ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 20

Теоретическая часть:

1. Коррозия металлов:
• Понятие: Самопроизвольное разрушение металлов или сплавов в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.
• Виды коррозии:
• Химическая: Происходит при прямом контакте металла с агрессивной средой (газы, жидкости неэлектролиты) при высокой температуре. Пример: окисление железа при нагревании на воздухе.
• Электрохимическая: Происходит в присутствии электролита (вода с растворенными солями, кислотами, щелочами). Является более распространенной. Протекает как процесс, включающий анодный и катодный процессы.
• Типы электрохимической коррозии:
• Коррозия в кислотной среде: Металл (анод) окисляется, водород (катод) восстанавливается. Пример: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑.
• Коррозия в нейтральной или слабощелочной среде: Металл (анод) окисляется, кислород (катод) восстанавливается. Пример: 2Fe + O₂ + 2H₂O → 2Fe(OH)₂. Далее Fe(OH)₂ окисляется до Fe(OH)₃, который при высыхании превращается в ржавчину (гидратированный оксид железа).
• Гальваническая коррозия: Возникает при контакте двух разных металлов в электролите. Более активный металл (анод) разрушается.
• Способы защиты от коррозии:
• Защитные покрытия: Нанесение на поверхность металла защитных слоев (краска, лак, эмаль, пластик, смазка).
• Металлические покрытия: Покрытие менее активным металлом (лужение — олово, покрытие хромом, никелем) или более активным металлом (цинкование — защита железа цинком).
• Легирование: Введение в сплав легирующих элементов (например, хром и никель в нержавеющей стали).
• Защитное действие (катоды и аноды): Присоединение к защищаемому металлу более активного металла (протектор), который разрушается первым (например, магниевые протекторы для защиты корпусов судов).
• Пассивация: Образование на поверхности металла тонкой, плотной, непроницаемой пленки оксида (например, оксидная пленка на алюминии).

Практическая часть:

Задача: Расчет количества вещества продуктов реакции по данным об исходных веществах, одно из которых дано в избытке.

Пример задачи: Смешали 10 г железа и 10 г серы. Определите, какое вещество находится в избытке, и рассчитайте массу образовавшегося сульфида железа (II).

Дано:

• m(Fe) = 10 г
• m(S) = 10 г

Найти:

• Избыток (Fe или S)
• m(FeS)

Решение:

1. Запишем уравнение реакции:
• Fe + S → FeS
2. Рассчитаем молярные массы:
• M(Fe) = 56 г/моль
• M(S) = 32 г/моль
• M(FeS) = 56 + 32 = 88 г/моль
3. Рассчитаем количество вещества каждого реагента:
• $$ n(\text{Fe}) = \frac{m(\text{Fe})}{M(\text{Fe})} = \frac{10 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \text{ ≈ } 0.1786 \text{ моль} $$
• $$ n(\text{S}) = \frac{m(\text{S})}{M(\text{S})} = \frac{10 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} \text{ ≈ } 0.3125 \text{ моль} $$
4. Определим вещество в избытке:
• По уравнению реакции, железо и сера реагируют в соотношении 1:1.
• Так как количество вещества серы (0.3125 моль) больше количества вещества железа (0.1786 моль), то сера находится в избытке, а железо — лимитирующий реагент.
5. Рассчитаем массу образовавшегося сульфида железа (II):
• Количество образовавшегося FeS равно количеству прореагировавшего железа: n(FeS) = n(Fe) ≈ 0.1786 моль.
• $$ m(\text{FeS}) = n(\text{FeS}) \times M(\text{FeS}) \text{ ≈ } 0.1786 \text{ моль} \times 88 \text{ г/моль} \text{ ≈ } 15.72 \text{ г} $$

Ответ: Сера находится в избытке. Масса образовавшегося сульфида железа (II) составляет примерно 15.72 г.