2.8. Примеры контрольных экзаменационных заданий

Контрольное экзаменационное задание № 1

1. В стальные изложницы разливают сталь разных марок. Изложницу изнутри покрывают огнеупорной краской на основе оксида хрома. Углерод, содержащийся в расплавленной стали, может частично восстанавливать хром по реакции:

Сr₂O_{3(тв) +} 3[C] = 2[Cr] + 3CO. (1)

В зависимости от содержания в стали углерода и хрома давление газообразного СО при протекании реакции (1) может достигать высоких значений, что может привести к образованию пустот на поверхности слитка.

Примем, в первом приближении, что железо с хромом образуют идеальный раствор. Коэффициент термодинамической активности углерода в стали описывается уравнением:

lg_C = - 0,23 + 0,049Х_С (% мол). (2)

Изменение стандартной энергии Гиббса реакций образования оксидов хрома и углерода описываются уравнениями:

, Дж; (3)

, Дж. (4)

Молекулярные массы углерода, хрома и железа составляют, соответственно, М_C=12, М_Cr=52, М_Fe=55,85 г/моль.

Сталь содержит 0,2 % масс углерода и 0,5 % масс хрома.

Определить давление газа СО в реакции (1), если исходная температура жидкой стали равна 1880 К.

По завершении решения задачи сделать вывод о том, увеличение содержания какого элемента в стали (С или Cr) повышает вероятность образования полостей на поверхности стального изделия?

2. На основании выданной рентгенограммы, приведенной на рисунке 1, определить фазовый состав исследуемого образца с использованием информационно-поисковой системы рентгенофазовой идентификации материалов (ИПС ФИ).

Рисунок 1 – Рентгенограмма образца

3. Дан образец огнеупорной футеровки (шамотный кирпич) катодного устройства алюминиевого электролизера. Охарактеризовать способы определения фазового и элементного состава образца. Привести схемы соответствующих аппаратов и описание методик анализа.

4. В Bi₁₂GeO_20-X коэффициент химической диффузии описывается уравнением

.

Построить график температурной зависимости и определить по графику его значение при 973 К

Контрольное экзаменационное задание № 2

1. Алюминий и магний относятся к группе химически активных металлов. Широкое применение в настоящее время находят сплавы на их основе. Алюминий – магниевые сплавы, например, готовят под покровным флюсом следующего состава (% масс): CaF₂ – 40, MgCl₂ – 34 и KCl – 26.

Магний, содержащийся в сплаве, может вступать в обменную реакцию с компонентами флюса:

(CaF₂) + [Mg] = [Ca] + (MgF₂). (1)

Сплав готовят при температуре 1070 К. Хлоридно-фторидный покрывной флюс по своим термодинамическим свойствам близок к идеальным растворам. Алюминий-магниевый сплав содержит 10 % масс. магния. Коэффициент термодинамической активности магния в сплаве _Mg равен 0,5. Кальций с алюминием и магнием образует конгруэнтно плавящиеся химические соединения CaAl₂ (Т_пл=1352 К), CaMg₂ (Т_пл=987 К) и, как следствие, при малых концентрациях кальция в алюминий-магниевых сплавах коэффициент термодинамической активности кальция мал, _Ca = 0,1.

Изменение стандартной энергии Гиббса реакций образования фторидов кальция и магния описываются уравнениями:

, Дж; (2)

, Дж. (3)

Молекулярные массы М_Mg =24,3; М_Ca =40,1; М_Al = 27; М_K =39,1; М_F =19; М_Cl =35,5 г/моль. Определить равновесную концентрацию кальция в алюминий-магниевом сплаве.

2. Рассчитать порядок реакции и энергию активации по данным дифференциально-термического и термогравиметрического анализов, приведенным на рисунке 2.

Рисунок 2 – Данные ДТА и ТГА

3. Дана металлическая медь, полученная электролитическим способом. Предложить способы определения концентрации содержащихся в ней примесей. Привести схемы соответствующих аппаратов и описание методик анализа.

4. Реакция

или в квазихимическом приближении

- эндотермическая.

В каком направлении будет сдвигаться равновесие реакции, если систему вакуумировать и одновременно повышать температуру? Пояснить со всех возможных точек зрения.