Номер 8, страница 182 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

8. Для защиты от коррозии железного листа (жести) его покрывают тонким слоем металлического цинка. Каким образом цинковое покрытие предохраняет железо от коррозии? Рассмотрите электрохимические процессы, протекающие на поверхности обоих металлов.

Решение

Покрытие железного листа цинком (оцинковка) является одним из самых эффективных и распространенных методов защиты от коррозии. Этот метод обеспечивает два уровня защиты: механический и электрохимический (протекторный).

1. Механическая защита. Сплошной, неповрежденный слой цинка полностью изолирует поверхность железа от контакта с агрессивной внешней средой (в первую очередь, от влаги и кислорода воздуха), тем самым механически предотвращая начало коррозионных процессов.

2. Электрохимическая (протекторная) защита. Этот, более важный, вид защиты вступает в действие при нарушении целостности покрытия (например, при появлении царапины или скола). В этом случае железо и цинк оказываются в контакте друг с другом и с электролитом (конденсатом влаги из воздуха, дождевой водой и т.д.). В этих условиях образуется короткозамкнутый гальванический элемент.

Чтобы понять, какой из металлов будет разрушаться (корродировать), необходимо сравнить их стандартные электродные потенциалы. Для пары цинк-железо они составляют:
Стандартный электродный потенциал цинка: $E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0.76$ В.
Стандартный электродный потенциал железа: $E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0.44$ В.

Так как электродный потенциал цинка значительно более отрицательный, чем у железа ($ -0.76 \text{ В} < -0.44 \text{ В} $), цинк является более активным металлом и в данной гальванической паре будет выполнять роль анода — то есть, он будет окисляться (корродировать). Железо, как менее активный металл, станет катодом, на котором будет происходить процесс восстановления.

Электрохимические процессы, протекающие на поверхности металлов, можно описать следующими уравнениями:

Анодный процесс (на цинке): атомы цинка окисляются, отдавая электроны и переходя в раствор в виде ионов.
$Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

Катодный процесс (на железе): электроны, образовавшиеся на аноде, перемещаются к катоду (железу). Здесь они участвуют в восстановлении окислителя из окружающей среды. Во влажном воздухе (нейтральная среда) таким окислителем является растворенный кислород.
$O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$

Таким образом, цинк «жертвует» собой, разрушаясь в первую очередь и тем самым защищая железо от коррозии. Пока на поверхности сохраняется цинковое покрытие, даже при его повреждении, железо будет защищено электрохимически.

Ответ: цинковое покрытие предохраняет железо от коррозии двумя способами. Механически, создавая физический барьер для агрессивной среды. Электрохимически, при повреждении покрытия образуется гальваническая пара, в которой цинк, как более активный металл (с более отрицательным потенциалом $E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0.76$ В по сравнению с $E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0.44$ В), выступает в роли анода и корродирует сам. Железо при этом становится катодом и не разрушается. Процесс на аноде (Zn): $Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$. Процесс на катоде (Fe): $O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$.