Химия (стр. 1 )

Министерство образования и науки Республики Казахстан

ВОСТОЧНО - КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. Д. СЕРИКБАЕВА

ХИМИЯ

Методические указания к лабораторным работам для студентов

специальности 5В073000 - Производство строительных материалов, изделий и конструкций

Усть-Каменогорск

2009

УДК 54:69 (075.8)

Химия. Методические указания к лабораторным работам для студентов всех специальностей 5В073000 - Производство строительных материалов, изделий и конструкций /ВКГТУ им. Д. Серикбаева.- Усть-Каменогорск, 2009.- 49 с.

Методические указания включают описание лабораторных работ. В каждой из них дано теоретическое введение, описаны методика и техника выполнения опытов, даны контрольные вопросы и задачи. Методические указания охватывают важнейшие разделы общей и неорганической химии: коррозия и защита металлов, химические свойства металлов, определение жесткости воды, неорганические вяжущие вещества, химия элементов.

©Восточно-Казахстанский

государственный

технический

университет

им. Д. Серикбаева, 2009

СОДЕРЖАНИЕ

	Введение	4
1	Коррозия металлов. Лабораторная работа №17	5
2	Защита металлов от коррозии. Лабораторная работа № 18	9
3	Химические свойства металлов. Лабораторная работа № 19	13
4	Металлы II группы главной подгруппы. Лабораторная работа № 20	17
5	Определение жесткости воды. Лабораторная работа № 21	19
6	Цинк и его соединения. Лабораторная работа № 22	23
7	Олово, свинец и их соединения. Лабораторная работа № 23	25
8	Углерод и кремний. Лабораторная работа № 24	28
9	Железо, кобальт, никель. Лабораторная работа № 25	33
10	Неорганические вяжущие вещества. Лабораторная работа № 26	38
11	Элементы главных подгрупп VI и VII групп. Лабораторная работа № 27	45
	Список литературы	49

Введение

Методические указания представляют собой руководство к лабораторным занятиям по общей и неорганической химии и предназначены для студентов всех специальностей.

В методические указания включены лабораторные работы, которые охватывают важнейшие разделы курса общей и неорганической химии: коррозия и защита металлов, химические свойства металлов, определение жесткости воды, неорганические вяжущие вещества, химия элементов.

В методических указаниях подробно описаны методика и техника выполнения опытов и требования к оформлению полученных результатов. Перед описанием экспериментальной части в каждой работе дано теоретическое введение.

1 Коррозия металлов

Лабораторная работа №17

1.1 Цель лабораторной работы

Изучение условий возникновения коррозионных микроэлементов, а также влияния различных факторов на скорость электрохимической коррозии металлов.

1.2 Теоретическая часть

Коррозией называется разрушение металла в результате химического или электрохимического воздействия окружающей среды.

По характеру разрушения различают равномерную и местную коррозию. Равномерная коррозия распределяется по всей поверхности металла, а местная коррозия сосредоточена на отдельных участках, нередко при этом наблюдается сквозное поражение металла (так часто разрушается трубы, химическая арматура, кабели связи).

Наиболее опасным видом коррозии является так называемая межкристаллитная коррозия, которая происходит на границе кристаллов металла, вызывая резкое падение его механической прочности. Такой вид разрушения металлов опасен для несущих металлоконструкций, особенно если механическая нагрузка имеет знакопеременный характер.

По механизму коррозийного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия происходит в растворах неэлектролитов (в безводном бензоле, спирте и т. д.) т. е. в растворах, которые не содержат ионов, а также при действии на металл различных сухих газов (кислорода, сернистого газа, хлороводорода и др.) Обычно такой вид коррозии имеет место при высоких температурах в отсутствии влаги. В результате взаимодействия с горячими газами на поверхности металла образуется продукты коррозии в виде тончайшей пленки, которую часто называют окалиной. Коррозия происходит под действием горячих газов, называется газовой. Такому виду коррозии подвергается, например, печная арматура. Термообработка металлов при температуре порядка 800-10000 С также сопровождается газовой коррозией.

Значительно чаще причиной разрушения металлов является электрохимическая коррозия. Последняя возникает при взаимодействии металлов с различными электролитами: с водой (речной, морской, водопроводной и т. д.), а также с растворами кислот, солей щелочей. Кроме того электрохимическая коррозия возникает при взаимодействии металлов с влажным воздухом. В этом случае она называется атмосферной коррозией. Этот вид коррозии очень распространен. Во влажном воздухе металл покрывается пленкой влаги, которая является электролитом. Особенно агрессивной становится эта пленка, если в нее попали частицы пыли.

