Question

1) Какой металл является анодным (катодным) по отношению к покрываемому металлу? Составьте уравнения реакций, протекающих при атмосферной коррозии (во влажном воздухе). Pb покрыт Cu Pb покрыт Cо 2) Определите электродный потенциал электрода, в котором металлическая пластинка погружена в раствор собственной соли с заданной концентрацией катионов. Zn|Zn+2 0,001 М 3) Составьте схемы электролиза водного раствора заданного вещества а) с инертным анодом; б) с использованием активного анода. а) NaBr б) Fe

Answer 1

Ответ:

В электрохимии принято считать, что катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а анод — тот, где протекает процесс окисления. При работе электролизера (например, при рафинировании меди) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд) , здесь происходит восстановление металла, это катод. На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод.

В то же время при работе гальванического элемента (к примеру, медно-цинкового) , избыток электронов (и отрицательный заряд) на одном из электродов обеспечивается не внешним источником тока, а собственно реакцией окисления металла (растворения цинка) , то есть здесь отрицательным, если следовать приведённому определению, будет уже анод. Электроны, проходя через внешнюю цепь, расходуются на протекание реакции восстановления (меди) , то есть катодом будет являться положительный электрод. Так, на приведённой иллюстрации изображён обозначенный знаком «+» катод гальванического элемента, на котором происходит восстановление меди.

В соответствии с таким толкованием, для аккумулятора знак анода и катода меняется в зависимости от направления протекания тока.

В электротехнике катод — отрицательный электрод, ток течет от анода к катоду, электроны, соответственно, наоборот.

По механизму защиты различают анодные и катодные металлические покрытия. Металл анодных покрытий имеет электродный потенциал более отрицательный, чем потенциал защищаемого металла. В случае применения анодных покрытий не обязательно, чтобы оно было сплошным. При действии растворов электролитов в возникающим коррозионном элементе основной металл–покрытие основной металл является катодом и поэтому при достаточно большой площади покрытия не разрушается, а защищается электрохимически за счёт растворения металла покрытия. Примерами анодных покрытий являются покрытия железа цинком и кадмием. Анодные покрытия на железе, как правило, обладают сравнительно низкой стойкостью.

Катодные металлические покрытия, электродный потенциал которых более электроположителен, чем потенциал основного металла, могут служить надёжной защитой от коррозии только при условии отсутствия в них сквозных пор, трещин и других дефектов, так как они механически препятствуют проникновению агрессивной среды к основному металлу. Примерами катодных защитных покрытий являются покрытия железа медью, никелем, хромом и т. п.

Answer 2

1. При атмосферной коррозии во влажном воздухе анодным металлом будет тот металл, который более активен химически. То есть, он будет подвергаться окислительной реакции, а катодом будет менее активный металл, который будет подвергаться восстановительной реакции. В данном случае:

a) Pb покрыт Cu: Анодная реакция (окисление): Cu → Cu^2+ + 2e^- Катодная реакция (восстановление): Pb^2+ + 2e^- → Pb Общая реакция: Cu + Pb^2+ → Cu^2+ + Pb

b) Pb покрыт Co: Анодная реакция (окисление): Co → Co^2+ + 2e^- Катодная реакция (восстановление): Pb^2+ + 2e^- → Pb Общая реакция: Co + Pb^2+ → Co^2+ + Pb

2. Электродный потенциал электрода можно определить с использованием потенциальной шкалы стандартных электродов. Для электрода Zn|Zn^2+ 0,001 М, потенциал можно найти по формуле Нернста:

E = E° - (0.0592/n) * log([Zn^2+])

Где:

• E - электродный потенциал электрода
• E° - стандартный электродный потенциал для Zn|Zn^2+ полуячейки (по таблице стандартных потенциалов, для Zn это -0.76 В)
• n - количество электронов, участвующих в реакции (для реакции Zn → Zn^2+ + 2e^- это 2)
• [Zn^2+] - концентрация ионов Zn^2+ в растворе (в данном случае, 0,001 М)

Подставляем значения:

E = -0.76 - (0.0592/2) * log(0.001) E = -0.76 - (0.0296) * (-3) E = -0.76 + 0.0888 E ≈ -0.6712 В

Таким образом, электродный потенциал электрода Zn|Zn^2+ 0,001 М составляет приблизительно -0,6712 В.

3. Схемы электролиза водного раствора веществ:

а) NaBr с инертным анодом: На аноде (положительный электрод) происходит окисление ионов брома (Br^-), образуя молекулярный бром (Br2): 2Br^- → Br2 + 2e^-

На катоде (отрицательный электрод) происходит восстановление ионов натрия (Na^+), образуя металлический натрий (Na): 2Na^+ + 2e^- → 2Na

Общая реакция: 2NaBr → Br2 + 2Na

б) Fe с использованием активного анода: На аноде (положительный электрод) происходит окисление ионов гидроксидов (OH^-), образуя кислород (O2) и воду (H2O): 4OH^- → 2H2O + O2 + 4e^-

На катоде (отрицательный электрод) происходит восстановление ионов железа (Fe^2+), образуя металлическое железо (Fe): Fe^2+ + 2e^- → Fe

Общая реакция: 4OH^- + Fe^2+ → 2H2O + O2 + Fe