МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра физической химии ОТЧЕТ по лабораторной работе №3 по дисциплине «Химия» Тема: Коррозия и защита металлов Студент гр. 3232 Шутов Н.А. Преподаватель Васильев Б.В. Санкт-Петербург 2024 2 Цель работы: изучение влияния некоторых факторов на протекание процессов химической и электрохимической коррозии и методов защиты металлов от коррозии. Основные теоретические положения Коррозия это – процесс самопроизвольного разрушения металлов или металлических сплавов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с агрессивной окружающей средой. Химическая коррозия – металлы разрушаются вследствие протекания гетерогенных химических реакций: это или взаимодействие с агрессивными газами при высоких температурах, исключающих конденсацию влаги на поверхности металла, или растворение металла в органических средах, не проводящих ток. Электрохимическая коррозия – протекает в проводящих ток средах. Металл (или участок металла) с более отрицательным электродным потенциалом выступает в качестве анода. На аноде протекает процесс окисления металла, который можно записать: Me0 – nē Men+ Менее активный металл (участок металла) является катодом. На катоде протекает процесс восстановления. Катодные процессы протекают с участием молекул и ионов среды, и отличаются в зависимости от среды, в которой протекает коррозия: в кислой среде, с водородной деполяризацией: А: Fe – 2e → Fe2+ - окисление К: 2H+ + 2e → H2↑ - восстановление в нейтральной и щелочной среде, с кислородной деполяризацией, т.е. роль деполяризатора выполняет кислород, растворенный в воде: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- 3 в нейтральной и щелочной среде с участием растворенного кислорода: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O Основные методы защиты от коррозии: 1. Нанесение защитных покрытий. Они подразделяются на металлические, неметаллические и электрохимической покрытия – образованные обработки обладают в результате металла. низкой химической Например, газо- и или лакокрасочные паропроницательностью, водооталкивающими свойствами, поэтому они препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода, и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. 2. Электрохимическая защита – катодная и протекторная. Основана на наложении отрицательного потенциала на защищаемый объект. В таком случае на поверхности объекта протекает только катодный процесс, а анодный, который обуславливает коррозию, происходит только на вспомогательных анодах – т.н. «жертвенных». Такую защиту применяют, например, для сохранения днища металлических судов. 3. Обработка коррозионной среды – за счет деаэрации (удаление из среды растворенных газов) или добавления ингибиторов (веществ, замедляющих коррозию). Например, для обработки среды, вызывающей газовую коррозию металла, необходимо создать атмосферу, исключающую термодинамическую возможность протекания химической реакции взаимодействия металла с компонентами газовой среды. Для стальных изделий защитной атмосферой является атмосфера, не вызывающая окисления, наводороживания обезуглероживания, поверхности стали. Состав науглероживания, атмосферы может способствовать облегчению образования на металлах защитных пленок. В настоящее время для создания защитных атмосфер в промышленности применяют газовые смеси четырех типов. 4 Обработка результатов Опыт 14.2. Коррозия двух контактирующих металлов 14.2.1 Записать уравнения возможных реакций, полуреакции окисления и восстановления. Объяснить, почему реакция цинка с кислотой протекает, а с медью – нет. Zn Cu Наблюдение: Протекает реакция: __________________________________________________ Окисление: _______________________ Восстановление: __________________ Объяснение: Не протекает реакция: __________________________________________________ Объяснение: 14.2.2 Записать уравнения возможных реакций при контакте пластин цинка и меди, указать какой металл является анодом, а какой катодом, расписать анодный и катодный процессы. Объяснить, почему выделение водорода наблюдается и на медной пластине, а также, почему процесс выделения водорода интенсифицируется. Наблюдение: Zn Cu Протекает реакция: __________________________________________________ А(Zn): ___________________________ К(Cu): ___________________________ Объяснение: 5 Опыт 14.3. Влияние механических напряжений в металле на его коррозию. Записать катодный и анодный процессы, отметить на каком участке проволоки какой процесс протекает (подтвердить качественной реакцией на ионы Fe2+ и ионы OH). Объяснить, почему процесс окисления железа активнее протекает на деформированных участках. Наблюдения: 1 – на изогнутых участках – 2 – на прямых участках – Раствор: H 2O NaCl K3[Fe(CN)6] фенолфталеин 1 2 Процессы коррозии: А(__): К(__): Качественные реакции: Объяснение: Опыт 14.4. Влияние неравномерной аэрации на процесс коррозии Записать катодный и анодный процессы, отметить на каком участке пластины какой процесс протекает (подтвердить качественной реакцией на ионы Fe2+ и ионы OH). Объяснить, почему процесс окисления железа протекает на погруженном в раствор участке, а процесс восстановления у поверхности. Раствор: H2O 2 NaCl K3[Fe(CN)6] фенолфталеин 1 Наблюдения: 1 – на погруженном участке 2 – у поверхности Процессы коррозии: А(__): К(__): Качественные реакции: Объяснение: 6 Опыт 14.5. Действие стимулятора коррозии Записать уравнения химических реакций, полуреакции окисления и восстановления. Объяснить, почему вытеснение меди из раствора CuCl2 протекает быстрее, чем из раствора CuSO4. Раствор: CuSO4 1 Раствор: CuCl2 2 Наблюдения: Реакции (в молекулярном, полном и сокращенном ионно-молекулярном виде): 1. В растворе CuSO4 Окисление: _______________________ Восстановление: __________________ 2. В растворе CuCl2 Окисление: _______________________ Восстановление: __________________ В (водном) растворе CuCl2 идет побочная реакция алюминия с водой с выделением водорода: Окисление: _______________________ Восстановление: __________________ Объяснение: 7 Опыт 14.6. Защитное действие оксидной пленки Записать уравнение образования жидкого сплава ртути и алюминия – амальгамы алюминия. Записать уравнение реакции алюминия с водой, полуреакции окисления и восстановления. Объяснить, почему реакция протекает только в месте образования амальгамы алюминия и не протекает на всей поверхности алюминиевой пластины. 1. Образование жидкого сплава ртути и алюминия – амальгамы алюминия: Наблюдения: Реакция: 1. 2. 2. Наблюдения: Реакция: окисление: восстановление: Объяснение: Опыт 14.8. Анодное и катодное покрытия Для каждой пластины указать какой металл является анодом, а какой катодом, расписать анодный и катодный процессы. Записать качественную реакцию на ионы Fe2+. Какое покрытие является катодным, какое – анодным? Какое покрытие продолжает защищать металл при нарушении целостности? 1. оценкованное железо Fe/Zn 2. луженое железо Fe/Sn Раствор: H2O NaCl K3[Fe(CN)6] Наблюдения: Появление синей окраски наблюдается на ??? пластине. Процессы коррозии: Оцинкованное железо: 1. А(Zn): К(Fe): Луженое железо: 2. А(Fe): 8 К(Sn): Качественная реакция: Объяснение: Опыт 14.9. Протекторная защита Для свинцовой пластины: запишите уравнение химической реакции, полуреакции окисления и восстановления; качественную реакцию на ионы Pb2+. Для пары пластин: запишите уравнение химической реакции, определите какой металл является анодом, а какой – катодом и напишите анодный и катодный процессы. Объясните суть протекторной защиты. 1. 2. Раствор: CH3COOH KI Наблюдения: 1. 2. Реакции и процессы коррозии: 1. _______________________________ окисление: восстановление: Качественная реакция: 2. _______________________________ А(__): К(__): Объяснение: 9 Выводы:
