|
Содержание работы или список заданий
|
Вариант 01
Задание 1. Термодинамика электрохимической коррозии
На основании диаграмм состоянии металл – вода охарактеризуйте термодинамическую устойчивость металла к электрохимической коррозии в интервале значений рН от 0 до 14 с указанной деполяризацией. Коррозия происходит на воздухе при температуре 250С. Условием коррозии считать достижение в растворе указанной активности (концентрации) ионов металла [Меn+] (моль/л, -lg[Меn+]).
Необходимо выполнить следующие расчеты.
1. Вычислить рН осаждения гидроксида (гидратообразования) в системе металл – вода. В растворах, близких к нейтральным, продуктом коррозии считать гидроксид (гидратированную форму оксида).
2. Вычислить равновесные потенциалы металла при рН осаждения гидроксида, а также при рН = 0 и рН = 14.
3. Вычислить равновесные потенциалы деполяризатора при значениях рН, указанных в задании. Парциальные давления РН2 и РО2 в воздухе равны 5*10-7 и 0,21 Атм. соответственно.
4. Построит графики зависимости ?ДСП = f(pH) и ?Ме = f(pH) с учетом вида продуктов коррозии (Меn+, Ме(ОН)n, MeOnn-).
5. Составить электронно-ионные уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде и общее ионное уравнение коррозионного процесса при указанных значениях рН.
6. Вычислить энергию Гиббса коррозионного процесса при указанных значениях рН.
На основании выполненных расчетов и графика изменений ?ДСП = f(pH) и ?Ме = f(pH) сделайте заключение о возможности и условиях протекания электрохимической коррозии металла, составе продуктов коррозии.
Для расчетов используйте сведения из приложения 1 (диаграммы Пурбе).
Дл 01 варианта металл – Al, деполяризация кислородная,
-lg [Меn+] = 2
Значения рН = 2, 8, 12.
Задание 2. Термодинамика газовой коррозии
Дайте термодинамическое обоснование возможности газовой коррозии металла с образованием в окалине оксида МеnOm. Коррозия протекает в газовой среде с парциальным давлением кислорода РО2 при температуре Т.
Необходимо выполнить следующие расчеты.
1. Вычислить тепловой эффект ?Н0Т, энтропию реакции ?S0Т и стандартную энергию Гиббса ?G0Т реакции окислении металла до МеnOm при температуре Т. Изменения молярной изобарной теплоемкости в реакции принять с условием ?СрТ =?Ср298.
2. Вычислить давление диссоциации оксида МеnOm.
Для варианта 01 продукт коррозии МеnOm = Al2O3
PO2 = 0,21 Атм.(воздух)
Т = 600 К
3. Вычислить ?G0Т при указанном парциальном давлении.
На основании выполненных расчетов сделайте вывод о термодинамической устойчивости металла к газовой коррозии (окалинообразованию).
Задание 3. Кинетика электрохимической коррозии
3.1. Графический расчет электрохимической коррозии
На основании диаграммы коррозии установите контролирующий фактор при работе коррозионного гальванического элемента Ме/раствор NaCl/Me’ в состоянии короткого замыкания и при указанной силе тока I(мкА). Определите максимально возможную скорость коррозии и показатели коррозии: токовый, массовый, глубинный.
Необходимо выполнить следующие расчеты:
1. На основании поляризационных кривых ?а = f(ia) и ?а = f(iк) построит диаграмму коррозии гальванического элемента Ме/раствор NaCl/Me’.
Принят равными площадки анодных и катодных участков Sa = Sk = 1 см2, а также плотности тока на аноде и катоде ia = iк. Определит максимальный коррозийный ток Imax.
2. Вычислить степени анодного, катодного и омического контроля (%) при работе коррозионного гальванического элемента в состоянии короткого замыкания и при силе тока I. Установить контролирующий фактор коррозии для обоих случаев.
3. Составить электронно-ионные уравнения возможных процессов на электродах в коррозионном гальваническом элементе Ме/раствор NaCl/Me’. Определить максимально возможную скорость коррозии. Вычислить показатели коррозии: токовый, массовый, глубинный. Плотности металлов приведены в приложении.
Номер варианта Электроды Плотность тока ia = iк, мкА/см2 Потенциал ?, В Сила тока I, мкА
анода катода
01 Al
Sn 0 -0,598 -0,288 40
10 -0,592 -0,302
30 -0,580 -0,388
50 -0,575 -0,425
70 -0,568 -0,498
95 -0,563 -0,568
Вариант 89
Задание 1. Термодинамика электрохимической коррозии
На основании диаграмм состоянии металл – вода охарактеризуйте термодинамическую устойчивость металла к электрохимической коррозии в интервале значений рН от 0 до 14 с указанной деполяризацией. Коррозия происходит на воздухе при температуре 250С. Условием коррозии считать достижение в растворе указанной активности (концентрации0 ионов металла [Меn+] (моль/л, -lg[Меn+]).
Необходимо выполнить следующие расчеты.
