Задачи прикладного характера

241. Эффективность защитного действия ингибитора определяют по коэффициенту торможения (ингибирования):

g = ;

где u_к - скорость коррозии металла в отсутствии ингибитора;

u_ки - скорость коррозии в присутствии ингибитора.

Скорость коррозии стали в водной среде составляет 9,108 в присутствии ингибитора И-1-А 0,172 и ингибитора АНПО 0,207 г/м²×год. При использовании смеси ингибиторов И-1-А и АНПО (1:1) с той же суммарной концентрацией 0,05 кг/м³ скорость коррозии составляет 0,00134 г/м²×год, т.е. эффективность защиты металла при использовании смеси ингибиторов возрастает.

Вычислите коэффициент ингибирования для каждого случая, считая, что в небольшом диапазоне концентраций коэффициент ингибирования пропорционален концентрации.

242. Зависимость логарифма скорости коррозии железа от концентрации азотной кислоты дана в табл. 6.

Таблица 6

С,%
lg uкорр.	3,2	3,5	-1,1	-1,1	-1,1	-1,1	0,1

Представьте эти результаты графически. Чем объясняется резкий спад скорости коррозии при концентрации С_НNO > 40%? Почему при С_НNO >95% коррозия усиливается? Объясните, почему при перевозке НNO₃ по железной дороге используются алюминиевые цистерны?

243. В каком случае металл двигателя внутреннего сгорания в большей степени подвергается коррозионному разрушению: при непрерывной работе или при частых остановках? Составьте уравнения анодного и катодного процессов коррозии стали в кислой среде. Какие продукты коррозии образуются при этом?

244. Почему металл двигателя внутреннего сгорания подвергается значительному коррозионному разрушению при частых остановках двигателя? Когда эти остановки опаснее: в летнее или зимнее время? Почему? Составьте электронные уравнения электрохимической коррозии сплава железа с включениями никеля в кислой среде. Каков состав продуктов коррозии?

245. Стальные цистерны применяют для транспортировки концентрированных серной и азотной кислот. Почему надо закрывать люк в цистернах после освобождения их от кислот? Как протекает коррозия в указанном случае? Что является анодом и что катодом? Составьте электронные уравнения соответствующих процессов.

246. Получение перспективных конструкционных материалов осуществляется металлотермическим методом. При какой температуре начнется реакция:

ТiO₂ + 2Н₂ ® Тi + 2Н₂О?

DН = -944 кДж/моль; S = 30,6; S_ТiO = 50 Дж/моль×К;

DН = -242 кДж/моль; S_Н = 131; S_{Н О} = 189 Дж/моль×К.

247. Известно, что марганец широко используется в качестве раскислителя стали. Возможно ли получить марганец из МnO₂ алюмотермическим методом при Т= 293 К? Ответ подтвердите расчетом реакции.

DН = -520 кДж/моль; S_Mn = 32; S_MnO = 53 Дж/моль×К;

DН = -1675 кДж/моль; S_Аl= 28; S = 51Дж/моль×К.

248. При коррозии железа в воде происходит следующая реакция:

Fе + Н₂О_(ж) ® Fe₃O_4(т) + Н₂

Уравняйте. На основании термодинамических расчетов докажите, что эта реакция при Т = 298 К происходит самопроизвольно.

DН = -286 кДж/моль; DН = -1118 кДж/моль;

S_{Н О(ж)} = 70; S = 142; S_Fе = 27; S_Н = 131 Дж/моль×К.

249. Возможна ли совместная перевозка или хранение на складе этилен-гликоля, являющегося основой антифризных составов, и аммиачной селитры? Проведите соответствующие расчеты, зная, что вероятная схема реакции следующая:

С₂Н₆О₂ + 5NН₄NO₃ ® 5N₂ + 2CO₂ + 13Н₂О

DG = - 319,45; DG = -183,96;

DG = -394,64; DG = -237,4 кДж/моль.

250. Как изменится скорость реакции сгорания пропана С₃Н₈ (используемого в качестве жидкого топлива в карбюраторных двигателях) при увеличении давления вдвое?

251. При получении электротехнической меди на поверхности провода при Т = 1200 К образуется двухслойная окалина, содержащая СuО и Сu₂О. Проведите термодинамический анализ реакций, при которых возможно образование этих оксидов:

1) Сu + ½ О₂ = СuO; DG₁. 2) 2Сu + ½ O₂ = Сu₂О; DG₂

Cравнивая реакции 1 и 2, укажите, какой из оксидов легче образуется на поверхности проволоки? Энтальпии образования Сu₂O и СuO равны соответственно –173 и –162 кДж/моль, а энтропии Сu₂O, СuO, Сu и О₂ равны 92,9; 42,6; 33; 205,4 Дж/моль×К.

252. Основным показателем качества электротехнической меди является содержание в ней кислорода. Ее очистка производится в атмосфере водорода:

Сu₂O + Н₂ = 2Сu + Н₂О

СuO + Н₂ = Сu + Н₂О

Накапливающаяся в дефектах металла вода оказывает расклинивающее давле-ние, что приводит к образованию микротрещин («водородная болезнь»). Зная, что изобарные потенциалы образования Сu₂O, СuO и Н₂О равны соответственно –86,3; -129,4; -228,8 кДж/моль, укажите, какой из слоев двухслойной окалины восстанавливается легче?

253. Сплавы типа «победит» содержат карбиды вольфрама, титана и других металлов. Их применение ограничено в связи с высокими температурами, возникающими в зоне трения. При этом возможны два процесса:

1) графитизация карбида 2WC = W₂C + C;

2) выгорание углерода 2WС + О₂ = W₂C + CO₂.

