Химия

Продуктом коррозии является труднорастворимый гидроксид свинца

Pb OH 2 .

б) В отсутствие кислорода единственным окислителем могли бы быть

ионы водорода из воды. Но, поскольку Eок 0,41 B > Eвосст 0,13 B, коррозия невозможна.

Пример 2. Какие процессы будут протекать при коррозии бериллия и меди, находящихся в контакте? Составьте уравнения анодного и катодного процессов и результирующее (суммарное) уравнение процесса коррозии в следующих средах: а) во влажном воздухе; б) в растворе гидроксида натрия;

в) в растворе хлороводородной кислоты.

Решение. Из контактирующих металлов более активным

В, поэтому, в первую очередь, корродирует бериллий.

а) Во влажном воздухе окислителем является кислород. Коррозия возможна, так как его потенциал значительно больше потенциала бериллия.

Бериллий будет являться анодом и окисляться, а медь – катодом, где будет восстанавливаться кислород:

Продуктом коррозии является труднорастворимый гидроксид бериллия.

б) Поскольку гидроксид бериллия амфотерен, в щелочном растворе

процесс анодного окисления бериллия заканчивается образованием гидроксокомплекса:

Анод Be - 2e 4OH- Be OH 4 2

Несмотря на то, что потенциал кислорода больше, чем иона водорода воды, доступ кислорода к поверхности катода (медь) ограничен из-за малой его растворимости и медленной диффузии. Поэтому в щелочном растворе

Результирующее уравнение процесса коррозии получим, суммируя уравнения анодного и катодного процессов:

Be 2H2O 2OH- Be OH 4 2 H2

или

Be 2H2O 2NaOH Na2 Be OH 4 H2

в) По тем же кинетическим причинам, что и в предыдущем случае,

окислителем является ион водорода Н+. Уравнения процессов:

Be 2H Be2 H2

или

Be 2HCl BeCl2 H2

Контрольные задания

321–382. Какие коррозионные процессы могут протекать при контакте двух металлов (см. табл. 28)? Составьте уравнения анодного и катодного

74

процессов и результирующее (суммарное) уравнение процесса коррозии в заданных условиях. Если коррозия невозможна, то объясните, почему?

Таблица 28 – Исходные данные к задачам №№ 321 – 332

333.Приведите пример катодного покрытия для никеля. Напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии, протекающих в аэрируемом водном растворе и в солянокислой среде при частичном нарушении такого покрытия.

334.Приведите пример анодного покрытия для кадмия. Напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии, протекающих в сернокислом растворе и во влажном воздухе при частичном нарушении такого покрытия.

75

335.Какие металлы можно использовать для протекторной защиты железа? Для одного из примеров напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии в аэрируемом водном растворе и в сернокислой среде.

336.В чем сущность катодной защиты от коррозии? Какие процессы протекают на электродах при катодной защите стального трубопровода, проложенного во влажном грунте?

337.К какому типу покрытий относится лужение (покрытие оловом) меди? Напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии, протекающих во влажном воздухе и в сернокислой среде при частичном нарушении этого покрытия.

338–340. Возможна ли в средах (а) и (б) коррозия сплава, представляющего собой смесь мелкодисперсных кристаллов металлов X и Y

(см. табл. 29)?

В случае возможности коррозии составьте схему микрогальванических элементов, возникающих в процессе коррозии. Напишите уравнения анодного и катодного процессов и суммарное уравнение процесса коррозии. Если коррозия невозможна, то объясните, почему?

Таблица 29 – Исходные данные к задачам №№ 338 – 340

15. Химия углерода. Высокомолекулярные соединения (ВМС)

Примеры решения задач

Пример 1. Укажите вид гибридизации валентных орбиталей каждого

атома углерода в молекулах этана и 2-пентена. Сколько всего в каждой из этих молекул – и π–связей?

осевого перекрывания АО. Связи C - H также ковалентные. Их называют –

связями. В этане семь –связей: одна –связь C - C и шесть –связей C - H .

Атом углерода находится в состоянии sp3 -гибридизации.

Пример 2. Приведите уравнение реакции полимеризации хлоропрена.

Где используют этот полимер?

Решение. Мономерами являются ненасыщенные органические соединения, содержащие π–cвязь. В реакции полимеризации образуются

новые углерод-углеродные связи. Хлоропрен является мономером

где n — степень полимеризации. Структура в квадратных скобках,

повторяющаяся в ВМС п раз, называется элементарным звеном полимера.

Полихлоропрен обладает высокой механической стойкостью к истиранию и используется в производстве резины.

Пример 3. Чем отличаются реакции полимеризации от реакций

поликонденсации? Приведите примеры.

Решение. В реакции полимеризации исходными соединениями являются мономеры, содержащие π–связи. В результате реакции

полимеризации образуются новые связи C - C :

винилхлорид поливинилхлорид (ПВХ)

77

Никаких побочных продуктов при этом не образуется. В реакции поликонденсации участвуют не менее двух бифункциональных соединений,

реагирующих между собой с образованием ВМС и какого-либо побочного продукта реакции. В качестве примера можно привести взаимодействие адипиновой кислоты, содержащей две карбоксильные группы –СООН, с

гексаметилендиамином, содержащим две аминогруппы – NH2 :

Цифры 6,6 относятся к числу атомов углерода в исходной двухосновной кислоте и в диамине.

