O2о + 4з = 2О-2 1
2Мео + O2о = 2МеО
Электрохимическая коррозия - процесс разрушения металла в растворе электролита (атмосферная, почвенная, в растворе электролита, контактная). Она аналогична работе гальванического элемента.
В воде обычно содержится растворенный кислород -окислитель, также ионы водорода - окислители - результат растворения в воде газообразных веществ.
В нейтральной среде атомы железа под действием кислорода и воды окисляются (полное окисление):
Feo + nH2O - 3з = Fe3+ . nH2O 4 анодный процесс
O2о + 2H2O + 4з = 4ОН- 3 катодный процесс
4Feo + (4n + 6)H2O + 3O2о = 4Fe3+ . nH2O + 12ОН-
4Feo + 6H2O + 3O2о = 4Fe(OH)3
В кислой среде атомы железа под действием ионов водорода окисляются (полное окисление):
Feo + nH2O - 3з = Fe3+ . nH2O 2 анодный процесс
2H+ + 2з = H2 3 катодный процесс
2Feo + 2nH2O + 6H+ = 2Fe3+ . nH2O + 3H2
Кислород, растворенный в воде или нейтральном водном растворе, может окислить металлы от начала ряда стандартных электродных потенциалов до серебра (РСЭП).
Ионы водорода, находящиеся в воде, могут окислить металлы от начала РСЭП до кадмия.
Коррозия оцинкованного железа (Zn = анод, Fe = катод):
Zno - 2з = Zn2+ 1 анодный процесс
2H+ + 2з = H2 1 катодный процесс
Коррозия луженного железа (полное окисление, Fe = анод, Sn = катод):
Feo - 3з = Fe3+ 1 анодный процесс
2H+ + 2з = H2 1 катодный процесс
Экспериментальная часть
1. Коррозия оцинкованного и луженого железа. В пробирку внести 1 мл дистиллированной воды, добавить 5-6 капель раствора концентрирован-ной H2SO4 и столько же раствора гексациано-феррата (Ш) калия K3[Fe(CN)6]. Полученный раствор размешать и разделить на две части, перелив в две пробирки. В первую пробирку опустить цинковую пластинку, обвитую железной проволокой. Во вторую пробирку опустить пластинку из олова, обвитую железной проволокой. Что наблюдается в пробирках через 5 минут после погружения? Написать уравнения полуреакций окисления и восстановления в каждом случае. Почему в первой пробирке изменение цвета не наблюдается, а во второй пробирке раствор окрашивается в синий цвет? Написать уравнения соответствующих реакций:
Fe + H2SO4 >; FeSO4 + K3[ Fe(CN)6] >,
Zu + H2SO4 >; ZuSO4 + K3[Fe(CH)6] >
В последнем случае образуется малорастворимое комплексное соединение бледно-желтого цвета.
2. Коррозия металлов в нейтральной среде. 1. В U- образную трубку внести раствор NaCl и в оба колена добавить 2-3 капли фенолфталеина. Приготовить цинковую, медную пластинки и медную проволоку. Одним концом медной проволоки обмотать цинковую пластинку, другим концом - медную пластинку. Пластинки опустить в колена U-образной трубки и оставить на несколько минут. Наблюдать появление малиновой окраски в растворе возле медной пластинки. Написать уравнения полуреакций окисления и восстановления, протекающих на электродах:
Zn + nH2O - 2e- = Zn2+ . nH2O
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
2. В три пробирки внести разбавленный раствор NaCl и добавить по 3-4 капли раствора фенолфталеина. В первую пробирку опустить медную проволоку, обвитую цинковой проволокой. Во вторую - железный гвоздь с плотно накрученной цинковой проволокой. В третью - медный стержень, обвитый железной проволокой. Через 5 минут отметить изменение цвета растворов с медной проволокой, железным гвоздем и медным стержнем. Чем это объясняется? Написать полуреакций окисления и восстановления.
