5. Сколько соли и воды надо взять для приготовления раствора?

1 Растворы неэлектролитов – частицы, плохо растворимые в воде, так как нет носителя электрического заряда. Закон Рауля справедлив только для разбавленных растворов неэлектролитов.

Закон Рауля. Относительное понижение упругости пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного нелетучего компонента.

P=A*e(- Hкип/RT)

барометрическая формула Больцмана.

Следствия из закона Рауля:

1. Растворение нелетучего компонента в растворителе приводит к расширению температурной области существования жидкой фазы.

2. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения прямо пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества.

3. Растворы, содержащие одинаковое число молей растворенных веществ в одинаковых молях растворителя, обнаруживают одно и то же понижение температуры замерзания и одно и то же повышение температуры кипения.

закон Вант-Гоффа: осмотическое давление раствора численно равно тому давлению, которое производило бы данное количество растворенного вещества, если бы оно в виде идеального газа занимало при данной температуре объем, равный объему раствора.

Все описанные законы относятся к бесконечно разбавленным растворам.

Парциальное давление – то давление, которое оказывал бы газ, входящий в газовую смесь, если бы из нее были удалены все остальные газы при условии сохранения постоянными температуры и объема.

Общее давление газовой смеси определяется законом Дальтона: общее давление смеси газов, занимающих определенных объем, равно сумме парциальных давлений, которыми обладал бы каждый отдельно взятый газ, если бы он занимал объем, равный объему смеси газов.

Р = Р1 + Р2 + Р3 + … + Рк,

где Р – общее давление;

Рк – парциальное давление компонентов.

2 Электролиз – это совокупность процессов, проходящих на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита. Электролиты – проводники второго рода. При электролизе катод служит восстановителем (отдает электроны катионам), а анод – окислителем (принимает электроны от анионов). Сущность электролиза состоит в осуществлении за счет электрической энергии химических реакций – восстановления на катоде (К) и окисления на аноде (А). Эти процессы называются процессами (реакциями) электровосстановления и электроокисления. Восстановительное и окислительное действие электрического тока во много раз сильнее действия химических окислителей и восстановителей.

Катодные процессы.

При прочих равных условиях ионы металлов восстанавливаются на катоде тем легче, чем менее активен металл, чем дальше вправо он расположен в ряду напряжений.

1) Катионы металлов, имеющие электродный потенциал более высокий, чем у ионов водорода Н+ (в ряду напряжений эти металлы стоят после Н2), при электролизе практически полностью восстанавливаются на катоде:

Cu2+ + 2e- → Cu0

2) Катионы металлов, имеющие низкую величину электродного потенциала (от начала ряда напряжения по алюминий включительно), не восстанавливаются на катоде и остаются в растворе, на катоде идет процесс электрохимического восстановления водорода из молекул воды:

2H2O + 2e- → H2 + 2OH¯

3) Катионы металлов, имеющие электродный потенциал ниже , чем у ионов водорода (Н+), но выше, чем у ионов алюминия (Al3+), т.е стоящих между Zn2+→ Men+ ← H2, при электролизе восстанавливаются на катоде одновременно с водородом.

Fe3+ + 3e- → Fe0

2H2O + 2e- → H2 + 2OH¯

Таким образом, характер катодного процесса при электролизе водных растворов электролитов определяется, прежде всего, положением соответствующего металла в ряду напряжения.

Анодные процессы.

При электролизе веществ используется инертные, не изменяющиеся в процессе электролиза аноды (графитовые, платиновые) и растворимые аноды, окисляющиеся в процессе электролиза легче, чем анионы (из цинка, никеля, серебра, меди и других металлов).

1) Анионы бескислородных кислот (S2ˉ, I¯, Br¯, Cl¯) при их достаточной концентрации легко окисляются до соответствующих простых веществ.

2) При электролизе водных растворов щелочей, кислородсодержащих кислот и их солей, а также плавиковой кислоты и фторидов происходит электрохимическое окисление воды с выделение кислорода:

в щелочных растворах: 4OH¯ - 4e- → O2 + 2H2O

в кислых и нейтральных растворах: 2H2O - 4e- → O2 + 4H+

3 Жёсткость воды - свойство воды (не мылиться, давать накипь в паровых

котлах), связанное с содержанием растворимых в ней соединений кальция и

магния, это параметр, показывающий содержание катионов кальция, магния в

воде.

Мягкая вода с жесткостью менее 3,0 мг-экв/л,

Средней жесткости – 3,0-6,0 мг-экв/л

Жесткая – более 6,0 мг-экв/мл.

Методы устранения жесткости.

