ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4 Тема: Кинетика

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4
Тема: Кинетика электрохимических процессов и электрохимическая коррозия
Общая цель: Вам необходимо овладеть учебной программой данного занятия и научиться
применять учебный материал в своей будущей профессии.
Сделайте записи в рабочей тетради по плану:

дата;

номер занятия;

тема занятия;

цель занятия;

основные вопросы темы.
Учебные вопросы занятия:
1. Электролиз. Катодные и анодные процессы.
2. Виды поляризации электродов.
3. Электрохимическая коррозия. Термодинамические и кинетические факторы в коррозии.
4. Способы защиты от коррозии.
5. Лабораторная работа.
Ваши действия при подготовке к занятию и отработке программы занятия
При подготовке к данному занятию
Повторите тему «Электрическая проводимость растворов электролитов. Электрохимические
процессы. ЭДС» рабочей учебной программы дисциплины «Физическая химия».
Это очень важно, так как этот материал является базовой основой для получения новых знаний
и на нем строится программа занятия.
Обратите внимание на:
1.
Электролиз. Законы Фарадея.
2.
Катодные и анодные процессы. Примеры электролиза расплавов и растворов солей.
3.
Характеристика скорости электрохимических процессов с помощью поляризационных
кривых.
4.
Виды поляризации электродов.
5.
Концентрационная поляризация; предельный ток.
6.
Практическое значение перенапряжения при выделении водорода. Анодное
перенапряжение, пассивирование металлов.
7.
Электрохимическая коррозия. Термодинамические и кинетические факторы в коррозии
(иллюстрация поляризационными кривыми).
8.
Способы защиты от коррозии.
При отработке 1-го учебного вопроса обратите внимание на: схему процесса электролиза и
гальванического элемента (Особенности и отличия).
9.
При отработке 2-го учебного вопроса обратите внимание на: виды поляризации
электродов. Уравнения процессов в различных средах. Практическое значение перенапряжения
при выделении водорода. Анодное перенапряжение, пассивирование металлов.
При отработке 3-го учебного вопроса обратите внимание на: термодинамические и
кинетические факторы в коррозии.
При отработке 4-го учебного вопроса обратите внимание на: способы защиты от коррозии.
Протекторная защита.
При отработке 5-го учебного вопроса обратите внимание на: порядок выполнения
лабораторной работы.
Лабораторная работа
ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ КОРРОЗИИ ОБЪЕМНЫМ МЕТОДОМ
Цель работы: Изучение влияния природы металла на скорость коррозии в кислой коррозионной
среде.
Оборудование. Материалы.
1. Весы аналитические ВЛК - 200;
2. Кислота соляная по ГОСТ 7518 - 75, С(НС1) = 2 моль/дм3;
3. Образцы металлов:
- железо, сталь; медь, латунь, бронза; цинк; алюминий.
4. Бюретка емкостью 100 см3;
5. Воронки стеклянные 0,9 см;
6. Стаканы химические емкостью 500 см3;
7. Наждачная бумага (крупнозернистая);
8. Бюксы диаметром 4,5 см;
9. Груша резиновая;
10. Линейка измерительная.
ХОД РАБОТЫ
1
Подготовка металлических образцов к работе
1.1 Получить два образца (чистого металла и его сплава по заданию преподавателя).
1.2 Тщательно зачистить поверхности каждого образца наждачной бумагой.
1.3 Измерить площадь поверхности каждого образца с помощью измерительной линейки.
Результаты занести в таблицу 1.
1.4 Зачищенные образцы взвесить на аналитических весах. Массу образцов занести в таблицу 1.
2. Подготовка водородного коррозиметра к работе
2.1 Поместить каждый исследуемый образец в бюкс диаметром 4,5 см.
2.2
Поместить бюкс с исследуемым образцом в химический стакан емкостью 500 см .
2.3 Накрыть бюкс с образцом стеклянной воронкой диаметром 9 см.
2.4 Надеть конец перевернутой бюретки на оттянутый конец воронки (до упора). Закрепить
бюретку в лапке штатива.
2.5 Соединить бюретку с атмосферой поворотом крана бюретки в положение 12 (рисунок 1).
