Опыт 1. Электролиз раствора иодида калия

В U-образную трубку налейте приблизительно до половины раствора иодида калия, прибавьте 2-3 капли раствора фенолфталеина. Вставьте в оба колена трубки угольные электроды и подключите прибор к источнику постоянного электрического тока. Наблюдайте окрашивание раствора у катода и анода. Составьте схему электролиза водного раствора иодида калия. Какова реакция раствора у катода и анода.

Опыт 2. Электролиз раствора сульфата натрия

В U-образную трубку налейте раствор сульфата натрия, добавьте несколько капель раствора лакмуса. Включите ток и наблюдайте изменение (через 1-2 мин.) окраски раствора у электродов. Составьте схему электролиза водного раствора сульфата натрия. Какова реакция растворов у катода и анода?

Опыт 3. Электролиз раствора сульфата меди

Налейте в U-образную трубку раствор сульфата меди. Пользуясь угольными электродами, пропускайте ток в течение 4-5 мин. Что выделяется на электродах? Составьте схему электролиза водного раствора сульфата меди.

Опыт 4. Электролиз с растворимым анодом

Присоедините электрод с отложившейся в предыдущем опыте медью к положительному полюсу источника тока, а другой электрод - к отрицательному полюсу, пропускайте электрический ток. Наблюдайте растворение меди с анода. Составьте схему электролиза раствора сульфата меди с медным анодом.

Лабораторная работа 11

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

Коррозией называется самопроизвольное разрушение металлов под воздействием окружающей среды. Коррозия представляет собой окислительно-восстановительный гетерогенный процесс, происходящий на поверхности раздела фаз. По механизму протекания коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химической коррозией называется окисление металла, не сопровождающееся возникновением электрического тока в системе. Такой механизм наблюдается при взаимодействии металлов с агрессивными газами при высокой температуре (газовая коррозия) и с органическими жидкими неэлектролитами (коррозия в неэлектролитах).

Электрохимической коррозией называется разрушение металла в среде электролита, сопровождающееся возникновением внутри системы электрического тока. Электрохимическая коррозия протекает по механизму действия гальванического элемента. На поверхности металла одновременно протекают два процесса:

анодный – окисление металла:

М – nе → Mⁿ⁺ ,

катодный – восстановление окислителя:

Ox + ne → Red.

Наиболее распространенными окислителями при электрохимической коррозии являются молекулы O₂ воздуха и ионы H⁺ электролита. Восстановление на катоде молекул и ионов протекает по уравнениям:

O₂ + 2H₂O + 4e = 4OH^‾ - в щелочной или нейтральной среде,

2H⁺ + 2e = H₂ - в кислой среде.

 Металлы, применяемые в технике, содержат примеси других металлов, поэтому при соприкосновении с раствором электролита на их поверхности образуется большое количество непрерывно действующих микрогальванических элементов. Разрушается более активный металл. Например, при контакте железа с медью в растворе электролита - соляной кислоты - возникает гальванический элемент

(анод) Fe | HCl | Cu (катод)

и происходит электрохимическая коррозия.

На аноде происходит процесс окисления: Fe - 2e = Fe²⁺

На катоде - процесс восстановления:       2H⁺ + 2e = H₂

В результате железо разрушается в месте контакта, а на меди выделяется водород.

При контакте железа с медью во влажном воздухе образуется гальванический элемент

Fe | H₂O,О₂ | Cu

и процесс коррозии выражается уравнениями:

на аноде: Fe - 2e = Fe²⁺

              2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂

Под влиянием кислорода воздуха гидроксид железа (II) окисляется по уравнению: 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃

Методы защиты металлов от коррозии весьма разнообразны. Важнейшими являются защитные покрытия металлов, легирование металлов, изменение свойств коррозионной среды, электрохимическая защита. Защитные покрытия изолируют металл от внешней среды и могут быть неметаллическими (лаки, краски, эмали) и металлическими. Различают катодные и анодные металлические покрытия. Покрытие защищаемого металла менее активным металлом называется катодным, например, луженое железо. Покрытие защищаемого металла более активным называется анодным, например, оцинкованное железо. В случае нарушения целостности покрытий и наличия раствора электролита разрушается более активный металл. Так, в случае хромированного железа будет разрушаться хром:

   Cr | HCl | Fe 

на аноде: Cr - 3e = Cr³⁺

на катоде: 2H⁺ + 2e = H₂

В случае никелированного железа разрушается железо:

               Fe | HCl | Ni 

на аноде: Fe - 2e = Fe²⁺ 

на катоде:   2H⁺ + 2e = H₂ 

Выполнение работы

Опыт 1. Влияние образования гальванической пары на процесс

 растворения металла в кислоте

В пробирку налейте раствор разбавленной соляной кислоты и бросьте в него кусочек цинка. Напишите уравнение реакции. В этот раствор поместите медную проволоку, не дотрагиваясь до кусочка цинка. Выделение водорода на меди не происходит (почему?). Введите медную проволоку глубже, до соприкосновения с цинком. На поверхности меди появляются пузырьки водорода. Объясните процессы, происходящие в пробирке. Какая гальваническая пара образуется? Что является анодом, что - катодом? Какие процессы происходят на электродах? Напишите уравнения реакций.

Опыт 2. Роль защитной пленки в ослаблении коррозии

Тщательно очистите кусочек алюминия от оксидной пленки и опустите в раствор нитрата ртути. Напишите уравнение реакции. Алюминий как более активный металл вытесняет ртуть и образует с ней амальгаму (сплав алюминия с ртутью), препятствующую возникновению защитной пленки на поверхности алюминия.

Амальгамированный алюминий промойте водой и оставьте на воздухе. Через некоторое время наблюдайте образование продукта коррозии - рыхлых хлопьев гидроксида алюминия. Составьте схему гальванопары и напишите уравнения анодного и катодного процессов.