Амирханова Н.А. Задачник по химии - файл n3.doc

приобрести
Амирханова Н.А. Задачник по химии
скачать (357.6 kb.)
Доступные файлы (5):
n3.doc173kb.01.11.2002 14:38скачать
n4.doc518kb.01.11.2002 17:09скачать
n5.doc25kb.31.10.2002 16:14скачать
n6.doc257kb.04.11.2002 17:13скачать
n7.doc985kb.04.11.2002 16:44скачать

n3.doc

Для расчета Е выпишем дополнительные данные:

(на Ni) = 0,2 B;

(на Ni) ) – ( (0 – 0,2) – - (- 0,44 + 0,01) = 0,23 B > 0.

Так как процесс коррозии протекает, однако небольшая величина указывает, что его интенсивность невелика и при пассивации поверхности, например, никеля, когда (на Ni) растет, коррозия прекращается. Включения никеля ведут к усилению коррозии железа. Поскольку за счет никеля добиваются новых свойств образующегося материала, то для защиты его от коррозии следует изолировать материал от агрессивной среды – нанести покрытия (металлические или лакокрасочные).
б) Рассмотрим второй случай, когда железо покрыто никелем. В покрытиях обычно есть поры или оно может иметь механические повреждения. В этом случае протекают реакции, указанные ранее.
Электролит

пора или

дефект Ni (покрытие)
Fe (основа)
Защита такими покрытиями эффективна лишь при отсутствии пор и повреждений. Никель – катодное покрытие по отношению к железу (стали) и при повреждении покрытия ускоряется коррозия основы.

Для надежной защиты обычно используют двух- или трехслойные покрытия, в которых поры взаимно перекрываются: Fe + Cu – Ni; Fe + Cu – Ni – Cr. Слои меди и хрома небольшой толщины, но это оказывается достаточным как для высокой коррозионной стойкости покрытия, так и для новых свойств, например, износостойкости.


Задачи
8.1. Составьте уравнение реакции, протекающей при химической коррозии данного металла; рассчитайте ?, ; по таблицам выберите металл, которым можно легировать данный металл. Начальное давление кислорода 101325 Па.

Таблица 8.1

Вариант



Металл







Оксид




Т, К


Вариант



Металл







Оксид




Т, К


1

Fe

FeO


750

1’

Nb

Nb2O5

750

2

Ag

Ag2O


600

2’

Cr

Cr2O3

750

3

Cu

Cu2O


500

3’

Ta

Ta2O5

500

4

Pb

PbO


1600

4’

Ru

RuO2

450

5

Ni

NiO


2000

5’

W

WO3

750

6

Zn

ZnO


1800

6’

Fe

FeO

750

7

Al

Al2O3


1600

7’

Sc

Sc2O3

500

8

V

V2O3


500

8’

Tl

Tl2O3

400

9

Ti

TiO2


1000

9’

Bi

Bi2O3

500

10

Cu

CuO


750

10’

Co

CoO

750

11

Zr

ZrO2


1000

11’

Sb

Sb2O3

500

12

Be

BeO


1000

12’

Pd

PdO

500

13

Mg

MgO


1000

13’

Mo

MoO3

500

14

Sn

SnO2


1000

14’

Cd

CdO

1000

15

In

In2O3


450

15’

Ge

GeO2

1000


8.2. Напишите электрохимические реакции и уравнения реакций побочных процессов при коррозии данного металла с водородной деполяризацией. Укажите термодинамическую возможность коррозионного процесса. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии с учетом перенапряжений.