Затем в каждую пробирку добавить по 5-6 капель раствора K3[Fe(CN)6]. Что наблюдается? Написать уравнения реакций:
Zn2+ + K3[Fe(CN)6] >,
Fe2+ + K3[Fe(CN)6] >.
Щелочная среда на катоде создается за счет восстановления кислорода:
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
3. Ингибирование процесса коррозии металла. В две пробирки внести по 1 мл раствора HCl. В одну добавить 5-6 капель уротропина. Затем обе пробирки нагреть и опустить в каждую железный гвоздь. Наблюдать происходящие явления через 3-4 мин.
Лабораторная работа 14. Получение и свойства кислорода [14]
1. Получение кислорода при разложении перманганата калия. Поместить в пробирку около 0,5 г перманганата калия и укрепить в штативе вертикально. Нагреть пробирку с перманганатом калия на спиртовке. Внести в пробирку тлеющую лучинку и убедиться в выделении кислорода. После окончания опыта и охлаждения пробирки налить в нее несколько мл. воды и взболтать. Наблюдать цвет образовавшихся веществ( K2MnO4 - раствор зеленого цвета, MnO2 - темно-бурый осадок.
Написать уравнение реакции разложения перманганата калия. В каких условиях может быть получен кислород из перекиси бария и бертолетовой соли? Напишите уравнения реакций.
2. Получение кислорода при каталитическом разложении хлората калия (бертолетовой соли- KClO3). Поместить в пробирку около 0,5 г хлората калия и укрепить в штативе вертикально. Нагреть пробирку с хлоратом калия на спиртовке до плавления соли. Как только соль начнет плавиться, прекратить нагревание и тотчас же всыпать в пробирку с кончика микрошпателя немного диоксида марганца. Внести в пробирку тлеющую лучинку и убедиться в выделении кислорода.
Написать уравнение реакции разложения хлората калия.
Свойства кислорода
Взаимодействие кислорода с неметаллами (под тягой). Положить в ложечку для сжигания кусочек серы величиной с горошину, поджечь ее на пламени горелки. Обратить внимание на цвет и размер пламени горящей серы. Внести горящую серу в банку с кислородом. Какие изменения в горении серы наблюдаются?
Положить в ложечку для сжигания небольшой кусочек древесного угля, накалить и внести в банку с кислородом. Как меняется интенсивность горения угля в кислороде?
Взаимодействие кислорода с металлами. Свернуть спиралью отрезок стальной проволоки и прищепить его к концу ложечки для сжигания. Присоединить к проволоке кусочек корковой пробки. Поджечь пробку и быстро внести проволоку в банку с кислородом. Что происходит? Написать уравнение реакции.
Какой вывод о свойствах кислорода можно сделать на основании проведенных опытов? Как влияет на интенсивность горения веществ замена воздуха кислородом? Чем это объясняется?
Контрольные вопросы
Написать уравнения реакций, используя метод электронного или
протонно-кислородного баланса:
KClO3(т) > ? + O2 (150-200 0С, кат: MnO2)
KMnO4(т) = ? + MnO2 + O2^ (210-240 оС)
CaOCl2 (т) хлорная известь = ? + O2^ (t)
CaOCl2 (т)72% + Na2O2(т) 28% + 2Н2О = Ca(OH)2 + ? + O2^ (самопроизвольно)
BaO2(т) = ? + O2^ (t)
H2O2(ж) > ? + O2^ (t, кат: MnO2, или на свету)
NaOH(р) + Н2О > ? + О2^+? + ? (электролиз раствора)
H2O2(р) + KMnO4(р) + H2SO4(р) = O2^ + ? + ? + ?
К2O2(т) + CO2(г) = ? + O2^ (регенерация O2 из CO2)
МnSO4(p) + О3(г) + KОН = KМnО4 + ? + ? + О2
МnSO4(p) + О3(г) + H2O = МnО(OH)2v + H2SO4 + О2^
CrCl3(p) + О3(г) + КОН = К2CrO4 + ? + ? + О2^
KI(р) + O3 + H2O = KOH + I2 + O2^
H2O2(р) + KMnO4(р) + H2SO4(р) = O2^ + ? + ? + ?
