4. Захист металів від корозії

а) П а с и в а ц і я заліза під дією концентрованої нітратної кислоти

Два залізних цвяхи старанно обробити наждачним папером, після чого (в витяжній шафі!) один цвях занурити в концентровану нітратну кислоту (1,4г/см³, с_%(HNO₃  69%), на 3-4 хвилини, вийняти і промити водою. Обидва цвяхи одночасно занурити в 2%-ий розчин NaCl з кількома краплями розчину K₃[Fe(CN)₆]. Через 2-3 хвилини записати та пояснити спостереження.

б) Сповільнення корозії металів в присутності і н г і б і т о р і в

В дві пробірки набрати по 2-3мл розведеної сульфатної кислоти, після чого в одну з пробірок помістити канцелярську скріпку, а в другу – шматочок алюмінію. Через 2-3 хвилини, коли швидкість виділення газу стабілізується, додати в пробірки невелику кількість інгібітора (уротропіну або формаліну). Через кілька хвилин записати та пояснити спостереження.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 12

Визначення вмісту активних оксидів кальцію та магнію в вапні

Повітряними неорганічними в’яжучими речовинами (НВР) називають матеріали, здатні твердіти і зберігати міцність в повітряно-сухих умовах, але недостатньо стійкі в контакті з водою.

В

650 –750 ⁰С

1000 –1200 ⁰С

ипалюванням вапняків та доломітизованих вапняків, в яких масова частка глинистих домішок не перевищує 6-8%, добувають повітряне вапно. Палене, або негашене вапно містить 90–95% активних оксидів кальцію та магнію, які утворюються в результаті термічної дисоціації карбонатів за рівняннями:

MgCO₃  MgO + CO₂ , СаСО₃  СаO + CO₂ .

При гасінні вапна водою за рівнянням СаО + Н₂О  Са(ОН)₂, _rH⁰ = –65 кДж/моль,

вапно одночасно диспергується (подрібнюється). Після завершення реакції утворюється високодисперсне “вапняне тісто”, над яким знаходиться прозорий насичений (1,56г/л) розчин Са(ОН)₂ (вапняна вода). Розведенням “вапняного тіста” одержують суспензію Са(ОН)₂ в воді, яка під назвою “вапняне молоко” широко застосовується в хімічній промисловості як найдешевший луг.

Гідравлічними називають НВР, які після замішування з водою і початку твердіння в повітряно-сухих умовах можуть продовжувати твердіти, набувати міцності та зберігати її тривалий час в водному средовищі.

Випалюванням мергелистих вапняків, в яких масова частка глини та піску досягає 6–17%, одержують гідравлічне вапно, яке на 70–80% складається з кальцій та магній силікатів 2СаОSiO₂, алюмінатів 2CaOAl₂O₃ та феритів 2CaOFe₂O₃, решта – активні оксиди CaO та MgO. Гідравлічне вапно, на відміну від повітряного, перед вживанням не гасять, а розмелюють в порошок. При замішуванні такого порошку з водою перелічені солі повільно розчиняються, гідролізуються і гідратуються з утворенням практично нерозчинних кислих солей – кальцій та магній гідросилікатів, гідроксоалюмінатів та гідроксоферитів. Кристалізуючись по мірі утворення, ці солі скріплюють частинки піску, щебеню та інших наповнювачів в суцільний каменеподібний матеріал, здатний зберігати і нарощувати міцність в воді.

Головною характеристикою вапна є вміст активних оксидів кальцію та магнію, який виражається значенням гідравлічного або основного модуля вапна m_гідр:

(12.1)

Визначення гідравлічного модуля вапна прямим титруванням наважки вапна кислотою неможливе через те, що це – гетерогенна реакція, і для повного розчинення вільних MeO (де Ме – Ca або Mg) необхідне нагрівання наважки з надлишком хлоридної кислоти n_E⁰(HCl). При цьому відбувається реакція:

надлишок

n_E⁰(HCl) + n_E(MeO)  n_E(MeCl₂) + n_E(H₂O) + n_E¹(HCl) (12.2).

За законом еквівалентів n_E(MeO) = n_E(HCl) = n_E⁰(HCl) – n_E¹(HCl) (12.3).

Для визначення n_E¹(HCl) продукти реакції після охолодження титрують розчином лугу відомої нормальності с_н(NaOH) (зворотне титрування):

n_E¹(HCl) + n_E¹(NaOH)  n_E¹(NaCl) + n_E¹(H₂O).

За законом еквівалентів та з визначення еквівалентної концентрації (нормальності) випливає: n_E¹(HCl) = n_E¹(NaOH) = V(л)с_н(NaOH), (12.4)

де V(л) – об"єм розчину лугу, затраченого на зворотне титрування.