В данном примере поликонденсации побочным продуктом реакции является вода H2 O , число молей которой (n–1), так как в структуре продукта реакции (макромолекулы) остаются свободными концевые функциональные группы –СООН и – NH2 .

Пример 4. Назовите соединения по систематической (ИЮПАК)

номенклатуре:

1) CH3 CH2 CH2 CH3 ; 2) CH2 CH CH2 CH3 ; 3) CH3 CH CH CH3

Решение. Первое соединение относится к классу алканов, для которых имеются тривиальные названия: СH 4 метан; CH3 CH3 этан; CH3 CH2 CH3

пропан. Углеводород С4 H10 – это бутан. Названия последующих углеводородов (гомологов) происходят от греческих названий числительных:

С5 H12 пентан; С6 H14 гексан и т. д. с окончанием –ан. Второе и третье соединения – это представители класса алкенов, содержащих π–связи, для которых окончание -ан заменяют на -ен и цифрой обозначают атом углерода,

от которого начинается π–связь. Для этого нумеруют атомы углерода в молекулах с той стороны, ближе к окончанию которой начинается π–связь.

78

Ni, Pt, Pd — катализаторы процесса гидрирования соединений молекулярным водородом.

Пример 6. С помощью каких реакций можно качественно отличить этилен от этана?

Решение. Алкены содержат реакционноспособную π–связь. Для них характерны реакции присоединения ( H 2 , Br2 и т. д.). По месту разрыва π–

связи к этилену присоединяются галогены (обесцвечивается раствор брома в воде – бромная вода). Для алканов и, в частности, для этана реакции присоединения невозможны. Замещение атомов водорода в алканах, но не присоединение, возможно наблюдать, если атакующий галоген растворен в растворителе, не содержащем воды, например, в тетрахлориде углерода CCl4 .

Реакция протекает с выделением галогеноводорода (белый дымок на воздухе). Схематично реакции можно представить в следующем виде:

CH3 CH3 Br2 , H2O реакция не идет

CH3 CH3 Br2 , CCl4 CH3 CH2 Br HBr

этилбромид

CH2 CH2 Br2 , H2O CH2 Br - CH2 Br

1,2-дибромэтан

Контрольные задания

341.Укажите вид гибридизации валентных орбиталей атома углерода

вмолекулах метана, этилена и ацетилена. Приведите уравнение реакции промышленного метода получения ацетилена, исходя из метана.

пропина? Укажите виды гибридизации валентных орбиталей каждого атома углерода в этих соединениях. Приведите уравнение реакции полимеризации

C6 H5 CH CH2 . Где используют полистирол?

346.Сколько π– и –связей в молекуле мономера природного каучука

–изопрена ( С5 H8 )? Укажите виды гибридизации валентных орбиталей

каждого из атомов углерода в этом мономере. Напишите уравнение реакции полимеризации изопрена.

гибридизации валентных орбиталей атомов углерода в этом мономере и напишите уравнение реакции его полимеризации.

348. Приведите уравнения реакций полимеризации мономеров: 1)

CH2 CHCl поливинилхлорид; 2) C6 H5 CH CH2 полистирол. Сколько π

–и –связей в молекуле винилхлорида?

349.Назовите полимеры, содержащие атомы галогенов; укажите их практическое применение.

350.Назовите класс соединений, молекулы которого построены из звеньев СH 2 . Составьте формулу простейшего соединения, содержащего

80

минимальное число таких групп. Укажите вид гибридизации валентных орбиталей атома углерода в этом соединении.

351. Как, исходя из бензола С6 H6 , можно получить анилин С6 H5 NH2

через нитробензол С6 H5 NO2 ? Приведите условия и уравнения соответствующих реакций.

352. С какими соединениями будет реагировать бромная вода: 1)

симметричный тетрахлорэтан Cl2 CH - CHCl2 ; 2) 2-гексен; 3) пропен; 4)

пропан? По каким внешним признакам можно судить о протекании реакций?

Напишите соответствующие уравнения реакций.

353.Какие типы химических реакций характерны для алканов и алкенов? Приведите примеры.

354.Какие продукты получают при дегидрировании этана и пропана?

Напишите уравнения реакций полимеризации этих продуктов.

355.С помощью каких химических реакций можно отличить этанол

С2 H5OH от фенола С6 H5OH ? Приведите соответствующие уравнения реакций.

356.Приведите формулу этиленгликоля. Где применяется этот двухатомный спирт?

357.Приведите примеры природных и синтетических высокомолекулярных соединений (полимеры). Каково практическое

применение целлюлозы C6 H10O5 x ?

358.Почему для контакта с пищевыми продуктами допускается только полиэтилен высокого давления, а полиэтилен низкого давления не допускается? Напишите уравнение реакции полимеризации этилена.

359.Напишите уравнение реакции получения ценного фенопласта –

фенолоформальдегидной смолы. Каковы области ее применения?

360. К какому типу химических реакций относится синтез белков?

Сколько аминокислот участвуют в синтезе белков? Почему водные растворы аминокислот имеют нейтральную реакцию?