ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ. Пример 1. Определить, возможно ли окисление палладия в воздухе и кислороде при 850 С, если давление диссоциации его оксида при этой температуре (РО2)равн.=
Пример 1. Определить, возможно ли окисление палладия в воздухе и кислороде при 850 С, если давление диссоциации его оксида при этой температуре (РО2)равн.= 500 мм.рт.ст. Решение: Давление диссоциации оксида палладия по реакции РdO(т)= Pd(т) + 1/2 O2(г) (РО2)равн.= 500760. = 0, 658 атм. Следовательно, процесс окисления Pd в воздухе при этой температуре невозможен, т.к. (РО2)равн.= 0, 658 атм. > (РО2)возд.= 0, 21 атм. К такому же результату приводит и расчет изменеения изобарного потенциала для этой реакции по уравнению: Gт= Gт+ RT ln (1/РО20, 5).= 1140 кал/моль; т.е. Gт> 0 В кислороде этот процесс возможен, т.к. (РО2)равн.< РО2= 1атм.
Пример 2. Оценить коррозионную стойкость цинка на воздухе при температуре 400С. Образец цинка с поверхностью, равной 30 см2, до испытаний имел массу 21, 4261 г. После 180-часового окисления на воздухе при температуре 400С его масса возросла до 21, 4279 г. Плотность цинка принять равной 7, 14 г/см3. Решение: Находим положительный массовый показатель коррозии: Кm+ = (m2- m1)/S = (21, 4279 - 21, 4261)/0, 0030 180= 0, 0033 г/м2час. Так как при окислении на воздухе Zn образует окисел ZnO, отрицательный массовый показатель коррозии находим по уравнению: Km-= Km+ AZn/AO= 0, 0033 65, 28/16, 00 = 0, 01362 г/м2час. Тогда глубинный показатель коррозии: П = Km-/Zn 8, 76 = 0, 01362 /7, 14 8, 76 = 0, 0167 мм/год. Это по десятибалльной шкале коррозионной стойкости соответствует стойким металлам (балл 4).
Пример 3. Найти обратимый потенциал водородного электрода в нейтральном 1 M растворе NaCl при 25C и Р(H2)= 1 атм. Решение: В нейтральном растворе pH = - lgaH+ = 7, 0. Подставляем это значение в уравнение потенциала водородного электрода, учитывая, что Р(H2)= 1 атм.: = RT/F 2, 303 lgaH+ = - 0, 0591 7, 0 = - 0, 414 В.
Пример 4. Определить, возможна ли коррозия железа в воде при pH=7.0 и 25C за счёт водородной деполяризации. В этих условиях произведение растворимости Fe(OH)2равно 1, 65 10-15, а для воды Кв = 1, 008 10-14. Решение: Сопоставим обратимые потенциалы железа и водородного электрода при данных условиях. Активность образующихся при растворении железа ионов Fe2+в воде: aFe2+= L Fe(OH)2/(aOH-)2= 1, 65 10-15/1, 008 10-14= 0, 164. Тогда обратимый потенциал железа: (Fe)= (Fe)+ RT/2F 2, 303 lgaFe2+ = - 0, 44 + 0, 0591/2 lg0, 164 = - 0, 463 В. Потенциал катодного процесса водородной деполяризации, т.е. обратимый потенциал водородного электрода, в рассматриваемых условиях равен: (H)= RT/F 2, 303 lg(aH+/(PH2)0, 5), причём lgaH+ = -pH = -7, 0, а PH2= 5 10-7атм, т.к. воздух содержит по объёму 5 10-7% водорода. Тогда получаем: ___ ______ (H)= 0, 0591 (lgaH+ - lgРH2) = 0, 0591 (-7 - lg5 10-7) = -0, 228 В. Так как (Fe)= -0, 463 < = -0, 228, то коррозия железа с водородной деполяризацией в рассматриваемых условиях термодинамически возможна.
Пример 5.. Рассчитать концентрационную поляризацию анода при электролизе 0, 1 M водного раствора AgNO3с серебряным анодом при t = 18C и i к= i а= 1 мА/см2, если известно, что в рассматриваемых условиях коэффициент активности ионов серебра = 0, 731, эквивалентная электропроводность иона серебра = 44 Ом-1см2, а число переноса аниона NO3-n-= (1 - n+) = 0, 526. Эффективную толщину диффузионного слоя принимаем равной 0, 075 см. Решение: Рассчитываем концентрационную поляризацию анода по уравнению: а= RT/nF 2, 303 lg(1 + i а/ i d) Предельная катодная плотность тока i d= kd n F/(1 - n+)., а коэффициент диффузии разряжающихся на катоде ионов серебра kd= RT/nF2. Активность ионов серебра: aAg+ = m/1000 = 0, 1 0, 731/1000 = 7, 31 10-5. Тогда предельная плотность катодного тока i d= 44 8, 313 291 7, 31 10-5/ 96500 0, 075 0, 526= = 0, 002 А/см2= 2 мА/см2. Рассчитываем концентрационную поляризацию анода: а= 0, 0577 lg(1 + 1/2) = 0, 0102 В = 10, 2 мВ.
