Билеты по химии

Протекающие при этом процессы весьма сложные. Укажем лишь суммарное уравнение реакции:

Ржавчина имеет неопределенный состав

Для защиты от коррозии металлов широко используют лако¬красочные покрытия. Однако краски не вечны, изделия прихо¬дится перекрашивать. На это затрачивается ручной труд, расхо¬дуется много лакокрасочных материалов.

Из неметаллических покрытий для защиты стали и чугуна большое значение имеет эмаль. Эмаль — это силикатное стекло с добавками оксидов металлов. Ее наносят на поверхность ма¬териала в виде порошка и обжигают при 500—1000 °С.

Покрытия из эмалей обладают стойкостью по отношению к щелочам и кислотам, длительно противостоят атмосферной кор¬розии. Но эмаль легко разрушается при ударе. Благодаря тер¬мостойкости, декоративному виду, легкости очистки эмаль широ¬ко используется для покрытия изделий домашнего хозяйства и санитарной техники.

С целью защиты металлов от коррозии (и для декоративных целей) издавна используют металлические покрытия. Железо оцинковывают, лудят (покрывают оловом), покрывают никелем, хромируют и т. д.

Защитить металл от коррозии можно с помощью металла и другим способом. Например, если соединить железное изделие или сооружение проводником с куском более активного металла, например магния, то возникает гальванический элемент. При этом сооружение (железо) играет роль катода, а более активный металл выполняет роль анода. Анод разруша¬ется, а катод — защищаемый металл — не изменяется. Такая защита называется протекторной.

Одним из способов борьбы с коррозией является использова¬ние ингибиторов. Это химические соединения, ничтожные кон¬центрации которых способны почти полностью предотвращать коррозию. В некоторых случаях применение ингибиторов позво¬ляет изготовлять аппаратуру из обычной стали вместо нержа¬веющей.

Одно из наиболее эффективных направлений борьбы с кор¬розией металлов — создание коррозионно-стойких сплавов. В больших количествах выплавляют так называемые нержавею¬щие стали. В их состав входят металлы (хром, никель), обра¬зующие устойчивые защитные оксидные пленки.

Билет №20.

Окислительно-восстановительные реакции (разобрать на примерах взаимодействия алюминия с оксидом железа (III), азотной кислоты с медью).

К окислительно-восстановительным реакциям могут быть отнесены химические реак¬ции следующих типов.

Реакции замещения (вытеснения)

Примером реакций этого типа может служить реакция между оксидом железа (III) и алюминием. В этой реакции алюминий вытесняет железо из раствора, причем сам алюминий окисляется, а железо восстанавливается.

Приведем еще два примера:

В этой реакции хлор вытесняет бром из раствора (хлор окисляется, бром восстанавливается), содержащего ионы брома.

Реакции металла с кислотами

Эти реакции, в сущности, тоже представляют собой реакции замещения. В качестве примера приведем реакцию между медью и азотной кислотой. Медь вытесняет водород из кислоты. При этом происходит окисление меди, которая превращается в гидратированный катион, а содержащиеся в растворе кислоты гидратированные протоны азота восстанавливаются, образуя оксид азота.

Реакции металлов с водой

Эти реакции тоже принадлежат к типу реакций замещения. Они сопровождаются вытеснением из воды водорода в газообразном состоянии. В качестве примера приведем реакцию между металлическим натрием и водой:

Реакции металлов с неметаллами

Эти реакции могут быть отнесены к реакциям синтеза. В качестве примера приведем образование хлорида натрия в результате сгорания натрия в атмосфере хлора

Билет №21.

Железо, положение в периодической системе, строение атома, возможные степени окисления, физические свойства, взаимодействие с кислородом, галогенами, растворами кислот и солей. Сплавы железа. Роль железа в современной технике.

Железо находится в побочной подгруппе VIII группы периодической системы. Электронная формула атома железа:

Типичные степени окисления железа +2 и +3. Степень окисления +2 проявляется за счет потери двух 4s-электронов. Степень окисления +3 соответствует также при потере еще одного Зd-электрона, при этом Зd-уровень оказывается заполненным наполовину; такие электронные конфигурации относительно устойчивы.

Физические свойства. Железо – типичный металл, образует металлическую кристаллическую решетку. Железо проводит электрический ток, довольно тугоплавко, температура плавления 1539°С. От большинства других металлов железо отличается способностью намагничиваться.

Химические свойства. Железо реагирует со многими неметаллами:

Образуется железная окалина – смешанный оксид железа. Его формулу записывают также так: FeО•Fe2О3.

