Измерение разности потенциалов металлов.

Способность металлов к взаимному вытеснению из водных растворов солей определяется их положением в электрохимическом ряду напряжений. Левее расположенный металл вытесняет из раствора соли катионы (положительно заряженные ионы) любого правее расположенного металла.

Чем активнее металл, тем менее его катионы переходят в воду. При достижении определённого значения отрицательного заряда растворение металла прекратится, а перешедшие в раствор катионы металла будут концентрироваться около его поверхности. Между металлом и раствором возникает разность потенциалов, которую называют электроднымпотенциалом. Эта величина является характерной для данного металла и определяет его химические свойства в водных растворах. Абсолютную величину возникающих потенциалов определить нельзя, поэтому значение электродных потенциалов определяют по отношению к принятому за стандарт электроду сравнения – нормальномуводородномуэлектроду. Его электродный потенциал условно равен нулю. Если пластинку любого металла, погруженного в раствор соли, соединить с водородным электродом, то получиться гальванический элемент, ЭДС которого легко измерить. Это ЭДС называется стандартнымэлектроднымпотенциалом данного металла. Располагая металлы в порядке возрастания, величины стандартных электрических потенциалов получают ряднапряженийметаллов.

Синтетический каучук.

Синтетический каучук получен впервые в нашей стране в 1932 году из бутадиена по способу Лебедева.

бутадиеновый каучук

Бутадиеновый каучук не обладает стереорегулярным строением (трансизомер) и по эластичности уступает природному каучуку.

трансизомер цис-изомер

Дивиниловый каучук по эластичности превосходит природный каучук. Из изопрена получен синтетический изопреновый каучук, который по свойствам сходен с природным каучуком.

Задача № 22. Решение.

Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

HNO₃ = H+ + NO₃--; рН < 7

V = 10000 м3 = 1. 107 л;

m(HNO₃) = 3,15 кг = 3150 г;

M(HNO₃) = 63 г/моль

pH =?

В соответствии с уравнением реакции равновесная молярная концентрация катионов Н+ равна концентрации азотной кислоты с(HNO3), которая, в свою очередь, определяется так:

[Н+] = с(HNO₃) = {m(HNO₃) /M(HNO₃)}: V = (3150 /63): (1. 107) [{г: (г/л)}: л] = 5. 10--6 моль/л

рН = -- lg[Н+] = -- lg с(HNO₃) = -- lg 5. 10--6 = 5,3

Ответ: Водородный показатель воды в пруду равен 5,3

Билет № 23.

1. Металлы и сплавы.

2. Пластмассы.

3. Задача № 23. Самый дешевый щелочной реагент для нейтрализации кислотных промышленных стоков - гашеная известь (гидроксид кальция). Используют как суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), так и прозрачный раствор ("известковую воду"). Рассчитайте рН 0,02М раствора Ca(OH)₂.

Металлы и сплавы.

В радиоэлектронных технологиях применяются различные металлы (чёрные и цветные) и сплавы.

Металлы первой группы главной подгруппы называются щелочными – это s-элементы. На внешнем энергетическом уровне они содержат по одному электрону, легко отдают его в химических реакциях, проявляют степень окисления +1. Щелочные металлы используются в радиоэлектронике в производстве электронных ламп в фотоэлементах.

К металлам второй группы главной подгруппы относятся Be и щелочные металлы (Mg – Ra)(s-элементы). На вешнем уровне они имеют по два электрона, являются хорошими восстановителями, в соединениях проявляют степень окисления +2.

В радиоэлектронике наиболее часто используют Ca и Mg. Mg включают как добавку, улучшающую коррозионную стойкость других цветных металлов. Ca с Pb образуют сплав, используемый для производства пластин и оболочек электрических кабелей.

Из элементов третьей группы наиболее используются в радиоэлектронике Al. На внешнем энергетическом уровне имеет тир электрона, проявляет степень окисления +3, является сильным восстановителем. Al обладает высокой электропроводностью, теплопроводностью, пластичностью. На воздухе легко окисляется, образуя прочную оксидную плёнку, которая предохраняет его от дальнейшего окисления. Al легко напыляется. Используется в виде алюминиевой фольги, проводов, в виде сплавов.

Большое применение в радиоэлектронике нашли Cu, Ag, Au – они относятся к d-элементам, содержат на внешнем уровне по одному электрону, могут проявлять разные степени окисления.

