Хімія. 11 клас

конспект уроку

Хімія, 11 клас
Урок № 9. Корозія металів і її попередження
Список питань, що розглядаються в темі: урок присвячений вивченню видів корозії, особливостям хімічної та електрохімічної корозійності, методам захисту виробів з металу від корозійного руйнування.
анодируване покриття — спосіб захисту вироби з металу від іржі, коли захищається метал покривається покриттям з металу з більш активного металу.
газова корозія — руйнування металу в обстановці агресивних газів (кисню, оксиду сірки, хлороводню) в більшості випадків при високих температурах.
Гальванокоррозія — вид електрохімічної корозійності, при якій два контактують металу в обстановці електроліту утворюють корозійний гальванічний компонент з виникненням електроструму між металами.
рідинна корозія — руйнування металу в рідинах, що не проводять змінний струм (органічні розчинники, нафтопродукти).
інгібітори — речовини, вводящтеся в корозійну середу, через що зменшується її окислююча здатність.
Електрохімічний захист від корозії — спосіб захисту металу від іржі, коли захищається виріб з металу приєднується до негативного полюсу зовнішнього джерела електроструму.
катодне покриття — спосіб захисту металу від іржі, коли виріб з металу покривається тоненьким шаром з менш активного металу.
корозія — руйнування металу в результаті окисно-відновних реакцій між металом і зовнішнім середовищем
осушення — видалення із зовнішнього середовища вологи для усунення появи іржі.
протекторна захист — спосіб захисту металу від іржі, коли до захищається виробу з металу приєднують шматок іншого, більш активного металу.
Хімічна корозія — руйнування металу в обстановці, не проводить змінний струм.
електрокорозію — вид електрохімічної корозійності, що виникає в обстановці електроліту під дією зовнішнього електричного поля.
електрохімічна корозія — руйнування металу в обстановці електроліту при контакті 2-ух металів з утворенням корозійного елемента і виникненням електроструму.
Головна література: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Хімія. 10 клас. Базовий рівень; підручник / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман — М .: Просвещение, 2018. — 224 с.
Додаткова література:
1. Рябов, М.А. Збірник завдань, тренувань і тестів з хімії. До підручниками Г.Є. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Хімія. 10 клас »і« Хімія. 11 клас »: навчальний посібник / М.А. Рябов. — М .: Іспит. — 2013. — 256 с.
2. Рудзитис, Г.Є. Хімія. 10 клас: навчальний посібник для загальноосвітніх організацій. Поглиблений рівень / Г.Є. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. — М .: Просвещение. — 2018. — 352 с.
Відкриті електронні ресурси:

