Опыт 1. Коррозия, возникающая при контакте двух различных металлов

В стеклянную трубку, согнутую под углом, налейте 0,1 н раствор серной кислоты. В одно колено трубки введите полоску цинка и наблюдайте медленное выделение водорода. В другое колено введите медную проволоку, не доводя ее до соприкосновения с цинком. Наблюдается ли выделение водорода на меди? Погрузите медную проволоку глубже, так, чтобы она контактировала с цинком. Объясните выделение водорода на меди в этом случае. Составьте схему действия образовавшейся гальванопары. Как повлияет контакт с медью на коррозию цинка?

Опыт 2. Образование микрогальванопар

Поместите кусочек гранулированного цинка в пробирку и прилейте несколько мл разбавленной серной кислоты. Обратите внимание на медленное выделение водорода. Прилейте в пробирку несколько капель раствора сульфата меди. Что наблюдается? Объясните результат опыта.

Опыт 3. Электрохимическая коррозия оцинкованного и луженого железа

а) Внесите в пробирку 4-5 капель раствора соли железа (II) FeSO₄ или соли Мора. Добавьте 1-2 капли гексацианоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆] и наблюдайте появление синего окрашивания раствора вследствие образования турнбулевой сини Fe₃[Fe(CN)₆]₂.

б) Налейте в чистую пробирку на 3/4 ее объема дистиллированной воды и добавьте 4-5 капель раствора 2 н серной кислоты и гексацианоферрата (III) калия. Раствор перемешайте и отлейте половину его во вторую пробирку

Две железные проволочки очистите наждачной бумагой. Концом одной плотно обмотайте кусочек цинка, другой – кусочек олова. Опустите каждую проволочку в одну из пробирок с приготовленным раствором. Через несколько минут наблюдайте появление синего окрашивания, в который погружена проволочка с оловом. Объясните образование ионов Fe²⁺ в этом растворе, учитывая, что железо и олово образуют гальваническую пару. На поверхности какого металла выделяется в этом случае водород? Почему не появилась синяя окраска в растворе, в котором была опущена проволочка с цинком? Дайте схему перехода электронов в гальванической паре железо-цинк. Ионы какого металла переходят в раствор в данном случае? Почему?

Составьте схему электрохимической коррозии луженого и оцинкованного железа, сопровождающейся образованием микрогальванопар.В каком случае при местном разрушении защитного покрытия (цинка или олова) будет проходит коррозия железа под остающимся неизменным защитным покрытием? В каком случае будет разрушаться защитное покрытие при относительной неизменности железного изделия?

Опыт 4. Активирующее действие ионов

Поместите в две пробирки по куску алюминиевой проволоки и прилейте к ним раствор сульфата меди, слегка подкисленный серной кислотой. В одну из пробирок добавьте несколько капель раствора NaCI. В каком случае скорее протекает реакция? Объясните результат опыта и составьте схему действия образовавшихся гальванопар.

Опыт 5. Протекторная защита от коррозии

В пробирке смешать 6-8 мл 2 н серной кислоты и несколько капель K₃[Fe(CN)₆]. Полученный раствор разделить на две пробирки. В одну из них поместить кусочек цинка, вставленный в стальную скрепку, а во вторую пробирку – кусочек меди, вставленный в такую же скрепку. Через несколько минут в одной из пробирок появляется синее окрашивание (образование турнбулевой сини). В какой пробирке происходит электрохимическая коррозия железа, а в какой – железо защищено протектором? Написать уравнения реакций.

Опыт 6. Действие ингибитора на коррозию железа

В три пробирки внести по 5-7 капель 0,2 н раствора серной кислоты и по 1 капле K₃[Fe(CN)₆]. В первую пробирку добавить ложечку уротропина. В две пробирки опустить по железному гвоздю, протравленному предварительно соляной кислотой, а в третью – ржавый гвоздь. Отметьте время появления и интенсивность синей окраски в каждой пробирке. Почему они различны? Какова роль уротропина, ржавчины?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного железа при нарушении покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

2 Какое покрытие металла называется анодным и какое – катодным? Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного и катодного покрытия железа. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого медью, во влажном воздухе и в кислой среде.

Железное изделие покрыли никелем. Какое это покрытие – анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. 3 Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

4 Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары магний-никель. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

5 В раствор хлороводородной (соляной) кислоты поместили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения соответствующих процессов.

6 Почему химически чистое железо более стойко против коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в кислой среде.

7 Если гвоздь вбить во влажное дерево, то ржавчиной покрывается та его часть, которая находится внутри дерева. Чем это можно объяснить? Анодом или катодом является эта часть гвоздя? Составьте электронные уравнения соответствующих процессов.

8 Железные бочки применяют для транспортировки концентрированной серной кислоты, но после освобождения от кислоты бочки часто совершенно разрушаются вследствие коррозии. Чем это можно объяснить? Что является анодом и что катодом? Составьте электронные уравнения соответствующих процессов.

Химия элементов

Подгруппа МЕДи

К побочной подгруппе первой группы относятся медь (Cu), серебро (Ag) и золото (Au). Медь и ее аналоги являются предпоследними d-элементами, атомы которых содержат полностью заполненный электронами d-подуровень.

Резкие отличия металлов подгруппы меди от щелочных металлов обусловлены наличием в их атомах электронной конфигурации d¹⁰ и возможным при возбуждении переходом электронов из d- в р-подуровень. Поэтому Cu, Ag и Au способны проявлять переменную степень окисления от +1 до +3 и +5 у золота. Это единственные элементы, степень окисления которых выше номера их группы.

Более высокие значения ионизационных потенциалов и меньшие радиусы атомов меди, серебра и золота, чем для щелочных металлов, обусловливают более слабые металлические свойства элементов подгруппы меди.