Cu применяется для изготовления проводов, шнуров, кабелей, обмоток трансформаторов, токоведущих деталей, а также в виде сплавов: латуни и бронзы.

Ag применяется для контактов в радиоэлектронной аппаратуре. В производстве конденсаторов.

Au используется как контактный материал, в качестве электродов, фоторезисторов, плёночных микросхемах.

Пластмассы.

Пластмассами называется вещества, полученные на основе полимеров, способные при нагревании размягчаться, принимать заданную форму и сохранять её после охлаждения.

В состав пластмасс кроме полимера (связующего вещества) могут входить наполнители, стабилизаторы, пластификаторы, красители, антистарители.

Пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные.

К термопластичным пластмассам относятся полимеры линейной структуры способные при нагревании многократно размягчаться, изменять свою форму и сохранять её после охлаждения. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ), полистирол.

Свойство тел изменять форму в нагретом состоянии и сохранять её после охлаждения называют термопластичностью.

К термореактивным пластмассам относятся полимеры, которые при нагревании становятся пластичными, размягчаются, сохраняют заданную форму при охлаждении и утрачивают пластичность, так как образуется пространственная структура полимера. Они не подвергаются вторичной переработке. К ним относят фенопласты.

При повышенной температуре и давлении между разветвленными молекулами полимера происходит химическое взаимодействие и образуется полимер с пространственной структурой. Такой материал теряет термопластичность и становится более прочным.

Полимеры, которые при повышенной температуре не размягчаются и не плавятся в отличие от термопластичных полимеров, называются термореактивными.

Применение. Из фенолформальдегидного полимера (смо­лы), добавляя различные наполнители (древесная мука, хлопчатобумажная ткань, стеклянное волокно, различные красители и т.д.), получают фенолформальдегидные пласт­массы, которые сокращенно называют фенопластами (табл. 3).

Таблица 1. Важнейшие фенопласты

Характери­стика фенопластов	Виды фенопластов
Текстолит	Волокнит	Гетинакс	Стеклопласт	Карболит
Исход­ные вещества и материалы.	Хлопчатобумажная ткань, пропитанная фенолформальдегидной смолой и спрессованная при повышенной тем­пературе	Очески хлопка, отходы тканей, пропитанные фенолформальдегидной смолой	Бумага, пропитанная фенолформальдегидной смо­лой и спрессованная	Стеклянна ткань и стеклянное волокно, пропитанные фенолформальдегидной смолой и спрессованные	Древесная мука, пропитанная фенолформальдегидной смолой и спрессованная
Свойства	Устойчив к нагрузкам. Легко поддается механической обработке	Износоустойчив	Хороший электроизолятор	Механически и коррозионноустойчивый материал	Хороший электроизолятор. Устойчив против коррозии
Применение	Изготовляют шарикоподшипники и шестерни для машин, предусмотренных для больших нагрузок. В качестве мазки деталей можно использовать воду	Изготовляют тормозные накладки для автомашин и мотоциклов, ступеньки для эскалаторов и т. д.	Широко применяют в радио- и электротехнике в качестве хорошего электроизоляционного материала	Изготовляют детали больших размеров (автоцистерны, кузовы автомобилей и т. д.)	Изготовляют телефонные аппараты, электрические контактные платы

Для производства текстолита, волокнита и других пластмасс применяются и другие полимеры.

Таблица 2. Общий обзор важнейших полимеров

Название	Исходные вещества (мономеры)	Формула полимера	Способ получения	Применение
Полиэтилен	СН2=СН2 этилен	(—СН2—СН2—)n	Полимеризация	Для производства деталей различных аппаратов, водопроводных, дренажных и других труб, различных пленок (в том числе для парников), предметов бытового назначения
Полипропилен	СН2=СН СН3 пропилен	(—СН2—СН—)n CH3	Полимеризация	По сравнению с полиэтиленом обладает большей прочностью. Используется для производства деталей различных аппаратов, пленок, канатов, труб, высокопрочных изоляционных материалов
Поливинилхлорид	СН2=СНCl винилхлорид	(—CН2—CH—)nCl	Полимеризация	Для производства искусственной кожи, плащей, клеенки, труб, изоляционного материала для электрических проводов
Полиметилметакрилат		Полимеризация	Для производства прозрачных пласт­масс, в том числе органического стек­ла, превосходящего в десятки раз проч­ность обычного, си­ликатного. Органическое стекло приме­няют в самолетах и в различных аппара­тах и приборах (в виде предохранитель­ного стекла)
Фенолформальдегидная смола			Поликонденсация	О применении фенолформальдегидной смолы см. таблицу 3

В таблице дан только общий обзор о важнейших полимерах, применяемых для изготовления различных пластических материалов.

 

Задача № 23. Решение.

Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

Ca(OH)₂ = Ca₂+ + 2 OH--; рН > 7

c{Ca(OH)₂} = 0,02 моль/л; pH =?

В соответствии с уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH-- вдвое больше концентрации гидроксида кальция c{Ca(OH)2}:

[OH--] = 2c{Ca(OH)2}

рН = 14 -- pOH = 14 + lg[OH--] = 14 + lg 2c{Ca(OH)₂} = 12,6

Ответ: Водородный показатель известковой воды равен 12,6.

 

Билет № 24.

1. Химические свойства одноатомных спиртов. Получение спиртов.

2. Классификация органических соединений.

3. Задача № 24. Уксусная кислота была единственной, которую знали древние греки. Отсюда и ее название: "оксос" - кислое, кислый вкус. Уксусная кислота - слабая (диссоциирует в водном растворе только частично). Тем не менее, поскольку кислотная среда подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, уксусную кислоту используют при консервировании пищевых продуктов, например, в составе маринадов. Установлено, что в 0,01 M растворе уксусной кислоты степень протолиза a составляет 4,2%. Рассчитайте рН этого раствора.

 

1. Химические свойства одноатомных спиртов.

СnН2n+1ОН

Молекулы спиртов включают в себя углеводородные и гидроксильные радикалы, поэтому химические свойства спиртов определяются взаимодействием и влиянием друг на друга этих групп.

 

1. Взаимодействие спиртов со щелочными и щелочноземельными металлами:

2С₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂

^{этанол этилат натрия}

В воде этилат натрия подвергается гидролизу:

C₂H₅ONa + H₂O → C₂H₅OH + NaOH

 

1. Взаимодействие спиртов с галогеноводородами:

CH₃OH + HCl → CH₃Cl + H₂O

^{метанол хлорметан}

Реакция протекает в присутствии концентрированной серной кислоты.

 

1. Внутримолекулярная дегидратация.

С₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O

^этилен

В присутствии водоотнимающих веществ (концентрированная H₂SO₄) и при температуре больше 140⁰ от молекул спиртов отщепляется вода и образуются непредельные углеводороды.

 

1. Межмолекулярная дегидратация.

CH₃ – OH + HO – CH₃ → CH₃ – O – CH₃ + H₂O

^{диметиловый эфир}

При температуре ниже 140⁰ , избытке спирта и в присутствии концентрированной H₂SO₄ вода отщепляется от двух молекул спирта и образуются простые эфиры.

 

1. Реакция этерификация: O

||

CH₃COOH + HO – C₂H₅ → CH₃ – C – O – C₂H₅ + H₂O

^{уксусноэтиловый эфир}

Взаимодействие спиртов с органическими кислотами, при нагревании и в присутствии концентрированной H₂SO₄, приводит к образованию сложных эфиров.

 

1. Дегидрирование спиртов: первичные спирты превращаются в альдегиды,а вторичные – в кетоны. O

||

CH₃ – CH₂ – OH → CH₃ – C – H + H₂

^{первичный спирт уксусный альдегид}

CH₃ – CH – CH₃ → CH₃ – C – CH₃

| ||

вторичный спирт OH O диметил кетон (ацетон)

 

1. Окисление спиртов:

 

C₂H₅OH + CuO → CH₃ – C – H + Cu + H₂O

||

O уксусный альдегид

 

Если опустить накаленную медную проволку, покрытую черным налетом оксида меди (2) в этиловый спирт, то проволка станет блестящей и появится специфический запах альдегида.

 

1. Горение: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

 

Получение спиртов

1. Гидролиз галогеноалканов: CH₃Cl + NaOH → CH₃OH + NaCl
2. Гидратация алкенов:

C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH

 

CH₂ = CH – CH₃ + H₂O → CH₃ – CH – CH₃

|

OH пропанол-2

 

1. Гидрирование альдегидов и кетонов:

CH₃ – C – H + H₂ → CH₃ – CH₂ – OH

||

O

1. Метанол в промышленности получают из синтез-газа:

СО + 2H₂ → CH₃OH

1. Этиловый спирт получают в результате брожения глюкозы:

С₆Н₁₂О₆ → 2C₂H₅OH + 2СО₂