• Єдине вікно доступу до інформаційних ресурсів [Електронний ресурс]. М. 2005 — 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата звернення: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧНИЙ МАТЕРІАЛ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ВИВЧЕННЯ
Корозія і її види
Корозія металів — процес руйнування вироби з металу в результаті окислювально-відновної реакції металу з зовнішнім середовищем. Залежно від механізму розрізняють кілька видів корозії: хімічну і електрохімічну. Хімічна корозія відбувається в обстановці, не проводить змінний струм. До даного виду корозії відноситься газова корозія, через яку метал рушиться під дією агресивних газів: кисню, оксиду сірки, хлороводню. Газова корозія в більшості випадків відбувається при високих температурах. Інший вид хімічної корозії — рідинна корозія, яка з’являється в агресивних рідинах, що не проводять змінний струм, наприклад, в розчинниках з органіки або нафтопродуктах.
Електрохімічна корозія відбувається в обстановці електролітів, які добре проводять змінний струм. Розрізняють декілька видів електрохімічної корозійності: гальванокоррозія і електрокорозію. Гальванокоррозія з’являється в місці контакту 2-ух металів, наявності в металі домішок, різної температури на суміжних ділянках металів, різної концентрації електролітів в обстановці, що контактує з металом і в разі різної концентрації кисню на суміжних ділянках металу. Наприклад, в чавуні домішки вуглецю і карбіду заліза відіграють роль катода, на якому відбувається відновлення молекулярного кисню в наявності парів води: 2Н2О + О2 + 4е > 4ОН-, а залізо стає анодом і окислюється.
Fe 0 — 2 e > Fe 2+. В результаті середовище стає лужний, утворюється спочатку «біла» корозія Fe (ОН) 2: Fe 2+ + 2OH — > Fe (ОН) 2v, яка окислюється киснем повітря в мокрій обстановці до тривалентного гідроксиду заліза.
4Fe (ОН) 2v + 2Н2О + О2 > 4Fe (ОН) 3v, Fe (OH) 3 + nH2O > Fe2O3 · xH2O (корозія).
Якщо в атмосфері є величезна кількість кислих газів (СО2, SO2, NO2), то при розчиненні їх у воді з’являються кислоти. У кислому обстановці корозія йде ще інтенсивніше. В наявності кисню на катоді утворюється вода, а в безкисневому обстановці виділяється водень.
На аноді: Fe0 — 2е > Fe2 +;
На катоді: О2 + 4Н + + 4е > 2Н2О
або в безкисневому обстановці: 2Н + + 2е > Н20 ^.
Іони заліза утворюють солі з кислотними останками з’явилися при розчиненні газів кислот. В подальшому під дією кисню повітря, солі двовалентного заліза окислюються до солей тривалентного заліза.
Електрокорозію з’являється під дією на метал електроструму від зовнішнього джерела постійного струму. Часто вона відбувається під дією блукаючих струмів від рейок електротранспорту, від погано ізольованих опор ліній електропередач. Ділянка, на який потрапляє ток від зовнішнього джерела, заряджається негативно і стає катодом. На ньому відбувається відновлення елементів середовища. А суміжну ділянку стає анодом, на ньому метал окислюється.
Фактори, які збільшують швидкість корозії
Виникнення корозійного гальванічного елемента підвищує швидкість корозії. При контакті 2-ух металів більш активний метал віддає електрони менше активному. З’являється змінний струм. Активний метал розчиняється і в результаті реакції з середовищем, і за рахунок передачі електронів менш активному металу. Прийняті електрони менше активний метал віддає в середу яка нас оточує, так само, окислення активного металу і відновлення елементів зовнішнього середовища відбувається швидше. Швидкість корозії залежить від чисельності кисню, який стикається з металом. Металевий цвях, занурений у воду на половину власної довжини, валитися швидше за все, так як доступу кисню нічого не перешкоджає. Гвоздь, повністю занурений у воду, валитися дуже повільно, так як кількість кисню, який бере участь в реакції, вичерпується швидкістю розчинення кисню у воді. У пробірці, де зверху води налили масло, корозія йде дуже повільно все, так як масло перешкоджає надходженню кисню в воду.
Методи захисту металів від іржі
