Катодное и анодное покрытия металлов как способ защиты их от коррозии

Решение задач по химии на защиту металлов от коррозии

Задание 290. 

Какое покрытие металла называется анодным и какое — катодным? Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного и катодного покрытий железа. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого медью, во влажном воздухе и в кислой среде.
Решение:
По характеру поведения металлических покрытий при коррозии их можно разделить на катодные и анодные. К катодным покрытиям относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. В качестве примеров катодных покрытий можно привести Cu, Ni, Ag. При повреждении покрытия (или наличии пор) возникает коррозионный элемент, в котором основной материал в поре служит анодом и растворяется, а материал покрытия – катодом, на котором выделяется водород или поглощается кислород. Следовательно, катодные покрытия могут защищать металл от коррозии при отсутствии пор и повреждений покрытия. Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла. Примером анодного покрытия могут служить Zn, Cr.

При покрытии железа медью возникает коррозионная пара, в которой медь является катодом, а железо – анодом, так как железо имеет более отрицательный стандартный электродный потенциал (-0,44 В), чем медь (0,34 В). При этом будут протекать следующие электрохимические процессы:
а) Во влажном воздухе:

Анодный процесс: Fe⁰ -2  = Fe²⁺
Катодный процесс: 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

б) В хлороводородной (соляной) кислоте:

Анодный процесс: Fe⁰ -2  = Fe²⁺
Катодный процесс: 2Н⁺ + 2  = Н₂↑

Водород будет выделяться во внешнюю среду, а ионы железа Fe²⁺ с хлорид-ионами Cl^– будут образовывать соль FeCl₂ – сильного электролита, т. е. железо будет разрушаться с образованием ионов железа Fe²⁺. 

Таким образом, при покрытии железа медью при повреждении или при образовании пор разрушается основной металл – железо. Это пример катодного покрытия металла. 

Задание 291. 
Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие — анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте, Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
Решение:
При покрытии железа кадмием образуется гальваническая пара, в которой кадмий является катодом, а железо – анодом.  Объясняется это тем, что стандартный электродный потенциал кадмия (-0,40 В) немного больше, чем стандартный электродный потенциал железа (-0,44 В). Поэтому при нарушении кадмиевого покрытия будут происходить следующие электрохимические процессы:

а) Во влажном воздухе:

Анодный процесс: Fe⁰ -2   = Fe²⁺
Катодный процесс: 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

б) В хлороводородной (соляной) кислоте:

Анодный процесс: Fe⁰ -2   = Fe²⁺
Катодный процесс: 2Н⁺ + 2   = Н₂↑

Водород будет выделяться во внешнюю среду, а ионы железа Fe²⁺ с хлорид-ионами Cl^– будут образовывать соль FeCl₂ – сильного электролита, т. е. железо будет разрушаться с образованием ионов железа Fe²⁺. 

Таким образом, кадмий является катодом в гальванической паре Fe — Cd, значит, это катодное покрытие. При катодном покрытии во время коррозии разрушается основной металл.

Задание 292. 
Железное изделие покрыли свинцом. Какое это покрытие — анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
Решение:
При покрытии железного изделия свинцом образуется гальваническая пара Fe — Pb, в которой свинец является анодом, а железо – катодом. Объясняется это тем, что свинец имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,126 В), чем железо (-0,44 В). Значит, это покрытие – анодное. При нарушении свинцового покрытия будут происходить следующие электрохимические процессы:

а) Во влажном воздухе:

Анодный процесс: Pb⁰ -2   = Pb²⁺
Катодный процесс: 1/2O₂ + H₂O + 2   = 2OH^—

Так как ионы Pb²⁺ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии свинца будет Pb(OH)₂.

б) В хлороводородной (соляной) кислоте:

Анодный процесс: Pb^₀ -2   = Pb²⁺
Катодный процесс: 2Н⁺ + 2   = Н₂↑

Водород будет выделяться во внешнюю среду, а ионы свинца Pb²⁺ с хлорид-ионами Cl^– будут образовывать соль PbCl₂ – сильного электролита, т. е. свинец будет разрушаться с образованием ионов свинца Pb²⁺. 

Таким образом, свинец является анодом в гальванической паре Fe — Pb, значит, это анодное покрытие. При анодном покрытии во время коррозии разрушается само покрытие, а основная конструкция не разрушается.