Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №14/2004

РАБОЧИЕ ТЕТРАДИ

Ю.И.ПАХОМОВ

Сборник
практических работ
по химии

11 класс

Продолжение. Начало см. в № 10, 11, 12, 13/2004

Практическая работа 10.
Роль гальванических пар
при коррозии и защите металлов

Цели. Повторить, закрепить и обобщить понятия об электрохимических процессах при коррозии и защите металлов.
Оборудование и реактивы. Пластинка (стеклянная или керамическая плитка, 5х5 см), фильтровальная бумага (2 куска, 5х5 см), наждачная бумага, санитарная склянка; пластинка оцинкованного железа (с царапиной, нарушающей слой цинка), кусок жести (от консервной банки), покрытой оловом (с глубокой царапиной, нарушающей оловянное покрытие), раствор для смачивания покрытия (на 100 мл воды – 3 г NaCl, 3 г K3[Fe(CN)6] и 2–3 капли концентрированной HCl), тонкая железная проволока (2 куска по 5–6 см), гранулы Sn, Zn.

Наибольший вред приносит электрохимическая коррозия – разрушение металла в результате возникновения гальванических пар и появление внутри системы электрического тока. При этом наряду с химическими процессами (передача электронов) протекают и электрические (перенос электронов от одного участка к другому). При коррозии в отличие от электролиза активный (с меньшим значением нормального электродного потенциала) из контактирующих металлов отдает валентные электроны менее активному (с бо'льшим потенциалом). Активный металл является анодом (+), а менее активный – катодом (–).

 

Двойной электронный слой, возникающий на границе металл–раствор и способствующий устойчивости к коррозии, при образовании гальванической пары разрушается. Гидратированные катионы более активного металла переходят в раствор, металл разрушается. Если рН среды < 7, то происходит и водородная деполяризация катода (т. е. на катоде выделяется Н2 за счет восстановления Н3О+).

 

Задание. Какие из предложенных условий будут способствовать или препятствовать возникновению электрохимической коррозии? (Проставить номера выписанных условий.)

1. Неоднородность сплава.
2. Чистота поверхности металла.
3. Влажность окружающего металл воздуха.
4. Погружение металла в раствор NaCl.
5. Наличие на поверхности металла плотной оксидной пленки.
6. Присутствие в воздухе SO2.
7. Покрытие поверхности металла лаком.

Способствует коррозии Препятствует коррозии

Среди средств антикоррозионной защиты металлов (отделение от агрессивной среды, различные методы ее обработки, замена металлов антикоррозионными сплавами и неметаллическими материалами) имеются и электрохимические методы.
Протекторная защита. Протектор – металл с большей электрохимической активностью, чем защищаемый металл, он разрушается в первую очередь.
Катодная защита. Металлическое сооружение подключают к катоду источника тока, заземлением служит анод.

Порядок работы Задания Наблюдения и выводы
На стеклянную, керамическую или пластиковую пластинку (5х5 см) поместить того же размера фильтровальную бумагу, на которую положить кусочек жести (железо, покрытое оловом). На жести предварительно нанесена глубокая царапина (с нарушением оловянного покрытия). Рядом поместить пластинку оцинкованного железа, на которую также нанести глубокую царапину.
Обе пластинки покрыть фильтровальной бумагой, смоченной раствором из 3 г NaCl, 3 г K3[Fe(CN)6] и 2–3 капель концентрированной HCl в 100 мл воды. Бумага должна плотно прилегать к металлическим пластинкам. Следить за появлением продуктов коррозии.
Примечание. При наличии тонкой стальной проволоки, очищенной от следов коррозии, обмотать ею в одном случае гранулу олова,а в другом – цинка, оставив концы на 3–4 см. Далее опыт проводить по вышеописанному порядку
Kакое покрытие (оловянное или цинковое) предохраняет железо от коррозии в месте их контакта? Почему один из названных металлов ускоряет коррозию железа? Kаковы видимые признаки этого? Kакой металл предупреждает коррозию железа? Ответы обосновать соответствующими схемами электрохимических процессов на электродах, уравнениями окислительно-восстановительных реакций. Для доказательства получения продуктов коррозии провести качественные реакции на ионы железа

Практическая работа 11.
Решение экспериментальных задач
по разделу «Основы общей химии»

