Номер 5, страница 86, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

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

Какова функция ферросплавов?

Ферросплавы — это сплавы железа с другими элементами, такими как хром, марганец, кремний, ванадий и др. Основная функция ферросплавов заключается в их использовании в металлургии для двух ключевых процессов: раскисления и легирования стали и других сплавов.

1. Раскисление: В процессе выплавки стали в жидком металле растворяется кислород, который делает сталь хрупкой и ухудшает ее механические свойства. Элементы, входящие в состав ферросплавов (например, кремний, марганец, алюминий), обладают большим сродством к кислороду, чем железо. При введении в расплав они вступают в реакцию с растворенным кислородом, образуя оксиды, которые затем всплывают и переходят в шлак. Этот процесс позволяет эффективно удалить кислород из стали, повышая её качество.

2. Легирование: Ферросплавы являются основным и наиболее экономичным способом введения в сталь легирующих элементов для придания ей заданных физических и химических свойств. Легирующие элементы значительно изменяют структуру и свойства стали. Например, хром (вводимый с помощью феррохрома) повышает коррозионную стойкость, жаропрочность и твердость; марганец (ферромарганец) — увеличивает прочность, твердость и износостойкость; кремний (ферросилиций) — улучшает упругие свойства и кислотостойкость.

Использование легирующих элементов в виде ферросплавов технологически более выгодно, чем в чистом виде, так как они имеют более низкую температуру плавления, а железо в их составе защищает основной легирующий элемент от преждевременного окисления и обеспечивает лучшее его усвоение расплавом.

Ответ: Основная функция ферросплавов — раскисление (удаление кислорода) и легирование (введение специальных добавок) стали и других сплавов с целью улучшения их эксплуатационных свойств.

Напишите уравнение действия феррохрома, составьте для него электронный баланс.

Решение

Феррохром представляет собой сплав железа и хрома. Его основное назначение — легирование стали хромом. Однако хром, содержащийся в феррохроме, может также выступать в роли раскислителя, вступая в реакцию с оксидом железа(II) ($FeO$), который присутствует в сталеплавильной ванне.

Уравнение реакции, демонстрирующее раскислительное действие хрома из феррохрома:

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

Для данной окислительно-восстановительной реакции составим электронный баланс. Сначала определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

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

Из уравнения видно, что:

• Хром ($Cr$) изменяет степень окисления с 0 до +3. Он отдает электроны, окисляется и является восстановителем.
• Железо ($Fe$) изменяет степень окисления с +2 до 0. Оно принимает электроны, восстанавливается, а оксид железа ($FeO$) является окислителем.

Запишем полуреакции окисления и восстановления:

$Cr^0 - 3e^- \rightarrow Cr^{+3} \quad | \times 2$ (процесс окисления, восстановитель)

$Fe^{+2} + 2e^- \rightarrow Fe^0 \quad | \times 3$ (процесс восстановления, окислитель)

Чтобы количество отданных и принятых электронов было равным, находим наименьшее общее кратное (6) и расставляем коэффициенты. Умножим первую полуреакцию на 2, а вторую — на 3:

$2Cr^0 - 6e^- \rightarrow 2Cr^{+3}$

$3Fe^{+2} + 6e^- \rightarrow 3Fe^0$

Суммирование полуреакций дает итоговый ионный баланс, который подтверждает правильность расстановки коэффициентов в молекулярном уравнении.

Ответ: Уравнение действия феррохрома: $2Cr + 3Feo \rightarrow Cr_2O_3 + 3Fe$.

Электронный баланс:

$Cr^0 - 3e^- \rightarrow Cr^{+3} \quad | 2$ (восстановитель, процесс окисления)

$Fe^{+2} + 2e^- \rightarrow Fe^0 \quad | 3$ (окислитель, процесс восстановления)