Реагирует с кислотами с выделением водорода:

Вступает в реакции замещения с солями металлов, расположенных правее железа в ряду напряжений:

Соединения железа. FeО — основной оксид, реагирует с растворами кислот с образованием солей железа (II). Fe2О3 — амфотерный оксид, реагирует также с рас творами щелочей.

Гидроксиды железа. Fe(ОН)2 — типичный основ¬ной оксид, Fe(ОН)3 обладает амфотерными свойствами, реагирует не только с кислотами, но и с концентриро¬ванными растворами щелочей.

Гидроксид железа (II) легко окисляется до гидроксида железа (III) кислородом воздуха:

При реакции солей железа (II) и (III) со щелочами в осадок выпадают нерастворимые гидроксиды:

Сплавы железа. Современная металлургическая промышленность производит железные сплавы разнообразного состава.

Все железные сплавы разделяются по составу и свойствам на две группы. К первой группе относятся различные сорта чугуна, ко второй — различные сорта стали.

Чугун хрупок; стали же пластичны, их можно ковать, прокаты^ вать, волочить, штамповать. Различие в механических свойствах чугунов и сталей зависит прежде всего от содержания в них угле¬рода — в чугунах содержится около 4% углерода, а в сталях — обычно менее 1,4%.

В современной металлургии из железных руд получают сначала чугун, а затем из чугуна — сталь. Чугун выплавляют в доменных печах, сталь варят в сталеплавильных печах. До 90% всего вы¬плавленного чугуна перерабатывают в стали.

Чугун. Чугун, предназначенный для переработки в сталь, на¬зывают передельным чугуном. Он содержит от 3,9 до 4,3% С, 0,3—1,5% Si, 1,5—3,5% Мn, не более 0,3% Р и не более 0,07% S. Чугун, предназначенный'для получения отливок, назы¬вается литейным чугуном, В доменных печах выплав¬ляются также ферросплавы, применяемые преимущест¬венно в производстве сталей в качестве добавок. Ферросплавы имеют, по сравнению с передельным чугуном, повышенное со¬держание кремния (ферросилиций), марганца (ферромарганец), хрома (феррохром) и других элементов.

Стали. Все стали делятся на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали содержат в несколько раз меньше углерода, кремния и марганца, чем чугун, а фосфора и серы совсем мало. Свойства углеродистой стали зависят прежде всего от содержания в ней углерода: чем больше в стали углерода, тем она твёрже. Промышленность производит мягкие стали, стали средней твёрдости и твёрдые. Мягкие стали и стали средней твёр¬дости применяются для изготовления деталей машин, труб, болтов, гвоздей и т. д., а твёрдые стали—для изготовления инструментов.

В сталях должно быть возможно меньше серы и фосфора, так как эти примеси ухудшают механические свойства сталей. В по¬вышенных количествах сера вызывает красноломкость — образо¬вание трещин при горячей механической обработке металла. Фосфор вызывает хладноломкость—хрупкость стали при обыкно¬венной температуре. -

Легированные стали. Физические, химические и механические свойства сталей существенно изменяются от введе¬ния в их состав повышенного количества марганца и кремния, а также хрома, никеля, вольфрама и других элементов. Эти элементы называются легирующими, а стали — легированными [от латинского слова ligare – связывать, соединять].

Наиболее широко в качестве легирующего элемента приме¬няется хром. Особенно большое значение для сооружения машин, аппаратов и многих деталей машин имеют хромоникелевые стали. Эти стали обладают высокой пластичностью, проч¬ностью, жаростойкостью и стойкостью к действию окислителей. Азотная кислота любой концентрации не разрушает их даже при температурах кипения. Хромоникелевые стали не ржавеют в атмосферных условиях и в воде. Блестящие, серебристого цвета, листы хромоникелевой стали украшают арки станции «Маяков¬ская» Московского метро. Из этой же стали делают нержавеющие ножи, ложки, вилки и другие предметы домашнего обихода.

Молибден и ванадий повышают твёрдость и прочность сталей при повышенных температурах и давлениях. Так, хромомолибденовые и хромованадиевые стали приме¬няются для изготовления трубопроводов и деталей компрессо¬ров в производстве синтетического аммиака, авиационных моторов.

При резании с большой скоростью инструмент сильно разогре¬вается и быстро изнашивается. При добавлении вольфрама твёр¬дость стали сохраняется и при повышенных температурах. По¬этому хромовольфрамовые стали применяются для из¬готовления режущих инструментов, работающих при больших скоростях '

Увеличение содержания в стали марганца повышает её сопро¬тивление трению и удару. Марганцовистые стали применяются для изготовления железнодорожных скатов, стре¬лок, крестовин, камнедробильных машин.