Номер 13, страница 177 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. На поверхности кислой почвы садового участка находятся же-лезные трубы со вставленными латунными кранами (латунь — сплав меди с цинком). Какие изменения ожидают трубу или кран? В каком месте будут наиболее выражены эти изменения и почему?

В описанной ситуации железная труба и латунный кран, находясь в контакте на поверхности кислой влажной почвы, образуют гальваническую пару. Кислая почва, пропитанная влагой, выступает в роли электролита.

Железо, из которого сделана труба, и медь с цинком, из которых состоит латунный кран, имеют разные значения стандартных электродных потенциалов и, следовательно, разную химическую активность. В электрохимическом ряду напряжений металлы располагаются в следующей последовательности по убыванию активности (увеличению потенциала): цинк ($Zn$), железо ($Fe$), медь ($Cu$).

Когда два разных металла находятся в контакте в среде электролита, возникает гальванический элемент. Металл с более отрицательным электродным потенциалом (более активный) становится анодом и подвергается окислению, то есть коррозии. Металл с более положительным потенциалом (менее активный) становится катодом, на котором протекают процессы восстановления.

В паре "железо – латунь" (сплав на основе меди) железо является более активным металлом, чем медь, которая составляет основу латуни. Поэтому железная труба будет выполнять роль анода, а латунный кран — катода. На аноде (железной трубе) будет происходить процесс разрушения металла:

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

Образующиеся ионы железа $Fe^{2+}$ в дальнейшем будут окисляться и взаимодействовать с водой и кислородом, образуя ржавчину.

На катоде (поверхности латунного крана) будут идти процессы восстановления компонентов электролита. В кислой среде это, прежде всего, восстановление ионов водорода:

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow$

Или восстановление растворенного в воде кислорода:

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

Таким образом, основным изменением будет ускоренная электрохимическая коррозия железной трубы. Латунный кран, выступая в роли катода, будет защищен от коррозии за счет разрушения железа (это явление называется катодной защитой).

Наиболее интенсивно процесс коррозии будет протекать в месте контакта железной трубы и латунного крана. Именно в этой зоне замыкается гальваническая цепь, обеспечивая беспрепятственное движение электронов от анода (железа) к катоду (латуни) и движение ионов в электролите (влажной почве). Чем короче путь для носителей заряда, тем выше скорость коррозии, поэтому разрушение трубы будет максимальным именно у основания крана.

Ответ: Изменениям подвергнется железная труба — она будет интенсивно корродировать (ржаветь). Латунный кран при этом будет защищен от разрушения. Наиболее выражены эти изменения будут на трубе в месте её соединения с латунным краном. Причина заключается в возникновении гальванической пары "железо-латунь" во влажной кислой почве (электролите), где более активное железо выступает в роли анода и разрушается, а менее активная медь (основа латуни) — в роли катода.