Sprawozdanie nr 9

Data: 12.05.2014r.

Doświadczenie 11.3 Określenie głównego składnika stopu.

Do identyfikacji otrzymałam czarną sproszkowaną substancję, której głównym składnikiem jest jeden z następujących metali: Mg, Zn, Al, Fe, Mn, Pb, Cu.

Do otrzymanego stopu dodaję 1cm³ kwasu solnego. Po paru minutach zaczyna wydzielać się wodór, można zatem założyć że próbka reaguje z kwasem. Pozostawiam ją na ok. 10 min pod wyciągiem w porcelanowym kubku. Następnie rozcieńczam roztwór wodą destylowaną do około 10cm³ i wykonuje odpowiednie reakcje na wykrycie kationów. Wyniki zapisuje w tabeli.

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂

Fe⁰ – 2e = Fe^II 2

2H^I + 2e = H₂⁰ 2

Fe + 2H⁺+ 2Cl^- = Fe²⁺+ 2Cl^- + H₂↑

Fe + 2H⁺ = Fe²⁺+ H₂↑

Próba	Odczynnik	Obserwacje	Rodzaj reakcji	Wniosek
1	NaOH 0,2M	Wytrącenie zielonego osadu	Strącanie	Fe^2+
	NaOH 2,0M	Brak zmian	Brak reakcji	Fe^2+
	H2O2	Wytrącenie brunatnego osadu	Redoks	Fe^2+
2	NH3·H2O 0,2M	Wytrącenie zielonego osadu	Strącanie	Fe^2+
	NH3·H2O 2,0M	Bez zmian	Brak reakcji	Fe^2+
3	(NH4)2S	Wytrącenie czarnego osadu	Strącanie	Fe^2+
4	KI	Bez zmian	Brak reakcji	Fe^2+

Probówka 1:

1. Reakcja kationu żelaza(II) z wodorotlenkiem sodu o stężeniu 0,2 M

Fe²⁺ + 2 OH^- = Fe(OH)₂↓ wodorotlenek żelazu(II)

1. Reakcja wodorotlenku żelaza(II) z wodorotlenkiem sodu o stężeniu 2M

Fe(OH)₂↓ + 2 OH ^- = brak reakcji

1. Reakcja wodorotlenku żelaza(II) z wodą utlenioną

2 Fe(OH)₂↓ + H₂O₂ = 2 Fe(OH)₃↓ wodorotlenek żelaza(III)

Fe^II + 1e = Fe^III · 2

2 O^-I + 2e = 2 O^-II

Probówka 2:

1. Reakcja kationu żelaza (II) z wodnym roztworem amoniaku o stężeniu 0,2M

Fe²⁺ + NH₄OH = Fe(OH)₂ ↓+ NH₄⁺ wodorotlenek żelaza(II)

1. Reakcja kationu żelaza (II) z wodnym roztworem amoniaku o stężeniu 2M

Fe(OH)₂ ↓ + NH₄OH = brak reakcji

Probówka 3:

1. Reakcja kationu żelaza(II) z siarczkiem amonu

Fe²⁺ + (NH₄)₂S = FeS↓ + 2 NH₄⁺ siarczek żelaza(II)

Probówka 4:

1. Reakcja kationu żelaza(II) z jodkiem potasu

Fe²⁺ + KI = brak reakcji

Wnioski: Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń oraz zmian zachodzących w probówkach, stwierdzono, że kationem, który należało wykryć jest kation żelaza(II).

Doświadczenie 3.2 Porównanie szybkości reakcji chemicznej i elektrochemicznej po utworzeniu ogniwa galwanicznego.

Do dwóch probówek odmierzam po 1 cm³ kwasu siarkowego (VI) o stężeniu 1 mol/dm³ i wrzucam po jednej granulce cynku. Następnie stykam granulkę cynku w jednej probówce z drutem miedzianym, po czym intensywność wydzielania wodoru wzrasta, głównie w miejscu uszkodzenia blaszki. Gdy szybkość wydzielania się wodoru w obydwu probówkach będzie jednakowa, dodaję do jednej z nich 3 krople siarczanu (VI) miedzi (II), po czym szybkość reakcji wzrasta.

Reakcje:

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑

Zn⁰ - 2e = Zn²⁺ 2

2H⁺+ 2e = H₂ 2

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu

Zn⁰ - 2e = Zn²⁺ 2

Cu²⁺ + 2e = Cu⁰ 2

A (-) : Zn⁰ – 2e = Zn²⁺

K (+) : 2H⁺+ 2e = H_2(g) następuje depolaryzacja wodorowa

Zachodzi zjawisko korozji. Na początku wodór wydziela się powoli i w małych ilościach. Po zetknięciu cynku z miedzią utworzyło się ogniwo galwaniczne, a wodór zaczął wydzielać się intensywniej.

