Практические задания по курсу «Химия в строительстве»

Практическая работа №1

Тема: Вода. Водные растворы

Цель:- рассмотреть взаимосвязь строения и свойств воды;

- обобщить следующие понятия : поверхностное натяжение , поверхностно-активные вещества, смачиваемость, адгезия и когезия;

- приобрести практические навыки для рас­чётов растворимости веществ в воде, расчёта концентрации вещества в водном растворе, расчёта состава кристаллогидратов.

Вопросы и задачи для самостоятельного решения

1) Опишите строение молекулы воды. Объясните, почему молекула во­ды является полярной. Возможно ли реальное состояние воды, соответст­вующее формуле (Н₂0)_n, где n = 1?

2) В каких случаях в радиаторы охлаждения автомобиля или системы отопления загородных домов можно заливать воду?

3) Какие особенности строения молекул некоторых веществ делает их поверхностно активными веществами?

4) Что такое поверхностное натяжение? Какая сила и куда стягивает поверхность фазы?

5) Поясните старинное правило: «подобное растворяется в подобном».

6) Что такое смачиваемость и какова мера этого свойства?

7) Что такое растворимость? Какие способы выражения концентрации вам известны?

Задачи

1. Вычислите растворимость поваренной соли в воде при 20°, мас­совую долю соли , молярную концентрацию соли в насыщенном растворе, если при выпаривании досуха насыщенного при 20° раство­ра объёмом 217,4 мл (р_р-_ра = 1,15 г/мл) масса сухого остатка составила 66,2 г.

2 Коэффициент растворимости хлорида калия при 90° равен 54, а при 20° - соответственно 34. Вычислите массу кристаллов соли, обра­зовавшихся при охлаждении горячего насыщенного раствора массой 300 г от 90° до 20°.

3. Определите состав мирабилита, содержащего в основном гидратированный сульфат натрия с небольшой долей нелетучих примесей (3,4 масс.%), если при прокаливании до постоянной массы образца ми­нерала (10 г) потеря массы составила 5,4 г.

3. Вычислите объём (м³, норм.усл.) водорода, выделившегося при электролизе слегка подсоленной (для лучшей проводимости) воды массой 1 т.

3. Вычислите минимальный расход (м³) воды для гашения извести после прокаливания известняка массой 10 т с заметной долей (20%) инородных примесей.

3. Вычислите массу (г) KN0₃, осаждённого при охлаждении до 20° на­сыщенного горячего раствора объёмом 4 л (плотность 3,5 г/мл) с концен­трацией соли 25 моль/л, если известно, что массовая доля соли в насыщен­ном при 20 растворе составляет 25%.

Ответ: 8852 г.

3. Какова растворимость (г/100 г Н₂0) аммиака в воде при 20° (1 атм), если опытным путём установлено, что в этих условиях один объём воды поглощает максимально 672 объёма аммиака?

Ответ: 51 г/100 г Н₂0.

3. Определите формулу кристаллогидрата тетрабората натрия - буры (Na₂B₄0₇ • xH₂0), если при прокаливании до постоянной массы образца массой 20 г с небольшой долей нелетучих примесей (4,5%) потеря массы составила 9 г.

Ответ: Na₂B₄0₇• 10Н₂О.

3. Вычислите массу (г) образца смеси лития и бария с долей лития 10%, если в результате действия избытка воды на этот образец объём выде­лившегося водорода составил 5,5 л.

Ответ: 18 2 г

3. Вычислите массу (т) известняка с долей инородных примесей 15%, из которого прокаливанием получили негашёную известь-кипелку (СаО), если объём воды, израсходованной на её гашение, составил 3,06 м³.

Ответ 20 т.

Практическая работа № 2 Металлы и сплавы

Цель: выяснить виды, классификацию и состав сплавов, наиболее применяемых в строительстве

Рассматриваемые вопросы:

1. Классификация сплавов

2. Правило фаз Гиббса. Фазовые переходы в сплавах

3. Виды и свойства сплавов, наиболее применяемых в строительстве

Вопросы и задачи для самостоятельного решения

1.Образец сплава железа с углеродом массой 7,27 г растворили в сер­ной кислоте. Объем выделившегося водорода составил 2,8 л при нормаль­ных условиях. Какой сплав железа был взят? Определите массовую долю углерода в сплаве.

Ответ: чугун; 3,7% С.

2. Массовые доли компонентов сплава ферромарганца равны: марга­нец 75%, железо 17%, углерод 6%, кремний 2%. Какую массу ферромар­ганца надо добавить к стали массой 1 т, чтобы массовая доля марганца в стали составила 2%? Учесть, что углерод и кремний, содержащиеся в фер­ромарганце, при выплавке стали удаляются.

Ответ: 27.,34 кг.

3. Массовая доля углерода в чугуне составляет 3,6%. Углерод содер­жится в сплаве в виде цементита - карбида железа Fe₃C. Определите массо­вую долю карбида железа в чугуне.

