Материал: Альонкіна К. В., Сотниченко Т. Д Хімія. Підготовка до ЗНО

тема 12. Загальні відомості ПРо металічні елементи та метали

Сплави

Сплав — це суміш металу з одним або кількома компонентами. Компоненти змішують при плавці; при застиганні матеріалу утворюється однорідний твердий матеріал. Через присутність інших хімічних елементів у складі сплавів властивості металів змінюються, і часто новий матеріал стає більш міцним.

Найпоширеніші сплави — це чавун і сталь. Обидва ці сплави є сплавами на основі заліза. Головна відмінність між ними — це вміст вуглецю. Якщо вміст вуглецю перевищує 4 %, то такий сплав називають чавуном. Якщо ж вміст вуглецю менший 4 %, то такий сплав називають сталлю. Вміст вуглецю в цих сплавах посутньо впливає на їхні фізичні властивості. Якщо чавун є твердим і крихким, то, на відміну від нього, сталь являє собою більш м’який і пластичний сплав. Окрім того, до складу сталі додають ще деякі інші метали задля добування сталі з необхідними характеристиками. Так, додавання до сталі марганцю підвищує її зносостійкість, що дозволяє використовувати її для виготовлення залізничних рейок. А додавання хрому збільшує стійкість до корозії; таку сталь називають іржостійкою.

Як сировину для виробництва чавуну використовують залізну руду, що складається з оксидів Феруму, найчастіше Fe2O3. Вона містить також порожню породу, до складу якої входять сполуки Силіцію (SiО2), Мангану (MnО2), Алюмінію (Аl2О3), Фосфору (Ca3 (PO4 )2 ),Сульфуру (FeS2, CaSO4) та ін.

У доменній печі протікає величезна кількість реакцій, які поділяють на кілька груп.

1-ша група реакцій.

Горіння коксу й утворення відновника — карбон(II) оксиду. Сьогодні в домни, окрім повітря, надходить природний газ, який інтенсифікує процес плавки й дозволяє зменшувати витрату дорогого коксу:

C + O2 → CO2 ;

CO2 + C →2CO;

2CH4 +3O2 →2CO + 4H2O.

2-га група реакцій.

Відновлення ферум(III) оксиду карбон(II) оксидом протікає трьома послідовними стадіями:

3Fe2O3 + CO →2Fe3O4 + CO2 ;

Fe3O4 + CO →3FeO + CO2 ;

FeO + CO → Fe + CO2 .

3-тя група реакцій.

Відновлення домішок. Завдяки цій групі реакцій багато елементів порожньої породи переходять у чавун:

SiO2 +2CO → Si +2CO2;

MnO2 +2CO → Mn +2CO2;

Ca3 (PO4 )2 +5CO =2P +5CO2 +3CaO.

ЧастинаСульфуру зприродних сполукпереходитьучавуну виглядісполукиFeS, ачастина— всірчистий газ SO2, який виходить із доменної печі в суміші з іншими газами, а потім уловлюється.

90

www.e-ranok.com.ua

тема 12. Загальні відомості ПРо металічні елементи та метали

4-та група реакцій.

Утворення чавуну найчастіше описують за допомогою рівняння реакції між залізом та коксом, а також між залізом та чадним газом:

3Fe +C = Fe3C,

3Fe +2CO = Fe3C +CO2.

5-та група реакцій.

Утворення шлаку відбувається в такий спосіб. Флюси під впливом високих температур розкладаються з утворенням реакційноздатних основних оксидів СаО та MgО. Вони реагують із тими компонентами порожньої породи, які мають кислотні або амфотерні властивості, наприклад із SiО2 та Аl2О3.

Утворювані в процесі плавки силікати, алюмосилікати, алюмінати, деякі сульфіди утворюють побічний продукт доменного виробництва — шлак. Він відзначається невеликою густиною й тому накопичується на поверхні чавуну, запобігаючи його окисненню.

