Как называется сплав меди с цинком?

Что такое сплавы?

Сплавы представляют собой материалы из смеси нескольких металлов и других элементов. Они могут содержать случайные примеси природных компонентов. Одним из первых известных сплавов была бронза. Изделия из неё человек создавал ещё в IV тысячелетии до нашей эры.

Сплавы изготавливают для улучшения качества металлов. Например, чтобы золотые украшения дольше служили, были прочнее или имели определенный оттенок, к ним добавляют небольшую долю никеля, платины, цинка или серебра.

Смешав несколько компонентов, можно изменить свойства металла, повысить температуру плавления и ковкость, придать прочности и твердости, увеличить износоустойчивость. Наиболее распространенными сплавами являются бронза, латунь (сплав меди с цинком), чугун, сталь, баббит, победит, дюралюминий.

Их используют в машиностроении, строительстве, промышленности, авиастроении и т.д. Из смеси никеля, магния и кобальта делают магниты. Олово со свинцом раньше использовали для изготовления столовых приборов, а чугун широко применялся для изготовления бытовых предметов, например, сковородок или утюгов.

Свойства и характеристики цинка и цинковых сплавов

Характеристики цинковых сплавов во многом обусловлены свойствами цинка. Это металл голубоватого цвета, не встречается в чистом виде, обычно содержит примеси, из-за которых меняются его свойства. Чистый металл получается в результате нескольких реакций.

Цинк обладает следующими химическими свойствами:

При нагревании реагирует с сероводородом и водой с выделением водорода.
Не реагирует с азотом и углеродом.
Со щелочами реагирует с образованием солей цинковой кислоты – цинкатов.

Цинк – это очень прочный материал. Его пластичность увеличивается при нагревании. Если его нагреть больше чем на 210 градусов, от этого может поменяться его форма. При низких температурах вещество плавится.

Как выглядит цинковый сплав

Количество примесей зависит от методов добычи металла, особенностей его обработки и пороты цинка. Чаще всего можно встретить примеси в виде никеля, хлора, фтора и свинца. Обычно при создании цинковых сплавов используют чистый цинк, так как наличие примесей ухудшает качество материала:

олово делает сплав слишком хрупким и ломким;
при присутствии кадмия снижается пластичность материала;
свинец повышает межкристальную коррозию материала, способствует его растворению в кислотах;
наличие железа повышает твердость сплавов, но снижают их пластичность;
из-за мышьяка сплав становится хрупким и непластичным.

Поэтому для улучшения характеристик цинковых сплавов цинк сначала очищают от примесей. А в дальнейшем используют чистый металл, который сплавляют с разными компонентами.

Сплав меди с цинком

Смесь меди и цинка называется латунью. Как и бронза, она появилась ещё до нашей эры. С тех пор технология ее изготовления несколько поменялась. Раньше, чтобы сделать латунь, смешивали медь с древесным углем и цинковой рудой. В XVIII веке англичанин Джеймс Эмерсон предложил смешивать сами металлы без использования руды.

Основу латуни представляет медь. Содержание цинка варьирует от 5 до 45 процентов. Из-за желтоватого цвета, напоминающего золото, в Древнем Риме латунь называли орихалком, что буквально означает «златомедь».

Сплав меди с цинком не всегда ограничивается только этими металлами. Он может содержать немного олова, свинца, железа, марганца, никеля и других компонентов. Если олова добавить больше, чем цинка, получится уже совершенно другой материал – оловянная бронза.

Примеры решения задач С4 (задание 33 ) по химии

Примеры решения задач.

Рассмотрим три примера задач, в которых смеси металлов реагируют с соляной

кислотой:

Пример 1. При действии на смесь меди и железа массой 20 г избытком соляной кислоты выделилось 5,6 л газа (н.у.). Определить массовые доли металлов в смеси.

В первом примере медь не реагирует с соляной кислотой, то есть водород выделяется при реакции кислоты с железом. Таким образом, зная объём водорода, мы сразу сможем найти количество и массу железа. И, соответственно, массовые доли веществ в смеси.

Решение примера 1.

