:

( ),

и не может вытеснить ионы водорода из раствора.

Если в раствор помещают пластину меди, частично покрытую серебром, то возникает коррозионный элемент, т.к. на поверхности пластины находятся два металла с разной химической активностью. Начинается процесс окисления меди как более активного металла.

.

Схема коррозионного элемента

(А) Cu | HCl | Ag (К),

поэтому, процессы, протекающие на анодных и катодных участках:

Анод (Cu): Cu^° - 2ē → Cu²⁺;

Катод (Сu): 2Н⁺ + 2ē → Н₂^°.