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 ().Оксиднаплівкамагнію,навідмінувідоксиднихплівокберилію,алюмініюітитану,немаєзахиснихвластивостей(знайдітьпопідручникуВ.В.ФроловазначенняфактораПіллінга-Бедвордсадлязазначенихметалівіпорівняйтеїх).

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 міститьсях мольMgіумольAl, тодіm_сплаву= М_мgx+M_Aly= 24x+ 27y= 0,39.

Відповідно до рівнянь реакцій на 1 моль Mgвиділяється 1 моль Н₂, а нахмоль –хмоль Н₂. На 1 мольAl виділяється 1,5 моль Н₂, а наумоль – 1,5у 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 відновленняTiО_2(к)вуглецем при температурах 1000 і 3000 К? Відповідь підтвердіть розрахункамиG⁰по рівнянню Гіббса-Гельмгольца.

Розв’язок.ВідновленняTiО₂вуглецем протікає по рівнянню:

TiО_2(к)+ 2С_(гр)Ti_(к)+2СО_(г).

Скористаємося рівнянням Гіббса-Гельмгольца: G⁰=Н⁰- ТS⁰, ірозрахуємоН⁰іS⁰хімічної реакції, користуючись другим наслідком з закону Гесса.

Н⁰_х.р.= 2Н⁰_СО-Н⁰_TiО= 2(-110,5) – (-943,9) = - 722,9 кДж.

S⁰_х.р. = (S⁰_Ti + 2S⁰_CO) – (S⁰_TiО+2S⁰_C) = 30,7 +2197,9 – 50,3 - 25,7 = 364,8 Дж/ДК = 0,365 кДж/К.

При температурі 1000 К G⁰_х.р.= -722,9 - 10000,365 = - 355,9 кДж.

При температурі 3000 К G⁰_х.р.= -722,9 - 30000,365 = - 1817,9 кДж. Отже, при обох температурних значеннях зазначена реакція можлива.

Задача 3.При роботі гальванічного елемента

Al

Al2(SO4)3

Cr2(SO4)3

Cr

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

Розв’язок.

А (-) – 3eAl³⁺

K (+) Cr³⁺ + 3e 

+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= = 11г.