Question

Где коррозия кобальта протекает быстрее: в растворе Nа2CО3 или MgCl2? Дать мотивированный ответ (уравнения реакций в молекулярном и ионно-молекулярном видах, электродные процессы с расчетом ЭДС и ∆G°, схема гальванического элемента).

Answer 1

Ответ:

Na2CO3 – карбонат натрия – соль слабой кислоты и сильного основания, в водном растворе частично гидролизуется по аниону слабой кислоты:

CO32- + H2O ↔ НCO3-  + OH-

В водном растворе накапливаются гидроксил-ионы, среда щелочная , рН>7

MgCl2, хлорид магния – соль сильной кислоты и слабого основания, в водном растворе частично гидролизуется по катиону слабого основания:

Mg2+ + H2O ↔ MgOH+ + H+

Объяснение:

Answer 2

Для определения, где коррозия кобальта протекает быстрее – в растворе Na2CO3 или MgCl2, нам нужно рассмотреть электрохимические процессы и рассчитать электродный потенциал (ЭДС) и изменение свободной энергии реакции (∆G°) для каждого случая.

1. Коррозия кобальта в растворе Na2CO3: В данном случае, коррозия кобальта будет происходить через реакцию с ионами углекислого натрия (Na2CO3), которые могут присутствовать в растворе в следующей форме:

Na2CO3 ↔ 2Na⁺ + CO3²⁻

Электродный процесс на аноде (окисление) будет выглядеть следующим образом:

Co → Co²⁺ + 2e⁻

Электродный процесс на катоде (восстановление) будет зависеть от наличия доступных ионов водорода или кислорода, но мы можем предположить, что кислород будет присутствовать:

O2 + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H2O

Теперь, мы можем рассчитать ЭДС гальванической ячейки:

ЭДС = ЭДС анода - ЭДС катода ЭДС = (Электродный потенциал Co²⁺/Co) - (Электродный потенциал O2/H2O)

По таблице стандартных электродных потенциалов, если принять потенциал водородного электрода (H2/H⁺) равным 0 В, то потенциал Co²⁺/Co составляет приблизительно +0,28 В, а потенциал O2/H2O составляет приблизительно +1,23 В. Следовательно, ЭДС для этой гальванической ячейки составляет примерно -0,95 В.

Теперь рассмотрим изменение свободной энергии (∆G°). Формула для вычисления ∆G°:

∆G° = -nF∆E°

где n - количество передаваемых электронов, F - постоянная Фарадея (96485 Кл/моль), ∆E° - разница в электродных потенциалах.

Для данной реакции, n = 2 (2 электрона передается в каждом процессе), ∆E° = -0,95 В. Таким образом:

∆G° = -2 * 96485 Кл/моль * (-0,95 В) = 184172 Дж/моль

2. Коррозия кобальта в растворе MgCl2: Для этой реакции коррозии металла мы должны рассмотреть реакцию кобальта с ионами магния и хлора:

Co + Mg²⁺ → Co²⁺ + Mg

Электродный потенциал Co²⁺/Co был рассчитан ранее (+0,28 В), а потенциал Mg²⁺/Mg может быть найден в таблице стандартных потенциалов, и он равен приблизительно -2,37 В.

Теперь мы можем рассчитать ЭДС для этой гальванической ячейки:

ЭДС = (Электродный потенциал Co²⁺/Co) - (Электродный потенциал Mg²⁺/Mg) ЭДС = (+0,28 В) - (-2,37 В) = +2,65 В

И теперь рассмотрим изменение свободной энергии (∆G°):

∆G° = -nF∆E° ∆G° = -2 * 96485 Кл/моль * (+2,65 В) = -509630 Дж/моль

Итак, ∆G° для коррозии кобальта в растворе MgCl2 составляет -509630 Дж/моль.

Исходя из вычисленных значений, коррозия кобальта будет протекать быстрее в растворе MgCl2, так как в этой среде электродный потенциал выше, и изменение свободной энергии более отрицательное, что указывает на более спонтанный характер реакции.