Для золота степень окисления +3 весьма характерна, для серебра типична степень окисления +1, для меди +2.

Медь, серебро и золото – блестящие металлы красного (Cu), белого (Ag) и желтого (Au) цвета, обладающие исключительной пластичностью и ковкостью. Элементы подгруппы меди превосходят все остальные металлы по величине электрической проводимости и теплопроводности.

Медь, серебро и золото малоактивны, они с трудом окисляются, а ин ионы (Mⁿ⁺) легко восстанавливаются. При наличии в воздухе сероводорода может образоваться на серебре черный налет Ag₂S. На поверхности меди во влажном воздухе с участием диоксида углерода образуется карбонат гидроксомеди (II) (CuOH)₂CO₃.

Разбавленная серная кислота на медь и серебро не действует. Реакция с соляной кислотой может протекать только при участии окислителя, например:

2Cu + 4HCI + O₂ = 2CuCI₂ + 2H₂O.

Медь и серебро взаимодействуют с азотной и концентрированной серной кислотами с образованием солей Cu (II) и Ag (I). Золото с этими кислотами не взаимодействует, но реагирует с горячей концентрированной селеновой кислотой:

2Au + 6H₂SeO₄ = Au₂(SeO₄)₃ + 3H₂O.

Лучшим растворителем золота является раствор соляной кислоты, насыщенный хлором, и «царская водка».

Оксиды и гидроксиды. Медь образует оксиды: черный CuO и красные Cu₂O и Cu₂O₃ (малоустойчивый) Кислородом медь окисляется при 500 ^оС до CuO; выше 800 ^оС оксид меди (II) разлагается на Cu₂O и O₂. Оксид Cu₂O₃ можно получить действием окислителей на Cu(OH)₂: при нагревании Cu₂O₃ разлагается на CuO и O_2.

Оксид серебра (I) Ag₂O получается при действии щелочей на растворы солей серебра:

2AgNO₃ + 2 NaOH = Ag₂O + 2NaNO₃ + H₂O.

Оксид серебра (II) образуется при окислении серебра озоном.

Оксид золота (III) Au₂O₃ (коричневый) может быть получен при осторожном нагревании гидроксида Au(OH)₃ до 150 ^оС. Этот оксид выше 160 ^оС разлагается на Au и O₂.

Оксиды элементов подгруппы меди в воде не растворяются. С концентрированными растворами щелочей Cu₂O и Ag₂O взаимодействуют с образованием гидрокомплексных соединений.

Гидроксид меди (II) амфотерен. При нагревании Cu(OH)₂ легко переходит в CuO. С кислотами гидроксид меди (II) и оксид CuO образуют аквакомплексные соединения. С концентрированными щелочами Cu(OH)₂ дает куприты синего цвета:

Cu(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Cu(OH)₄].

Гидроксид меди (II) взаимодействует с водным раствором аммиака, образуя аммиакат меди синего цвета:

Cu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄](OH)₂.

Оксид Au₂O₃ и гидроксид Au(OH)₃ – амфотерные соединения с преобладанием кислотных свойств. Так Au(OH)₃ легко взаимодействует с избытком щелочей и образованием ауратов:

Au(OH)₃ + NaOH = Na[Au(OH)₄].

Гидроксид Au(OH)₃ осаждают из раствора AuCI₃ или H[AuCI₄] щелочью (без избытка):

AuCI₃ + 3NaOH = 3NaCI + Au(OH)₃ .

Au(OH)₃ – «золотая кислота», вещество красно-бурого цвета, при просушивании над Р₂О₅ переходит в желто-красный порошок НАuO₂.

Соли меди (II) нерастворимы в воде и легко окисляются кислородом воздуха. Для них характерна также реакция диспропорционирования:

2CuCI CuCI₂ + Cu.

Голубой цвет солей Cu(II) в разбавленных растворах обусловлен наличием аквакомплексных ионов [Cu(H₂O)₄].

Медь образует галогенидные комплексы при добавлении HCI, HBr или LiCI, LiBr к растворам солей меди (II):

CuCI₂ + 2HCI = H₂[CuCI₄].

Растворимые соли меди гидролизуются с образованием малорастворимых основных солей:

2CuSO₄ + 2H₂O = (CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄;

2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + H₂O = (CuOH)₂CO₃ + CO₂ +2Na₂SO₄.

Распространены соли серебра (I); AgO₃ хорошо растворяется, трудно растворимы галогениды – AgCI (белый), AgBr и AgI (светло-желтые). Нитрат серебра служит исходным продуктом для приготовления остальных соединений серебра. Поэтому их широко используют для нанесения светочувствительных слоев на фотобумаге, пленке и т.д.

Все соли серебра легко восстанавливаются с выделением металлического серебра.

Основным веществом для получения соединений золота является коричнево-красный AuCI₃, получаемый при действии избытка хлора на порошок золота при нагревании.

Медь применяется в виде металла, многочисленных сплавов и соединений. Около 40 % всей добываемой меди идет на изготовление электрических проводов и кабелей. Из меди изготовляют нагревательные аппараты. Сплавы меди с другими металлами широко применяются в машиностроительной промышленности, в электротехнике, в судостроении, энергетической промышленности.

Соединения меди находят широкое применение в химической промышленности, стекольной промышленности (для окраски стекол), сельском хозяйстве.

Из солей меди вырабатывают различные минеральные краски.

В химической промышленности серебро используют для производства предметов лабораторного оборудования, устойчивых к действию щелочных растворов. Галогениды серебра потребляет фотопромышленность. Серебро используется для приготовления медицинских препаратов.

Золото применяют в электронике и электротехнике для изготовления электрических контактов, электродов.

Лабораторная работа

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: