В каком из растворов, Nа2SО3 или NiCl2, происходит более быстрая коррозия меди? Предоставить обоснованный ответ

Yaroslav

36

Чтобы ответить на этот вопрос о более быстрой коррозии меди в растворе Na2SO3 или NiCl2, мы должны рассмотреть соответствующие реакции коррозии и определить, какая из них происходит быстрее. Давайте начнем с реакций коррозии для каждого раствора.

Раствор Na2SO3 содержит ионы натрия (Na+) и сульфитные ионы (SO3^2-). Медь (Cu) сопоставимых двух веществ более активный металл, чем натрий (Na), и поэтому может вытеснять натрий из раствора Na2SO3. Реакция коррозии меди в растворе Na2SO3 может быть записана следующим образом:

Cu(s) + 2Na+(aq) + SO3^2-(aq) -> Cu2+(aq) + 2Na+(aq) + SO3^2-(aq)

Теперь давайте рассмотрим раствор NiCl2. Он содержит ионы никеля (Ni^2+) и хлоридные ионы (Cl^-). Медь, снова является более активным металлом, чем никель (Ni), и может вытеснять никель из раствора NiCl2. Реакция коррозии меди в растворе NiCl2 может быть записана следующим образом:

Cu(s) + 2Ni^2+(aq) + 4Cl^-(aq) -> Cu2+(aq) + 2Ni(s) + 4Cl^-(aq)

Теперь, чтобы определить, в каком растворе происходит более быстрая коррозия меди, мы можем использовать информацию о стандартных потенциалах и свободной энергии Гиббса реакций.

Стандартный потенциал каждой полуреакции может быть использован для расчета ЭДС гальванической ячейки. ЭДС связана со свободной энергией Гиббса через следующее уравнение:

\(\Delta G = -nF\Delta E\)

где \(\Delta G\) - свободная энергия Гиббса, n - количество переданных электронов, F - постоянная Фарадея, \(\Delta E\) - разность потенциалов.

Обычно используют стандартные потенциалы, тогда \(\Delta E = E^o_{кат} - E^o_{ан}\), где \(E^o_{кат}\) и \(E^o_{ан}\) - стандартные потенциалы катодной и анодной полуреакций соответственно.

Давайте произведем расчеты для обеих реакций с помощью стандартных потенциалов.

Стандартный потенциал для реакции коррозии меди в растворе Na2SO3 равен \(E^o_{Na2SO3} = 0.34\) V.

Стандартный потенциал для реакции коррозии меди в растворе NiCl2 равен \(E^o_{NiCl2} = -0.25\) V.

Теперь мы можем рассчитать разность потенциалов для каждого раствора:

\(\Delta E_{Na2SO3} = E^o_{кат, Na2SO3} - E^o_{ан} = 0.34 - 0 = 0.34\) V

\(\Delta E_{NiCl2} = E^o_{кат, NiCl2} - E^o_{ан} = -0.25 - 0 = -0.25\) V

Используя формулу \(\Delta G = -nF\Delta E\) и принимая, что для реакций коррозии меди \(n = 2\), мы можем рассчитать \(\Delta G\) для каждой реакции.

Для реакции в растворе Na2SO3:

\(\Delta G_{Na2SO3} = -2 \times 96485 \times 0.34 = -65564\) Дж/моль

Для реакции в растворе NiCl2:

\(\Delta G_{NiCl2} = -2 \times 96485 \times (-0.25) = 48242\) Дж/моль

Так как \(|\Delta G|\) является показателем энергетической стабильности системы, меньшее значение обозначает более энергетически благоприятную или более быструю реакцию.

Поэтому, реакция коррозии меди в растворе NiCl2 (с меньшим \(|\Delta G|\)), происходит быстрее, чем в растворе Na2SO3.

Теперь, чтобы представить это в виде гальванической ячейки, мы можем использовать следующую схему:

Анод: Cu(s) | Cu2+(aq) || Ni2+(aq) | Ni(s) :Катод

Где одночередно упомянутый анод и катод разделены двойными вертикальными линиями, а одинарная вертикальная линия указывает раздел между фазами (твердой медью и растворами).

Таким образом, медь (Cu) выступает в роли анода, которая корродирует и образует ионы меди Cu2+, а никель (Ni) выступает в роли катода, где ионы никеля Ni2+ восстанавливаются на твердый никель.

Это подробное объяснение показывает, что более быстрая коррозия меди происходит в растворе NiCl2.