Билет №22.1

Неорганические вещества в полиграфии

Билет №24.1

Высшие кислородсодержащие кислоты химических элементов третьего периода, их состав и сравнительная характеристика свойств.

Фосфор образует целый ряд кислородсодержащих кислот (оксокислот). Некоторые  из них мономеры. например фосфиновая, фосфористая и фосфорная(V)  (ортофосфорная) кислоты. Кислоты фосфора могут быть одноосновными  (однопротонными) либо многоосновными (многопротонными). Кроме того, фосфор  образует еще полимерные оксокислоты. Такие кислоты могут иметь ациклическое  либо циклическое строение. Например, дифосфорная(V) (пирофосфорная) кислота  представляет собой димерную оксокислоту фосфора.  Наиболее важной из всех этих кислот является фосфорная(V) кислота (другое ее  название - ортофосфорная кислота). При нормальных условиях она представляет  собой белое кристаллическое вещество, расплывающееся при поглощении влаги из  воздуха. Ее 85%-ный водный раствор называют «сиропообразной фосфорной  кислотой». Фосфорная(V) кислота является слабой трехосновной кислотой:  H3PO4(водн)+H2O(ж)=H3O (+) (водн) +H2PO4 (-) (водн), pK1=2,12  H2PO4 (-) (водн) +H2O(ж) = H3O (+)(водн) +HPO4 (-)(водн) , pK2=7,21  HPO4(-) (водн)+H2O(ж) = H3O (+)(водн) + PO4(3-)(водн) ,pK3=12,67  Хлор образует несколько кислородсодержащих кислот. Чем выше степень окисления  хлора в этих кислотах, тем выше их термическая устойчивость и сила кислоты:  НОCl < НСlO2 < НСlO3 < НClO4  НClO3 и НClO4 – сильные кислоты, причем НСlO4 –  одна из самых сильных среди всех известных кислот. Остальные две кислоты лишь  частично диссоциируют в воде и существуют в водном растворе преимущественно в  молекулярной форме. Среди кислородсодержащих кислот хлора только НСlO4  удается выделить в свободном виде. Остальные кислоты существуют только в  растворе.  Окислительная способность кислородсодержащих кислот хлора уменьшается с  возрастанием его степени окисления:  НОCl >НСlO2 > НСlO3 >НClO4  НОСl и НClO2 – особенно хорошие окислители. Например, кислый раствор НОCl:  1) окисляет ионы железа (II) до ионов железа (III):  2Fe(2+)(водн) +H3O(+) (водн) + HOCl(водн) =2Fe(3+)(водн)+2H2O(ж) + Cl(-) (водн)  2) на солнечном свету разлагается с образованием кислорода:  2OCl(-) (водн) = 2Cl(-)(водн) + O2(г)  3) при нагревании приблизительно до 75 °С он диспропорционирует на хлорид-  ионы и хлорат (V)-ионы:  3OCl(-) (водн) = 2Cl(-)(водн) + ClO3(-) (водн)  Остальные высшие кислотосодержащие кислоты элементов третьего периода (H3  AlO3, H2SiO3) более слабые, чем фосфорная  кислота. Серная кислота (H2SO4) менее сильные, чем  хлорная (VII) кислота, но более сильная, чем фосфорная кислота. Вообще, при  увеличении степени окисления элемента, образующего кислоту, увеличивается сила  самой кислоты:  H3AlO3 < H2SiO3 < H3PO4 < H2SO4 < НСlO4

Билет №25.1

Общие способы получения металлов.

 Металлы получают из руд, т.е. исходного сырья, в котором содержится экономически приемлемое количество металла. По мере истощения руд уменьша­ется экономически приемлемое содержание в них металла и повы­шается его стоимость.

Предварительно руда обрабатывается для увеличения концен­трации металла путем отделения пустой породы и разделения ос­татка на различные фракции. Последующие операции заключаются в получении соединения металла, из которого удобно выделить ме­талл тем или иным способом. Так как большинство металлов в природе находится в окисленном состоянии, то извлечение их ос­новано на восстановлении из тех или иных соединений в растворах при невысокой температуре) или расплавах (при повышенных

1гмпературах).

Восстановление проводят химическими или электрохимически­ми способами. Химическое восстановление заключается во взаимо­действии соединений металлов с углем, водородом или металла­ми-восстановителями. Например, при взаимодействии оксидов же-еза со специально обработанным углем (коксом) образуется чугун. J помощью водорода получают вольфрам, молибден, кобальт и ругие металлы, например, по реакции:

WO₃ + ЗН₂ = W + ЗН₂О

Многие металлы производят взаимодействием соединений ме-ллов с другими металлами, например:

BeF₂ + Mg = Be + MgF₂ Таким способом получают кадмий, олово, хром, серебро, титан И другие металлы. Кроме магния восстановителями обычно служат Цинк и алюминий. Электролизом из растворов осаждают медь, ни-Ксль, серебро, хром, кадмий, индий, олово и другие металлы. Элек-1ролизом из расплавов осаждаются сильные восстановители, такие, Как щелочные металлы, магний и алюминий.

Получение чистых металлов. Свойства металлов зависят от со­держания в них примесей. Например, титан долгое время не на­ходил применения из-за хрупкости, обусловленной наличием примесей. После освоения методов очистки области применения титана резко расширились. Содержание лишь 0,03 % (масс, ноли) мышьяка приводит к снижению электрической проводи­мости меди на 14%. Особенно большое значение имеет чистота материалов в электронной и вычислительной технике и ядерной

шергетике.

В зависимости от суммарной атомной доли примесей (от 10'¹ до 10~¹⁰%) различают 10 классов чистоты веществ. Если те или иные примеси особенно нежелательны для данной области при­менения материала, то оговаривают допустимое содержание этих примесей. Например, атомная доля бора, гафния и кадмия в ма­териалах атомной энергетики не должна превышать 10"⁴ — 10"⁶%. Стоимость материалов возрастает по мере повышения их степе-

ни очистки.

очистки.

Все методы очистки металлов можно разделить на химические

1изико-химические. Химические методы очистки заключаются во взаи­модействии металлов с теми или иными реагентами, образующи­ми с основными металлами или примесями осадки или газооб­разные продукты. Из-за контакта металла с реагентами и мате­риалами аппаратуры не удается достичь высокой степени чисто­ты металла. Более высокую степень очистки дают транспортные химические реакции (см. § 6.1), в которых металл с реагентом образует газообразные продукты, передаваемые в другую зону, где они разлагаются на чистый металл и исходный реагент, на пример

Физико-химические методы включают в себя электрохимические, дистилляционные, кристаллизационные и др.

При электрохимическом способе (рафиниро­вании) очищаемый металл служит анодом, чистый металл осаж­дается на катоде электролизера, примеси переходят либо в рас­твор электролита, либо в виде осадка накапливаются в шламе (см. гл. 9). Дистилляционные методы заключаются в испарении жидкого (например, ртути) или расплавленного ме­талла с последующей конденсацией паров. Отделение примесей обусловлено разной температурой испарения основного металла и примеси.

Кристаллизационные методы основаны на различном содержании примесей в твердом и расплавленном металлах. Они включают зонную плавку, кристаллизационное вытягивание из расплава и др. Особенно широко применяют зонную плавку, заключающуюся в том, что вдоль слитка (стержня) медленно перемещается зона нагрева и соответствен­но зона расплавленного металла. Некоторые примеси концен­трируются в расплаве и собираются в конце слитка, другие — в начале слитка. После многократных прогонок отрезают началь­ную и концевую части слитка, остается очищенная средняя часть металла.