Номер 2, страница 112 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 24. Коррозия металлов и её предупреждение. Глава V. Электрохимические реакции - номер 2, страница 112.

Условие.

2. Какой металл будет подвергаться коррозии при контакте $Fe$ с $Sn$:

а) в воде;

б) в растворе соляной кислоты?

Составьте уравнения химических реакций и объясните, какие процессы будут идти на поверхности железа и олова.

Решение.

Решение 2.

Для определения того, какой из металлов будет корродировать, необходимо сравнить их стандартные электродные потенциалы в ряду активности металлов. У железа и олова они следующие:

$E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0.44$ В

$E^0(Sn^{2+}/Sn) = -0.14$ В

Поскольку электродный потенциал железа более отрицательный, чем у олова ($E^0_{Fe} < E^0_{Sn}$), железо является более активным металлом. При контакте этих двух металлов в присутствии электролита образуется гальваническая пара, в которой более активный металл (железо) будет выполнять роль анода и подвергаться окислению (коррозии), а менее активный металл (олово) — роль катода, на котором будут протекать процессы восстановления.

а) в воде

При контакте железа и олова в воде, которая содержит растворенный кислород, возникает электрохимическая коррозия с кислородной деполяризацией.

Железо, как более активный металл, является анодом и будет разрушаться. Олово — катод.

На поверхностях металлов протекают следующие процессы:

• На аноде (поверхность железа) происходит процесс окисления железа:
  $Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$
• На катоде (поверхность олова) происходит процесс восстановления растворенного в воде кислорода. Электроны для этого процесса поступают от атомов железа:
  $O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$

Суммарное уравнение реакции, протекающей в гальванической паре, можно получить, уравняв число электронов в анодном и катодном процессах:

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

Образовавшийся гидроксид железа(II) $Fe(OH)_2$ является нестойким и в присутствии кислорода воздуха окисляется до гидроксида железа(III) $Fe(OH)_3$, который является основным компонентом ржавчины:

$4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3 \downarrow$

Ответ: При контакте в воде коррозии будет подвергаться железо.

б) в растворе соляной кислоты

В кислой среде, такой как раствор соляной кислоты, также образуется гальваническая пара Fe-Sn. Коррозия протекает с водородной деполяризацией, и ее скорость значительно выше, чем в нейтральной среде.

Железо снова выступает в роли анода, а олово — в роли катода.

На поверхностях металлов протекают следующие процессы:

• На аноде (поверхность железа) происходит интенсивное растворение (окисление) железа:
  $Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$
• На катоде (поверхность олова) происходит восстановление ионов водорода из кислоты. Олово при этом не растворяется, так как защищено катодно, а лишь предоставляет свою поверхность для реакции:
  $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow$

Суммарное ионное уравнение процесса коррозии:

$Fe + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2 \uparrow$

В молекулярной форме уравнение реакции выглядит так:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

В данном случае коррозия железа будет протекать очень быстро, так как в кислой среде высокая концентрация деполяризатора (ионов $H^+$).

Ответ: При контакте в растворе соляной кислоты коррозии будет подвергаться железо.