Расчеты по уравнениям химических реакций между раствором соли и металлом

Коррозия металлов

Почти все металлы и сплавы постепенно разрушаются под воздействием факторов окружающей среды. При взаимодействии металлов с веществами воздуха и атмосферными осадками на их поверхности образуется плёнка, состоящая из оксидов, сульфидов, карбонатов и других соединений.

 

Эти соединения обладают совершенно иными свойствами, чем сами металлы. В обычной жизни мы часто употребляем слова «ржавчина», «ржавление», видя коричнево-рыжий налёт на изделиях из железа и его сплавов. Ржавление — это коррозия железа.

Коррозия — это процесс самопроизвольного разрушения металлов и их сплавов под влиянием внешней среды (от лат. corrosio — «разъедание»).

 

Коррозия изделий из сплавов железа. Бурый налёт — ржавчина — состоит из гидроксида и оксида железа(III)

 

 

Предметы из меди и её сплавов (предметы искусства, памятники, крыши зданий) со временем подвергаются коррозии. Патина — налёт зелёного цвета — состоит в основном из гидроксокарбоната меди(II)

 

В результате коррозии ухудшаются многие свойства изделий: уменьшаются их прочность, пластичность, блеск, снижается электропроводность и т. д.

Коррозия металлов наносит большой вред народному хозяйству:

• возникают огромные материальные потери из-за разрушения нефтепроводов, газопроводов, водопроводов, деталей сельскохозяйственной техники, автомобилей, судов, мостов, оборудования, используемого в различных производствах;
• уменьшается надежность металлоконструкций;
• простаивает производство из-за необходимости замены вышедшего из строя оборудования;
• происходят потери сырья и продукции в результате разрушения газо-, нефте- и водопроводов;
• наносится ущерб природе и здоровью человека; в результате утечек нефтепродуктов и других веществ загрязняется окружающая среда;
• загрязняется продукция, а следовательно, снижается её качество.

Способы защиты от коррозии

1. Нанесение защитных покрытий.

• Металлическое изделие покрывают другими металлами (никелирование, хромирование, цинкование, лужение — покрытие оловом).

 

Никелированная труба	Хромированный кран	Консервные банки, изготовленные из лужёной жести

• Металлические изделия покрывают лаками, красками, эмалями, маслами, полимерами.

 

Нанесение защитного покрытия на поверхность металла	Эмалированная стальная кастрюля	Металлочерепица изготавливается из жести, покрытой полимером

 

2. Применение сплавов, стойких к коррозии.

 

Детали машин, аппаратов, инструменты и предметы быта изготовляют из нержавеющей стали, содержащей специальные легирующие (замедляющие коррозию) добавки: хром, никель и другие металлы.

 

Изделия из нержавеющей стали

 

3. Протекторная защита.

К защищаемой металлической конструкции присоединяют кусок более активного металла (протектор), который разрушается, защищая основной металл. В качестве протектора при защите корпусов судов, трубопроводов, кабелей используют магний, алюминий, цинк.

 

4. Изменение состава среды.

Для того чтобы предотвратить потери из-за коррозии, проводится специальная обработка электролита или той среды, в которой находится защищаемая металлическая конструкция. Практикуется также введение ингибитора — вещества, замедляющего коррозию.

 

Например, при подготовке воды, поступающей в котельные установки, проводят удаление растворённого в воде кислорода (деаэрацию).

 

 

Расчеты по уравнениям химических реакций между раствором соли и металлом

Осознание содержания этого пункта позволяет:

объяснять суть и причины изменения массы пластинки в указанных реакциях;

решать задачи «на пластинку».

Задачи такого типа основаны на закономерностях вытеснительный ряда металлов. Как вы уже знаете, показателем сравнительной химической активности металлов является их место в вытеснительный ряде металлов. Каждый из металлов способен вытеснять (восстанавливать) из растворов солей все последующие металлы в этом ряду, однако — одному из предыдущих.

Задача. Железную пластинку массой 50 г погрузили в раствор медного купороса. Через некоторое время пластинку вынули, высушили и взвесили. Ее масса равна 50,32 г. Вычислите массу меди, оставшейся на пластинке, и массу железа, которое перешло в раствор.

Для того чтобы научиться решать задачи этого типа, нужно понять, почему изменяется масса пластинки.

В растворе между железом и меди (II) сульфатом происходит химическая реакция:

По уравнению химической реакции один атом (1 моль атомов) железа замещает один катион (1 моль катионов) меди. То есть вместо одного атома (1 моль атомов) железа, переходящего в раствор, на пластинке оседает один атом (1 моль атомов) меди. В реакции участвуют железо и медь количеством вещества 1 моль. При этом масса пластинки меняется на разницу между их массами.

M (Cu) = 64 г / моль; m (1 моль Cu) = 64 г

M (Fe) = 56 г / моль; m (1 моль Fe) = 56 г

?m (пласт.) = 64 г — 56 г = 8 г

Как вы узнали, причиной изменения массы пластинки разница между массами металла, который переходит в раствор, и металла, осаждаемого на пластинке, с учетом стехиометрических соотношений веществ в уравнении реакции.

По условию развязанной задачи, увеличение массы пластинки обусловлено тем, что молярная масса меди — металла, который оседает на пластинке (64 г / моль), больше молярную массу металла — железа, переходит в раствор (56 г / моль), а количества вещества каждого металла по уравнению реакции одинаковы (1 моль).

В любом случае масса пластинки уменьшаться?

Логично предположить, если молярная масса металла оседает на пластинке, будет меньше молярную массу металла, который переходит в раствор, а количества вещества каждого металла по уравнению реакции одинаковы, то масса пластинки уменьшаться.

Например, уменьшение молярной массы наблюдаем, если цинковая пластинка погружена в раствор медного купороса:

Zn + CuSO4. = ZnSO4 + Cu

M (Zn) = 65 г / моль, n (Zn) = 1 моль

M (Cu) = 64 г / моль, n (Cu) = 1 моль

При взаимодействии реагентов количеством веществ 1 моль масса пластинки уменьшится на 1 г.