Составление уравнений электродных процессов коррозии и электролиза

Выход хрома по току. Электролиз сульфата хрома

Задача 153.
Деталь хромируется в водном растворе Сr₂(SО₄)₃. Сила тока – 3 А. Определить продолжительность электролиза, если на поверхности детали необходимо нанести электрокристаллизацией 1,3 г хрома и если выход по току принять равным 40%.
Решение:
Для решения задачи используем уравнение:

B_m = (m_f ^. n ^. F ^* 100%)/(М ^. I ^. t), где

B_m — выход по току (40%); m_f — масса металла на детали при электролизе, 1,3 г; I — сила тока, 3,0 А; t — время проведения электролиза, с; F — число Фарадея, 96500 Кл; М — молярная масса (для хрома М = 52 г/моль); n — заряд иона в единицах e (ионы хрома в растворе сульфата хрома имеют заряд n = +3).
Подставляя полученную формулу в выражение для продолжительность электролиза, получим:

t = (m_f  ^. n ^. F ^. 100%)/(B_m ^. M ^. I).

Приведя заданные значения к одной системе размерностей, проведём вычисление:

t = (3,25 ^. 3 ^. 96500 ^. 100%)/(40% ^. 52 ^. 3) = 6031,25 с.

Ответ: t = 6031,25 с.
 

Коррозия сплава Sn – Zn

Задача 154.
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих при коррозии сплава Sn – Zn в кислой среде и во влажном воздухе. Рассчитайте ЭДС для этого контакта. Какие продукты коррозии будут образовываться в каждой среде?
Решение:
Стандартные электродные потенциалы цинка и олова равны соответственно -0,762 В и -0,136 В.  Окисляться, т.е. подвергаться коррозии, будет цинк. Цинк имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,763 В), чем олово (-0,180 В), поэтому он является анодом, олово – катодом.

а) Коррозия пары металлов Zn/Sn в атмосфере влажного газа:

Анод          Zn⁰ – 2  = Zn²⁺ 
Катод         1/2O₂ + H₂O + 2 = 2ОН^–

Схема коррозии:

Zn + 1/2O₂ + H₂O = Zn(OH)₂

Так как ионы Zn²⁺ с гидроксид-ионами ОН^– образуют малорастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Zn(OH)₂:

Zn²⁺  + 2OH^– = Zn(OH)₂.

б) Коррозия пары металлов Zn/Sn в кислой среде:

Анод          Zn⁰ – 2  = Zn²⁺ 
Катод         2Н⁺ + 2  = Н₂↑
Схема коррозии:

Zn  +  2H⁺ = Zn²⁺  + H₂↑

При этом выделяется газообразный водород. Происходит интенсивное разрушение цинка, продуктом коррозии будет газообразный водород и соединение цинка с кислотным остатком (соль).
Таким образом, при контакте цинка и олова коррозии будет подвергаться цинк.
Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = -0,136 — (-0,763) = +0,627 B.

Ответ: +0,627 B. 
 

Коррозия железа. Катодное и анодное покрытие железа

Задача 155.
В раствор серной кислоты поместили две железных пластинки, одна из которых частично покрыта свинцом, а другая титаном. В каком случае процесс коррозии железа протекает менее интенсивно? Ответ мотивируйте с помощью расчета ЭДС. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. О каком покрытии идет речь в каждом случае?
Решение:
Стандартные электродные потенциалы железа, свинца и титана равны соответственно -0,440 В, -0,126 В и -1,750 В.

а) Коррозия железной пластинки покрытой свинцом в растворе серной кислоты

Окисляться, т.е. подвергаться коррозии, будет железо. Железо имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,440 В), чем свинца (-0,126 В), поэтому оно является анодом, свинец – катодом.

Анод         Fе⁰ – 2   = Fe²⁺ 
Катод         2Н⁺ + 2   = Н₂↑
             Fe⁰ + 2H⁺ = Fe²⁺  + H₂↑
Так как ионы Fe²⁺ с ионами SO₄^2- образуют растворимую соль, придающую светло-бурую окраску раствора, то продуктом коррозии будет FeSO₄:

 Fe2+ + SO42— = FeSO4 (ионная форма);
 Fe + Н2SO4 = FeSO4 + Н2↑ (молекулярная форма).

Образуется сульфат железа и при этом выделяется газообразный водород. Происходит интенсивное разрушение железной пластинки.
Таким образом, при контакте железа и свинца коррозии в растворе кислоты будет подвергаться железо.
Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = -0,136 — (-0,763) = +0,627 B.

Так как потенциал свинца выше потенциала железа, то покрытие железа свинцом является катодным покрытием.

б) Коррозия железной пластинки покрытой титаном в растворе серной кислоты

Окисляться, т.е. подвергаться коррозии, будет титан. Титан имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-1,750 В), чем железа (-0,440 В), поэтому он является анодом, железо – катодом.

Анод         Ti⁰ – 2   = Ti²⁺ 
Катод         2Н⁺ + 2  = Н₂↑             

Схема коррозии:

Ti⁰ + 2H⁺ =  Ti²⁺  +  Н₂↑

Так как ионы Ti²⁺ с ионами SO₄^2- образуют растворимую соль, то продуктом коррозии будет TiSO₄:

Ti²⁺ + SO₄^2- = TiSO₄ (ионная форма);
Ti + Н₂SO₄ = TiSO₄ + Н₂↑ (молекулярная форма).

Образуется сульфат титана и при этом выделяется газообразный водород. Происходит интенсивное разрушение титанового покрытия.
Таким образом, при контакте железа и титана коррозии в растворе кислоты будет подвергаться титан.
Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = -0,44 — (-1,750) = +1,31 B.

Так как потенциал титана отрицательнее потенциала железа, то покрытие железа титаном является анодным покрытием.
Таким образом, процесс коррозии железа протекает менее интенсивно в случае покрытия железной пластинки титаном.