Основные методы защиты металлов от коррозии

Полностью предотвратить процессы коррозии металлов невозможно, однако существует ряд способов их защиты. Одним из основных является нанесение защитных покрытий, которые делятся на неметаллические неорганические (оксидные, фосфатные, хроматные), неметаллические органические (лакокрасочные и полимерные) и металлические. Неметаллические покрытия защищают металлы от коррозии, изолируя их от контакта с внешней средой. Металлические покрытия по характеру защитного действия делятся на анодные и катодные.

Анодным называется покрытие, стандартный потенциал которого меньше, чем у защищаемого металла. При нарушении слоя анодного покрытия возникают коррозионные гальванические элементы, в которых металл покрытия играет роль анода и разрушается, а на защищаемом металле – катоде восстанавливается окислитель. Например, покрытие железа цинком (оцинкованное железо).

Катодным называется покрытие, стандартный потенциал которого больше, чем у защищаемого металла. При нарушении катодного покрытия образуется ГЭ, в котором металлическое покрытие будет катодом, а защищаемый металл – анодом. При разрушении слоя катодного покрытия разрушается изделие. Например, покрытие железа оловом (белая жесть).

 

Вопросы для самоконтроля

1. Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот. Почему? Однако, если к медной пластинке, опущенной в кислоту, прикоснуться цинковой, то на меди начинается бурное выделение водорода. Объясните это явление, составив уравнения анодного и катодного процессов.

2. Почему в железной бочке можно хранить концентрированную и нельзя хранить разбавленную серную кислоту? Почему никель устойчив в щелочных растворах?

3. К какому типу покрытий относится олово на стали и на меди? Какие процессы будут протекать при атмосферной коррозии луженых стали и меди в кислой среде? Напишите уравнения катодных и анодных процессов.

4. Приведите примеры катодных и анодных покрытий для кобальта. Составьте уравнения катодных и анодных процессов во влажном воздухе и в растворе соляной кислоты при нарушении целостности покрытия.

5. В чем заключается сущность протекторной защиты металлов от коррозии? Приведите пример протекторной защиты железа в электролите с кислой средой. Составьте уравнения анодного и катодного процессов.

6. Напишите уравнения электродных реакций, протекающих при катодной защите стальных труб.

 

Задачи

 

1. Вычислите потенциал никелевого электрода, погруженного в 200 мл раствора, содержащего 0, 12 г нитрата никеля. φ ⁰ _Ni²⁺_/Ni = - 0, 23 B.

2. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из стандартных цинкового и серебряного электродов, если φ ⁰_Zn²⁺_/Zn = - 0, 763 B, а φ ⁰_Ag⁺_/Ag = 0, 799 B. Напишите схему гальванического элемента и реакции на электродах.

3. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из стандартных водородного и цинкового электродов. Составьте схему гальванического элемента и уравнения реакций, протекающих на электродах, если известно, что φ ⁰ _Zn²⁺_/Zn = − 0, 763 B.

4. Составьте схему свинцово-цинкового гальванического элемента, напишите реакции на электродах, рассчитайте ЭДС, если φ ⁰_Zn²⁺_/Zn = - 0, 763B, φ ⁰ _Pb²⁺_/Pb = - 0, 126B, а концентрации [Рb²⁺] = 0, 01 моль/л; [Zn²⁺] = 0, 05 моль/л.

5. Вычислите потенциал свинцового электрода, погруженного в 200 мл раствора, содержащего 0, 1 г Рb(NO₃)₂ (φ ⁰ _Pb²⁺_/Pb = - 0, 126 B).

6. Составьте схему гальванического элемента, при работе которого протекает реакция Ni + Рb(NО₃)₂ = Ni(NO₃)₂ + Рb. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах, рассчитайте ЭДС, если [Ni²⁺] = 0, 01 моль/л; [Рb²⁺] = 0, 01 моль/л (φ ⁰ _Pb²⁺_/Pb = - 0, 126 B, φ ⁰ _Ni²⁺_/Ni =

= - 0, 23 B).

7. Рассчитайте электродвижущую силу Fе-Рb гальванического элемента, если концентрации Fе(NО₃)₂ и Рb(NО₃)₂ равны 0, 1 M.

8. Имеется Ni-Со гальванический элемент, концентрация электролита Со²⁺ равна 1 M. Рассчитайте концентрацию Ni²⁺ в условиях, когда потенциал никеля равен нормальному электродному потенциалу кобальта (φ ⁰ _Co²⁺_/Co =-0, 276B, φ ⁰ _Ni²⁺_/Ni =-0, 23B).

9. Электродвижущая сила Сu-Zn гальванического элемента равна 1, 04 В. Рассчитайте концентрацию ионов меди в медном электролите. Концентрация цинкового электролита 0, 1 M. φ ⁰_Zn²⁺_/Zn = - 0, 763B, φ ⁰ _Cu²⁺_/Cu = 0, 34 B.

10. Рассчитайте потенциал никелевого электрода, погруженного в 400 мл раствора, содержащего 0, 24 г нитрата никеля; (φ ⁰ _Ni²⁺_/Ni = - 0, 23 B).

11. Рассчитайте концентрацию раствора Ni(NO₃)₂, если ЭДС Ni-Со гальванического элемента равна 0. Концентрация Со(NО₃)₂ составляет 0, 1 M (φ ⁰ _Ni²⁺_/Ni = - 0, 23 B, φ ⁰ _Co²⁺_/Co = -0, 276 B).

