Опыт 1. Исследование относительной скорости коррозии железа в присутствии различных металлов
Коррозия как процесс самопроизвольный, протекает одновременно по всем возможным механизмам. Микроэлемент может возникнуть в любой точке изделия: достаточно попадания капли раствора на место соприкосновения двух металлов.
При электрохимической коррозии одни участки поверхности металла служат анодами, другие – катодами. На катодные участки притекают избыточные электроны, которые присоединяются к положительно заряженным ионам металла или нейтральным молекулам, приходящим из раствора к этим участкам. Наиболее часто встречаются катодные процессы, связанные с восстановлением ионов водорода (2Н+ + 2е = Н2), или молекул кислорода (О2 + 2Н2О + 4е = 4ОН- или О2 + 4Н+ + 4е = 4Н2О в зависимости от характера среды). В первом случае процесс называют коррозией с водородной деполяризацией, а во втором – коррозией с кислородной деполяризацией. Этим два процесса могут протекать одновременно.
Роль анода выполняет более активный металл, имеющий меньшую величину электродного потенциала.
Возьмите три одинаковых куска железной проволоки (гвозди). Один из них покройте медью. Для этого хорошо очистите проволоку наждачной бумагой и опустите на 2 – 3 минуты в раствор соли меди. Затем проволоку выньте из раствора и промойте водой. Ко второй проволоке прикрепите кусочек цинковой пластинки (или возьмите такой же по размерам кусочек оцинкованного железа). Третью проволоку оставьте без изменений для контроля. Опустите все три проволоки (гвозди) в пробирки, содержащие приблизительно по 1 мл 0,02 N раствора соляной кислоты.
Через пять минут проволочки выньте и добавьте к каждому раствору по 2 – 3 капли реактива на ион железа (II) K3[Fe(CN)6]. Реакция обнаружения ионов железа (II):
3Fe2+ + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2 + K+
темно-синего цвета
Хорошо перемешайте и по интенсивности окраски сделайте вывод о количестве растворенного железа и о влиянии меди и цинка на скорость коррозии железа. Составьте схемы гальванических элементов. Запишите уравнения реакций на электродах.
Опыт 2. Влияние ионов хлора на процесс коррозии алюминия
В две пробирки налейте по 2 – 3 мл 0,5 М CuSO4 и в каждую пробирку опустите по кусочку алюминиевой проволоки или стружки. Какие изменения произошли в пробирках? В одну из пробирок внесите немного кристаллов хлорида натрия. Что наблюдаете? Объясните влияние ионов хлора на процесс коррозии. Напишите реакции коррозии алюминия в растворе CuSO4. Назовите тип деполяризации и вид коррозии.
Опыт 3. Изучение защитных свойств металлических покрытий. Коррозия оцинкованного и луженого железа
Коррозия металла, защищенного покрытием, начинается при нарушении сплошности покрытия (например, при нанесении глубокой царапины); при этом в контакте с окружающей средой находятся оба металла; и защищаемый, и металл покрытия.
В две пробирки налейте по 4 – 5 мл 0,1 М раствора серной кислоты и по 0,5 мл K3[Fe(CN)6]. В одну из пробирок погрузите пластинку оцинкованного железа, в другую – пластинку луженого железа. В какой пробирке появляется синие окрашивание? Напишите уравнения реакций коррозии оцинкованного и луженого железа.
Опыт 4. Ингибиторная защита металла от коррозии в кислой среде
На два часовых стекла поместите по грануле цинка и по несколько капель HCl, разбавленной 1 : 1. Когда начнется интенсивная реакция, на одно стекло добавьте несколько кристалликов уротропина. Запишите уравнение реакции цинка с кислотой. В выводе объясните суть ингибиторной защиты металлов от коррозии.
Лабораторная работа № 9
Общие свойства металлов
Цель работы: изучить химические свойства металлов – важнейших конструкционных материалов. Оценить химическую устойчивость металлов в различных агрессивных средах.
Контрольные вопросы и задания:
1. Почему все металлы обладают восстановительными свойствами?
2. Какие свойства проявляют катионы металлов при взаимодействии с металлами?
3. Охарактеризовать окислительные свойства катионов водорода (Н+) нейтрального, щелочного и кислого растворов по отношению к металлам.
4. Объяснить действие разбавленной и концентрированной серной кислоты на металлы.
5. Определить степень окисления иона-комплексообразователя в следующих комплексных соединениях: K3[Ag(S2O3)2], Al[Au(CN)2I2]3.
6. Привести примеры устойчивого и малоустойчивого комплексов. Какая количественная характеристика необходима?
Экспериментальная часть