Растворение металлического железа в кислотах. Железоуглеродные сплавы
 

Растворение металлического железа в соляной кислоте

Задача 1119. 
По какой из приведенных реакций будет происходить растворение металлического железа в растворе соляной кислоты с рН = 0:
а) Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂;  б) 2Fe + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂?
Решение:
ΔG⁰(FeCl₂) = -302,6 кДж/моль; 
ΔG⁰(FeCl₃) = -334,2 кДж/моль; 
ΔG⁰(HCl) = — 131,2 кДж/моль.

Рассчитаем энергию Гиббса для каждой реакции:

 ΔG⁰(а) =  ΔG⁰(FeCl₂) —  ΔG⁰(HCl) = -302,6 – 2(-131,2) = -40,2 кДж; 
 ΔG⁰(б) = 2ΔG⁰(FeCl₃) —  ΔG⁰(HCl) = 2(-334,2) – (- 131,2) = 118,8 кДж.

Так как энергия Гиббса реакции ΔG⁰(а) меньше нуля, а реакции ΔG⁰(б) – больше нуля, то растворение железа будет происходить по реакции (а).

Ответ: а).
 

Сталь и чугун — сплавы железа и углерода

Задача 1120. 
Какие железоуглеродные сплавы называют сталями, какие — чугунами?
Решение:
Железоуглеродные сплавы, содержащие меньше 2,14% углерода, называются сталями, а содержащие больше 2,14% углерода – чугунами. Эта граница (2,14% углерода) относится к железоуглеродным сплавам, не содержащим других элементов. 

По химическому составу стали делятся на углеродные и легированные. В углеродистой стали промышленного производства всегда имеются примеси многих элементов. Обычно углеродистые стали содержат 05 – 0,1% фосфора и серы. Стали делятся на две группы: медленно охлаждённая, состоящая из феррита и цементита. При увеличении содержания углерода твёрдость стали повышается, а пластичность понижается. При быстром охлаждении получается сталь дешёвая, сталь низкого качества.

Чугун – это железоуглеродистый сплав, который содержит больше 2,14% углерода. В зависимости от условий кристаллизации чугун может содержать углерод в виде цементита, графита или в виде их смесей. Чугуны делятся на две групп – белый  и серый чугун. 

Белый чугун содержит весь углерод в виде цементита. Он обладает высокой твёрдостью, хрупок, и поэтому имеет ограниченное применение. В основном он применяется для передела в сталь.

Серый чугун содержит углерод главным образом в  виде пластинок графита. Серый чугун обладает высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Из него отливают станины станков и механизмов, поршней, цилиндров. Кроме углерода серый чугун всегда содержит кремний и марганец. Примерный состав серого чугуна: углерода 2,4 – 3,8%, кремния 1 – 4% и марганца до 1,4%.

Высокопрочный чугун получают присадкой (добавлением) к жидкому чугуну, например, магния, который переводит графит в сферическую форму, что значительно улучшает механические свойства чугуна и др. Из высокопрочного чугуна изготовляют коленчатые валы, крышки цилиндров, детали прокатных станов, прокатные валки, насосы, вентили.

Ковкий чугун получают длительным нагреванием отливок из белого чугуна. Он выдерживает вибрационные и ударные нагрузки, что находит его применение для изготовления картеров, задних мостов автомобилей. В ковком чугуне графит находится в форме хлопьев, что придаёт ему пластичность и прочность.