На основании термодинамических расчетов оцените возможность протекания каждой из реакций, зная, что локальная температура в зоне резания может достигать 1250 К. Теплоты образования WC, W₂C и СО₂ равны соответственно –41,0; -26 и –393,5 кДж/моль, а энтропии WC, W₂C; С, О₂, СО₂ равны 36; 82; 5,74; 205,4; 213,68 Дж/моль×К.

254. В качестве антифризной жидкости используется этиленгликоль. Оцените возможность самовозгорания этой жидкости при ее контакте с перекисью водорода. Возможно ли протекание реакции:

С₂Н₆О_2(ж) + 5Н₂О_2(ж) = 2СО_2(г) + 8Н₂О _(г),

если DG = -454,5; DG = - 120,4;

DG = -228; DG = -394,6 кДж/моль?

255. Температура вспышки – самая низкая температура, при которой образующиеся над жидкостью пары способны вспыхивать от источника зажигания. Для простых органических молекул она рассчитывается по формуле:

t_всп. = а_о + а₁·t_кип. + а₂·DН^гор,

где t_кип. – температура кипения;

DН^гор – тепловой эффект реакции горения вещества;

а_о, а₁ и а₂ – эмпирические константы.

Вычислите температуру вспышки этиленгликоля, если t_кип. = 197,6^оС.

DН = - 389,4; DН = -393,5; DН = -242,8 кДж/моль;

а_о = -45,5; а₁ = 0,83; а₂ = -0,0082.

256.В качестве альтернативного топлива в двигателях внутреннего сгорания грузового тепловоза 2ТЭ10 используется пропиловый спирт. Определите количество тепла, выделяющегося при сгорании 1000 кг пропилового спирта. DН = -242; DН = -393,5; DН = -307 кДж/моль.

257. Процесс декарбонизации известняка протекает по уравнению:

СаСО_3(т) « СаО_(т) + СО_2(г) ; DН = 178 кДж/моль.

Сколько тепла нужно затратить на разложение 150 кг известняка, содержащего 8% примесей? Будет ли эта реакция протекать самопроизвольно при стандартных условиях?

DН = -1206; S = 89 Дж/моль×К;

DН = -635 кДж/моль; S = 40 Дж/моль×К;

DН = -393 кДж/моль; S 214 Дж/моль×К.

258.Сколько тепла выделится при твердении 62,5 кг строительного гипса, содержащего 20% примесей, если реакция протекает по уравнению:

СаSO₄·0,5H₂O + 1,5H₂O(ж) ® СаSO₄·2H₂O; DН_х.р.= -17 кДж/моль.

Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартной температуре?

DН = -1575 кДж/моль; S = 131 Дж/моль×К;

DН = -286 кДж/моль; S_{Н О(ж)} = 70 Дж/моль×К;

DН = - 2021 кДж/моль; S = 194 Дж/моль×К.

259. Негашеная известь получается путем прокаливания известняка СаСО₃. Вычислите, при какой температуре начнется эта реакция?

DН = -1206 кДж/моль ; S = 89 Дж/моль×К;

DН = -635 кДж/моль; S = 40 Дж/моль×К;

DН = -393 кДж/моль; S 214 Дж/моль×К.

260. Магнезиальная коррозия бетона протекает по уравнению:

Са(ОН)_2(т) + МgSO_4(т) = СаSO_4(т) + Мg(ОН)_2(т).

Сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания реакции в стандартных условиях.

DН = -996 кДж/моль; S = 83 Дж/моль×К;

DН = -1277 кДж/моль; S = 92 Дж/моль×К;

DН = -1424 кДж/моль; S = 107 Дж/моль×К;

DН = -925 кДж/моль; S = 63 Дж/моль×К.

Библиографический список

1 Коровин, Н. В. Общая химия: учебник для студентов вузов.

- М.: Высшая школа, 2002 - 558 с.

2 Фролов, В.В. Химия: учебник для студентов вузов. - М.: Высшая школа, 1979. - 559 с.

3 Глинка, Н.Л. Общая химия: учебник для студентов вузов. - Л.: Химия, 2004. - 727 с.

4 Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия: учебник для студентов вузов. - М.: Высшая школа, 2002. - 746 с.

5 Романцева, Л.М. Сборник задач и упражнений по общей химии.

- М.: Высшая школа, 1991. - 288 с.

6 Глинка, Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. - Л.: Химия, 1986. - 272 с.

7 Любимова, Н.Б. Вопросы и задачи по общей и неорганической химии. - М.: Высшая школа, 1990. - 351 с.

8 Лидин, Р.А. Задачи по неорганической химии. - М.: Высшая школа, 1990. 319 с.

9 Дробашева, Т.И.Общая химия. - Ростов н/Д: Феникс, 2004. - 446 с.

Приложение

Таблица вариантов

Номер варианта	Номера задач

Содержание

1 Энергетика химических процессов…………………………………………....3

2 Направленность химических процессов……………………………………...9

3 Скорость химических реакций……………………………………………….15

4 Химическое равновесие………………………………………………………20

5 Строение электронных оболочек атомов……………………………………26

6 Растворы……………………………………………………………………….31

6.1 Способы выражения концентрации растворов………………………..31

6.2 Растворы электролитов…………………………………………………38

7 Окислительно-восстановительные реакции…………………………….…..42

8 Гальванические элементы……………………………………………………47

9 Коррозия металлов……………………………………………………………53

10 Электролиз………………………………………………………………….....59

11 Жёсткость воды и способы её устранения…………………………………..64

12 Задачи прикладного характера………………………………………….……69

13 Библиографический список………………………………………………….73

14 Приложение…………………………………………………………………...74

Учебное издание