Ответ: 54%.

4. Образец сплава, содержащего железо, массой 40 г растворили в из­бытке серной кислоты. К полученному раствору добавили раствор с массо­вой долей дихромата калия 14% до полного окисления соединений железа (II). Масса раствора дихромата калия, затраченного на реакцию, составила 210г. Определите массовую долю железа в сплаве.

Ответ: 84%.

5. Какую массу сплава феррохрома надо прибавить к стали массой 60 кг, чтобы массовая доля хрома в стали составила 1%? Массовая доля хрома в феррохроме равна 65%.

Ответ: 937,5 г.

6. Какая масса красного железняка, содержащего 78% оксида железа (III) (остальное - посторонние примеси), потребуется для получения 1,5 т сплава с массовой долей железа 95%?

Ответ: 2610 кг.

7. Одним из способов получения высокочистых металлов является син­тез карбонилов металлов с их последующим разложением. В порошковой металлургии высокочистый порошок железа получают разложением пента­карбонила железа. Рассчитайте необходимую массу пентакарбонила железа для получения 5 кг порошкообразного железа.

Ответ: 17,5 кг Fe(CO)₅.

8. Найдите число степеней свободы в системе свинец-серебро, если из расплава Pb-Ag одновременно выделяются кристаллы свинца и серебра. Ответ: 0.

9. Из скольких фаз состоит сплав, содержащий 20% Bi и 80% Cd при 250°? Сколькими степенями свободы обладает эта система (см. диаграмму плавкости, рис. 9)?

Ответ: 2 фазы; 1.

Cd Bi

100% 100%

Рисунок 9 – Диаграмма плавкости

10. Сплав содержит 24% Cd и 76% Bi. В 1 кг сплава присутствует 400 г жидкой фазы, содержащей кадмий в виде кристаллов, вкрапленных в эвтекти­ку. Определите процентный состав эвтектики.

Ответ: 40% Cd; 60% Bi.

Практическая работа № 3 Коррозия металлов

Цель: выяснить сущность коррозии и её виды , способы защиты металлов от коррозии

Рассматриваемые вопросы:

1. Коррозия металлов и её виды

2. Механизм протекания химической коррозии

3. Механизм протекания электрохимической коррозии

4. Основные способы защиты металлов от коррозии

Вопросы и задачи для самостоятельного решения

1. Опишите процессы, происходящие с лужёной медной пластинкой с поврежденным покрытием, оказавшейся в условиях кислой (рН = 4) влаж­ной атмосферы.

2. Какой железный лист быстрее превратится в «решето» на город­ской свалке (где среда кислая - рН = 3): «чёрный», необработанный; такой же, но отполированный до зеркального блеска; такой же, но отмытый, грунтованный, крытый суриком; меднёный; лужёный; оцинкованный; ни­келированный? Какой из них окажется самым долговечным? Ответ моти­вируйте.

3. Напишите анодный и катодный процессы при коррозии контакти­рующих металлов олово-никель в среде с рН = 6.

4. Приведите пример катодного покрытия на конструкционной стали (будем считать, что на железе) и анодного на титане. Запишите анодные и

катодные реакции при электрохимической коррозии в обоих случаях при повреждении покрытий - для первого во влажной среде при рН = 10, для второго случая - во влажной среде при рН = 4.

5. Нарисуйте схему защиты от коррозии титановой конструкции на­ложенным током (электрозащита).

6. Нарисуйте схему протекторной защиты от коррозии стальной кон­струкции. Напишите уравнения реакций, протекающих в этом случае, если среда явно кислая (рН = 3).

7. Можно ли клепать стальной котёл медными заклёпками, а медный - стальными? Ответ мотивируйте соответствующими уравнениями.

8. При монтаже стальной конструкции болтовыми соединениями рабо­чий использовал медные шайбы. Инженер приказал разобрать конструкцию. Почему?

Тренировочный тест

1. Примеси какого металла уменьшают коррозионную стойкость железа?

1) никель

2) хром

3) медь

4) цинк

5) марганец

2. Защитное покрытие по железу из какого металла наиболее дол­говечно в отсутствие механических воздействий в кислой среде?

1) никель

2) медь

3) цинк

4) хром

5) олово

3. Коррозия железа происходит в кислой среде. При добавлении какой соли коррозия ускорится?

1) ZnS0₄

2) FeS0₄

3) MgS0₄

4) CuS0₄

5) A1₂(S0₄)₃

4. Коррозия цинка происходит в нейтральной водной среде. При добавлении каких веществ разрушение металла ускорится?

1) KN0₃

2) NaOH

3) Na₂S0₄

4) K₂S0₄

5) AgN0₃

5. Что будет являться продуктом коррозии сплава цинка и меди в водном растворе NaCl?

1) хлорид цинка

2) хлорид меди

3) гидроксид цинка

4) гидроксид меди

5) водород