Одним з поширених методів захисту металів від іржі вважається нанесення покриттів з захисним ефектом. Покриття бувають металевими і неметалевими. Якщо виріб з металу покрито шаром більш активного металу, покриття називають анодним. Якщо покриття зроблено з менш активного металу, воно називається катодним. Неметалеві покриття — це найрізноманітніші емалі, лаки, фарби, гумові, бітумні і покриття на полімерній основі. По відношенню до заліза анодованими покриттями будуть цинкові, хромові, алюмінієві покриття. Ці покриття оберігають метал навіть на випадок появи подряпин або тріщин. Так як покриття зроблено з більш активного металу, воно вважається анодом по відношенню до захищається металу і буде руйнуватися. Захищається виріб з металу руйнуватися не буде. Катодні покриття в більшості випадків роблять із малоактивних металів. Це нікель, олово, свинець, мідь, срібло, золото. Через невисоку активність такі метали слабо схильні до впливу корозії, проте в разі порушення покриття, з’явиться корозійний компонент, в якому анодом стане захищається виріб з металу. Воно почне руйнуватися. Захисні оксидні покриття на металеві поверхні можна створити шляхом обробки хімічним шляхом концентрованою азотною кислотою (пасивація алюмінію, хрому), концентрованим розчином лугу і гарячого масла (вороніння), ортофосфорної кислотою і її кислими солями (фосфатування).
Практичним, але дорогим методом захисту металів від іржі вважається введення в сплав антикорозійних легуючих добавок: хрому, нікелю, молібдену, титану. Для збільшення стійкості до корозійних проявам в кислому обстановці в сплав додають кремній.
До методів електрохімічного захисту відносяться протекторна і електрохімічний захист від корозії. Протекторна захист враховує закріплення на захищається виробі пластин з активного металу: цинку, алюмінію, магнію. Потрапляючи в агресивне середовище, протектор стає анодом, починає руйнуватися, а виріб з металу, будучи катодом, не відбувається процес руйнування до повного руйнування протектора. Електрохімічний захист від корозії проводиться шляхом підключення захищається вироби з металу до негативного полюсу зовнішнього джерела постійного електроструму. В результаті захищається метал набуває негативний заряд і стає катодом. Як анода застосовують додатковий шматок металу (металевий лом, старий рейок), який заземлюють.
Важливим напрямком усунення корозії металів вважається зниження агресивності зовнішнього середовища. Для цього проводять осушення грунту, повітря. У рідкі середовища додають інгібітори — речовини, що реагують з окислювальними елементами середовища і зменшують швидкість корозії. Для боротьби з блукаючими струмами проводять надійну ізоляцію проводять струм конструкцій, організацію безстикової колії.
Запобігання втрат металу від іржі дасть можливість не тільки зберегти тонни металу, але і усунути аварії на виробництві і транспорті, зберегти життя людини.
Варіанти І РАЗБОР РІШЕНЬ ЗАДАЧ тренувальний МОДУЛЯ
1. Розрахунок маси металу, що оберігає від руйнівних процесів за рахунок нанесення покриттів з захисним ефектом
вимога завдання: У результаті атмосферної корозії товщина вироби зі сталі стане менше на 0,12 мм / рік. Втрату якої маси вироби зі сталі щільністю 7750 кг / м 3 і площею 10 м 2 можна усунути нанесенням лакофарбового покриття, яке зберігає власні захисні властивості протягом 4 років? Відповідь запишіть у вигляді цілого числа в кілограмах.
крок перший: Потрібно перевести швидкість корозії з мм / рік в м / рік.
Для цього швидкість корозії помножимо на 10 -3:
0,12 · 10 -3 = 1,2 · 10 -4 (м / рік).
крок другий: Знайдемо обсяг металевого шару, який ймовірно буде зруйнований корозією за 1 рік. Для цього товщину шару зруйнованого протягом року металу помножимо на площу вироби зі сталі:
1,2 · 10 -4 · 10 = 1,2 · 10 -3 (м 3 / рік).
Крок 3-ий: Знайдемо масу обчисленого об’єму металу.
Для цього обсяг металу помножимо на його щільність:
1,2 · 10 -3 · 7750 = 9,3 (кг / рік).
крок четвертий: Знайдемо масу металу, яка могла б зруйнуватися за 4 роки. Для цього масу збереженого за рік металу помножимо за 4 роки:
9,3 · 4 = 37,2 (кг). Округляем до цілого числа, отримуємо 37 (кг).
2. Розрахунок маси металу, зруйнованого в результаті корозії
вимога завданняЧерез залізну решітку, яка захищає від попадання в каналізацію крупного сміття, проходить 20 м 3 води в день. Вміст кисню у воді 1% від обсягу води. Яка маса заліза окислиться за пів року застосування решітки, якщо на окислення металу витрачається 60% міститься в воді кисню? Відповідь записати в кілограмах у вигляді цілого числа.
крок перший: Знайдемо обсяг кисню, який міститься в 20 м 3 води.
Для цього розділимо 20 м 3 на 100:
20: 100 = 0,2 (м 3 / добу) = 200 (л / добу)
крок другий: Знайдемо обсяг кисню, який проходить у воді через решітку протягом 6 місяців.
Для цього обсяг кисню, який проходить через решітку в день, помножимо на 30 днів і на 6 місяців:
200 · 30 · 6 = 36000 (л).

