Redoksreatsioonid ja metallide korrosioon (1)

TTÜ keemiainstituut
Anorgaanilise keemia õppetool
YKI3030 Keemia ja materjaliõpetus
Laboratoorne töö nr. 6
Töö pealkiri:
Redoksreatsioonid ja metallide korrosioon
Õpperühm:
Töö teostaja :
Õppejõud:
Töö teostatud:
10.11.2011
Protokoll estitatud:
24.11.2011
Protokoll arvestatud:

Eesmärk

Tutvuda metallide korrosiooni mõningate enamlevinud ilmingutega.

Kasutatavad ained

0,1Msoolhape, 0,1Mväävelhape, tsingi- ja alumiiniumigraanulid, vasktraat, vask(II)-
sulfaadi lahus, vask(II)kloriidi lahus, raud(II)sulfaadi lahus, kaaliumheksatsüanoferraat(
III) lahus, tsingitud raudplekk , tinatatud raudplekk, rauast kirjaklambrid, tahke
NaCl, urotropiin.

Töövahendid

Katseklaasid, väike keeduklaas (50 cm³), tsentrifuugiklaas.

Katsed

1. Galvaanipaari moodustamine
1.1 Tsingigraanul asetada tsentrifuugiklaasi ning valada peale soolhappelahust. Kirjutada
reaktsioonivõrrand. Milline aine on oksüdeerijaks, milline redutseerijaks?
V: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Oksüdeerujuaks on H. 2H+ + 2e- = H2
Redutseerujaks on Zn. Zn – 2e- =Zn2+
Järgnevalt panna samasse tsentrifuugiklaasi (soolhappe lahusesse) vasktraat nii,
et ta ei puutuks kokku tsingiga. Jälgida, kas vase pinnalt eraldub vesinikku.
Põhjendada, miks vask ei reageeri lahjendatud soolhappega.
V: Vasktraadi lisamisel vase pinnalt ei eraldu vesinikku. Vask ei reageeri lahjendatud soolhappega, sest ta ei suuda välja tõrjuda vesinikku.
Nüüd viia vasktraat kontakti tsingiga ning jälgida, kas vase pinnalt hakkab eralduma
vesinikku. Viies vase kontakti tsingiga soolhappe kui elektrolüüdi lahuses,
tekib sisuliselt galvaanipaar . Tsink , kui galvaanipaaris negatiivsema potentsiaaliga
metall , on anoodiks ja vask, kui galvaanipaaris positiivsema potentsiaaliga
metall , on katoodiks. Kumb metall lahustub (korrodeerub)? Kirjutada anoodil ja
katoodil toimuvate reaktsioonide võrrandid.
V: Kui vasktraat viia kontakti tsingiga, siis hakkab vase pinnalt eralduma vesinikku. Korrodeerub tsink, sest toimub elektrokeemiline korrosioon, kus aktiivsem metall hävib.
Anoodil toimuv reaktsioon :
Zn – 2e- = Zn2+
Katoodil toimuv reaktsioon :
2H+ + 2e- = H2
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
1.2 Asetada katseklaasi tsingigraanul ning valada peale 3 cm³ CuSO4 lahust. Paari
minuti möödudes valada lahus katseklaasist välja ning loputada tsingigraanulit
ettevaatlikult paar korda vähese koguse destilleeritud veega. Mis on juhtunud
tsingigraanuliga? Kirjutada reaktsioonivõrrand.
V: Zn värvus muutus mustaks ja hakkas lagunema
Reaktsioonivõrrand:
CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu
Teise katseklaasi asetada puhas tsingigraanul ning lisada mõlemasse katseklaasi
3 cm³ soolhappelahust. Kummal juhul on reaktsiooni kiirus suurem (st H2
eraldub intensiivsemalt)? Põhjendada.
V: Reaktsiooni kiirus on suurem sellel Zn’l, mis oli CuSO4 sees. Põhjus on see, et Zn oli edukalt reageerinud CuSO4 ja siis reageeris ta ka HCl-ga. Uue tsingitüki reageerimiseks HCl-ga läheb kauem aega.
1.3 Asetada kahte katseklaasi alumiiniumigraanul. Ühte katseklaasi valada 3 cm³
CuSO4 lahust, teise samapalju CuCl2 lahust. Millises katseklaasis toimub reaktsioon
intensiivsemalt? Kumb anioonidest (Cl− või SO2− ) kiirendab reaktsiooni?
V: CuCl2 toimub reaktioon intensiivsemalt. Graanul läheb kohe mustaks ja tekib palju mulle. CuCl2 puhul korrodeerub alumiinium tugevalt, kuid CuSO4 puhul ei toimu eriti mingit muutust alumiiniumiga. Cl- anioon kiirendab reaktsiooni.
Kontrollida tehtud järeldust. Selleks lisada CuSO4 sisaldavasse katseklaasi veidi
tahket NaCl ning jälgida, kas reaktsioon kiireneb. Esitada võrrand, mis kirjeldab
alumiiniumi reaktsiooni vask(II)kloriidiga.
V: Pärast NaCl lisamist CuSO4 lahusesse, reaktsioon kiireneb ja alumiiniumi pind muutub.
Al + CuCl2 = Cu + AlCl3
2. Fe2+ ioonide tõestamine lahuses
Fe2+ ioonide tõestamiseks lahuses kasutatakse kaaliumheksatsüanoferraat(III) lahust.
Kui lahuses on Fe2+ ioone, siis K3[Fe(CN)6] lisamisel tekib Fe3[Fe(CN)6]2, mis on
sinise värvusega.
Tõestusreaktsiooni läbiviimiseks ja tekkiva ühendi värvuse kindlakstegemiseks valada
katseklaasi 2 cm³ destilleeritud vett, lisada kolm tilka raud(II)sulfaadi lahust ning
seejärel kaks tilka K3[Fe(CN)6] lahust.
Mis värvi ühend tekkis? Teha järeldus, kas lahuses sisaldub Fe2+ ioone.
V: Lahus läks tumesiniseks ja tekkis sade. Lahuses sisaldub Fe2+ ioone.
Tõestusreaktsiooni võrrand:
3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2 + 3K2SO4
3. Metallilised kaitsekatted
Valada kahte katseklaasi 3 cm³ väävelhappelahust ja lisada kaks tilka Fe2+ ioonide
tõestusreaktiivi (K3[Fe(CN)6]). Ühte katseklaasi panna tükike tsingitud raudplekki,
teise tükike tinaga kaetud raudplekki. Jälgida, kummas katseklaasis on plekiservade
ümbruses näha sinist värvust st kummas katseklaasis tekivad lahusesse Fe2+ ioonid
(korrodeerub raud). Mis on anoodiks ja katoodiks esimesel juhul, mis teisel juhul? Kirjutada mõlema katse kohta anoodil ja katoodil toimuvate reaktsioonide võrrandid
V: Sinist värvust on on näha tinaga kaetud raudpleki juures ehk siis tina puhul raud korrodeerub.

