Составление электронных уравнений анодного и катодного процессов происходящих при коррозии

Решение задач на коррозию металлов

Задание 287. 

Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары магний — никель. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

Решение:

Магний имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-2,36 В), чем никель (-0,24 В), поэтому он является анодом, никель – катодом.

Анодный процесс – окисление металла:  Mе⁰ — 2   = Mеⁿ⁺ 

и катодный процесс – восстановление ионов водорода (водородная деполяризация) или молекул кислорода (кислородная деполяризация). Поэтому при коррозии пары Mg — Ni с водородной деполяризацией происходит следующие процессы:

Анодный процесс: Mg⁰ — 2  = Mg²⁺ 
Катодный процесс:  в кислой среде: 2Н⁺ + 2   = Н₂↑

Продуктом коррозии будет газообразный водород соединение магния с кислотным остатком (соль). 

При коррозии пары Mg — Ni в атмосферных условиях на катоде происходит кислородная деполяризация, а на аноде – окисление магния:

Анодный процесс: Mg⁰ — 2  = Mg²⁺ 
Катодный процесс: в нейтральной среде: 1/2O₂ + H₂O + 2  = 2OH^—
в нейтральной или в щелочной среде: 1/2O₂ + H₂O + 2   = 2OH^—

Так как ионы Mg²⁺ с гидроксид-ионами ОН^— образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Mg(OH)₂.

Задание 288. 
В раствор хлороводородной (соляной) кислоты поместили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения соответствующих процессов.
Решение:
а) При помещении цинковой пластинки в раствор хлороводородной (соляной) кислоты происходит реакция замещения:

Zn + 2HCl = ZnC_l2 + H₂↑

Через некоторое время цинковая пластинка в растворе разбавленной соляной кислоте пассивируется оксидной плёнкой, образующейся при взаимодействии цинка с кислородом растворённым в воде по схеме: Zn + 1/2 O₂ = ZnO, поэтому коррозия цинка вскоре замедлится.

б) При помещении цинковой пластинки, частично покрытой медью, в раствор соляной кислоты образуется гальваническая пара Zn — Cu, в которой цинк будет анодом, а медь – катодом. Происходит это так, потому что цинк имеет более электроотрицательный электродный потенциал (-0,763 В), чем медь (+0-,34 В).

Анодный процесс: Zn⁰ — 2   = Zn²⁺;
Катодный процесс: в кислой среде: 2Н⁺ + 2   = Н₂↑

Ионы цинка Zn²⁺ с ионами хлора Cl^— будут давать соль ZnCl₂ – сильный электролит,  а водород будет интенсивно выделяться в виде пузырьков газа. Этот процесс будет бурно протекать до тех пор пока не закончится приход ионов водорода Н⁺ соляной кислоты или пока полностью не растворится цинковая пластинка. Ионно-молекулярное уравнение коррозии:

Zn⁰ +  2H⁺  = Zn²⁺ + H₂О↑

Молекулярная форма уравнения:

Zn +  2HCl  = ZnCl₂ + H₂↑

 Задание 289. 
Почему химически чистое железо более стойко против коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в кислой среде.
Решение:
Химически чистое железо более стойко к коррозии, потому что с кислородом образует на поверхности оксидную плёнку, которая препятствует дальнейшему разрушению металла. Техническое железо содержит примеси различных металлов и неметаллов, которые образуют различные гальванические пары железо — примесь. Железо, имея отрицательный стандартный электродный потенциал (-0,44 В) со многими примесями, потенциал которых значительно положительнее, является анодом, а примеси – катодом:

Анодный процесс: Fe⁰ -2   = Fe²⁺
Катодный процесс:  в кислой среде: 2Н⁺ + 2   = Н₂↑
в нейтральной или в щелочной среде: 1/2O₂ + H₂O + 2   = 2OH^—

Так как ионы Fe²⁺с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии железа будет Fe(OH)₂. При контакте с кислородом воздуха Fe(OH)₂ быстро окисляется до метагидроксида железа FeO(OH), приобретая характерный для него бурый цвет:

4Fe(OH)₂ + О₂ = 4FeO(OH) + 2Н₂О