Номер 8, страница 240 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 33. Коррозия металлов и способы защиты от неё - номер 8, страница 240.

Условие.

8. Две железные пластины сцеплены в первом случае алюминиевыми заклёпками, а во втором — медными. Какой из металлов будет корродировать первым в том и другом случае? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарные уравнения реакций.

Решение.

Решение 2.

При контакте двух различных металлов в присутствии электролита (например, влаги из воздуха) возникает гальваническая пара. В этой паре металл с более низким (более отрицательным) стандартным электродным потенциалом ($E°$) выступает в роли анода и подвергается коррозионному разрушению (окислению). Металл с более высоким (более положительным) потенциалом становится катодом, на котором протекает процесс восстановления окислителя из окружающей среды (чаще всего кислорода).

Стандартные электродные потенциалы для данных металлов:

• Алюминий (Al): $E°(Al^{3+}/Al) = -1.66$ В
• Железо (Fe): $E°(Fe^{2+}/Fe) = -0.44$ В
• Медь (Cu): $E°(Cu^{2+}/Cu) = +0.34$ В

Таким образом, ряд активности металлов (от более активного к менее активному) выглядит так: Al > Fe > Cu.

В первом случае (железные пластины с алюминиевыми заклёпками)

Решение

В гальванической паре Al–Fe алюминий имеет более отрицательный потенциал ($E°(Al) < E°(Fe)$), поэтому он будет анодом и будет корродировать. Железо будет катодом и будет защищено от коррозии. Коррозия будет протекать в нейтральной среде (атмосферная влага).

Анодный процесс (окисление алюминия):

$A: Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{3+}$

Катодный процесс (восстановление кислорода):

$K: O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$

Чтобы составить суммарное уравнение, нужно уравнять число отданных и принятых электронов. Наименьшее общее кратное для 3 и 4 равно 12. Поэтому анодный процесс умножаем на 4, а катодный — на 3.

$4Al^0 - 12e^- \rightarrow 4Al^{3+}$

$3O_2 + 6H_2O + 12e^- \rightarrow 12OH^-$

Суммируем оба процесса, получая ионное уравнение:

$4Al + 3O_2 + 6H_2O \rightarrow 4Al^{3+} + 12OH^-$

Образующиеся ионы $Al^{3+}$ и $OH^-$ взаимодействуют, образуя нерастворимый гидроксид алюминия $Al(OH)_3$.

Суммарное уравнение реакции:

$4Al + 3O_2 + 6H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3$

Ответ: В первом случае первым будет корродировать алюминий.
Анодный процесс: $Al - 3e^- \rightarrow Al^{3+}$.
Катодный процесс: $O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$.
Суммарное уравнение реакции: $4Al + 3O_2 + 6H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3$.

Во втором случае (железные пластины с медными заклёпками)

Решение

В гальванической паре Fe–Cu железо имеет более отрицательный потенциал ($E°(Fe) < E°(Cu)$), поэтому оно будет анодом и будет подвергаться коррозии. Медь будет катодом.

Анодный процесс (окисление железа):

$A: Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$

Катодный процесс (восстановление кислорода):

$K: O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$

Уравняем число электронов: умножим анодный процесс на 2.

$2Fe^0 - 4e^- \rightarrow 2Fe^{2+}$

$O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$

Суммарное ионное уравнение:

$2Fe + O_2 + 2H_2O \rightarrow 2Fe^{2+} + 4OH^-$

Образующиеся ионы $Fe^{2+}$ и $OH^-$ взаимодействуют, образуя нерастворимый гидроксид железа(II) $Fe(OH)_2$.

Суммарное уравнение реакции:

$2Fe + O_2 + 2H_2O \rightarrow 2Fe(OH)_2$

Ответ: Во втором случае первым будет корродировать железо.
Анодный процесс: $Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$.
Катодный процесс: $O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$.
Суммарное уравнение реакции: $2Fe + O_2 + 2H_2O \rightarrow 2Fe(OH)_2$.