Таблица 8.2

Вариант

Металл

Среда

Вариант

Металл

Среда

1

Ni

pH<7

1’

Y

pH<7

2

Mn

pH7

2’

Ni

pH7

3

Al

pH<7,pH=7

3’

Mn

pH<7

4

Zn

pH<7

4’

Al

pH>7

5

Cr

pH<7

5’

Zn

pH7

6

Co

pH<7

6’

Cr

pH7

7

Cd

pH<7

7’

Co

pH7

8

In

pH<7

8’

Cd

pH7

9

Ga

pH<7,pH=7

9’

In

pH>7

10

Hf

pH<7

10’

Ga

pH>7

11

Mo

pH<7

11’

Hf

pH7

12

Nb

pH7

12’

Mo

pH7

13

Ta

pH<7

13’

Nb

pH<7

14

V

pH<7

14’

Ta

pH7

15

Ti

pH<7

15’

V

pH7


8.3. Напишите уравнения электрохимических реакций и реакций побочных процессов при коррозии данного металла с кислородной деполяризацией. Укажите термодинамическую возможность коррозионного процесса. Рассчитайте разность потенциалов под током при рН < 7; pH 7.

Таблица 8.3

Вариант

Металл

Вариант

Металл

1

Ni

1’

Bi

2

Mn

2’

Ga

3

Ag

3’

Ge

4

Al

4’

Hf

5

Zn

5’

Ir

6

Pb

6’

Mo

7

Cr

7’

Nb

8

Co

8’

Os

9

Cd

9’

Rh

10

Cu

10’

Ta

11

Sn

11’

Tc

12

Sb

12’

V

13

Re

13’

Tl

14

Pd

14’

Ti

15

In

15’

Y


8.4. Выберите условия для защиты данного металла следующими способами: 1) катодной протекторной защитой; 2) катодной защитой внешним током; 3) анодной защитой внешним током. Для каждого случая составьте уравнения реакций на электродах с указанием вторичных процессов.

Таблица 8.4

Вариант

Металл

Среда

Вариант

Металл

Среда


1

Ni

рH<7

1’

Ga

pH<7

2

Fe

рH7

2’

Ga

pH7

3

Zn

рH<7

3’

Ge

pH<7

4

Zn

рH7

4’

Ge

pH7

5

Cr

рH<7

5’

Tl

pH<7

6

Cr

рH7

6’

Tl

pH7

7

Co

рH<7

7’

Tc

pH<7

8

Co

рH7

8’

Tc

pH7

9

Ni

рH7

9’

Rh

pH<7

10

Cd

pH<7

10’

Rh

pH7

11

Cd

pH7

11’

Os

pH<7

Продолжение табл. 8.4


12

Sn

pH<7

12’

Os

pH7

13

Sn

pH7

13’

Mo

pH<7

14

In

pH<7

14’

Mo

pH7

15

In

pH7

15’

Bi

pH<7


8.5. Данный металл рассмотрите в контакте с другим в двух случаях: а) примесь другого металла; б) покрытие. Для случая (а) – примесь: укажите условия, когда коррозия ослабляется и когда усиливается. То же – для покрытий (катодные и анодные покрытия). Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии, напишите уравнения реакций коррозионного разрушения, сделайте вывод об эффективности защиты или ее отсутствии.

Таблица 8.5

Вариант



Металл




Примесь или покрытие




Деполяризация




Среда


1

Fe

Mn

Водородная

pH<7

2

Fe

Ag

Кислородная

рН7

3

Ni

Mn

Водородная

pH<7

4

Ni

Ag

Кислородная

рН7

5

Mn

Ag

Водородная

рН7

6

Al

Cr

Водородная

рН7

7

Zn

Cr

Водородная

pH<7

8

Cr

Co

Водородная

рН7

9

Cr

Cd

Водородная

pH<7

10

Co

Cd

Водородная

рН7

11

Co

Cu

Водородная

pH<7

12

Cd

Cu

Водородная

рН7

13

Cd

Sn

Водородная

pH<7

14

Cd

Sb

Водородная

рН7

15

Cu

Fe

Водородная

pH<7

1’

Cu

Mn

Водородная

pH<7

2’

Fe

Re

Водородная

рН7

3’

Re

Pd

Кислородная

рН7

4’

Sn

In

Водородная

pH<7

5’

Sn

Bi

Водородная

рН7

6’

Re

In

Водородная

pH<7

7’

Pd

Ga

Водородная

рН7

8’

Bi

Ge

Кислородная

pH<7

9’

Hf

Ir

Водородная

рН7

Продолжение табл. 8.5


10’

Mo

Nb

Водородная

pH<7

11’

Os

Rh

Кислородная

рН7

12’

Ta

Tl

Водородная

pH<7

13’

V

Tl

Водородная

рН7

14’

Ti

Y

Водородная

pH<7

15’

Mo

Mg

Водородная

рН7


8.6. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии и укажите, в какой последовательности увеличивается коррозионная стойкость с водородной деполяризацией в кислой среде сплавов Al – Mn, Al – Cu, Al – Zn ?

