Выполнение домашних заданий по курсу общей и неорганической химии. Часть 2

Московский государственный технический университет 

имени Н.Э. Баумана 

П.В. Слитиков, А.А. Гуров, А.М. Голубев 

Выполнение домашних заданий  

по курсу общей и неорганической химии 

 

Методические указания 

Часть 2 

  
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 

 

УДК 54 
ББК 24.1 
        С 47 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/111/book1133.html 
 
Факультет «Фундаментальные науки» 
Кафедра «Химия» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н. Э. Баумана в качестве методических указаний 
 
 

 

   Слитиков, П. В. 
 
 
      Выполнение домашних заданий по курсу общей и неорганической 
химии : методические указания. — Ч. 2 / П. В. Слитиков,        
А. А. Гуров, А. М. Голубев.  Москва : Издательство МГТУ им.    
Н. Э. Баумана, 2015. — 36, [4] с. 

ISBN 978-5-7038-4176-1  

Методические указания содержат два домашних задания по модулям «
Коррозия металлов и защита металлов от коррозии» и «Химия 
элементов и их соединений». Приведены примеры решения типовых 
задач и рассмотрены требования для написания реферативно-
исследовательской работы. В приложении представлены необходимые 
справочные материалы. 
Для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки «Технология 
проектирования радиоэлектронных устройств» и изучающих 
курс «Общая и неорганическая химия». 
 
 

УДК 54 
ББК 24.1 

 

 
 МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 
 Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4176-1  
 
   МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 

 С47 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Представленные методические указания являются сборником 
задач для выполнения домашних заданий по курсу «Общая и неорганическая 
химия» для бакалавров направления подготовки «Технология 
проектирования радиоэлектронных устройств». Изучаемая 
дисциплина состоит из двух модулей: «Коррозия металлов и 
защита металлов от коррозии» и «Химия элементов и их соединений», 
последний из которых предполагает в качестве домашнего 
задания не только решение ряда задач, но и выполнение реферативно-
поисковой работы по теме «Металлы». Такой подход еще не 
был реализован в рамках преподавания данной дисциплины.  
Решение домашних заданий способствует формированию следующих 
компетенций. 
Дисциплинарные компетенции: 
 владение основами теории фундаментальных разделов общей 
и неорганической химии; 
 умение определять, сравнивать и анализировать основные 
физико-химические характеристики веществ, используя табличные 
данные. 
Общекультурные компетенции: 
 владение культурой мышления, способностью к постановке 
цели и выбору путей ее достижения, к восприятию информации, ее 
анализу и обобщению; 
 умение логично, аргументированно и ясно строить устную и 
письменную речь; 
 понимание социальной значимости будущей профессии; 
 способность к приобретению новых знаний с использованием 
современных образовательных и информационных технологий; 
 способность работать самостоятельно, целенаправленно 
применять базовые знания в области естественных наук в 
профессиональной деятельности; 
 способность к познавательной деятельности. 

После решения предложенных домашних заданий студент 
должен иметь представление о: 
 закономерностях протекания химических и электрохимических 
процессов в растворах, окислительно-восстановительных реакций, 
электрохимических процессов в гальваническом элементе и 
при электролизе, об областях применения электрохимических 
процессов; 
 химической и электрохимической коррозии, особенностях 
коррозии в естественных условиях, методах защиты металлов от 
коррозии (металлические защитные покрытия, протекторы); 
 общих свойствах металлов, особенностях их строения,      
физических и химических свойствах, областях применения; 
 химических свойствах и вариантах получения основных    
соединений s-, p- и d-элементов, области их применения. 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 1 

Коррозия металлов. Защита металлов от коррозии 

Примеры решения задач 
 
Задача 1.  Магний и цинк корродируют в морской воде по 
электрохимическому механизму с плотностью коррозионного тока 
iкорр = 0,034 А/м2. Какой из металлов корродирует быстрее? Ответ 
подтвердить расчетами глубинного показателя rглуб скорости коррозии. 
К какой группе коррозионной стойкости относятся эти металлы? 
Какой балл десятибалльной шкалы коррозионной стойкости 
соответствует им? Рассчитать для них массовый показатель 
rмасс скорости коррозии. 
Решение. Плотность коррозионного тока связана с массовым и 
глубинным показателями скорости коррозии следующими соотношениями: 


M
корр
масс
M
26,8,
24

Z
i
r
M

   

M
M
корр
глуб
M
26,8,
365 24

Z
i
r
M




 

где 
M
  — плотность металла, кг/м3; 
M
M
— молярная масса атомов, 
г/моль; 
M
Z
— зарядовое число ионов металла. Следовательно, 

Mg корр
масс Mg
Mg

24
24 24,30 0,034
0,37
26,8
26,8 2

M
i
r
Z







 г/(м2 · сут); 

Mg корр
глуб Mg
Mg
Mg

365 24
365 24 24,30 0,034
0,078
26,8
26,8 2 1737

M
i
r
Z











 мм/год; 

Zn корр
масс Zn
Zn

24
24 65,39 0,034
1,00
26,8
26,8 2

M
i
r
Z







 г/(м2 · сут); 

Zn корр
глуб Zn
Zn
Zn

365 24
365 24 65,39 0,034
0,051
26,8
26,8 2 7133

M
i
r
Z











 мм/год. 