Механизм электрохимической коррозии металлов часто бывает очень сложен и зависит от целого ряда причин. Однако во всех случаях электролитическая коррозия является следствием работы множества гальванических элементов, образующихся на поверхности металла при взаимодействии его с электролитом. Элементы эти имеют очень малые размеры и называются микрогальваноэлементами. Возникновение микрогальваноэлементов вызвано многими причинами, поскольку металл имеет сложный состав, содержит различные структурные составляющие примеси. Даже механическая обработка металлов приводит к различной ориентировке отдельных кристаллов, и это служит причиной возникновения активных участков на поверхности металла.

Рассмотрим коррозию в результате контакта меди и цинка: в кислой среде ; в нейтральной среде.

В возникающем гальваническом элементе (-) Zn (раствор кислоты) Cu (+) электроны цинка переходят к меди. Цинк, как более активный металл является анодом, а медь – катодом. Цинк растворяется, образующиеся ионы цинка переходят в раствор. На поверхности меди восстанавливаются ионы водорода:

Н+ + 2е®Н02 (1.1)

Если при коррозии металла на его катодных участках выделяется водород, то говорят, что коррозия металла происходит с водородной деполяризацией. Чаще всего коррозия с водородной деполяризацией происходит в электролитах, где концентрация ионов водорода достаточно велика (в кислых растворах). В растворах электролитов, с небольшой концентрацией ионов водорода (в нейтральных, слабокислых и слабощелочных), катодные процессы протекают иначе: поступающие на поверхность катоды электроны восстанавливают кислород, растворенный в электролите. Реакция восстановления выражается уравнением:

О2 + 4е + 2Н2О®4ОН - (1.2)

Такой процесс называется коррозией с кислородной деполяризацией. Коррозия большинства металлов в воде, в почвах, на воздухе сопровождается кислородной деполяризацией.

Из-за различного доступа кислорода или, иными словами, при различной аэрации металлической поверхности, на ней образуется гальванопара особого рода: участок металла, в большей степени покрытый адсорбированными молекулами кислорода, выполняет роль катода; участок, к которому доступ кислорода затруднен, окажется анодом.

Большое влияние на коррозию металлов оказывают продукты коррозии. У некоторых металлов появляется своего рода защита от коррозии. Так, на поверхности легко окисляющегося алюминия в атмосферных условиях образуется тонкая пленка оксида, предохраняющая металл от контакта с окружающей средой.

Если пленка, образующаяся на поверхности металла, рыхлая и легко отделяется от металла, то она не только предохраняет металл от коррозии, а наоборот усиливает его коррозию. Примером является ржавление железа в атмосферных условиях.

1.3 Экспериментальная часть

1.3.1 Опыт 1. Образование микрогальванопар.

Поместите кусочек гранулированного цинка в пробирку и прилейте немного разбавленной серной кислоты. Обратите внимание на медленное выделение водорода.

Прилейте в пробирку несколько капель раствора сульфата меди: что наблюдается? Объясните результаты опыта, и составьте схему действия образовавшейся гальванопары.

1.3.2 Опыт 2. Активирующее действие ионов.

Поместите в две пробирки по кусочку алюминиевой проволоки и прилейте к ним раствор сульфата меди, слегка подкисленный серной кислотой. Что наблюдается?

В одну из пробирок добавьте несколько капель раствора хлорида натрия. В каком случае скорее протекает реакция? Объясните результат опыта и составьте схему действия гальванопары.

1.3.3 Опыт 3. Коррозия в результате различного действия доступа кислорода.

Очистите стальную пластинку наждаком, промойте и вытрите фильтровальной бумагой. На чистую поверхность нанесите каплю ферроксил – индикатора, состоящего из 3%-ного раствора хлорида натрия, к которому добавлен гексацианоферрат (III) калия и спиртовой раствор фенолфталеина.

Наблюдайте появление синего окрашивания в центре капли и розового по её окружности. Составьте схему действия гальванопары разностной аэрации. Чем вызвано появление розового цвета по краям капли?

1.4 Контрольные вопросы и задачи

1.4.1 Чем вызвана коррозия металлов? Какие виды коррозии наиболее опасны?

1.4.2 Чем отличается электрохимическая коррозия от химической?

1.4.3 Почему на поверхности металлов, находящихся в электролите, возникают микрогальванопары?