Родий! Все секреты аффинажа. Отличный результат.

Крок 3-ий: Знайдемо обсяг кисню, який витрачається на окислення заліза. Для цього помножимо знайдений обсяг кисню на 60 і розділимо на 100:
(36000 · 60): 100 = 21600 (л).
крок четвертий: Запишемо рівняння реакції взаємного дії заліза з киснем в нейтральній обстановці:
крок п’ятий: Знайдемо масу заліза, окисленого 21600 л кисню.
Для цього складемо пропорцію враховуючи, що маса 1 моль заліза дорівнює 56 г / моль, а 1 моль газу в нормальних умовах займає 22,4 л.
2 · 56 г заліза реагує з 22,4 л кисню;
х г заліза реагує з 21600 л кисню.
х = (2 · 56 · 21600): 22,4 = 108000 (г) = 108 кг.

Методи захисту від іржі металів і сплавів

МЕТОДИ ЗАХИСТУ Від іржі МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ
Ключовою вимогою протикорозійного захисту металів і сплавів вважається зменшення швидкості корозії. Зробити менше швидкість корозії можна, застосовуючи різні методи захисту металоконструкцій від іржі. Головними з них вважаються:
1 Покриття для захисту.

№ 141. Неорганическая химия. Тема 14. Коррозия металлов. Часть 3. Методы защиты металлов от коррозии

2 Обробка корозійного середовища з метою зниження корозійної активності (а саме при постійних обсягах корозійних середовищ).
3 Електрохімічний захист.
4 Розробка і виробництво нових матеріалів конструкції дуже високу стійкість до процесів корозії.
5 Перехід у багатьох конструкцій від металевих до хімічно стійким матеріалами (пластичні високомолекулярні матеріали, скло, кераміка та ін.).
6 Правильне конструювання і робота споруд з металу і деталей.
1. Покриття для захисту
Покриття з захисним ефектом має бути цілісним, рівномірно розподіленим по всій поверхні, непроникним для зовнішнього середовища, мати велику адгезію (надійність зчеплення) до металу, бути твердим і стійким до зносу. Показник температурного розширення повинен бути близьким до коефіцієнта розширення тепла металу захищається вироби.
Класифікація покриттів з захисним ефектом представлена ​​на рис. 43

неметалеві Металеві
покриття для підлоги
Неорганічні Органічні Катодні Анодні

Неорганічні емалі, оксиди металів, сполуки хрому, фосфору та ін.
Малюнок 43 — Схема специфікації покриттів з захисним ефектом
1.1 Покриття з металу
Нанесення захисних покриттів з металу — один з дуже популярних методів боротьби з корозією. Ці покриття не тільки оберігають від іржі, але і надають їх поверхні ряд цінних фізико-механічних параметрів: твердість, стійкість до зношування, провідність електрики, паяемости, відбивну здатність, забезпечують виробам декоративне оздоблення і т.д.
За способом захисної дії покриття з металу поділяють на катодні і анодні.

11 класс, 29 апреля — Урок онлайн Химия: Общая характеристика металлов

Катодні покриття мають більш позитивний, а анодні — більше електронегативний електродні потенціали якщо порівнювати з потенціалом металу, на який вони нанесені. Так, наприклад, мідь, нікель, срібло, золото, обложені на сталь, є катодними покриттями, а цинк і кадмій по відношенню до тієї ж стали — анодованими покриттями.
Примітно, що вид покриття буде залежати не тільки від природи металів, але і від складу корозійного середовища. Олово по відношенню до заліза в розчинах неорганічних кислот і солей грає роль катодного покриття, а в багатьох органічних кислот (харчових консервах) служить анодом. У звичайних умовах катодні покриття оберігають метал вироби механічно, ізолюючи його від зовнішнього середовища. Головна умова до катодних покриттях — безпористого. В іншому випадку під час занурення вироби в електроліт або при конденсації на його поверхні тонкої плівки вологи оголені (в порах або тріщинах) ділянки ключового металу стають анодами, а поверхня покриття катодом. У місцях несплошностей почнеться корозія ключового металу, яка може поширюватися під покриття (рис. 44 а).

Малюнок 11 Схема корозії заліза з пористим катодних (а) і анодним (б) покриттям
Анодовані покриття оберігають метал вироби не тільки механічно, але в основному електрохімічних. У який з’явився гальванічному елементі метал покриття стає анодом і піддається корозії, а оголені (в порах) ділянки ключового металу виконують роль катодів і не приходять в непридатність, поки зберігається електричний контакт покриття з захищається металом і через систему проходить достатній струм (рис.4 б) . З цієї причини ступінь пористості анодируваних покриттів на відміну від катодних не грає важливої ​​ролі.

Коррозия металлов и способы защиты от нее

У деяких випадках електрохімічний захист має місце при нанесенні катодних покриттів. Це відбувається, якщо метал покриття по відношенню до виробу вважається практичним катодом, а ключовий метал схильний до пасивації. З’являється анодная поляризація пасивує незахищені (в порах) ділянки ключового металу і ускладнює їх руйнування. Цей вид анодної електрохімічного захисту вимальовується для мідних покриттів на сталях 12Х13 і 12Х18Н9Т в розчинах сірчаної кислоти.

Ключовий метод нанесення захисних покриттів з металу — гальванічний. Використовують також Термодифузійний і механотерміческій методи, металлизацию розпилюванням і зануренням в расплав.Разберем кожен з методів більш детально.