Глубинный показатель скорости коррозии можно также рассчитать 
и через массовый. Они связаны между собой соотношением 

глуб
масс
M

365.
r
r


 

Таким образом, быстрее корродирует магний, так как 

глуб Mg
глуб Zn.
r
r

 По значению глубинного показателя скорости коррозии 
магний и цинк принадлежат к группе стойких металлов, но 
магнию соответствует 4-й, а цинку 5-й балл десятибалльной шкалы 
коррозионной стойкости (см. табл. П1 в приложении). 
Задача 2. Подтвердить термодинамическую возможность газовой 
коррозии (высокотемпературного окисления) никелевого изделия 
при Т = 700 K в газовой смеси, парциальное давление кислорода 
в которой равняется 0,01 атм, если коррозия сопровождается 
образованием на поверхности изделия оксида NiO. Вычислите 
парциальное давление кислорода, ниже которого коррозия прекратится 
при заданной температуре.  Определите температуру, выше 
которой коррозия станет невозможной при стандартных состояниях 
компонентов. 
Решение. Для подтверждения возможности газовой коррозии, 
описываемой уравнением 

2
равн O
( )
( )
т
2(г)
т
1
,
2Ni
O
2NiO
p
K
p









 

рассчитывают значение энергии Гиббса протекающего процесса 
при Т = 700 K. Для этого используют уравнение изотермы Вант-
Гоффа, которое для рассматриваемого процесса выглядит как 

2
700
 
0
700
1
700 ln
.
r
r
G
R
G
p

 



 

Стандартную энергию Гиббса 
0
700
rG

 находят по приближенной 
форме уравнения Гиббса — Гельмгольца: 

0
0
298
298
0
700
 
700
.
r
r
r
G
H
S




 

Значение энтальпии реакции 
0
298
rH

 вычисляют по следствию 
из закона Гесса: 

2
0
0
0
0
298
298 NiO
298 Ni
298 O
2
2
f
f
f
rH
H
H
H
 
 
 

  

2( 239,7)
2 0
0
479,4





 
 кДж. 

Аналогично по справочным значениям стандартной энтропии 

0
298
S
 находят энтропию химической реакции 
0
298 :
rS

 

2
0
0
0
0
298
298 NiO
298 Ni
298 O
2
2
rS
S
S
S




   

 
2 37,9
2 29,9
205,0
189,0





 
Дж/K. 

В итоге  
Δr
0
700
G
 = −479,4 − 700(−189,0·10−3) = −347,1 кДж; 

Δr
700
G
= −347,1 − 8,31·700·10−3·ln 0,01 = −373,9 кДж. 

Так как 
700
rG

˂ 0, то газовая коррозия изделия из никеля в 
данных условиях термодинамически возможна. Она не будет протекать, 
если 

2

0
700
700
O

1
 
700ln
 0,
r
r
G
G
R
p

 




 

2

0
700
O
Δ
7
ln
00

rG
R
p



  и 

2
O
347100
8,31 700
exp
p












 или 
2
О
p
< 1,22·10−26 атм. 

Температуру, выше которой коррозия будет невозможна при 
стандартных состояниях компонентов, можно найти из неравенства 
0
0
0
298
298
0.
r
r
r
T
G
H
T
S

 



 

Подставив значения 
0
298
rH

 и 
0
298,
rS

 получим 

479400
2536,5K.
189
T 

 

Задача 3. Расчетами ЭДС 
298
E
 коррозионного элемента и 
энергии Гиббса 
298
rG

 коррозионного процесса подтвердите возможность 
электрохимической коррозии при температуре 298,15 K 
изделия из цинка, находящегося в деаэрированной воде с рН > 7. 

Предполагается, что коррозия протекает с выделением водорода и 
образованием  Zn(OH)2, произведение растворимости которого при 
Т = 298,15 K составляет 3,1·10−15. 
Решение. Вначале возможные электродные процессы описывают 
уравнениями: 
(−) А: Zn → Zn2+ + 2e  

(+) K: 2H2O + 2e  → H2↑ + 2OH− 

складывая которые, получают суммарное уравнение, описывающее 
коррозионный процесс в целом: 

Zn + 2H2O = Zn(OH)2↓ + H2↑ 

Далее по адаптированному для Т = 298,15 K уравнению Нерн-
ста рассчитывают потенциал анода — цинкового электрода: 


2
2
2+
0
a
 
Zn
Zn
Zn
Zn
0,059
 
lg[Zn
]
2
,


  
 