1. Вычислить рН осаждения гидроксида (гидратообразования) в системе металл – вода. В растворах, близких к нейтральным, продуктом коррозии считать гидроксид (гидратированную форму оксида).
2. Вычислить равновесные потенциалы металла при рН осаждения гидроксида, а также при рН = 0 и рН = 14.
3. Вычислить равновесные потенциалы деполяризатора при значениях рН, указанных в задании. Парциальные давления РН2 и РО2 в воздухе равны 5*10-7 и 0,21 Атм. соответственно.
4. Построит графики зависимости ?ДСП = f(pH) и ?Ме = f(pH) с учетом вида продуктов коррозии (Меn+, Ме(ОН)n, MeOnn-).
5. Составить электронно-ионные уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде и общее ионное уравнение коррозионного процесса при указанных значениях рН.
6. Вычислить энергию Гиббса коррозионного процесса при указанных значениях рН.
На основании выполненных расчетов и графика изменений ?ДСП = f(pH) и ?Ме = f(pH) сделайте заключение о возможности и условиях протекания электрохимической коррозии металла, составе продуктов коррозии.
Для расчетов используйте сведения из приложения 1 (диаграммы Пурбе).
Дл 89 варианта металл – Zn, деполяризация кислородная, -lg [Меn+] = 2
Значения рН = 4, 7, 14.
Задание 2. Термодинамика газовой коррозии
Дайте термодинамическое обоснование возможности газовой коррозии металла с образованием в окалине оксида МеnOm. Коррозия протекает в газовой среде с парциальным давлением кислорода РО2 при температуре Т.
Необходимо выполнить следующие расчеты.
1. Вычислить тепловой эффект ?Н0Т, энтропию реакции ?S0Т и стандартную энергию Гиббса ?G0Т реакции окислении металла до МеnOm при температуре Т. Изменения молярной изобарной теплоемкости в реакции принять с условием ?СрТ =?Ср298.
2. Вычислить давление диссоциации оксида МеnOm.
Для варианта 89 продукт коррозии МеnOm = Fe2O3
PO2 = 0,1 Атм.
Т = 800 К
3. Вычислить ?G0Т при указанном парциальном давлении.
На основании выполненных расчетов сделайте вывод о термодинамической устойчивости металла к газовой коррозии (окалинообразованию).
Задание 3. Кинетика электрохимической коррозии
3.1. Графический расчет электрохимической коррозии
На основании диаграммы коррозии установите контролирующий фактор при работе коррозионного гальванического элемента Ме/раствор NaCl/Me’ в состоянии короткого замыкания и при указанной силе тока I(мкА). Определите максимально возможную скорость коррозии и показатели коррозии: токовый, массовый, глубинный.
Необходимо выполнить следующие расчеты:
1. На основании поляризационных кривых ?а = f(ia) и ?а = f(iк) построит диаграмму коррозии гальванического элемента Ме/раствор NaCl/Me’.
Принят равными площадки анодных и катодных участков Sa = Sk = 1 см2, а также плотности тока на аноде и катоде ia = iк. Определит максимальный коррозийный ток Imax.
2. Вычислить степени анодного, катодного и омического контроля (%) при работе коррозионного гальванического элемента в состоянии короткого замыкания и при силе тока I. Установить контролирующий фактор коррозии для обоих случаев.
3. Составить электронно-ионные уравнения возможных процессов на электродах в коррозионном гальваническом элементе Ме/раствор NaCl/Me’. Определить максимально возможную скорость коррозии. Вычислить показатели коррозии: токовый, массовый, глубинный. Плотности металлов приведены в приложении.
Номер варианта Электроды Плотность тока ia = iк, мкА/см2 Потенциал ?, В Сила тока I, мкА
анода катода
89 Zn
Fe 0 -0,638 -0,448 40
30 -0,620 -0,478
50 -0,615 -0,518
70 -0,612 -0,538
90 -0,608 -0,550
100 -0,590 -0,578
Вариант 97
Задание 1. Термодинамика электрохимической коррозии
На основании диаграмм состоянии металл – вода охарактеризуйте термодинамическую устойчивость металла к электрохимической коррозии в интервале значений рН от 0 до 14 с указанной деполяризацией. Коррозия происходит на воздухе при температуре 250С. Условием коррозии считать достижение в растворе указанной активности (концентрации0 ионов металла [Меn+] (моль/л, -lg[Меn+]).
Необходимо выполнить следующие расчеты.
1. Вычислить рН осаждения гидроксида (гидратообразования) в системе металл – вода. В растворах, близких к нейтральным, продуктом коррозии считать гидроксид (гидратированную форму оксида).
2. Вычислить равновесные потенциалы металла при рН осаждения гидроксида, а также при рН = 0 и рН = 14.
3. Вычислить равновесные потенциалы деполяризатора при значениях рН, указанных в задании.
Парциальные давления РН2 и РО2 в воздухе равны 5*10-7 и 0,21 Атм. соответственно.
