Номер 3, страница 102 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 22. Химические источники тока. Глава V. Электрохимические реакции - номер 3, страница 102.

Условие.

3. Какие процессы будут происходить при контакте железа с цинком:

а) в растворе серной кислоты;

б) в воде?

Составьте схемы реакций, происходящих на катоде и на аноде.

Решение.

Решение 2.

При контакте железа с цинком образуется гальваническая пара, так как металлы имеют разные значения стандартных электродных потенциалов. Металл с более отрицательным значением потенциала будет являться анодом и подвергаться окислению (коррозии), а металл с более положительным потенциалом — катодом, на котором будет происходить процесс восстановления.

Сравним стандартные электродные потенциалы ($E^0$):

$E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0.76$ В

$E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0.44$ В

Так как $E^0(Zn) < E^0(Fe)$, цинк ($Zn$) будет выполнять роль анода, а железо ($Fe$) — роль катода. Цинк будет корродировать, защищая железо (этот метод защиты называется протекторной защитой).

а) в растворе серной кислоты

В кислой среде (раствор серной кислоты $H_2SO_4$) электрохимическая коррозия протекает с водородной деполяризацией. Электролитом служат ионы $H^+$ и $SO_4^{2-}$.

Процессы на электродах:

• На аноде (цинк) происходит окисление цинка: $A(-): Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$
• На катоде (железо) происходит восстановление ионов водорода, так как в кислой среде их концентрация высока: $K(+): 2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow$

Таким образом, цинк растворяется, а на поверхности железа выделяется газообразный водород. Железо при этом не корродирует.

Суммарное уравнение реакции: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

Ответ:

Схема реакции на аноде (Zn): $Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

Схема реакции на катоде (Fe): $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2$

б) в воде

В нейтральной среде (вода), содержащей растворенный кислород, электрохимическая коррозия протекает с кислородной деполяризацией. Деполяризатором (окислителем) выступает растворенный в воде кислород.

Процессы на электродах:

• На аноде (цинк) так же, как и в кислой среде, происходит окисление цинка: $A(-): Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$
• На катоде (железо) происходит восстановление кислорода: $K(+): O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$

Ионы цинка $Zn^{2+}$, образующиеся на аноде, и гидроксид-ионы $OH^-$, образующиеся на катоде, взаимодействуют в растворе с образованием нерастворимого гидроксида цинка: $Zn^{2+} + 2OH^- \rightarrow Zn(OH)_2 \downarrow$.

Суммарное уравнение процесса коррозии: $2Zn + O_2 + 2H_2O \rightarrow 2Zn(OH)_2$

В этом случае цинк также защищает железо от коррозии, покрываясь слоем продуктов коррозии (гидроксидом цинка).

Ответ:

Схема реакции на аноде (Zn): $Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

Схема реакции на катоде (Fe): $O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$