хімічні реакції, які перебувають в основі переробки чавуну в сталь

1-ша група реакцій. При виплавці чавуну протікають реакції відновлення Феруму, а при переробці чавуну в сталь — реакції окиснення домішок. Подібно до того як у доменному процесі протікали небажані процеси відновлення домішок, так і при виплавці сталі відбувається небажана реакція — окиснення Феруму. Слід зазначити, що атмосфера в сталеплавильних печах є окисною. У ній міститься повітря, кисень та пари води. Саме вони й спричинюють окиснення Феруму, перетворення його в ферум(II) оксид, що можна зобразити рівнянням

2Fe +O2 =2FeO +Q.

Доведено, що при виплавці сталі ніякий інший ферум оксид не утворюється. Більше того, якщо в сталеплавильну піч помістити оксиди Fе3O4 або Fе2О3, що містяться в залізній руді або в іржі металобрухту, то вони реагують із залізом як окисники, утворюючи все той же ферум(II) оксид:

Fe +Fe3O4 = 4FeO.

2-га група реакцій. Окиснення домішок (кремнію, марганцю, фосфору) ферум(II) оксидом протікає за типом заміщення. Утворювані оксиди, крім CO, являють собою пористі тверді речовини й тому поступово спливають на поверхню сталі. Окиснення вуглецю спричинює в розплаві ефект кипіння, що викликане виділенням пухирців газу карбон(II) оксиду. Їхній рух відіграє позитивну роль, оскільки сприяє перемішуванню металу, очищенню від шлаку, що утворився в ньому, а також від пухирців азоту й водню.

3-тя група реакцій. До неї входять процеси усунення сполук Сульфуру й Фосфору негашеним вапном СаО. Для більш повного зв’язування зазначених домішок вапно використовують не тільки для футерування внутрішніх поверхонь печей, але й як добавки до сталі. Кальцій оксид при цьому вступає в такі реакції:

3CaO +P2O5 = Ca3 (PO4 )2,

CaO +FeS = CaS +FeO.

Сульфід і фосфат Кальцію утворюють шлак, що спливає на поверхню сталі, а ферум оксид FeО залишається в розплаві сталі. Його усувають тоді, коли кількість вуглецю зменшиться до необхідного значення. Процес усунення оксиду FeО називають розкисленням сталі. Цього досягають додаванням у розплав таких відновників, надлишок яких не знизить якості сталі. До розкислювачів відносять сплави заліза з марганцем або кремнієм, а також алюміній.

91

www.e-ranok.com.ua

тема 12. Загальні відомості ПРо металічні елементи та метали

виконайте контрольний тест

На його виконання відводиться 15 хвилин. Під час роботи над тестом не можна користуватися слов никами, підручниками, посібниками, довідниками тощо.

тест 24 (контрольний)

1.З водою за звичайних умов реагують метали

Апобічних підгруп І — ІІІ груп Б головних підгруп І — ІІ груп В побічної підгрупи VIII групи Г побічної підгрупи VII групи

2.Між якими з попарно взятих речовин, формули яких подано нижче (електроліти беруться у вигляді водних розчинів), відбудеться хімічна реакція?

А Zn та MgCl2 Б Pb та ZnSO

ВAu таAgNO4 Г Fe та CuCl2 3

3. У якому з випадків корозія сплаву відбудеться сильніше, якщо зразок сплаву заліза занурили А у дистильовану воду Б у воду насичену киснем

В у воду, насичену сумішшю газів: кисню й карбону (IV) оскид

Гу воду, через яку попередньо пропустили газоподібний водень

4.Установіть відповідність між реагентами та схемами перетворень.

6. Який об’єм водню (н. у.) можна добути при дії 0,2 моль цинку на розчин сульфатної кислоти.