8.7. В аэрированном растворе, содержащем ингибитор, на поверхности стали протекают реакции:

Fe0 = Fe2+ + 2;

Fe2+ = Fe3+ + ;

O2 + 2H2O + 4 = 4OH;

PO + H2O = HPO + H+;

PO + Fe3+ + 2H2O = FePO4· 2H2O.
Рассчитайте массу защитной пленки, если поглощено 4,1 л кислорода (условия нормальные), а выходы кислорода и железа составляют 70 %. Укажите ингибитор и характер его действия.

8.8. Увеличение скорости коррозии металла при контакте с другим, более благородным металлом, определяется уравнением



где К0 – скорость коррозии металла без контакта; SK, SA – площади поверхностей катода и анода соответственно.

Рассчитайте, какова может быть минимальная поверхность медной детали, находящейся в контакте с цинком или железом, площадью 15 дм2, чтобы скорости коррозии каждого из этих металлов не превышали 2·10-4 г/см2·с. Скорости коррозии с водородной деполяризацией в кислой среде без контакта составляют, г/см2·с: для Zn 1,21·10-4; для Fe 2,11·10-6.

8.9. Рассчитайте скорость коррозии стального листа размером

2 х 3 х 0,003 м, если убыль его массы составила за 325 дней 7,1 кг. Напишите уравнения реакций при коррозии в нейтральной среде.

8.10. Плотность коррозионного тока при коррозии железной детали составила 14 мкА/см2. Рассчитайте скорость коррозии, если выход по току при растворении железа 65 %. Укажите наиболее вероятные условия – среду и марку стали, пользуясь таблицей 8.6.

Таблица 8.6

Материал


Армко-железо

(0,01 % Cr)

Сталь 10

(0,1 % Cr)

Сталь 30

(0,3 % Cr)

Сталь 30


Условия

40 % HCl

20 % HCl

Дистил. вода

1 % HCl

Скорость коррозии,

мг/м2·ч

0,1· 105

0,5 · 105

0,91

1· 103

8.11. Для обеспечения надежной защиты стали от коррозии необходимо обеспечить защитный ток плотностью 5 мА/см2. Рассчитайте расход протекторов из различных металлов: Mg (примеси Al,Zn,Mn), Al (Zn,Sn), Zn (Al,Cd). Выходы по току: Mg 0,95; Al 0,65; Zn 0,63. Влиянием примесей пренебречь.

8.12. При анодном оксидировании магния в щелочном электролите протекают реакции образования защитной пленки из оксида магния (II):

Mg + 2OH MgO + H2O + 2; и выделения кислорода: 4ОН О2 +

+ 2Н2О + 4. При токе 5 А выделилось 0,5 л кислорода (объем пересчитан к нормальным условиям) с выходом по току 30 %. Рассчитайте продолжительность анодирования и количество магния, израсходованного на образование защитной пленки.

8.13. Для повышения коррозионной стойкости цинковых покрытий во время хранения или транспортировки их подвергают химической пассивации по схеме:

3Zn + Na2Cr2O7 + 7H2SO4 = 3ZnSO4 + Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + 7H2O;

Cr2(SO4)3 + 6H2O = 2Cr(OH)3 + 3H2SO4;

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.

Какое соединение обеспечивает пассивацию цинка? Рассчитайте, какая масса цинка перешла при обработке в раствор, если выделилось 160 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям) и 110 г Cr(OH)3. Выход данных веществ принять равным 1.