Із n_E⁰(HCl)=V⁰(к)с_н(HCl) та 12.3 і 12.4 маємо: n_E(MeO)=V⁰(к)с_н(HCl)–V(л)с_н(л), звідки можна розрахувати , мілімольеквівалентів/грам, ммекв/г.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Наважку 0,7-0,8г добре розтертого вапна перенести в конічну колбу на 250мл, додати 10мл дистильованої води і з бюретки точно 25мл 1-нормальної хлоридної кислоти. Закрити колбу пробкою із зворотним холодильником (або скляною лійкою) і обережно нагрівати її до розчинення наважки (протягом 5-7хвилин). Після охолодження стінки колби та внутрішню поверхню зворотного холодильника (або скляну лійку) сполоснути дистильованою водою, додати кілька крапель розчину фенолфталеїну і титрувати надлишок кислоти титрованим 0,5н розчином NaOH, як це детально описано в лабораторній роботі № 5.

Результати та розрахунки

• Наважка вапна m(вапна) = …г;

• Об"єм кислоти, взятої для аналізу V⁰(к) = … мл;

• Молярна концентрація еквівалентів (нормальність) HCl с_н(HCl) = …. мольекв/л;

• Об"єм розчину лугу, затраченого на зворотне титрування V(л) = …мл;

• Нормальність розчину лугу с_н(NaOH) = …мольекв/л;

• Кількість речовини еквівалентів активних оксидів в наважці :

n_E(MeO) = V⁰(к)с_н(HCl) – V(л)с_н(NaOH) = …мольекв;

• Вміст активних оксидів в вапні = … ммекв/г.

• Вважаючи, що Ме = Са, розрахувати m(CaO) та m_гідр вапна за рівнянням (12.1).

Таблиця 1

Позначення фізичних та хімічних величин і їх одиниць

№ з/п	Фізична величина		Одиниця
	Назва	Позна-чення	Назва	Позначення
1	Густина речовини	(реч)	грам на кубічний сантиметр	г/см3
2	Густина відносна газу (1) за газом (2)	D1/2,D2(1)	безрозмірна величина	–
3	Дипольний момент (електричний)		кулон-метр	Клæм
4	Довжина, висота, діаметр, радіус	l, h, d, r	метр, сантиметр, міліметр, мікрометр, нанометр	м, см, мм, мкм, нм
5	Довжина хвилі		сантиметр, пікометр (10–12м)	см, пм
6	Енергія	Е	джоуль	Дж
7	Енергія внутрішня	U	джоуль	Дж
8	Енергія Гельмгольца	F	джоуль на моль	Дж/моль
9	Енергія Гіббса	G	джоуль на моль	Дж/моль
10	Енергія йонізації	ЕІ	джоуль на моль	Дж/моль
11	Енергія спорідненості до електрона	Ее	джоуль на моль	Дж/моль
12	Ентальпія	Н	джоуль на моль	Дж/моль
13	Ентропія	S	джоуль на моль-кельвін	Дж·моль–1·К–1
14	Заряд електричний	q	кулон	Кл
15	Заряд електрона	е	1,6æ10–19Кл, елементарна одиниця заряду, елементарний заряд	е.о.з., е.з.
16	Заряд ефективний атома, йона		елементарна одиниця заряду	е.о.з., е.з.
17	Еквівалент речовини	Е(реч)	–	–
18	Кількість речовини	n(реч)	моль	моль
19	Кількість речовини еквівалентів	nЕ(реч)	моль еквівалентів	мольекв
20	Кількість руху	р	кілограм-метр за секунду	Кгæм/с
21	Кількість теплоти	Q	джоуль	Дж
22	Коефіцієнт поляризованості		сантиметр кубічний	см3
23	Константа швидкості реакції	k	секунда в мінус 1-ій степені (1-й порядок); літр на моль-секунду (2-й пор.)	с–1; л·моль–1·с–1
24	Константа хімічної рівноваги	К	залежить від числа учасників рівноваги	–
25	Константа гідролізу солі	Кг(солі)	залежить від числа учасників	–
26	Маса речовини	т(реч)	кілограм	кг
27	Масове число нукліда Х	А(Х)	безрозмірна величина	–
28	Маса відносна атомна елемента Х Маса відносна молекулярна	Аr(Х) Мr(реч)	атомна одиниця маси Þ Þ	а.о.м.
29	Маса молярна речовини	М(реч)	грам на моль	г/моль
30	Маса молярна еквівалентів речовини	МЕ(реч)	грам на моль еквівалентів	г/мольекв
31	Молярна концентрація (молярність) речовини	с(реч)	моль на літр	моль/л, М