92

www.e-ranok.com.ua

тема 13. лужні та лужноЗемельні елементи

Тема 13. Лужні та лужноземельні елементи

Перевірте свої знання

Виконайте тест 25. На його виконання відводиться 15 хвилин. Під час роботи над тестом не можна користуватися словниками, підручниками, посібниками, довідниками тощо.

тест 25 (вступний)

1.Укажіть хімічну формулу негашеного вапна.

АCaO

Б Ca(OH)2

В CaSO3

Г Ca(HCO3)2

2. Укажіть металічний елемент, солі якого зумовлюють твердість кісток.

3. Визначте речовину «Х», що відповідає схемі перетворень Ca →X→ CaCO3.

А Ca(NO3)2

Б Ca(OH)2

В CaSO3

Г CaI2

4. Установіть відповідність між назвою мінералу та формулою сполуки:

5. Установіть генетичний ланцюжок добування калій сульфата А гідроксид калію Б калій В оксид калію

Гсульфат калію

6.Який об’єм карбон(IV) оксиду (м3) виділяється, якщо подіяти нітратною кислотою на 53 кг натрій карбонату?

93

www.e-ranok.com.ua

тема 13. лужні та лужноЗемельні елементи

теоретична частина

Маючи в зовнішньому електронному шарі тільки по одному електрону, що перебуває на порівняно великій відстані від ядра, атоми лужних елементів досить легко віддають електрон, тобто характеризуються низькою енергією йонізації.

Зі сполук лужних металів широко розповсюджені в природі лише сполуки Натрію й Калію. У вигляді простих речовин у природі вони не зустрічаються, тому що занадто активні.

Найважливішими природними сполуками Натрію й Калію є: натрій хлорид (NaCl), натрій сульфат — мірабіліт (Na2SO4 . 10H2O), сильвініт (NaCl. KCl), карналіт (KCl. MgCl2 . 6H2O). Сполуки інших лужних металів зустрічаються дуже рідко. Францій отриманий штучно в ядерних реакціях.

Лужні метали надзвичайно активні і є найсильнішими серед відомих відновників, тому електроліз водних розчинів солей цих металів не призводить до добування самих металів, а лише до утворення лугів. Прості речовини добувають електролізом розплавів їхніх галогенідів, найчастіше — хлоридів, що утворюють природні мінерали. Металічний натрій у промисловості добувають електролізом розплаву натрій хлориду з інертними (графітними) електродами.

фізичні властивості натрію й калію

Натрій і калій — сріблясто-білі метали, що мають добру електропровідність; м’які, легші від води (плавають на її поверхні, реагуючи з нею).

хімічні властивості натрію й калію

Натрій і калій активно взаємодіють із галогенами:

2Na + Cl2 →2NaCl;

2K + Br2 →2KBr .

На повітрі натрій і калій активно згорають. Причому продуктом реакції є не оксиди, а пероксиди або надпероксиди:

2Na + O2 → Na2O2;

K + O2 → KO2.

Як і всі лужні метали, натрій і калій активно взаємодіють із водою з утворенням водню та відповідних лугів. Калій найчастіше при такій взаємодії вибухає:

2Na +2H2O →2NaOH + H2 .

Застосування сполук натрію й калію

Натрій та його сплав з калієм застосовують як рідкометалеві теплоносії. У металургії натрійметричним методом добувають низку тугоплавких металів, а відновлюючи натрієм KOH, виділяють калій. Окрім того, натрій використовують як зміцнювальну добавку свинцевих сплавів. В органічному синтезі натрій використовують для добування багатьох речовин. Він слугує також каталізатором при добуванні деяких органічних полімерів. Із ртуттю натрій утворює твердий сплав — амальгаму натрію, яку іноді використовують як більш м’який відновник замість чистого металу. Натрій гідроксид застосовують для очищення продуктів переробки нафти, у миловарній, паперовій, текстильній та інших галузях промисловості, а також при виробництві штучного волокна.

94

www.e-ranok.com.ua