8.14. При высокой температуре в газовой смеси водорода и паров воды происходит химическая коррозия стали по схеме:

а) Fe3С + H2O 3Fe + H2 + CO;

б) Fe + H2O FeO + H2;

в) 3FeO + H2O Fe3O4 + H2;

г) Fe3C + 2H2 CH4 + 3Fe.

В ходе коррозии выделилось 11 л СО, 0,6 л СН4 (объемы пересчитаны к нормальным условиям) и образовалось 8 г Fe3O4. Рассчитайте массы разрушенного цементита Fe3C и окисленного металла (выходы веществ принять равными 1). Укажите, какие реакции (а – г) относятся к обезуглероживанию, окислению металла или относятся к побочным.

8.15. При коррозии тантала, покрытого медью (например, в танталовых электролитических конденсаторах), в щелочной среде работает коррозионный элемент с водородной деполяризацией:

Ta | 0,01 моль/л Та+5, 1 н NaOH | Cu.

Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии как при заданной активности Та+5, так и при ее увеличении за счет коррозии до 0,1 моль/л, составьте поляризационную диаграмму.

8.16. Для защиты магния от контактной коррозии хромированием проводят следующие реакции:

а) Mg = Mg2+ + 2;

б) Сr2O + 14H+ + 6 = 2Cr3+ + 7H2O;

в) 2Н+ + 2 = Н2;

г) Cr3+ + 3OH = Cr(OH)3;

д) Сr(OH)3 + OH = CrO + 2H2O;

е) Mg2+ + 2 CrO = Mg(CrO2)2.

Какой механизм защиты? Укажите причину образования гидроксида хрома (III). Рассчитайте разность потенциалов под током для процесса окисления магния по реакциям (а – в) и установите, какой окислитель более сильный (для реакции б перенапряжение составляет 0,4 В).

8.17. Железная деталь находится в природных водах в присутствии СО2, когда Рассмотрите следующие случаи: 1) при небольшом содержании СО2 преобладает коррозия с кислородной деполяризацией, скорость коррозии во времени заметно снижается; 2) при насыщении вод СО2 скорость коррозии во времени не снижается, а остается постоянной, в частности, благодаря коррозии с водородной деполяризацией. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии в обоих случаях, объясните причины различия коррозионных процессов.

8.18. В атмосфере влажного воздуха, насыщенного диоксидом серы, находятся детали из меди, хрома и цинка. Какие из них будут разрушаться? Ответ подтвердите расчетом разности потенциалов под током при коррозии с водородной деполяризацией в случае каждого металла, укажите реакцию среды.

8.19. Детали из цинка соединены железными болтами. Какой из металлов будет разрушаться в растворе AlCl3? Составьте уравнения реакций при коррозии, рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии с водородной деполяризацией, укажите реакцию среды.

8.20. Хромовая деталь находится в контакте с железной в щелочной среде. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии с водородной и кислородной деполяризацией с учетом перенапряжений, укажите, какой процесс будет протекать, составьте уравнения реакций при коррозии.

8.21. В жестких водах на поверхности металла образуется защитный слой СаСО3, затрудняющий диффузию кислорода к поверхности, из-за чего коррозия почти не протекает. Для нейтрализации таких вод через них пропустили СО2, участвующий в следующих процессах:
СО2 + 2ОН = СО + Н2О;

СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2.

В результате коррозия железных труб резко усилилась. Рассчитайте массу защитного слоя СаСО3 на поверхности металла, если доля СО2, израсходованного на нейтрализацию, составила 70 % из пропущенных 15 л (объем пересчитан на нормальные условия).

8.22. Железо и сера в составе полимерного композита прибора были практически устойчивы в слабокислой среде. При проникновении в прибор аэробных бактерий вида thiobaccillas thiooxidans началась реакция:

2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4,

в результате которой концентрация серной кислоты достигла 5,23 % (плотность раствора 1035 кг/м3). Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии как с кислородной, так и водородной деполяризацией. В последнем случае учтите концентрацию кислоты (коэффициент активности и степень электролитической диссоциации принять равными 1).

