Номер 3, страница 120 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 15. Время в химии. Скорость химических реакций. Глава 4. Научные основы химического производства - номер 3, страница 120.

Условие.

3. Какие факторы влияют на скорость коррозии железа:

$4Fe + 3O_2 + 6H_2O = 4Fe(OH)_3$?

Как можно уменьшить скорость этой реакции?

Решение.

Решение 2.

Какие факторы влияют на скорость коррозии железа: $4Fe + 3O_2 + 6H_2O = 4Fe(OH)_3$?

Скорость коррозии железа (ржавления) — это скорость сложного электрохимического процесса. Исходя из суммарного уравнения реакции $4Fe + 3O_2 + 6H_2O = 4Fe(OH)_3$, видно, что для протекания процесса необходимы железо, кислород и вода. Основные факторы, влияющие на скорость этого процесса, следующие:

• Наличие и концентрация реагентов:
  • Влажность (наличие воды): Вода является не только реагентом, но и средой (электролитом), в которой протекают электрохимические процессы коррозии. В абсолютно сухом воздухе железо практически не корродирует. С увеличением влажности скорость коррозии резко возрастает.
  • Концентрация кислорода: Кислород является окислителем (деполяризатором катодного процесса). Увеличение концентрации (или парциального давления) кислорода в воздухе или воде ускоряет коррозию.
• Температура: Как и для большинства химических реакций, повышение температуры увеличивает скорость коррозии, так как возрастает кинетическая энергия частиц и скорость диффузии реагентов.
• Наличие электролитов в воде: Присутствие в воде растворенных солей (например, хлорида натрия $NaCl$ в морской воде или солей, используемых против обледенения дорог) значительно ускоряет коррозию. Ионы солей увеличивают электропроводность водной среды, что облегчает работу возникающих на поверхности металла микрогальванических пар.
• Кислотность среды (pH): В кислой среде (при низких значениях pH) коррозия железа протекает значительно быстрее, так как ионы водорода $H^+$ участвуют в катодном процессе, облегчая его. В нейтральной и слабощелочной среде скорость коррозии ниже.
• Контакт с другими металлами: Если железо находится в электрическом контакте с менее активным металлом (например, с медью), то железо будет выступать в роли анода и корродировать с большей скоростью (гальваническая коррозия). При контакте с более активным металлом (например, с цинком или магнием), железо становится катодом, а корродирует более активный металл, защищая железо.
• Состояние поверхности металла: Наличие на поверхности загрязнений, пор, трещин или участков с внутренними механическими напряжениями (например, в местах сварки или изгиба) создает физические и химические неоднородности, которые способствуют образованию локальных гальванических пар и ускоряют коррозию.

Ответ: На скорость коррозии железа влияют: влажность, концентрация кислорода, температура, наличие растворенных электролитов, pH среды, контакт с другими металлами и состояние поверхности металла.

Как можно уменьшить скорость этой реакции?

Чтобы уменьшить скорость коррозии (то есть защитить железо от ржавления), необходимо исключить или ослабить действие факторов, её вызывающих. Основные методы защиты основаны на изоляции металла от агрессивной среды или на изменении его электрохимических свойств.

• Нанесение защитных покрытий: Это самый распространенный способ, направленный на создание барьера между железом и агрессивной средой (водой и кислородом).
  • Неметаллические покрытия: Покраска, нанесение лаков, эмалей, полимерных пленок (пластик), масел и смазок.
  • Металлические покрытия: Покрытие поверхности железа слоем другого, более коррозионно-стойкого металла. Например, цинкование (гальванизация), хромирование, никелирование.
• Использование легированных сплавов: Создание сплавов железа, устойчивых к коррозии. Самый известный пример — нержавеющая сталь, которая содержит хром ($Cr$) и часто никель ($Ni$). Хром образует на поверхности тонкую, плотную и химически инертную оксидную пленку ($Cr_2O_3$), которая пассивирует поверхность и защищает ее от дальнейшего окисления.
• Электрохимические методы защиты:
  • Протекторная (жертвенная) защита: К защищаемой железной конструкции электрически присоединяют протектор — кусок более активного металла (например, цинка, алюминия или магния). В образовавшейся гальванической паре разрушаться будет протектор (анод), а железо (катод) будет защищено от коррозии.
  • Катодная защита: Защищаемое железное изделие подключают к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, принудительно делая его катодом. Это предотвращает окисление (растворение) железа. Метод применяется для защиты крупных объектов, таких как подземные трубопроводы и корпуса судов.
• Изменение свойств коррозионной среды:
  • Снижение влажности: Хранение изделий в сухом помещении, использование осушителей (например, силикагеля).
  • Применение ингибиторов коррозии: Введение в агрессивную среду (например, в воду систем охлаждения) специальных веществ (ингибиторов), которые адсорбируются на поверхности металла и значительно замедляют или прекращают процесс коррозии.

Ответ: Уменьшить скорость коррозии можно путем нанесения защитных покрытий (краски, другие металлы), создания легированных сплавов (нержавеющая сталь), применения электрохимической защиты (протекторной или катодной) и обработки окружающей среды (снижение влажности, добавление ингибиторов).