Дополнительный опыт № 20, страница 91 - гдз по химии 7 класс тетрадь для лабораторных и практических работ Габриелян, Аксенова

Дополнительный опыт № 20

Изучение процесса коррозии железа

Цель: изучение процесса коррозии железа на основе химического эксперимента.

Оборудование и реактивы: три пластиковые бутылки объёмом 250—500 мл с крышками; три гвоздя длиной 5—10 см; мыло; наждачная бумага; кипячёная вода; водопроводная вода; поваренная соль.

Задание. Определить некоторые условия, влияющие на скорость коррозии железа.

Инструкция

1. Подготовьте необходимое оборудование для проведения домашнего эксперимента по списку, указанному выше.

2. Подготовьте гвозди для эксперимента. Для этого три гвоздя нужно помыть с мылом, высушить и зачистить их поверхности наждачной бумагой, обмыть кипячёной водой.

3. Первую бутылку полностью залейте холодной кипячёной водой, поместите в неё очищенный гвоздь и закройте бутылку плотно крышкой.

4. Вторую бутылку заполните наполовину холодной водопроводной водой, поместите в неё очищенный гвоздь и не закрывайте бутылку крышкой.

5. В третью бутылку всыпьте две столовые ложки поваренной соли, положите очищенный гвоздь и заполните бутылку наполовину холодной водопроводной водой.

6. Опишите свои наблюдения, расставив номера бутылок напротив соответствующих фраз:

◆ ржавчины образовалось мало, или она практически не заметна;

◆ ржавчина хорошо заметна, она крепко держится на гвозде;

◆ ржавчины так много, что она плохо держится на гвозде, осыпается с него и образует на дне бутылки бурый осадок.

7. Сделайте выводы о влиянии состава раствора и доступа воздуха на процесс коррозии железа.

6. Опишите свои наблюдения, расставив номера бутылок напротив соответствующих фраз:

Для правильного распределения наблюдений необходимо проанализировать условия, созданные в каждой из трех бутылок, и предсказать результат на основе химических знаний о коррозии железа.

Коррозия железа (ржавление) – это сложный физико-химический процесс, для протекания которого необходимы два основных компонента: вода ($H_2O$) и кислород ($O_2$). Скорость коррозии значительно увеличивается в присутствии электролитов (например, солей, кислот, щелочей), которые повышают электропроводность водной среды.

Анализ условий в бутылках:

•Бутылка 1: Гвоздь помещен в холодную кипяченую воду. Кипячение удаляет из воды большую часть растворенных газов, в том числе кислород. Бутылка заполнена полностью и плотно закрыта, что минимизирует дальнейший контакт железа с кислородом воздуха. В таких условиях один из ключевых факторов коррозии (кислород) практически отсутствует. Следовательно, коррозия будет протекать очень медленно или будет незаметна.

•Бутылка 2: Гвоздь находится в холодной водопроводной воде, которая содержит растворенный кислород. Бутылка заполнена наполовину и оставлена открытой, что обеспечивает свободный доступ кислорода из воздуха. Наличие воды и кислорода создает благоприятные условия для коррозии, и на гвозде будет образовываться ржавчина.

•Бутылка 3: Условия схожи с бутылкой 2 (вода и доступ кислорода), но в воду добавлена поваренная соль ($NaCl$). Соль, растворяясь в воде, диссоциирует на ионы ($Na^+$ и $Cl^-$), превращая воду в раствор электролита. Наличие ионов значительно ускоряет электрохимические процессы, лежащие в основе коррозии. Поэтому в этой бутылке коррозия будет протекать наиболее интенсивно, образуя большое количество рыхлой ржавчины, которая может осыпаться.

Исходя из анализа, распределим фразы по номерам бутылок:

•Бутылка 1: ржавчины образовалось мало, или она практически не заметна.

•Бутылка 2: ржавчина хорошо заметна, она крепко держится на гвозде.

•Бутылка 3: ржавчины так много, что она плохо держится на гвозде, осыпается с него и образует на дне бутылки бурый осадок.

Ответ: Бутылка 1 – ржавчины образовалось мало, или она практически не заметна; Бутылка 2 – ржавчина хорошо заметна, она крепко держится на гвозде; Бутылка 3 – ржавчины так много, что она плохо держится на гвозде, осыпается с него и образует на дне бутылки бурый осадок.

7. Сделайте выводы о влиянии состава раствора и доступа воздуха на процесс коррозии железа.

На основе результатов, полученных в ходе эксперимента, можно сформулировать следующие выводы:

1. Влияние доступа воздуха (кислорода):
Сравнение результатов в бутылке 1 и бутылке 2 наглядно демонстрирует ключевую роль кислорода в процессе коррозии. В бутылке 1, где доступ кислорода был целенаправленно ограничен (использование кипяченой воды и герметичная крышка), коррозия практически не наблюдалась. В бутылке 2, где был обеспечен свободный доступ кислорода из воздуха, коррозия протекала активно. Вывод: Кислород является необходимым реагентом для коррозии железа во влажной среде. Без доступа кислорода процесс ржавления практически останавливается. Упрощенное суммарное уравнение реакции: $4Fe + 3O_2 + 6H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$ (гидроксид железа(III) – основной компонент ржавчины).

2. Влияние состава раствора (наличие электролитов):
Сравнение результатов в бутылке 2 (водопроводная вода) и бутылке 3 (раствор поваренной соли) показывает, как состав раствора влияет на скорость коррозии. В обоих случаях присутствовали и вода, и кислород, но в бутылке 3, с раствором соли, коррозия была значительно более интенсивной. Поваренная соль ($NaCl$) является сильным электролитом, повышающим электропроводность воды. Это ускоряет перенос заряда между анодными и катодными участками, которые самопроизвольно образуются на поверхности металла, тем самым интенсифицируя электрохимический механизм коррозии. Вывод: Присутствие в воде растворенных солей (электролитов) значительно ускоряет процесс коррозии железа.

Ответ: Для протекания процесса коррозии железа необходимо одновременное наличие воды и кислорода (из воздуха). Исключение одного из этих факторов (например, ограничение доступа кислорода) резко замедляет или полностью останавливает коррозию. Присутствие в воде растворенных электролитов, например, поваренной соли, существенно увеличивает скорость коррозии железа, так как они повышают электропроводность среды и способствуют протеканию электрохимических реакций.