 

где 
2
0
Zn
Zn


= −0,763 В — стандартный потенциал цинкового элек-

трода (справочная величина). Относительное значение концентрации 
ионов Zn 2+ есть  



2
2

0
[Zn
]
[Zn
]
 
 ,
C




  

где [Zn2+] — абсолютное значение концентрации ионов Zn2+;         
С0 = 1 моль/л —  стандартная молярная концентрация. 
Равновесную концентрацию ионов цинка [Zn2+] находят по 
значению произведения растворимости 
2
Zn(OH)
ПР
. В водном растворе 
малорастворимого вещества, которым является Zn(OH)2, 
устанавливается равновесие, описываемое уравнением 

Zn(OH)2 (т)  ⇄ Zn2+
(р) + 2ОН−
(р) 
                               С               С             2С 

По определению 

2
Zn(OH)
ПР
 = [Zn2+][OH−]2 = C (2C)2 = 4C3, 
где C — молярная концентрация насыщенного водного раствора 
Zn(OH)2 или растворимость последнего. Следовательно, 

[Zn2+] = С = 
2
15
Zn(OH)
3
3 ПР
3,1 10
4
4




 = 9,2·10−6 моль/л, 

2
[Zn
]
  = 9,2·10−6, 

[OH−] = 2C = 1,8·10−5 моль/л. 

После подстановки найденного значения в уравнение Нернста 
получают 

2
6
а 
Zn
Zn
0,059
0,763  
lg(9,2 10
)
2








 = −0,912 В. 

Из приведенного уравнения катодного процесса следует, что 
это уравнение водородного электрода, адаптированного для        
Т = 298,15 K,  форма уравнения Нернста для которого имеет вид 

2
2
2
к
 H O H
H
 0,059рН
0,0295lg
.
p
  



 

Поскольку в процессе коррозии среда (вода) подщелачивается 
(см. уравнение катодного процесса) и рН среды становится больше 7, 
его значение находят через ионное произведение воды  
2
H O
K
= 10−14  

и рассчитанную из 
2
Zn(OH)
ПР
 равновесную концентрацию ионов 
OH− : 

2
H O
K
 = [H+] [OH−] 

[H+] = 
2
14
H O
5
10
 
[OH ]
1,8 10
K






 = 5,6·10−10 моль/л,  или 


[Н ]
  = 5,6·10−10. 

Отсюда 

рН = −lg 
[Н ]
  = −lg (5,6·10−10) = 9,3. 

Относительное значение парциального давления водорода 
2
H
p
 в 
атмосфере Земли составляет 5·10−7. После подстановки значений рН и 

2
H
p
 в адаптированную форму уравнения Нернста получают 

2
2
7
к
 H O H
0,059 9,3 – 0,0295 lg (5 10
)
0,360 В.

  
 



 
  

Далее, 
Е298 = 
298
к
а
0,360
( 0,912)
0,552 В,
E

 
 

 

  

298
2 96485,3 0,552
106,52
rG
nFE

 
  

 
 кДж. 

Поскольку  
298
0
Е

  и  
298
0,
rG


 то коррозия изделия из 
цинка в данных условиях с выделением Н2 и образованием 
Zn(OH)2 возможна. 
Задача 4. Изделие из луженого железа с нарушением целостности 
покрытия подверглось электрохимической коррозии в водном 
растворе с рН = 7. При этом поглотилось 305 мл О2 и выделилось 
122 мл Н2, измеренных при стандартных условиях. Приведите 
уравнения анодного и катодного процессов. Рассчитайте массу 
прокорродировавшего при этом металла. 
Решение.  Сравнивая значения стандартных электродных потенциалов 
железа и олова (табл. П2), можно видеть, что 

2
2
0
0
Fe
/Fe
Sn
/Sn
0,440 B
 
0,136 B.



 
 
 
 Следовательно, оловянное 
покрытие на железном изделии является катодным и защищает 
его только механически, а электрохимически оно его разрушает. 
В соответствии с механизмом защитного действия будет 
протекать разрушение основы, т. е. железа. По условию задачи на 
катоде протекают две реакции: одна с поглощением О2 (кислородная 
деполяризация), другая с выделением Н2  (водородная деполяризация). 
Таким образом, анодный и катодный процессы описывают 
уравнения 
(−) А (Feосн): Fe → Fe2+ + 2e |  3 

2
2
покр
2
2

O
2H O
4e
4OH
( )K (Sn
):
4
2
6 1
2H O
2e
H
2OH























  

Число молей эквивалентов поглощенного О2 и выделившегося 
Н2 на катоде 

 
2
2
2

3
O
экв O
экв О
2

305 10
 л
6,1 л / моль экв О
V
n
V





 = 0,05 моль экв О2, 

 
2
2
2

3
Н
экв H
экв Н
2

122 10
 л
12,2 л / моль экв Н
V
n
V





 = 0,01 моль экв Н2,