Krótkozwarte ogniwo galwaniczne:

Cynk posiada więcej elektronów, które chętniej oddaje, ma większy potencjał ujemny i przechodzi w stan jonowy, jest bardziej aktywny.

Po dodaniu CuSO₄ również tworzy się ogniwo galwaniczne. Reakcje na anodzie i katodzie są takie same jak przy zetknięciu z drutem miedzianym. W tym wypadku wodór również wydziela się szybciej. Bardziej aktywny cynk wypiera miedź z roztworu jej soli.

Korozja elektrochemiczna zachodzi w wyniku oddziaływania elektrolitu, powstaje wówczas ogniwo korozyjne i prąd przepływa między biegunami ogniwa korozyjnego. Korozja chemiczna przebiega mniej intensywnie niż korozja elektrochemiczna. Na każdym z mikroogniw zachodzi także reakcja jak na anodzie i katodzie.

Doświadczenie 3.3 Korozja blach stalowych (żelaznych) pokrytych innymi metalami.

Odmierzam 20 cm³ wody destylowanej i dodaję 3-4 krople kwasu siarkowego (VI) o stężeniu

1 mol/dm³ oraz 1 cm³ heksacyjanożelazianu (III) potasu. Po wymieszaniu roztwór rozdzielam na dwie probówki, po czym do jednej wrzucam stalową blaszkę pokrytą cynkiem, zaś do drugiej cyną. Po około 15 minutach od zanurzenia w blaszce ocynkowanej krawędzie są zielone, zaś w blaszce ocynowanej rude.

Blaszka ocynkowana:

A (-) : Zn – 2e = Zn²⁺

K (+) : 2H⁺+ 2e = H_2(g) następuje depolaryzacja wodorowa

Schemat korozji blachy ocynkowanej:

3Zn²⁺ + 2Fe(CN)₆^3- = Zn₃[Fe(CN)₆]₂ Korozji ulega tylko cynk, ponieważ jest bardziej aktywny.

kation anion heksacyjanożelazian(III)

cynku heksacyjanożelazianu cynku(II)

W blaszce ocynkowanej powstaje ogniwo galwaniczne, anodę stanowi metal bardziej aktywny, czyli cynk. Katodę stanowi żelazo mniej aktywne.

Blaszka ocynowana:

A (-) : Fe – 2e = Fe²⁺

K (+) : 2H⁺+ 2e = H_2(g) następuje depolaryzacja wodorowa

Schemat korozji blachy ocynowanej:

3Fe²⁺ + 2Fe(CN)₆^3- = Fe₃[Fe(CN)₆]₂ Korozji ulega zarówno cyna jak i żelazo.

kation anion heksacyjanożelazian(III)

żelaza heksacyjanożelazianu żelaza(II)

Na blaszce ocynowanej powstaje ogniwo galwaniczne, a anodę stanowi żelazo, metal bardziej aktywny od cyny. Katodą jest cyna, metal mniej aktywny.

Wnioski:

Cynk lepiej chroni powierzchnie stali, ponieważ jest bardziej aktywny i w przypadku niewielkiego uszkodzenia warstwy powlekającej on pierwszy ulega reakcji.

Doświadczenie 3.4 Korozja elektrochemiczna pod kroplą elektrolitu (czyli w tlenowym ogniwie stężeniowym)

Na wyczyszczoną papierem ściernym, przemytą wodą destylowaną i wytartą bibułą filtracyjną blaszkę żelazną nanoszę kroplę wskaźnika ferroksylowego o średnicy 1 cm³. Odczynnik ten otrzymałam po zmieszaniu 100 cm³ NaCl o stężeniu 0,1 mol/dm³, 2 cm³ 1% roztworu heksacyjanożelazianu(III) potasu oraz 0,5 cm³ 1% roztworu fenoloftaleiny. Blaszkę pozostawiam na 30 minut.

Korozja zachodzi w środkowej części powierzchni, gdzie jest najmniej tlenu i tam tworzy się obszar anodowy. Zaszła reakcja utleniania:

Anoda: (Fe) Fe → Fe²⁺ + 2e

Na obrzeżach kropi jest więcej tlenu i jest top obszar katodowy, zaszła reakcja redukcji.

Katoda: (Fe) O_2(g) + 2H₂O + 4e → 4OH^- środowisko zasadowe

W strefie pośredniej, poza powierzchnią ogniwa korozyjnego, zachodzą reakcje dodatkowe, na skutek których otrzymujemy końcowe produkty korozji:

Fe²⁺ + 2OH^- = Fe(OH)_2(s) utlenia się na skutek dostępu tlenu

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃

2Fe(OH)₃ ↔ Fe₂O₃ ⋅ 3H₂O

Tak powstają końcowe produkty korozji, które obserwuje się na powierzchniach zniszczonych procesem korozji. Głównymi składnikami korozji są: Fe₂O₃ ⋅ 3H₂O, Fe₃O₄ ,Fe₂O_3.