2.6 Заполнить химический стакан раствором соляной кислоты С(НС1) = 2 моль/дм3, не доводя
объем раствора соляной кислоты до верхнего края стакана примерно на 1 см.
ВНИМАНИЕ! При заполнении стакана соляной кислотой следить за медленным (без скачков)
заполнением кислотой бюкса с исследуемым образцом!
2.7 Надеть резиновую грушу на стеклянный конец бюретки. С помощью груши поднять
уровень кислоты в бюретке примерно до деления 30 см3.
2.8 Повернуть кран бюретки в положение 11 (рисунок 1).
2.9 Отсоединить грушу от бюретки.
2.10 Медленным поворотом крана 9 (рисунок 1) установить уровень кислоты по нижнему
мениску на деление Vнач(НС1) = 20 см3. Закрыть кран поворотом в положение 11 (рисунок 1).
3. Измерение скорости коррозии
3.1 Измерить температуру окружающей среды. Результат занести в таблицу 1.
3.2 Зафиксировать время начала процесса коррозии и начальный уровень кислоты в бюретке Унач(НС1) = 20 см3.
Результат занести в таблицу 1.
3.3 Фиксировать изменение объема кислоты V1(HCl) в бюретке через каждые 10 минут, в
течение 60 минут. Результаты измерений занести в таблицу 1.
3.4 По окончании эксперимента соединить объем бюретки с атмосферой поворотом крана в
положение 12 (рисунок 1). При этом кислота из бюретки перетекает в химический стакан.
3.5 Бюретку освободить из лапки штатива, промыть водопроводной, а затем дистиллированной
водой. Чистую бюретку закрепить в лапке штатива.
10
12
Рисунок 1 - Схема водородного коррозиметра: 1 - образец; 2 - бюкс; 3 - воронка; 4 - бюретка;
5 - стакан; 6 - раствор соляной кислоты; 7 - шкала; 8 - зажим; 9 — кран; 10 - носик бюретки; 11
— положение крана «закрыто»; 12 — положение крана «открыто»
3.6 Вынуть воронку из стакана и поместить ее в склянку с соляной кислотой. Осторожно
перелить кислоту из химического стакана в склянку с соляной кислотой.
3.7 Достать исследуемый металлический образец из бюкса. Промыть его под струей
водопроводной воды. Тщательно высушить с помощью фильтровальной бумаги. Взвесить
массу сухого образца после коррозии на аналитических весах. Результат взвешивания занести в
таблицу 1. Тщательно промыть бюкс, воронку и химический стакан водопроводной, а затем
дистиллированной водой.
4. Обработка результатов
4.1 По результатам взвешивания металлических образцов рассчитать:
а) Показатель изменения массы – отношение прокорродировавшего металла к единице
поверхности и к единице времени:
m
Кm 
, г/(м2∙ч).
S 
б) Объемный показатель коррозии – отношение объема поглощенного или выделившегося в
процессе коррозии металла газа к единице поверхности и к единице времени:
V
КV 
, см3/(см2∙ч).
S 
4.4 Построить кинетические кривые коррозии исследуемых образцов металлов в соляной кислоте в
координатах: V0(H2) = f(τ).
5. Выводы
5.1 Сравнить коррозионную стойкость двух образцов в солянокислой среде по кинетическим
кривым коррозии.
5.2 Оценить
коррозионную
устойчивость
по десятибалльной шкале ГОСТ - 13819-68.
Таблща 1 — Экспериментальные данные
Показатели
Масса образца до коррозии m 0 ,
г
Образец №1
исследуемых
метолов
Образец №2
Масса образца после коррозии
mi, г
Линейные
размеры
образца, м
Длина
Ширина
Общая площадь поверхности S, м2
Температура окружающей среды
Т, К
Уровень кислоты в бюретке
нач
У (НС1)
V1(HCl) через 10 минут
V2(HC1) через 20 минут
V3(HC1) через 30 минут
V4(HC1) через 40 минут
V5(HC1) через 50 минут
Vкон(HC1) через 60 минут
Примеры решения задач.
Пример 1. Оценить коррозионную стойкость меди на воздухе при высокой температуре.
Медная пластина размером 50х60х3 мм после 15 суток окисления весила 80,705г. Плотность
меди 8,96г/см3.
Решение. Площадь поверхности пластины составляет:
S= 2∙ (50∙60) +2∙(50∙3)+2∙(60∙3)=6,66∙103мм2
Масса пластины до коррозии mн:
mн=V∙ρ=50∙60∙3∙8,96∙10−3=80,64г
Убыль массы пластины составляет:
Δm=m−mн=80,705-80,64=0,065г
Толщина слоя продукта коррозии после окисления в данных условиях:
m
0,065
h