Пример 6. Рассчитать объёмный, массовый и токовый показатели коррозии магния в 0, 5N растворе NaCl. Размеры образца 20х20х0, 5мм, полное погружение, t = 25C, Р = 760 мм.рт.ст. За 100 часов испытаний выделилось 330, 1см3водорода. Упругость водяного пара в рассматриваемых условиях p(H2O)= 23, 8 мм.рт.ст. Решение: Полная поверхность образца: S = (2 2) 2 + (0, 05 2) 4 = 8, 4см2. Приближённая величина объёмногo показателя коррозии (без приведения объёма выделившегося водорода к нормальным условиям): Kоб.H2= V/S = 330, 1/8, 4 100 = 0, 393см3/см2ч. Учтём поправки на температуру и давление (T = 273+25 = 298 K): Kоб.H2= V 273 (P - p(H2O))/S T 760 = = 330, 1 273 (760 - 23, 8)/8, 4 100 298 760= 0, 349см3/см2ч. Рассчитываем массовый показатель коррозии по уравнению: Km-= Kоб.H2 A(Mg)/n 0, 8917 Атомная масса магния A(Mg)= 24, 32, заряд ионов Mg n=2, тогда Km-= 0, 349 24, 32 0, 8917/2 = 3, 784 г/м2ч. Токовый показатель коррозии рассчитываем по уравнению: i = Kоб.H2 2, 3896 10-3= 8, 34 10-4А/см2= 0, 834 мА/см2.
Пример 7. Дать на основании данных таблицы 5.1. характеристику склонности к межкристаллитной коррозии образцов стали при кипечении в 65 % HNO3. Таблица 5.1.
Решение: Рассчитаем отношение глубинных показателей коррозии для всех образцов: 1) П1/ П2= 0, 274 / 0, 290 1, 0 2) П1/ П2= 1, 280 / 0, 744 = 1, 7 3) П1/ П2= 6, 310 / 1, 673= 3, 8 4) П1/ П2= 17, 680 / 1, 853= 9, 5 Полученные результаты указывают на то, что образец 1 не склонен к МКК, образец 2 склонен к МКК, а образцы 3 и 4 весьма склонны к МКК.
Пример 8. Изменение массы образца стали за 5 часов травления в 15 % растворе HCI составило m0= 0, 15 г/м2. При добавлении в тот же раствор 0, 5 % замедлителя " Уникол" изменение массы идет во времени по линейному закону и за 50 часов составило m1= 0, 10 г/м2. Рассчитайте защитное действие ингибитора за время травления 5часов. Решение: Так как в присутствии замедлителя растворение идет по линейному закону, то за 5 часов изменение массы составит: m = m1 5 / 50= 0, 01 г/м2. Тогда защитное действие ингибитора: Z = (К0- К)/К0100 = (m0- m)/ m0 100 = (0, 15 - 0, 01)/0, 15 100 = 93 %
Пример 9. Определить выход по току при цинковании стальной пластинки размером 100 250 1 мм. Плотность тока i к= 1 А/дм2, в течении 30 мин. выделилось 2, 87 г. цинка. Решение: Рассчитаем выход по току по формуле: = g 26, 8 / I (A/n) где А = 65, 38 (атомная масса Zn), n=2 (валентность Zn). Учитывая, что I = i к S = 0, 01 [(25 10 2) + (25 2 + 10 2) 0, 1] = = 507 см2 0, 01 А/см2 = 5, 07 А, получаем: = 2, 87 26, 8 / 5, 07 0, 5 (65, 38/2) = 0, 928 или = 92, 8 %.
Пример 10. Вычислить масссовый процент Cr в сплаве Fe-Cr, соответствующем 6-ой границе устойчивости, т.е. содержащем 6/8 атомных долей Cr. Решение: Атомная масса железа равен 55, 85, а хрома 52, 01. Воспользуемся системой уравнений: х + у = 100 х / а + у / b = (8 - n) / 8 n / 8 = (8 - n) / n, где в нашем случае: n = 6, a = 55, 85, b = 52, 01, тогда (100 - у) / 55, 85 у / 52, 01 = (8 - 6) / 6.= 1/3, откуда у = 73, 6, т.е. в сплаве содержится 73, 6 % Cr.
Пример 11. Рассчитать катодную защиту стальной водонапорной трубы диаметром d = 500 мм и длиной L = 30 м. Удельное электрическое сопротивление воды принять равным = 20 Омм, минимальную защитную плотность тока i = 140 mА/м2. В качестве анода взять круглый алюминиевый стержень, расположенный в центре трубы по всей её длине. Среднюю массу металла, уносимого током силой 1 А в течении 1 года для алюминия принять равной g i = 2, 9 кг/А год. Плотность алюминия = 2700 кг/м3. Коэффициент запаса принять равным k = 1, 5. Работу анода рассчитать на 5 лет. Решение: Площадь поверхности водонапорной трубы: S = d l = 3, 14 0, 5 30 = 47, 2 м. Для защиты этой поверхности требуется ток: I з= i к S = 140 47, 2 = 6608 mА = 6, 608 А. Требуемая масса металла анода: g = k g i I = 1, 5 2, 9 5 6, 608 = 143, 8 кг. Диаметр заготовки анода: _____________ _________________________ dа= 2 g/(L) = 2 143, 8/(3, 14 30 2700) = 0, 048 м = 50 мм. Сопротивление растеканию анода: Rа= [ / (2 L) ] ln(4L/d)= = 20 2, 303 / (2 3, 14 30) ln(4 30/0, 05) = 0, 23 Ом. Сопротивление среды: R= l / (2 d h), где l - среднее расстояние между анодом и защищаемой поверхностью; d- средний диаметр общего сечения среды вокруг анода, в нашем случае d= (d+dа)/2 = (0, 500 + 0, 050)/2 = 0, 275 м; h = l - высота сечения среды вокруг анода. Т.е. R= 20 0, 0225 / (2 3, 14 0, 275 30) = 0, 085 Ом. Тогда общее сопротивление защиты: Rобщ.= Rа+ R= 0, 23 + 0, 085 = 0, 315 Ом. Требуемое напряжение источника тока: Eист.= I з Rобщ.= 6, 608 0, 315 = 2, 082 В. Мощность установки: W = Eист. I з = 2, 082 6, 608 = 13, 758 Вт.
|