Чтобы избавиться от временной жесткости необходимо просто вскипятить

воду. При кипячении воды, гидрокарбонатные анионы вступают в реакцию с

катионами и образуют с ними очень мало растворимые карбонатные соли,

которые выпадают в осадок.

Ca2 + 2HCO3- = CaCO3v + H2O + CO2^

С ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCO3

неустойчивое в воде вещество. В присутствии кислорода конечным продуктом

цепочки реакций оказывается Fe(OH)3, представляющий собой темно-рыжий

осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее окраска у накипи,

которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.

С постоянной жесткостью бороться труднее. Один из вариантов:

вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда

останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо

слить не замершую воду, а лед превратить обратно в воду. Все соли, которые

образую жесткость, остаются в не замершей воде.

Еде один способ – перегонка, то есть, испарение воды с последующие ее

конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются,

а вода испаряется.

Наиболее широко используется

катионообменный способ, основанный на применении специальных реагентов –

катионитов, которые загружаются в фильтры и при пропускании через них воды,

заменяют катионы кальция и магния на катион натрия.

С последствием жесткости воды - накипью, с точки зрения химии можно

бороться очень просто. Нужно на соль слабой кислоты воздействовать кислотой

более сильной. Последняя и занимает место угольной, которая, будучи

неустойчивой, разлагается на воду и углекислый газ. В состав накипи могут

входить и силикаты, и сульфаты, и фосфаты. Но если разрушить карбонатный

“скелет”, то и эти соединения не удержатся на поверхности.

В качестве средства для удаления накипи применяются также адипиновая

кислота и малеиновый ангидрид, которые добавляются в воду. Эти вещества

слабее сульфаминовой кислоты, поэтому для снятия накипи необходимо так же

кипячение.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6

1. Аккумуляторы. Сернокислотный и щелочной аккумуляторы. Процессы работы и зарядки.

2. Гомогенный и гетерогенный катализ.

3. Способы очистки металлов.

4. Составить уравнения окислительно-восстановительных реакций. Укажите окислитель и восстановитель.

5. Сколько воды и соли надо взять для приготовления раствора?

1 Щелочной аккумулятор

Щелочной аккумулятор, электрический аккумулятор, в котором активной массой отрицательного электрода служит пластина из пористого железа или кадмия, положительного электрода — никелевый каркас, заполненный окисью никеля (III), электролитом — 20-процентный раствор едкого кали. Преобразование электрической энергии в химическую (зарядка) и обратно (разрядка) происходит в результате такой реакции, как, например:

Щелочные аккумуляторы имеют следующие преимущества перед свинцовокислотными:

-при их изготовлении не употребляется дефицитный свинец;

-они обладают большой выносливостью и механической прочностью — не боятся сильных токов разряда, тряски, ударов и даже коротких замыканий;

-при длительном бездействии несут малые потери на саморазряд и не портятся, имеют большой срок службы;

-при работе выделяют меньшее количество вредных газов и испарений;

-имеют меньший вес, чем свиицовокислотные;

-менее требовательны в отношении постоянного квалифицированного ухода;

-имеют большее внутреннее сопротивление, чем свиицовокислотные, поэтому не боятся внезапных перегрузок.

Недостатки щелочных аккумуляторов по сравнению со свинцовокислотными: меньшая э. д. с; более низкий к. п. д. (52—55%); более высокая стоимость.

Свинцово-кислотный аккумулятор — наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: стартерные батареи в автомобильном транспорте, аварийные источники электроэнергии.

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода на положительном электроде и водорода — на отрицательном.

Химическая реакция (слева-направо — разряд, справа-налево — заряд):

Катод:

Анод:

В итоге получается, что при разрядке аккумулятора расходуется серная кислота с одновременным образованием воды (и плотность электролита падает), а при зарядке, наоборот, вода «расходуется» на образование серной кислоты (плотность электролита растет). В конце зарядки, при некоторых критических значениях концентрации сульфата свинца у электродов, начинает преобладать процесс электролиза воды. При этом на катоде выделяется водород, на аноде — кислород. При зарядке не стоит допускать электролиза воды, в противном случае необходимо ее долить.

2 Ката́лиз (греч. κατάλυσις восходит к καταλύειν — разрушение) — избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений химической реакции под действием катализатора(ов).[1

Катализ бывает гомогенным и гетерогенным (контактным). В гомогенном катализе катализатор состоит в той же фазе, что и реактивы реакции, в то время, как гетерогенные катализаторы отличаются фазой.

Катализатор – это вещество, увеличивающее количество активных частиц в системе

Механизм катализа

Введенный в химическую реакцию катализатор создает активные частицы при более низких температурах и легче, чем исходные соединения. При этом активные частицы, поставляемые катализатором, могут образовать с молекулами исходного реагента промежуточное соединение либо с одним, либо с обоими исходными компонентами.