 1,09  10 3 мм
S   6,66  103  8,96  10 3
Следовательно, глубинный показатель коррозии составляет:
h  365 1,09  103  365
КП 

 0,027 мм/год
15
15
По глубинному показателю и десятибалльной шкале коррозионной стойкости металлов (табл. 3
Приложения) скорость коррозии находится в пределах 0,01-0,05мм/год, что составляет 4 балла
и медь относится к стойким металлам.
Пример 2. При коррозии бериллиевой пластины весом 250г и поверхностью 98,4см2 на воздухе
прокорродировало 10% от массы бериллия в течение трех суток. Вычислите объемный
показатель коррозии при нормальных условиях, считая продуктом коррозии оксид бериллия.
Решение. Убыль массы бериллиевой пластины за счет коррозии (10%):
10  m 10  250

 25 г
100
100
Реакция окисления бериллия:
2Ве + О2
2ВеО
Составляется пропорция:
2моль Ве (2 ∙ 9г)--------1моль О2 (22,4 л)
25 г Ве
-------- Х л О2
25  22,4
VO2  X 
 31,11л
18
Объемный показатель коррозии составляет:
V
31,11  1000
КV  О2 
 4,4 см3/(см2∙ч).
S   98,4  3  24
m 
Задачи для самостоятельного решения
1. Оценить коррозионную стойкость меди на воздухе при высокой температуре. Медная
пластина размером 70х50х2 мм после 10 суток окисления весила 62, 82г. Плотность меди
8,96г/см3.
2. Оценить коррозионную стойкость железа на воздухе при высокой температуре. Железная
пластина размером 100х50х2,5 мм после 7 суток окисления весила 100,75г. Плотность
железа 7,874г/см3.
3. Оценить коррозионную стойкость олова на воздухе при высокой температуре. Оловянная
пластина размером 70х70х3мм после 22 суток окисления 110,112г. Плотность олова при
20оС составляет 7,29г/см3.
4. Цинковая пластина размером 30х70х4мм после 20 суток окисления весила 61,705г.
Плотность цинка 7,133г/см3. Рассчитайте массовый показатель коррозии пластины, затем
токовый и глубинный показатели.
5. Оценить коррозионную стойкость никеля на воздухе при высокой температуре. Никелевая
пластина размером 40х60х3мм после 11 суток окисления 64,96г. Плотность никеля
8,91г/см3.
6. При коррозии железной пластины весом 298г размером 90х140х3 мм на воздухе
прокорродировало 2% от массы железа в течение 15 суток. Вычислите объемный показатель
коррозии при нормальных условиях, считая продуктом коррозии оксид железа Fe2O3.
Рекомендуемая литература:
Список основной литературы:
1. Беляев, А. П. Физическая и коллоидная химия [Текст] : учеб. для студ. вузов / А. П. Беляев,
В. И. Кучук ; под ред. А. П. Беляева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2012. 752 с. : табл., ил.(20)
2.
Разделы физической химии. лабораторные работы и тесты: уч. по. – Ставрополь:
СтГМА, 2008.-120с.
3.
Кудряшева, Н. С. Физическая химия : [базовый курс] : учебник для бакалавров / Н.С.
Кудряшева, Л.Г. Бондарева ; Сиб. федер. ун-т. – Москва : Юрайт, 2012. – 340 с. : ил. ; 21. –
(Бакалавр). – Гриф: Доп. МО. – Библиогр.: с. 334-335.
4.
Горшков, В. И. Основы физической химии : учебник / В. И. Горшков, И. А. Кузнецов. –
3-е изд. – Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 407 с. : ил. – Предм. указ.: с. 395-402.
Дополнительная литература:
1.
Основы физической химии : теория и задачи : учеб. пособие для вузов / [Еремин В. В. и
др.] ; Мос.гос. ун-т им. М. В. Ломоносова. – М. : Издательство "Экзамен", 2005. – 478 с. : ил. –
(Классический Университетский Учебник). – Библиогр.: с. 468-470. – Предм. указ.: с. 471-478.
2.
Стромберг, А. Г. Физическая химия : учебник для вузов / А. Г. Стромберг, Д. П.
Семченко ; под ред. А. Г. Стромберга. – Изд. 4-е испр. – М. : Высшая школа, 2001. – 527 с. : ил.
– Библиогр.: с. 511-515.