Цели. На основании повторения и обобщения изученного материала по разделу «Основы общей химии» закрепить знания и навыки проведения лабораторных опытов и решения экспериментальных задач для лучшей подготовки к зачету и экзамену по данному разделу.
Оборудование и реактивы. Водяная баня, электроплитка, спиртовка, спички, держатель для пробирок, центрифуга, промывная склянка, универсальный индикатор с цветной шкалой рН, пронумерованные пробирки (№ 1–7) для распознавания растворов веществ, штатив с пробирками
(2 шт.), санитарная склянка; растворы Al2(SO4)3, NaOH (разб., конц. и с = 30%), BaCl2, HCl (разб. и конц.), Fe2(SO4)3, NH4NO3, K4[Fe(CN)6], NH4CNS, HNO- (конц.), C6H12O6 (-D-глюкоза), С3Н5(ОН)3 (глицерин), СuSO4 ( = 5%), NH3 (водн.), [Ag(NH3)2]ОН (аммиачный р-р оксида серебра(I)), NaCl, Na2CO3, Pb(NO3)2, Br2 (водн.), растворы фенола, метилоранжа, Н2О (дистил.), фенолфталеин (спирт. р-р), лакмусовая бумага (красная), альбумин (водорастворимая фракция куриного яйца, свежеприготовленный р-р), Cu (стружки).

Порядок работы Экспериментальные задачи Наблюдения и выводы
K раствору сульфата алюминия прилить по каплям, взбалтывая, раствор щелочи до образования белесого осадка, который разделить на три части в три пробирки. … 1. Получить реакцией ионного обмена гидроксид алюминия и доказать его амфотерный характер. План решения составить в графе «Порядок работы». В обосновании выводов написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах, назвать продукты, указать признаки реакций
По внешним признакам обращать внимание ... 2. В пробирках № 1 и 2 находятся водные растворы сульфата железа(III) и аммиачной селитры. С помощью характерных реакций распознать их. Составить план действий. Написать уравнения качественных реакций, указать их признаки

3. Получить опытным путем тетрагидроксокупрат(II) натрия. Вычислить массы исходных веществ, необходимых для получения 4 мл раствора комплексного соединения с концентрацией 2 моль/л. Написать электроннуюи структурную формулы комплекса. Указать его внутреннюю и внешнюю сферы, ион-комплексообразователь. Составить уравнение реакции в молекулярной и ионной формах

4. С помощью характерных реакций в пробирках № 3 и 4 определить водные растворы пропантриола (глицерина) и
-D-глюкозы. Составить план распознавания и обосновать решение соответствующими уравнениями реакций в молекулярной и структурной формах. Указать признаки реакций, назвать продукты

5. В пробирках № 5, 6 и 7 с помощью универсального индикатора (и цветной шкалы рН) распознать водные растворы сульфата меди(II), хлорида натрия и карбоната калия (натрия). Вывод обосновать уравнениями реакций в молекулярной и ионной формах. План распознавания веществ составить самостоятельно Соль NaCl, образованная сильным основанием NaOH и сильной кислотой HCl, не подвергается гидролизу,
рН = 7.…

6. Провести качественные («цветные») реакции, характерные для водорастворимой фракции белков куриного яйца – альбуминов. Что служит основанием для утверждения наличия в составе белка: пептидной связи, остатков аминокислот тирозина, фенилаланина, цистеина? В чем состоит денатурация, амфотерный характер белковых молекул, принцип полноценности белков?
Укажите выбранные вами реакции, в которых проявляются различные факторы, влияющие на скорость реакции. … 7. Исследуя проведенные лабораторные опытыи химические реакции, привести конкретные примеры зависимости скорости химических реакций от факторов:
а) площади соприкосновения реагентов;
б) температуры;
в) катализатора;
г) концентрации реагирующих веществ
Нитрит калия, реагирующий с KMnO4, должен быть восстановителем, т.к. партнер содержит (в высшей степени окисления) и является окислителем. Нитрит-ион переходит в нитрат-ион . Принимая во внимание среду (рН > 7), уравнивание кислорода в электронно-ионной схеме проводят с помощью ионов OH.  Ион , восстанавливаясь, образует ион . 8. С помощью электронно-ионного метода закончить уравнения следующих реакций а–в.

Взаимодействие FeCl2 с KMnO4 происходит в нейтральной среде. Следовательно, в левой части электронно-ионной схемы должна быть вода в количестве, равном разнице в числе атомов кислорода окисляемого и восстанавляемого ионов. Ионы   в нейтральной среде восстанавливаются до MnO2. Одновременно образуются ионы . Ионы Fe2+ окисляются до Fe3+

… 

Известно, что для галогенов наиболее характерны окислительные свойства. Следовательно окислитель снижает степень окисления до –1. Азот в HNO2 – восстановитель, окисляясь, он повышает степень окисления от +3 до +5. В кислой среде (рН < 7) кислород окисляемых и восстанавляемых ионов уравнивают с помощью ионов Н+, записываемых в схеме вместе с окислителем, и молекул Н2О

Сполоснуть пробирку прозрачным раствором фенола и добавить в нее концентрированный раствор бромной воды (Br2) до появления взвеси белого цвета 9. Получить 2,4,6-трибром-фенол и вычислить его массу m при взаимодействии 1,04 г фенола и 4,8 г брома в составе бромной воды. Написать уравнения реакций в молекулярной и структурной формах