4. Построит графики зависимости ?ДСП = f(pH) и ?Ме = f(pH) с учетом вида продуктов коррозии (Меn+, Ме(ОН)n, MeOnn-).
5. Составить электронно-ионные уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде и общее ионное уравнение коррозионного процесса при указанных значениях рН.
6. Вычислить энергию Гиббса коррозионного процесса при указанных значениях рН.
На основании выполненных расчетов и графика изменений ?ДСП = f(pH) и ?Ме = f(pH) сделайте заключение о возможности и условиях протекания электрохимической коррозии металла, составе продуктов коррозии.
Для расчетов используйте сведения из приложения 1 (диаграммы Пурбе).
Дл 97 варианта металл – Ni, деполяризация кислородная и водородная,
-lg [Меn+] = 3
Значения рН = 1, 8.
Из диаграммы Пурбе для системы никель – вода выписываем уравнения для расчета рН осаждения Ni(OH)2 и величины равновесных потенциалов для никеля (уравнения Нернста). При коррозии могут образоваться ионы Ni2+ (pH < 7), гидроксид Ni(OH)2 (pH > 7 )
Ni + H2O = NiO + 2H+ + 2e ? = 0,116 - 0,0591pH (1)
Ni = Ni2+ + 2e, ? = -0,250 + 0,0295 lg[Ni2+] (2)
3 Ni(OH)2 = Ni3O4 + 2H2O + 2H+ + 2e ? = 0,897 - 0,0591pH (3)
3Ni + 2H2O = Ni3O4 + 2H+ + 2e ? = 0,897 - 0,0591pH (4)
2Ni(OH)2 = Ni2O3 + H2O + 2H+ + 2e ? = 1,032 - 0,0591pH (5)
2NiO + H2O = Ni2O3 + 2H+ + 2e ? = 1,020 - 0,0591pH (6)
2 Ni3O4 + H2O = 3Ni2O3 + 2H+ + 2e ? = 1,305 - 0,0591pH (7)
Ni2O3 + H2O = 2NiO2 + 2H+ + 2e ? = 1,434 - 0,0591pH (8)
Ni2+ + H2O = Ni(OH)2 + 2H+ lg[Ni2+] = 12,18 – 2pH (9)
Ni2+ + H2O = Ni(OH)2 + 2H+ lg[Ni2+] = 12,41 – 2pH (9)
Задание 2. Термодинамика газовой коррозии
Дайте термодинамическое обоснование возможности газовой коррозии металла с образованием в окалине оксида МеnOm. Коррозия протекает в газовой среде с парциальным давлением кислорода РО2 при температуре Т.
Необходимо выполнить следующие расчеты.
1. Вычислить тепловой эффект ?Н0Т, энтропию реакции ?S0Т и стандартную энергию Гиббса ?G0Т реакции окислении металла до МеnOm при температуре Т. Изменения молярной изобарной теплоемкости в реакции принять с условием ?СрТ =?Ср298.
2. Вычислить давление диссоциации оксида МеnOm.
Для варианта 97 продукт коррозии МеnOm = ZnO
PO2 = 0,21 Атм.(воздух)
Т = 600 К
3. Вычислить ?G0Т при указанном парциальном давлении.
На основании выполненных расчетов сделайте вывод о термодинамической устойчивости металла к газовой коррозии (окалинообразованию).
Задание 3. Кинетика электрохимической коррозии
3.2. Кислородная и водородная деполяризация катода
На основании экспериментальных данных зависимости перенапряжения водорода ? или перенапряжения ионизации кислорода ? от катодной плотности тока определите коэффициенты в уравнении Тафеля для металла (Ме - катод) в указанном растворе Определите показатели коррозии (токовый ia, объемный КН2 или КО2, массовый Km-, глубинный Kn) в коррозионном гальваническом элементе сталь/раствор/ Ме – катод, если перенапряжение составит ?кор или ?кор при отношении площадей катода и анода Sk /Sa. Анодной составляющей стали принять железо.
Номер варианта Ме - катод Состав раствора Плотность тока ik, A/см2 ?(?)кор,
В Sk /Sa
10-4 10-3 5*10-3 10-2
Перенапряжение ионизации кислорода ?, В
97 Fe 0,5 H NaCl 0,15 0,20 0,23 0,25 0,18 1,0
pH = 9,2
(Na2CO3)
Необходимо выполнить следующие расчеты.
1. По исходным данным построить графики зависимости перенапряжения ? = f(ik) или ? = f(ik), а также ? = f(lgik) или ? = f(lgik).
По прямолинейной зависимости ? = f(lgik) определить параметры а и b в уравнении Тафеля.
2. По уравнению Тафеля вычислит катодную плотность тока lgik при коррозии стали. С учетом отношения площадей катода и анода Sk /Sa вычислить токовый показатель коррозии iа, а также объемный КН2 (КО2), массовый Km-, глубинный Kn показатели. Оценить коррозионную стойкость стали по десятибальной шкале коррозионной стойкости (см. Приложение).
|