g9k-4.4· Глава 4: Металлы· ~13 мин

Переходные элементы. Чугун и сталь. Коррозия

Железо, сплавы и разрушение металлов.

Переходные элементы занимают 3–12-ю группы периодической таблицы; в отличие от щелочных металлов они твёрдые, обладают высокой температурой плавления, относительно малоактивны и часто образуют окрашенные соединения. Железо (Fe) — один из важнейших переходных металлов: в природе оно встречается главным образом в виде Fe₂O₃ (гематита). В доменной печи CO, образующийся при горении угля, восстанавливает оксид железа: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂. Полученный таким образом чугун содержит 2–4% углерода и является хрупким; в стали же содержание углерода составляет 0,02–2%, и она более прочная, легче поддаётся обработке. Коррозия — это разрушение металла под химическим воздействием окружающей среды; ржавление железа происходит с образованием Fe₂O₃·nH₂O, для чего одновременно необходимы кислород и вода. Для защиты металла от коррозии используют покрытие (краска, эмаль), оцинковку (цинковое покрытие) и протекцию (присоединение более активного металла).

📌Пример

Например: если 160 г Fe₂O₃ полностью восстанавливаются CO в доменной печи, n(Fe₂O₃) = 160/160 = 1 моль, n(Fe) = 2 моль, m(Fe) = 2 × 56 = 112 г.

Графики

Коррозия: железо ржавеет под совместным действием кислорода и воды (Fe₂O₃·nH₂O)
Коррозия: железо ржавеет под совместным действием кислорода и воды (Fe₂O₃·nH₂O)

Ключевые термины

Переходные элементы — Металлы, расположенные в 3–12-й группах периодической таблицы, твёрдые, с высокой температурой плавления, относительно малоактивные и образующие окрашенные соединения.
Чугун — Хрупкий железоуглеродистый сплав, получаемый в доменной печи, содержащий 2−4%2{-}4\% углерода.
Сталь — Прочный и легко поддающийся обработке железоуглеродистый сплав, содержащий 0,02−2%0{,}02{-}2\% углерода.
Коррозия — Процесс разрушения металла под химическим воздействием окружающей среды.
Гальванизация — Метод защиты металла от коррозии путём нанесения цинкового покрытия на его поверхность.
Протекторная защита — Метод защиты от коррозии путём присоединения к защищаемому металлу более активного металла.
Сравнение чугуна и стали
ХарактеристикаЧугунСталь
Массовая доля углерода2−4%2{-}4\%0,02−2%0{,}02{-}2\%
Механическое свойствоХрупкийПрочный, легко поддающийся обработке
Способ полученияВ доменной печиИз чугуна дополнительной обработкой

Чугун и сталь различаются в основном по содержанию углерода.

✎Получение железа в доменной печи (расчёт массы)
  1. 1Дано: 160 г Fe2O3160\ \text{г}\,\text{Fe}_2\text{O}_3 полностью восстанавливается CO\text{CO} в доменной печи.
  2. 2Уравнение реакции: Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2
  3. 3Расчёт количества вещества: M(Fe2O3)=2×56+3×16=160 г/мольM(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 2 \times 56 + 3 \times 16 = 160\ \text{г/моль}; n(Fe2O3)=160/160=1 мольn(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 160 / 160 = 1\ \text{моль}
  4. 4Количество вещества железа: Согласно уравнению реакции, из 1 моль Fe2O31\ \text{моль}\ \text{Fe}_2\text{O}_3 получается 2 моль Fe2\ \text{моль}\ \text{Fe}: n(Fe)=2 мольn(\text{Fe}) = 2\ \text{моль}
  5. 5Масса железа: m(Fe)=n×M=2×56=112 гm(\text{Fe}) = n \times M = 2 \times 56 = 112\ \text{г}
🚫Частая ошибка

Нельзя путать содержание углерода в чугуне и стали: чугун 2−4%2{-}4\% C (больше), сталь 0,02−2%0{,}02{-}2\% C (меньше). При высоком содержании углерода сплав становится хрупким.

💡Заметка

Для ржавления железа необходимы одновременно кислород и вода — при наличии только одного из них процесс не идёт. Формула ржавчины: Fe2O3⋅nH2O\text{Fe}_2\text{O}_3 \cdot n\text{H}_2\text{O}.

Правила

  1. 1Переходные металлы (3–12-я группы) твёрдые, обладают высокой температурой плавления, малоактивны и образуют окрашенные соединения.
  2. 2Железо получают в доменной печи по реакции Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂.
  3. 3Чугун содержит 2–4% C (хрупкий); сталь содержит 0,02–2% C (прочная, поддаётся обработке).
  4. 4Для коррозии одновременно требуются кислород и вода; ржавчина — это Fe₂O₃·nH₂O.
  5. 5Способы защиты от коррозии: покрытие (краска/эмаль), оцинковка (Zn), протекция (активный металл).

Тренировка

10 лёгких · 10 средних · 10 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс