Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Деякі неблагородні метали, такі як алюміній, відносно стійкі до корозії завдяки утворенню щільної оксидної оболонки.
Однак захисні оксидні шари зазвичай дуже тонкі, тому вони можуть протистояти дуже агресивним хімічним речовинам лише протягом обмеженого часу.
Штучно зміцнюючи оксидну плівку, що називається пасивацією, можна ще більше посилити стійкість відповідних металів.
Сьогодні на практиці використовуються два різні процеси, які є частиною цього експерименту.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні вже повинні знати, які хімічні та фізичні процеси відбуваються під час корозії і чому, наприклад, алюміній є особливим випадком корозії.
Принцип
Стійкість певних металів можна додатково підвищити шляхом штучного зміцнення оксидної оболонки, що називається пасивацією.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Учні вивчають принцип пасивації заліза азотною кислотою та алюмінію анодним окисненням.
Завдання
Проводиться пасивація заліза за допомогою азотної кислоти та алюмінію за допомогою анодного окислення.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Додаткова інформація
Наразі для пасивації використовують два різні процеси:
- Пасивація шляхом короткочасного впливу концентрованої азотної кислоти на металеві поверхні.
- Анодне окислення металів шляхом підвішування їх як анода в електролітичній ванні з розведеною сірчаною кислотою, при цьому кисень, що утворюється, зміцнює оксидний шар.
Останній процес став особливо відомим як процес анодування для обробки поверхні алюмінію.
Утилізація
Кислоти і основи після нейтралізації (pH 6-8) зливаються в раковину, важкі метали і розчини, що містять важкі метали, викидаються в спеціальний контейнер для відходів важких металів.
Інструкції з техніки безпеки
- Одягніть захисні окуляри та рукавички.
- Правила роботи з небезпечними речовинами наведено у відповідних паспортах безпеки.
- До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.
- Одягніть захисні окуляри та рукавички.
- Концентрована азотна кислота є дуже агресивною, з розчину виділяються пари з різким запахом. Не вдихайте пари.
- Розчини сірчаної кислоти з концентрацією c = 0,5 моль/л мають подразнюючу дію.
Інформація для учнів
Мотивація
Експериментальна установка
Ви, напевно, помічали, що багато металів, які залишаються на відкритому повітрі, вкриваються червонувато-коричневою патиною і навіть руйнуються з часом.
Деякі метали утворюють захисний шар, який, наприклад, у випадку з алюмінієм, можна зміцнити за допомогою анодного окислення.
За допомогою азотної кислоти таку пасивацію можна провести і для заліза.
Завдання
Виконайте дві пасивації:
- Пасивація заліза за допомогою азотної кислоти.
- Пасивація алюмінію шляхом анодного окислення.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, червоний | 07356-01 | 1 |
| 3 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, синій | 07356-04 | 2 |
| 4 | Затискач типу "Крокодил", з ізоляцією, 2 мм, 2 шт. | 07275-00 | 1 |
| 5 | Блок із 8 заглибленнями, d=40 мм | 37682-00 | 1 |
| 6 | Кришки для блоку з заглибленнями, 8 шт. | 37683-00 | 1 |
| 7 | Мензурка, висока, 50 мл | 46025-00 | 3 |
| 8 | Двигун, 2 В, пост. струм | 11031-00 | 1 |
| 9 | Набір електродів (Al, Fe, Pb, Zn, Cu) | 07856-00 | 2 |
| 10 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 11 | Сірчана кислота, 0,5 моль, 1000 мл | 48462-70 | 1 |
| 12 | Купрум (ІІ) сульфат-5-гідрат | 30126-25 | 1 |
| 13 | Вода дистильована | 31246-81 | 1 |
| 14 | Азотна кислота, 65%, 500 мл | 30213-50 | 1 |
| 15 | Лист срібла, 150 x 150 x 0,1 мм, 1 шт (приблизно 25 г) | 31839-04 | 1 |
Підготовка
Пасивація за допомогою азотної кислоти
Приготування розчину сульфату міді (мідного купоросу)
Для приготування 0,2 М розчину сульфату міді зважте 7,98 г чистого сульфату міді або 12,48 г 5-гідрату сульфату міді та доведіть об'єм до 250 мл дистильованою водою. Перемішайте, щоб розчинити сульфат міді.
- Помістіть мензурку з невеликою кількістю концентрованої (65%) азотної кислоти в блок вимірювальних комірок. Заповніть мензурку на висоту до 3 см!
- Поставте поруч мензурку з розведеним розчином сульфату міді (приблизно 0,2 моля, також заповніть цю мензурку на висоту не більше 3 см) (див. рисунок праворуч).
Наповнення мензурки
Підготовка (1/2)
Дуже ретельно очистіть поверхню смужки з листового заліза з одного боку, відшліфувавши її дрібним наждачним папером. Не повинно залишитися жодних залишків жиру, олії чи іншого бруду. Після шліфування протріть очищену поверхню тільки сухим паперовим рушником або ватою.
- Потім занурте очищений кінець смужки з листового металу якомога глибше в концентровану азотну кислоту приблизно на 2 секунди, а потім в розчин сульфату міді приблизно на 2 секунди.
- Проведіть спостереження.
Примітка: Якщо протягом 15 секунд після занурення в розчин мідного купоросу не відбулося жодних змін, слід трохи постукати по зануреній поверхні твердим предметом (скляною паличкою, цвяхом або чимось подібним). Після цього зазвичай відразу ж починається покриття міддю, починаючи з цієї контактної поверхні.
Підготовка (2/2)
Пасивація за допомогою анодного окислення
Наповніть дві сусідні комірки блоку вимірювальних комірок розведеною, приблизно 2% сірчаною кислотою і з'єднайте їх струмопровідним ключем зі смужки фільтрувального паперу, який також змочений цією розведеною сірчаною кислотою.
Накрийте одну комірку кришкою і вставте в неї вугільний електрод як катод.
В іншу комірку помістіть смужку листового алюмінію (близько 60 мм завдовжки) як анод (рис. праворуч).
Помістіть смужку з листового алюмінію в іншу комірку
Виконання роботи
Потім підключіть електричне коло між джерелом постійної напруги (трансформатор з випрямлячем) з напругою від 12 до 15 В через вимірювальний прилад (налаштування 200 мА) до двох електродів
Увімкніть джерело струму і проводьте електроліз протягом приблизно 10 хвилин. Потім вийміть алюміній з сірчаної кислоти, промийте його і висушіть.
Реакція виявлення
Встановіть джерело постійної напруги приблизно на 2 В. Потім з'єднайте електричне коло від джерела напруги через електродвигун (з прикріпленим диском) і смужку листового алюмінію. Одне з'єднання зі смужкою здійснюється за допомогою затискача типу "крокодил" на неанодованій частині. Другим з'єднанням (штекером) необхідно провести контакт з алюмінієвим листом на анодованій і неанодованій стороні.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання