Номер 5, страница 130, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Какова функция ферросплавов? Напишите уравнение действия феррохрома, составьте для него электронный баланс.

Функция ферросплавов

Ферросплавы – это сплавы железа с одним или несколькими элементами (хромом, кремнием, марганцем, вольфрамом и др.), которые используются в металлургии для введения этих элементов в жидкий металл (преимущественно сталь). Основные функции ферросплавов:

1. Легирование. Это главная функция. Добавление в сталь легирующих элементов (таких как Cr, Mn, Si, V, Ni и др.) с помощью ферросплавов позволяет целенаправленно изменять ее химический состав и структуру, придавая ей заданные физические и механические свойства: повышенную прочность, твердость, коррозионную стойкость (например, при производстве нержавеющих сталей), жаропрочность, износостойкость и т.д. Использование ферросплавов вместо чистых металлов технологически и экономически более выгодно, поскольку они имеют более низкую температуру плавления и, как правило, меньшую стоимость.

2. Раскисление. В процессе выплавки сталь насыщается кислородом, который является вредной примесью, снижающей ее пластичность и прочность. Для удаления кислорода в расплав вводят элементы-раскислители, имеющие большее сродство к кислороду, чем железо. Такие элементы, как кремний (в составе ферросилиция) и марганец (в составе ферромарганца), активно взаимодействуют с растворенным кислородом, образуя оксиды, которые не растворяются в металле и переходят в шлак.

Ответ: Основными функциями ферросплавов являются легирование (придание стали определённых свойств путём введения специальных добавок) и раскисление (удаление из стали вредной примеси – растворенного кислорода).

Уравнение действия феррохрома и электронный баланс

Феррохром (сплав Fe-Cr) используется в основном для легирования стали хромом. Однако, при его введении в сталеплавильную ванну, хром может также выполнять функцию раскислителя, восстанавливая железо из его оксида ($FeO$), который присутствует в расплаве после окислительного периода плавки. Эта реакция является хорошим примером "действия" феррохрома.

Решение

Запишем уравнение реакции взаимодействия хрома (из феррохрома) с оксидом железа (II), присутствующим в стальном расплаве:

$2Cr + 3Feo \rightarrow Cr_2O_3 + 3Fe$

Для составления электронного баланса определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

$2\stackrel{0}{Cr} + 3\stackrel{+2}{Fe}\stackrel{-2}{O} \rightarrow \stackrel{+3}{Cr}_2\stackrel{-2}{O}_3 + 3\stackrel{0}{Fe}$

Составим полуреакции окисления и восстановления:

$Cr^0 - 3e^- \rightarrow Cr^{+3}$ | 2 | процесс окисления; $Cr^0$ (хром) является восстановителем.

$Fe^{+2} + 2e^- \rightarrow Fe^0$ | 3 | процесс восстановления; $Fe^{+2}$ (ион железа) является окислителем.

Общее число отданных и принятых электронов равно 6, что подтверждает правильность расставленных коэффициентов в уравнении реакции.

Ответ: Уравнение, описывающее действие феррохрома в качестве раскислителя: $2Cr + 3Feo \rightarrow Cr_2O_3 + 3Fe$.

Электронный баланс:

$Cr^0 - 3e^- \rightarrow Cr^{+3}$ (восстановитель, окисляется)

$Fe^{+2} + 2e^- \rightarrow Fe^0$ (окислитель, восстанавливается)