После полного цикла промежуточных химических взаимодействий катализатор восстанавливает свой химический состав.

Гомогенный катализ

Примером гомогенного катализа может служить гидролиз сложных эфиров в присутствии щелочи. Реакция проходит следующие стадии:

При введении в систему основания, создается концентрация гидроксильных ионов на много порядков больше, чем в воде. Когда концентрация (NaOH)- равна 0,01 моль/л, концентрация гидроксила в 10⁵, чем его концентрация в чистой воде. Это означает, что катализатор не меняет механизм реакции, но он увеличивает концентрацию гидроксид аниона, что определяет скорость процесса.

Таким образом, действие катализатора проявляется в том, что он увеличивает количество активных частиц системе.

Гетерогенный катализ

При гетерогенном катализе ускорение процесса обычно происходит на поверхности твердого тела — катализатора, поэтому активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. На практике катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель.

Механизм гетерогенного катализа аналогичен механизму гомогенного, но включает пять этапов, причем все они обратимы.

1Диффузия реагирующих веществ к поверхности твердого вещества

2Физическая адсорбция на активных центрах поверхности твердого вещества реагирующих молекул и затем хемосорбция их

3Химическая реакция между реагирующими молекулами

4Десорбция продуктов с поверхности катализатора

5Диффузия продукта с поверхности катализатора в общий поток

Примером гетерогенного катализа является окисление SO₂ в SO₃ на катализаторе V₂O₅ при производстве серной кислоты (контактный метод).

3 Наиболее используемыми способами предварительной обработки металла являются: очистка ручным инструментом, механическая очистка, абразивоструйная очистка.

Очистка ручным инструментом

Ручная очистка металла — это метод подготовки металлических поверхностей с помощью ручных инструментов, без применения энергопитания.

Ручную очистку поверхности проводят с использованием обрубочных молотков для скалывания ржавчины и других загрязнений, ручных проволочных щеток, шпателей, скребков, абразивных шкурок, наждака. Молотки для скалывания применяются для удаления толстого рыхлого слоя ржавчины, чтобы сделать более экономичной абразивную струйную очистку. Обработка молотками часто проводится в сочетании с зачисткой щётками. Обработка такими молотками непригодна для общей подготовки поверхности перед нанесением покрытий.

Очистка ручным инструментом иногда применяется на начальном этапе для предварительной очистки, с целью снятия относительно легко удаляемых загрязнений перед использованием механизированных инструментов.

Очистка механизированным инструментом

Это метод подготовки металлических поверхностей с применением механизированных ручных инструментов, но без использования абразивоструйной очистки. Механизированную очистку проводят с использованием вращающихся проволочных щеток, машин для зачистки абразивными шкурками, дисков для зачистки абразивными шкурками, абразивных точильных камней, зачистных молотков с электро- или пневмоприводом, игольчатых пистолетов, шлифовальных кругов.

Перед очисткой ручным и механическим инструментом необходимо удалить скалыванием все толстые слои ржавчины. Видимые масло, смазка и грязь также должны быть удалены.

Очистка механизированным инструментом эффективнее и производительнее очистки ручным инструментом, но по эффективности уступает абразивной струйной очистке.

Абразивоструйная очистка

Сухая абразивоструйная очистка. Сухая абразивоструйная очистка (бластинг) заключается в ударе абразивного потока с высокой кинетической энергией о подготавливаемую поверхность. В воздушно-абразивный поток добавляют немного воды для устранения пыли.

Абразивная струйная очистка сжатым воздухом. Данная операция осуществляется при подаче абразива в поток воздуха и направлении образующейся воздушно-абразивной смеси с высокой скоростью из сопла на очищаемую поверхность.

Абразивная струйная очистка с впрыскиванием влаги. Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом с той разницей, что в воздушно-абразивный поток добавляют незначительное количество жидкости (обычно чистую пресную воду), что создает метод струйной очистки, при котором не образуется пыли в диапазоне размера взвешенных частиц менее 50мкм.

Струйная очистка жидкостью под давлением. В поток жидкости (обычно чистой пресной воды) вводят абразив (или смесь абразивов), и этот поток направляют через сопло на очищаемую поверхность. Этот метод основан на воздействии кинетической энергии высоконапорной водяной струи на обрабатываемую поверхность

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7

1. Металлы в природе. Способы получения металлов.

2. Электролитическая диссоциация. Законы разбавленных растворов электролитов.

3. Химическая кинетика. Факторы, влияющие на скорость реакций. Закон Гульдберга-Вааге.

4. Составить уравнения окислительно-восстановительной реакции. Укажите окислитель и восстановитель.