8.23. В северных регионах корпуса автомобилей корродируют быстрее, чем в южных. Основная причина – зимой улицы посыпают солью (NaCl или CaCl2), чтобы ускорить таяние льда, а ионы Cl ускоряют коррозию, так как устраняют пассивацию железа. Укажите реакцию среды в каждом случае, рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии с кислородной деполяризацией.

8.24. В герметичный вакуумный прибор, содержащий титановую деталь с напыленным иттриевым покрытием, из-за разгерметизации попал влажный воздух. Какой вид коррозии и какого металла более вероятен? Укажите реакцию среды, рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии.

8.25. Для защиты железного изделия использован протектор из сплава Zn – Mg. Убыль массы протектора при коррозии с водородной деполяризацией в кислой среде за сутки эксплуатации составила 50 г.

Выходы по току при растворении цинка 35 %, магния 40 %. Рассчитайте величину плотности коррозионного тока, если площадь изделия 30 см2.

8.26. При контакте деталей из молибдена и ниобия (площадь последней 35 см2) в кислой среде выделилось 70 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям) за 3 суток. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии и величину плотности коррозионного тока. Выход по току водорода 85 %.

8.27. Германиевая пластина с палладиевым покрытием оказалась в кислой среде. За 10 дней эксплуатации было поглощено 30 мл кислорода

(объем пересчитан к нормальным условиям). Рассчитайте величину плотности коррозионного тока, если выход по току кислорода 70 %, площадь непокрытой поверхности германия 27 см2.

8.28. При катодной защите железного изделия внешним током в кислой среде на поверхности его выделилось 150 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Учитывая, что выход по току водорода 70%, рассчитайте, насколько уменьшилась масса вспомогательного железного анода (выход по току при растворении железа 66 %).

8.29. Хромированная поверхность детали площадью 70 см2 находится в контакте с серебряной деталью. Во влажной среде с кислой реакцией за 10 суток выделилось 30 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Рассчитайте плотность коррозионного тока, если выход по току водорода 80 %.

8.30. При разгерметизации прибора вода с кислой реакцией оказалась в месте контакта деталей из сурьмы и рения. В зоне реакции было поглощено 5 мл кислорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Рассчитайте массу растворившейся сурьмы, если выходы по току для поглощения кислорода – 75 %, растворения сурьмы – 57 %.

8.31. При работе алюминиевого протектора обеспечивалась защита в щелочной среде железного изделия площадью 70 см2. Коррозионная плотность тока составила 0,0001 А/см2, объем выделившегося водорода 31 мл (после пересчета к нормальным условиям). Рассчитайте убыль массы протектора и время его работы. Выхода по току: при выделении водорода – 70 %, растворении алюминия – 31 %.

8.32. В место контакта серебряного проводника и танталовой пластины площадью 11 см2, попала вода со щелочной реакцией. За сутки выделилось 100 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Учитывая, что выходы по току при выделении водорода – 0,71, растворении тантала – 0,85, рассчитайте количество растворенного металла и величину коррозионной плотности тока.

8.33. Корпус железного сборника авиационного топлива площадью 100 см2, углубленный во влажную землю с кислой реакцией среды, защищен протектором из цинка с поддержанием защитной плотности тока 5 мА/см2. Рассчитайте объем выделившегося водорода (условия нормальные), если его выход по току 85 %.

8.34. Деталь из ванадия имеет участок, покрытый иридием, и находится в кислой среде. За 15 дней выделилось 165 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Площадь непокрытой поверхности ванадия 15 см2. Выходы по току: при выделении водорода – 75 %, растворении ванадия – 42 %. Рассчитайте массу растворившегося ванадия и величину коррозионной плотности тока.

8.35. Железный корпус станка, углубленный во влажную землю с кислой реакцией среды, защищен протектором из магния. За период 10 суток убыль массы протектора составила 35 г. Рассчитайте объем выделившегося водорода (условия нормальные) и величину коррозионной плотности тока. Площадь защищаемой поверхности 75 см2, выходы по току при выделении водорода – 73 %, растворении магния – 82 %.





Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации