Вопрос 3. 3 страница

2.2. Укажите, у кого из данных металлов восстановительная активность больше и почему. Как это связано со строением атома металла и как прогнозируется на основании значений стандартных электродных потенциалов.

2.3. Объясните, какова взаимосвязь между восстановительной способностью металла и окислительной способностью его катиона и почему.

2.4. Для данной в Вашем варианте реакционной системы:

а) укажите, какое вещество и его конкретный элемент в соответствующей степени окисления является окислителем в данной системе;

б) какой из данных металлов полностью окислится этим окислителем, а какой нет и почему;

в) приведите выражение DE⁰ для возможной реакции между конкретным восстановителем и окислителем в Вашем варианте, а также DE_с для случая, когда концентрация раствора не равна единице; укажите, при каком уровне значений DE⁰ и DE_с процесс окисления возможен;

г) напишите уравнение реакции, которая будет протекать в данной Вам системе; для подбора коээфициентов в нем приведите уравнения электронного баланса с указанием в них типа реагентов и процессов.

Таблица 3.47

Вари- ант	Реакционная система при нормальной температуре	Вари- ант	Реакционная система при нормальной температуре
	Be и Mg, р-р NaOH		Zn и Ba, раствор H2S
	Al + Fe2(SO4)3 и Cu + Fe2(SO4)3		Ni и Au, разб. HNO3
	Cr и Al, конц. H2SO4		Pb и Au, р-р KOH
	Mn и Pt, очень разб. HNO3		Fe + CuCl2 и Fe + AlCl3
	Mg + Fe2(SO4)3 и Zn + MgSO4		Mg и Au, очень разб. HNO3
	Al и Cu, разб. H2SO4		Sn и Ag, р-р щелочи
	Ag и Nb, разб. HNO3		Zr и Pb, очень разб. HNO3
	Ca и Al, H2O		Al и Pd, очень разб. HNO3
	Zn и Cr, конц. HNO3		Hf и Fe, разб. HNO3
	Fe + MnSO4 и Mn + SnSO4		Co и Pd, разб. HNO3
	Cu и Pt, очень разб. HNO3		Zn и Pt, р-р щелочи
	Mg и Fe, конц. H2SO4		Ti и Fe, очень разб. HNO3
	Ti и Cu, разб. HNO3		Zn + NiSO4 и Sn + Cr2(SO4)3
	Al и Cu, р-р KOH		Be и Pb, р-р HCl
	Ag и Pt, разб. HNO3		Cr и Nb, разб. HNO3
	Mn + AgNO3 и Pb + Zn(NO3)2		Os и Sn, разб. HNO3
	Cr и Pb, разб. H2SO4		Cr + Pb(NO3)2 и Sn + Fe(NO3)3
	Hg и Co, конц. HNO3		Zn и Ag, р-р HBr

Комплексное тестовое задание 11 по теме "Реакции окисления металлов"

Правильные ответы по п. А приведены в конце пособия в таблице 4.2.

Вопрос 1. В таблице 3.48 даны металлы и действующие на них окислители при нормальных условиях.

А. По Вашему варианту из набора ответов выберите продукт восстановления окислителя, который образуется при окислении данного металла в преобладающем количестве.

Б. Определите, к какому типу по электрохимической активности относится данный металл (активный, средней активности, неактивный) и обоснуйте свой ответ. Составьте уравнение реакции окисления металла данным окислителем с приведением уравнений электронного баланса и указанием в них названий реагентов и процессов. Приведите математическое выражение DE⁰ для рассматриваемого процесса окисления. Для процессов окисления в щелочных средах приведите уравнения, отражающие роль щелочи и воды в данной окислительной системе.

Таблица 3.48 – Тестовое задание 24 (Т-24)

Вари- ант	Металл	Окислитель	Преобладающий продукт восстановления окислителя (набор ответов)
	Al	H2O в р-ре NaOH	Na	H2	Al(OH)3
	Co	оч. разб. HNO3	N2	N2O	NH3
	Hg	конц. H2SO4	SO2	H2S	S
	Cr	разб. H2SO4	H2	SO2	S
	Cd	конц. H2SO4	SO2	S	H2S
	Sn	H2O в р-ре Ba(OH)2	H2	Sn(OH)2	Ba
	Mg	разб. H2SO4	S	H2	H2S
	Ni	оч. разб. HNO3	N2O	N2	NO
	Ca	H2O, pH=7	CaH2	H2	Ca(OH)2
	Zn	конц. HNO3	N2	NO2	NO
	Ag	оч. разб. HNO3	NO2	NO	N2O
	Be	H2O в р-ре KOH	H2	K	BeH2
	Fe	разб. H2SO4	SO2	H2	S
	Pb	конц. HNO3	N2O	N2	NO2
	Al	разб. HNO3	N2O	N2	NH4NO3
	Zn	конц. H2SO4	SO2	S	H2S
	Cr	разб. HNO3	N2	N2O	NO
	Mg	конц. HNO3	NO2	N2	NH3
	Fe	разб. HNO3	N2O	NO	N2
	Mn	конц. H2SO4	H2S	S	SO2
	Hg	разб. HNO3	N2	NO	NO2
	Ni	конц. H2SO4	SO2	S	H2S
	Pb	H2O в р-ре LiOH	Li	H2	PbH2

Продолжение таблицы 3.48 – Тестовое задание 24 (Т-24)

Вари- ант	Металл	Окислитель	Преобладающий продукт восстановления окислителя (набор ответов)
	Cu	конц. H2SO4	H2S	SO2	S
	Fe	оч. разб. HNO3	NO	N2	N2O
	Sn	конц. H2SO4	SO2	H2S	S
	Zn	H2O в р-ре Ca(OH)2	H2	Ca	ZnH2
	Ag	конц. HNO3	NO	NO2	N2O
	Cd	разб. HNO3	N2O	NО2	NO
	Mn	оч. разб. HNO3	N2O	NH4NO3	N2
	Ba	H2O, pH=7	H2	Ba(OH)2	BaH2
	Cu	разб. HNO3	N2	NO	NO2
	Co	конц. H2SO4	SO2	S	H2S
	Al	оч. разб. HNO3	N2O	NH4NO3	N2
	Cr	конц. H2SO4	S	H2S	SO2

Задание 16. Коррозия и защита металлов (по разделам стандартов: окислительно-восстановительные свойства и реакции веществ, электрохимические системы)

Рекомендуемая литература: [1], § 38.5; [2], гл. 10; [4], гл. 11, § 1-5; лекции.

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Что представляют собой процессы коррозии металлов, какой тип реакций лежит в их основе.

1.2. На какие два вида подразделяется коррозия металлов по механизму протекания коррозионных процессов в зависимости от характера среды, с которой взаимодействует металл. Какова сущность этих двух видов коррозии и принципиальные отличия между ними.

1.3. Почему процесс коррозии проходит самопроизвольно и как это обосновывается с позиций термодинамики.

1.4. Что представляют собой процессы химической коррозии, и какие ее разновидности существуют. Уметь написать уравнения реакций, лежащих в основе химической коррозии.

1.5. Какие признаки состава окружающей среды и состава металлического материала являются необходимыми для возникновения электрохимической коррозии металлов.

1.6. Что представляет собой по составу и структуре короткозамкнутый микрогальванический элемент, возникающий в процессах электрохимической коррозии. Уметь изобразить схему его действия с указанием в нем двойных электрических слоев, область адсорбции деполяризатора и направление движения электронов.

1.7. Какие химические частицы могут являться деполяризаторами в средах с различным уровнем рН, какова сущность их действия в процессах электрохимической коррозии.

1.8. Уметь изобразить схемы электрохимической коррозии различных металлов в условиях неодинаковой аэрации, во влажном воздухе, в водных растворах с различным значением рН и написать уравнения реакций, лежащих в основе первичных, вторичных и т.д. процессов.

1.9. Какие факторы влияют на скорость электрохимической коррозии.

1.10. Каковы наиболее распространенные способы защиты металлов от коррозии.

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

В табл. 3.49 приведены примеры оборудования, условия, в которых оно находится, и компоненты материала, из которого оно изготовлено. Применительно к своему варианту выполните следующие задания:

2.1. Дайте определение электрохимической коррозии и укажите, при каких условиях она возможна. Объясните, в чем заключается принципиальное отличие электрохимической коррозии от химической.

Приведите схему электрохимической коррозии для Вашего варианта с указанием анода и катода, возникающих двойных электрических слоев, области адсорбции деполяризатора и удаления продуктов его восстановления, направления движения электронов. Укажите, что в данных условиях является деполяризатором, свой ответ обоснуйте.

2.2. Напишите уравнения первичных, вторичных и т.д. реакций, протекающих в этом процессе (с указанием названий электродных реакций); укажите, как повлияют продукты вторичных реакций на скорость коррозии.

2.3. Укажите, какой компонент (1-й или 2-й) будет в данном случае разрушаться вследствие электрохимической коррозии и почему.

2.4. Предложите вариант защиты металла от коррозии в рассматриваемой системе и обоснуйте свой выбор.

2.5. Укажите, в каких объектах, имеющих отношение к Вашей будущей специальности, может встречаться рассматриваемая Вами разновидность электрохимической коррозии.

2.6. Для металлов напишите уравнения двух видов реакций его химической коррозии: с участием О₂ и любого другого окислителя (Сl₂, Br₂, S, N₂), находящихся в окружающей среде. Укажите условия окисления, классы и названия продуктов этих реакций. Какие продукты (первичные или вторичные) образуются при химической коррозии и почему.

Таблица 3.49

Ва- ри- ант	Оборудование и условия его эксплуатации	Компоненты материала
1-й (основ-ной)	2-й (примесь или покрытие)
	Техническое кровельное железо во влажном воздухе	Железо	Углерод или карбид железа
	Изделие из никеля, нижняя часть которого погружена в раствор электролита (рН=7), а верхняя контактирует с воздухом (условия неодинаковой аэрации)	Никель	Оксид никеля
	Чугунная деталь, находящаяся во влажном воздухе	Железо	Углерод
	Емкость из луженого железа, полностью заполненная раствором фосфорной кислоты (внутреннее покрытие из олова повреждено)	Железо	Олово
	Металлический коллектор, наполовину заполненный слабощелочным раствором, и наполовину – воздухом (условия неодинаковой аэрации)	Алюминий	Оксид алюминия
	Нагревательный элемент, по которому циркулирует раствор электролита с рН=7, насыщенный кислородом	Железо	Хром
	Стальная цистерна, частично заполненная водным раствором соли (рН>7) (условия неодинаковой аэрации)	Железо	Оксид железа
	Латунная поверхность оборудования, контактирующая с влажным воздухом	Цинк	Медь
	Стальной бак, содержащий раствор соляной кислоты	Железо	Углерод
	Внутренняя поверхность отопительного котла, контактирующая с горячей воздушно-водяной смесью (рН~7)	Железо	Марганец
	Стальные опоры, частично находящиеся на воздухе и частично погруженные в речную воду (рН~7) (условия неодинаковой аэрации)	Железо	Оксид железа
	Металлический фильтр, через который пропускают водный раствор электролита (рН<7)	Никель	Медь
	Внутренняя поверхность теплообменника, в котором циркулирует воздушно-водяная смесь (рН=7)	Алюминий	Олово
	Внутренняя поверхность емкости из оцинкованного железа, контактирующая с влажным воздухом (покрытие из цинка повреждено)	Цинк	Железо
	Металлический катализатор, покрытый слабощелочным раствором электролита	Никель	Платина
	Металлический реактор, содержащий воздушно-водяную смесь (рН=7)	Железо	Хром
	Медная цистерна, частично заполненная воздухом и частично – водным раствором уксусной кислоты (условия неодинаковой аэрации)	Медная поверхность	Оксид меди
	Металлический бур, погруженный в буровой раствор с рН~5	Железо	Марганец
	Металлический датчик, верхняя часть которого контактирует с воздухом, а нижняя часть погружена в раствор электролита с рН>7 (условия неодинаковой аэрации)	Хром	Оксид хрома

Продолжение таблицы 3.49

Ва- ри- ант	Оборудование и условия его эксплуатации	Компоненты материала
1-й (основ-ной)	2-й (примесь или покрытие)
	Изделие из бронзы, контактирующее с воздушно-водяной смесью (рН~7)	Алюминий	Медь
	Железобетонная опора, контактирующая с воздухом и частично погруженная в морскую воду (рН~7, условия неодинаковой аэрации)	Железо	Оксид железа
	Металлическое изделие, контактирующее с воздухом и подвергающееся воздействию кислотных дождей	Железо	Медь
	Металлическая емкость, контактирующая с водным раствором солей органических кислот (рН>7)	Железо	Никель
	Внутренняя поверхность насоса, в котором циркулируют воздух и слабощелочной раствор	Цинк	Медь
	Фильтр из легированной стали, контактирующий c раствором солей постоянной жесткости (рН<7)	Алюминий	Железо
	Металлическая деталь, эксплуатируемая в воздушно-водяной смеси	Никель	Алюминий
	Обсадная труба в нефтяной скважине, погруженная в слабощелочной буровой раствор	Железо	Марганец
	Стальная опора, контактирующая с воздухом и наполовину погруженная в раствор электролита (рН~7, условия неодинаковой аэрации)	Железо	Оксид железа
	Внутренняя поверхность бронзового вентиля, контактирующего с раствором кислоты	Олово	Медь
	Металлическая емкость, полностью заполненная нейтральным раствором электролита	Цинк	Никель
	Алюминиевая емкость, содержащая мыльный раствор (рН>7)	Алюминий	Медь
	Изделие из железа, покрытое слоем меди и погруженное в раствор с рН=7 (медное покрытие повреждено)	Железо	Медь
	Стальной теплообменник с покрытием из хрома, в котором циркулирует водяной пар (покрытие повреждено)	Железо	Хром
	Внутренняя поверхность стального вентиля, контактирующего со слабощелочной пластовой водой	Железо	Олово
	Изделие из хрома, покрытое слоем меди и находящееся во влажной атмосфере (целостность покрытия нарушена)	Хром	Медь

Задание 17. Классификация и номенклатура органических соединений (по разделам стандартов: строение и классы химических веществ (органических))

Рекомендуемая литература: [1], гл. 29, § 29.1, 29.2, 29.3, 29.4; [2], гл. 13, § 13.1; [4], гл. 13, § 1-3; лекции.

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Что собой представляют органические соединения, каковы их характерные признаки по составу и строению.

1.2. По какому признаку органические соединения делятся на классы углеводородов и классы производных углеводородов (гетероатомных соединений ). Уметь привести общую схему классификации органических соединений (для углеводородов и для производных углеводородов).

1.3. Каковы основные положения, главная идея и практическое значение теории химического строения Бутлерова.

1.4. Что понимается под термином "химическое строение"; что этот термин отражает.

1.5. Что представляют собой структурная и брутто-формулы молекул органических соединений.

1.6. Какие существуют разновидности углеродных цепей по их форме.

1.7. По какому признаку строения органические соединения объединяются в общие ряды (не путать с гомологическими рядами). Уметь привести названия основных рядов и примеры соединений, их составляющих.

1.8. Что представляют собой гомологические ряды углеводородов; по какому признаку углеводороды объединяются в тот или иной гомологический ряд.

1.9. Какие существуют классы углеводородов и их производных, каковы их функциональные признаки. Уметь привести названия и структурные формулы соединений различных классов.

1.10. Каковы характерные признаки строения молекул алифатических, алициклических и ароматических соединений; предельных (насыщенных) и непредельных (ненасыщенных) соединений; карбоциклических и гетероциклических соединений; полифункциональных соединений.

1.11. Каковы основные принципы составления названий органических соединений по систематической номенклатуре.

1.12. Что представляет собой явление изомерии органических соединений; какие вещества называются изомерами, в чем их сходство и различие.

1.13. Что представляют собой структурные изомеры, в чем их принципиальное отличие от пространственных изомеров.

1.14. Какие существуют разновидности (типы) структурных изомеров. Уметь привести примеры структурных формул изомеров разных типов.

1.15. В чем состоит принципиальное различие между структурным изомером и гомологом какого-либо вещества.

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

В таблице 3.50 даны названия органических соединений по систематической номенклатуре и подчеркнуты названия главной цепи в их молекулах.

Для данного в Вашем варианте соединения:

2.1. Постройте его структурную формулу исходя из названия.

2.2. Определите, к какому ряду (по форме углеродной цепи) и к какому классу это соединение принадлежит; обведите и назовите структурный фрагмент в его молекуле, определяющий его принадлежность к указанному классу (этот фрагмент в молекуле должен быть приведен в структурной форме).

2.3. Приведите структурную формулу его ближайшего гомолога и укажите, что такое гомологи.

2.4. Укажите, что представляют собой структурные изомеры и чем они принципиально отличаются друг от друга.

2.5. Укажите, что характеризует определенная последовательность связей атомов в молекулах.

2.6. Для данного вещества приведите по одному из возможных структурных изомеров разных типов с указанием типа изомерии (изомер цепи, изомер по положению углеводородного или функционального заместителя, изомер по положению кратной связи, межклассовая изомерия – изомер по строению функциональной группы). Изобразите структурные формулы этих изомеров и дайте им названия.

Убедитесь в правильности ответа, проверив брутто-формулы приведенных Вами изомерных соединений.