Anood Zn – 2e- = Zn2+
Katood Fe + 2e- = Fe-2

Anood Fe - 2e- = Fe2+
Katood Sn + 2e- = Sn-2
Millisel juhul on tegemist anoodse, millisel juhul katoodse kaitsekattega? Kummal
juhul on kaitsekatte vigastused ohtlikumad?
V: Anoodiks on Sn. Kaitsekatte vigastused on ohtlikumad Sn puhul.
4. Protektorkaitse
Valada katseklaasi 5 cm³ ja väikesesse keeduklaasi 1 cm kõrguseni väävelhappelahust
ning lisada mõlemasse klaasi kaks tilka Fe2+ ioonide tõestusreaktiivi
(K3[Fe(CN)6]). Keeduklaasi asetada tükk raudtraati (rauast kirjaklamber ) ja tsingigraanul
nii, et nad kokku ei puutu. Katseklaasi asetada raudtraadiga (kirjaklambiga)
kokkuühendatud tsingigraanul (protektor). Jälgida, kummas klaasis toimub intensiivsem
raua korrosioon (on märgata rohkem sinist värvust). Millega seda seletada?
Mis on kokkuühendatud metallide korral anoodiks, mis katoodiks? Esitada anoodil ja
katoodil toimuvate reaktsioonide võrrandid.
V: Kiirem raua korrosioon on eal ,kus Zn ja klamber on lahus. Seal, kus nad on koos tekib kalvaanipaar, mis kaitseb. Anoodiks on klamber ja katoodiks tsink.
Anoodil toimuv reaktsioon:
Fe – 2e- = Fe2+
Katoodil toimuv reaktsioon:
2H+ + 2e- = H2
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
5. Inhibiitori toime
Valada kahte katseklaasi 5 cm3 väävelhappelahust ja lisada kaks tilka Fe2+ ioonide
tõestusreaktiivi (K3[Fe(CN)6]). Teise katseklaasi lisada spaatliga tahket korrosiooniinhibiitorit - urotropiini ning loksutada . Võimalikult korraga asetada esimesse ja teise
katseklaasi puhas raudtraat (puhas kirjaklamber). Fikseerida, mis järjekorras ja millise
intensiivsusega tekib lahustesse sinist värvust.
Teha järeldus, kas inhibiitor aeglustas puhta raua korrosiooni.
V: K3[Fe(CN)6] lisamise korral katseklaasi tekib kiiremini sinist värvi ja rohkem kui urotropiini korral. Seega ilma inhibiitorita lahuses on reakstioon palju kiirem. Inhibiitor aeglustab raua korrosiooni.