Лабораторная работа 15. Свойства водорода
Внимание! Водород горюч и в смеси с кислородом или воздухом образует взрывчатую смесь.
Получение водорода.
Действие металла на кислоту. Поместить в пробирку несколько кусочков цинка, при 5 мл 20% раствора серной кислоты и закрыть пробкой с газоотводной трубкой. Поджечь его горящей лучинкой у отверстия газоотводной трубки, предварительно проверив на чистоту. Опрокинуть над пламенем водорода холодную стеклянную воронку. Что наблюдается?
Написать уравнение реакции.
Действие алюминия и кремния на щелочь (Опыт проводить в вытяжном шкафу). 1. Положить в пробирку несколько кусочков алюминия, прилить к ним 2--3 мл 20%-ного раствора едкого натра. Если реакция идет плохо, осторожно подогреть. Определить, какой газ выделяется! Написать уравнение реакции.
2. Поместить в пробирку 0,2--0,3 г аморфного кремния и прилить к нему 2--3 мл 20%-го раствора едкого натра. Идет ли реакция на холоду? Собрать выделяющийся газ и испытать его, поднося к отверстию пробирки зажженную лучину. Написать уравнение реакции.
Действие металла на воду. 1. Заполнить пробирку до краев водой. Закрыв отверстие большим пальцем, опрокинуть ее в ванну с водой и в таком положений закрепить в лапке штатива. Завернуть несколько кусочков металлического кальция в марлю и быстро, при помощи щипцов, подвести металл под пробирку. Написать уравнение реакции в молекулярной и электронно-ионной формах.
Активность водорода в момент выделения. В две пробирки налить по 2-3 мл раствора перманганата калия и пдкислить 1 мл раствора серной кислоты. В одну поместить кусочек цинка, а через другую пропустить водород из аппарата Киппа. Наблюдать изменение окраски раствора в пробирках. Написать уравнение реакции в молекулярной и электронно-ионной формах.
Аналогичный опыт проделать с раствором дихромата калия. Наблюдать изменение окраски раствора в пробирках. Написать уравнение реакции в молекулярной и электронно-ионной формах.
Получение пероксида водорода Н2О2
Взаимодействие пероксида бария с серной кислотой. В колбу емкостью 50 мл налить 20 мл 5%-ного раствора серной кислоты и охладить ее до 0°. Взбалтывая содержимое колбы в течение 5--10 мин, всыпать в нее небольшими порциями около 1 г пероксида бария. Полученный раствор пероксида водорода отфильтровать от осадка для дальнейшего изучения свойства пероксида водорода. Написать уравнение реакции в молекулярной и электронно-ионной формах.
Свойства пероксида водорода
1. Взаимодействие пероксида водорода с диоксидом марганца. В пробирку с раствором пероксида водорода внести диоксид марганца. Наблюдать выделение газа. Определите роль диоксида марганца. Написать уравнение реакции. Какие свойства проявляет пероксид водорода?
2. Взаимодействие пероксида водорода с йодидом калия. К раствору пероксида водорода прилить несколько капель раствора йодида калия. Записать свои наблюдения. Разбавить раствор водой и внести в него 1--2 капли раствора крахмала. Что происходит? Какие свойства проявляет пероксид водорода? Написать уравнение реакции в молекулярной и электронно-ионной формах.
3. Взаимодействие пероксида водорода с сульфидом свинца. Получить осадок сульфида свинца взаимодействием растворов соли свинца и сульфида аммония. Небольшое количество осадка, промытого водой путем декантации, обработать раствором пероксида водорода. Почему изменился цвет осадка? Написать уравнения реакций. Какие свойства проявляет пероксид водорода?