Таблица 3.50

Вари-ант	Соединение	Вари- ант	Соединение
	2,3-диметил-5-этил гептан-4-он		3-бутил пент-3-ен-2-он
	2-этил пент-3-иновая кислота		4-метил-2-пропил гексановая кислота
	амид 4-метил-2-пропил пентановой кислоты		1-гидрокси-2,3-ди метилбензол
	2-метил бутан-1,4-диол		3,5-диметил-6-этил октан-1-ол
	3-метил гександиовая кислота		3-метил гекс-2-еналь
	1-амино-5-метил-2-пропил гексан		3,3-диметил-4-хлор гексан

Продолжение таблицы 3.50

Вари-ант	Соединение	Вари- ант	Соединение
	4-метил-2-пропил-3-этил гексановая кислота		натриевая соль 4-метил-4-этил октановой кислоты
	2,4-диметил-3-этил пент-2-ен		3,4-диметил гепт-3-еновая кислота
	3,3,5-триметил гептаналь		3,5-дихлор-6-этил октан
	3-бутил пентандиовая кислота		3,4-диэтил гексан-3-ол
	3-метил-4-нитро-5-этил гептан		2-бром-1-бутил-3-метил бензол
	1-гидрокси-2-метил-4-пропил бензол		3-этил пент-4-еновая кислота
	2-пропил пент-1,2-диол		2,4-диамино-3-метил пентан
	4-метил-4-этил гексан-3-он		метиловый эфир 4-метил гексановой кислоты
	калиевая соль 3-метил гекс-3-еновой кислоты		3-метил гекс-2-ен-1-ол
	4,5-диметил-2-этил гексан-1-ол		3-бутил-6-метил-4-этил октаналь
	2,4,5-триэтил бензолсульфо-кислота		1-гидрокси -2-пентил бензол
	2-метил циклогексанон		4-фтор-3-этил гекс-1-ин

Комплексное тестовое задание 12 по теме "Классификация и номенклатура органических соединений"

Правильные ответы по п. А приведены в конце пособия в таблице 4.2.

А. Для Вашего варианта из таблицы 3.51 выберите ответ, правильно отражающий класс или название данного соединения.

Б. Изобразите полную структурную формулу данного соединения (если она не дана); приведите конкретное название данного соединения (если оно не дано). Обоснуйте свой ответ, сопроводив его необходимыми объяснениями. Укажите общую формулу гомологического ряда, к которому принадлежит данное соединение, и какой признак строения определяет его принадлежность к этому гомологическому ряду.

Таблица 3.51 – Тестовое задание 25 (Т-25)

Вари-ант	Соединение	Варианты ответов
	СН3–СН=СН2	алкан	алкен	алкин
	СН3СООН	спирт	карбон. кислота	альдегид
	СН3–СН2–СН3	алкин	алкан	алкен

Продолжение таблицы 3.51 – Тестовое задание 25 (Т-25)

Вари-ант	Соединение	Варианты ответов
	СН3ОН	карбон. кислота	фенол	спирт
	С6Н6	толуол	фенол	бензол
	С6Н5ОН	спирт	фенол	простой эфир
	СН2=СН2	этан	этен	этин
	СН3–СН3	алкан	алкин	алкен
	НСООН	кетон	спирт	карбон. кислота
		алкан	циклоалкан	арен
	СН3СООNa	карбон. кислота	соль	фенол
	СН2=СН–СН=СН2	бутан	бутен	бутадиен
	СН4	алкин	алкан	алкен
	СН3С6Н5	бензол	циклогексан	метилбензол
	С6Н5СН2ОН	карбон. кислота	альдегид	спирт
	СН3–С≡СН	алкан	алкин	алкен
	НООС–СН2–СООН	спирт	фенол	карбон. кислота
	С6Н14	алкен	алкан	циклоалкан
	СН3NH2	амин	аммиак	аммониевая соль
	Н3С-	алкан	циклаалкадиен	циклоалкан
	НО–(СН2)2–ОН	карбон. кислота	спирт	фенол
	СН2=С(СН3)–СН=СН2	алкадиен	алкен	алкин
	С4Н10	алкан	алкен	алкадиен
	СН2=СН–СООН	карбон. кислота	сложный эфир	спирт
	СН≡СН	этен	этин	этан
	СН3–СН2–СООН	спирт	кетон	карбон. кислота
	СН2=С(Сl)–СН=СН2	хлорбутадиен	хлорэтен	хлорэтан
	С6Н5ОН	спирт	карбон. кислота	фенол
	С5Н12	пентен	пентан	пентин
	С6Н5–СН=СН2	бензол	винилбензол (стирол)	толуол
	CH3-CH2-NO2	нитроэтан	аминоэтан	нитропропан
	СH3COOC2H5	карбон. кислота	сложный эфир	кетон
	С2H5OC2H5	простой эфир	сложный эфир	кетон
	СH3CНO	карбон. кислота	спирт	альдегид
	СH3COCH3	альдегид	кетон	простой эфир

Дата добавления: 2014-12-26