Т е м а 18. Властивості легких конструкційних металів ( Be , Mg , Al , Ti )

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

18.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу

З усього різноманіття металів до легких конструкційних металів можуть бути віднесені лише чотири метали – Be, Mg, Al і Ti, причому як конструкційний матеріал магній використовується винятково у виді сплавів. Це зв'язано з дуже високою реакційною здатністю магнію ( ). Оксидна плівка магнію, на відміну від оксидних плівок берилію, алюмінію і титану, не має захисних властивостей (знайдіть по підручнику В.В.Фролова значення фактора Піллінга-Бедвордса a для зазначених металів і порівняйте їх).

Берилій і його сполуки дуже отруйні, що необхідно враховувати при роботі з ними; при попаданні на шкіру рук сполук Be²⁺ необхідно змити їх водою і ретельно вимити руки милом.

Берилій і магній – s-елементи (ns²)

Характерні ступені окиснення 0 і +2. Варто звернути увагу на розходження у властивостях берилію і магнію. Берилій, на відміну від магнію, розчинний у розчинах лугів, оскільки гидроксид берилію амфотерний (розгляніть механізм розчинення берилію у водних розчинах лугів). Оксидна плівка пасивує берилій, тому концентровану сірчану кислоту берилій відновлює до SO₂, а магній – до H₂S. Для магнію нехарактерно утворення комплексних сполук; для берилія відомі гідроксокомплекси, галогенідні і деякі інші комплекси.

Алюміній відноситься до р-елементів (ns²np¹):

а титан – до d-елементів ((n-1)d²ns²):

Для алюмінію характерний позитивний ступінь окиснення +3; титан у сполуках виявляє ступені окиснення +2, +3 і +4. Зверніть увагу на зміну кислотно-основних властивостей оксидів і гідроксидів титана в різному ступені окиснення: TiО – типовий основний оксид, тоді як TiО₂ має амфотерні властивості. Оксидні плівки на поверхні алюмінію і титану пасивують їх, що дозволяє використовувати титан і алюміній у промисловості і техніці як у чистому виді, так і у виді сплавів.

18.2. Приклади розв ¢ язування типових задач

Задача 1. При розчиненні 0,39 г сплаву магнію з алюмінієм у 50 г 5% розчину НСl виділилося 448 мл газу (обмірюваного при нормальних умовах). Обчислити склад сплаву у відсотках і по масі.

Розв’язок. Магній і алюміній реагують із НСl, витісняючи з кислоти гідроген:

Mg + 2HCl ® MgCl₂ + H₂­ Al + 3HCl ® AlCl₃ + 1,5 H₂­.

Нехай у 0,39 г сплаву міститься х моль Mg і у моль Al, тоді m_сплаву = М_мg×x + M_Al ×y = 24x + 27y = 0,39.

Відповідно до рівнянь реакцій на 1 моль Mg виділяється 1 моль Н₂, а на х моль – х моль Н₂. На 1 моль Al виділяється 1,5 моль Н₂, а на у моль – 1,5 у моль Н₂. Тоді справедливо записати: _Н = х + 1,5у. Число моль водню, що виділилився за умовою задачі, знаходимо по формулі:

_Н = = = 0,02 моль.

Вирішуючи систему алгебраїчних рівнянь:

} ,

одержуємо х = 0,005 моль (Mg); у = 0,01 моль (Al). Знаходимо маси магнію й алюмінію в 0,39 м сплаву:

m_Mg = 24×0,005 = 0,12 г; m_Al = 27×0,01 = 0,27 г.

Знаходимо масові частки компонентів сплаву:

% (Mg) = = 30,8%; % (Al) = = 69,2%.

Задача 2. Чи можлива реакція відновлення TiО_2(к) вуглецем при температурах 1000 і 3000 К? Відповідь підтвердіть розрахунками DG⁰ по рівнянню Гіббса-Гельмгольца.

Розв’язок. Відновлення TiО₂ вуглецем протікає по рівнянню:

TiО_2(к) + 2С_(гр) ® Ti_(к) +2СО_(г).

Скористаємося рівнянням Гіббса-Гельмгольца: DG⁰ = DН⁰ - Т×DS⁰, і розрахуємо DН⁰ і DS⁰ хімічної реакції, користуючись другим наслідком з закону Гесса.

DН⁰_х.р. = 2DН⁰_СО - DН⁰_TiО = 2×(-110,5) – (-943,9) = - 722,9 кДж.

DS⁰_х.р. = (DS⁰_Ti + 2DS⁰_CO) – (DS⁰_TiО +2DS⁰_C) = 30,7 +2×197,9 – 50,3 - 2×5,7 = 364,8 Дж/ДК = 0,365 кДж/К.

При температурі 1000 К DG⁰_х.р. = -722,9 - 1000×0,365 = - 355,9 кДж.

При температурі 3000 К DG⁰_х.р. = -722,9 - 3000×0,365 = - 1817,9 кДж. Отже, при обох температурних значеннях зазначена реакція можлива.

Задача 3. При роботі гальванічного елемента

відновилося до вільного металу 31,2 г хрому. Написати рівняння електродних процесів. На скільки зменшилася маса алюмінієвого електрода?

Розв’язок.

А (-) – 3e ® Al³⁺

K (+) Cr ³⁺ + 3 e ®

+ Cr³⁺ = Al³⁺ +

Зменшення маси алюмінієвого анода розрахуємо, застосувавши закон еквівалентів:

. По формулі: m_{е (Al)} = знаходимо еквівалентну масу алюмінію: г/моль. Аналогічно розраховуємо еквівалентну масу хрому:

m_е(Cr) = г/моль. Тоді m_Al = = 11 г.

18.3. Задачі для самостійного рішення: 1009, 1051, 1053

18.4. Лабораторна робота

Необхідні прилади, устаткування і реактиви: порошок Mg, стружка Al і Ti, гранули Zn, розчини лугів, розведених і концентрованих кислот (HCl, HNO₃, H₂SO₄), розчини K₂Cr₂O_7, FeCl₃ і KMnО₄, електролізер.