12. При работе гальванического элемента на электродах протекают процессы: Zn⁰ - 2e → Zn²⁺; Рb²⁺ + 2e → Рb⁰. Составьте схему гальванического элемента и рассчитайте ЭДС, если [Zn²⁺] = 0, 05 М, а [Рb²⁺] = 0, 01 М (φ ⁰ _Zn²⁺_/Zn = − 0, 763 B, φ ⁰ _Pb²⁺_/Pb =− 0, 126 B).

13. Вычислите потенциал свинцового электрода, погруженного в 200 мл раствора, содержащего 0, 1 г Рb(NО₃)₂, (φ ⁰ _Pb²⁺_/Pb = - 0, 126 B).

14. Вычислите потенциал алюминиевого электрода, погруженного в 120 мл раствора, содержащего 0, 1 г А1С1₃; (φ ⁰ _Al³⁺_/Al = - 1, 66 B).

15. Составьте схему гальванического элемента, при работе которого протекают процессы Сu⁰ − 2e → Сu²⁺; Аg⁺ + e → Аg. Рассчитайте ЭДС этого элемента, если [Сu²⁺] = [Аg⁺] = 0, 001 моль/л.

16. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из стандартных водородного и медного электродов, если [СuSО₄] = 0, 001 М. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах.

17. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах гальванического элемента: Рb|0, 001М Рb(NO₃)₂||1М Рb(NO₃)₂|РЬ; φ ⁰_Pb²⁺_/Pb = – 0, 126 B. Рассчитайте ЭДС.

18. Вычислите потенциал цинкового электрода, погруженного в 150 мл раствора, содержащего 0, 2 г ZnSО₄. (φ ⁰ _Zn²⁺_/Zn =-0, 763 B).

19. Вычислите ЭДС медно-таллиевого гальванического элемента в стандартных условиях, если φ ⁰ _Tl⁺_/Tl =
= - 0, 005 B, φ ⁰ _Cu²⁺_/Cu = 0, 34 B.

20. Вычислите ЭДС гальванического элемента, образованного никелевым электродом, погруженным в 0, 05М раствор NiSО₄, и медным электродом, погруженным в 0, 02М раствор СuSО₄ (φ ⁰ _Cu²⁺_/Cu = 0, 34 B, φ ⁰_Ni²⁺_/Ni = − 0, 23 B).

21. Вычислите потенциал магниевого электрода, погруженного в 150 мл раствора, содержащего 0, 16 г МgSO₄; φ ⁰ _Mg²⁺_/Mg = − 2, 38 B.

22. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых кадмий является анодом, а в другом - катодом. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах.

23. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из кадмиевого и серебряного электродов, если [Сd⁺²] = [Аg⁺] = 0, 001М. Напишите уравнения процессов, протекающих на электродах.

24. Что является восстановителем, а что окислителем в гальваническом элементе, состоящем из меди, погруженной в раствор СuSО₄, и серебра, погруженного в раствор АgNO₃. Составьте схему этого элемента, уравнения процессов, протекающих на электродах. Рассчитайте ЭДС этого элемента, если [Сu²⁺] = [Аg⁺] = 1 M (φ ⁰ _Cu²⁺_/Cu = = 0, 34B, φ ⁰ _Ag⁺_/Ag = 0, 80 B).

25. Вычислите ЭДС магний-никелевого гальванического элемента, если [Мg²⁺] = [Ni²⁺] =1 M. Напишите уравнения процессов, протекающих на электродах. Изменится ли величина ЭДС, если [Мg²⁺] и [Ni²⁺] понизить до 0, 01 M. Ответ мотивируйте.

26. Составьте уравнения процессов, протекающих на электродах цинк-кадмиевого гальванического элемента, [Zn²⁺]=[Сd²⁺] = 0, 01 M (φ ⁰_Zn²⁺_/Zn = − 0, 763 B, φ ⁰ _Cd²⁺_/Cd =
= − 0, 40 B).

27. Вычислите ЭДС гальванического элемента, составленного из никелевого электрода, погруженного в раствор NiSО₄, в котором [Ni²⁺] = 0, 01 M, и серебряного, погруженного в раствор электролита с концентрацией
[Аg⁺] =2 M; (φ ⁰ _Ni²⁺_/Ni = − 0, 23 B, φ ⁰ _Ag⁺_/Ag = +0, 80 B).

28. Вычислите ЭДС кадмий-ртутного гальванического элемента, если [Сd²⁺] = 1 M; [Нg²⁺] = 0, 01 M;
(φ ⁰ _Hg²⁺_/Hg = +0, 85 B, φ ⁰ _Cd²⁺_/Cd = − 0, 40 B).

29. Вычислите электродный потенциал меди, погруженной в раствор СuSО₄ с концентрацией [Сu²⁺]= 0, 01M; (φ ⁰ _Cu²⁺_/Cu = 0, 34 B).

30. Вычислите ЭДС гальванического элемента, в котором [Zn²⁺] = 1 M; [Ni²⁺] = 0, 1 M; (φ ⁰ _Ni²⁺_/Ni = − 0, 23 B,
φ ⁰ _Zn²⁺_/Zn = − 0, 763 B).

31. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, составленного из железной и свинцовой пластинок, опущенных в 0, 1 M растворы их азотнокислых солей. Напишите уравнения процессов, протекающих на электродах.
(φ ⁰ _Fe²⁺_/Fe = − 0, 44 B, φ ⁰ _Pb²⁺_/Pb = − 0, 13 B).

32. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебряного и кобальтового электродов, если [Аg⁺] = 0, 1 M, а [Со²⁺] = 0, 001 M (φ ⁰_Co²⁺_/Co = − 0, 277 B, φ ⁰ _Ag⁺_/Ag = 0, 80 B).