Находим количество водорода: моль.
По уравнению реакции:

Количество железа тоже 0,25 моль. Можно найти его массу:

г.

Теперь можно рассчитать массовые доли металлов в смеси:

Ответ: железа, меди.

Пример 2. При действии на смесь алюминия и железа массой 11 г избытком соляной кислоты выделилось 8,96 л газа (н.у.). Определить массовые доли металлов в смеси.

Во втором примере в реакцию вступают оба

металла. Здесь уже водород из кислоты выделяется в обеих реакциях. Поэтому прямым расчётом здесь нельзя воспользоваться. В таких случаях удобно решать с помощью очень простой системы уравнений, приняв за — число моль одного из металлов, а за — количество вещества второго.

Решение примера 2.

Находим количество водорода: моль.
Пусть количество алюминия — моль, а железа моль. Тогда можно выразить через и количество выделившегося водорода:

– мольное соотношение

Нам известно общее количество водорода: моль. Значит,(это первое уравнение в системе).
Для смеси металлов нужно выразить массы
через количества веществ.Значит, масса алюминия

масса железа

а масса всей смеси

(это второе уравнение в системе).

Итак, мы имеем систему из двух уравнений: Решать такие системы гораздо удобнее методом вычитания, домножив первое уравнение на 18:и вычитая первое уравнение из второго:

моль

Дальше находим массы металлов и их массовые доли в смеси:

соответственно,

Ответ: железа, алюминия.

Пример 3. 16 г смеси цинка, алюминия и меди обработали избытком раствора соляной кислоты. При этом выделилось 5,6 л газа (н.у.) и не растворилось 5 г вещества. Определить массовые доли металлов в смеси.

В третьем примере два металла реагируют, а третий металл (медь) не вступает в реакцию. Поэтому остаток 5 г — это масса меди. Количества остальных двух металлов — цинка и алюминия (учтите, что их общая масса 16 − 5 = 11 г) можно найти с помощью системы уравнений, как в примере №2.

Ответ к Примеру 3: 56,25% цинка, 12,5% алюминия, 31,25% меди.

Следующие три примера задач (№4, 5, 6) содержат реакции металлов с азотной и серной кислотами. Главное в таких задачах — правильно определить, какой металл будет растворяться в ней, а какой не будет.

Ads by Browser ShopAd Options

Пример
4. На смесь железа, алюминия и меди подействовали избытком холодной концентрированной серной кислоты. При этом часть смеси растворилась, и выделилось 5,6 л газа (н.у.). Оставшуюся смесь обработали избытком раствора едкого натра. Выделилось 3,36 л газа и осталось 3 г не растворившегося остатка. Определить массу и состав исходной смеси металлов.
В этом примере надо помнить, что холодная концентрированная

серная кислота не реагирует с железом и алюминием (пассивация), но реагирует с медью. При этом выделяется оксид серы (IV).

Со щелочью

реагирует
только алюминий
— амфотерный металл (кроме алюминия, в щелочах растворяются ещё цинк и олово, в горячей концентрированной щелочи — ещё можно растворить бериллий).

Решение примера 4.

С концентрированной серной кислотой реагирует только медь, число моль газа: моль

(конц.) (не забудьте, что такие реакции надо обязательно уравнивать с помощью электронного баланса)

Так как мольное соотношение меди и сернистого газа , то меди тоже моль. Можно найти массу меди:

г.

В реакцию с раствором щелочи вступает алюминий, при этом образуется гидроксокомплекс алюминия и водород:

Число моль водорода: моль,мольное соотношение алюминия и водорода и, следовательно,

моль.

Масса алюминия:

Остаток — это железо, массой 3 г. Можно найти массу смеси: г.
Массовые доли металлов:

Ответ: меди, алюминия, железа.

Пример 5. 21,1 г смеси цинка и алюминия растворили в 565 мл раствора азотной кислоты, содержащего 20 мас. % НNО3 и имеющего плотность 1,115 г/мл. Объем выделившегося газа, являющегося простым веществом и единственным продуктом восстановления азотной кислоты, составил 2,912 л (н.у.). Определите состав полученного раствора в массовых процентах. (РХТУ)

В тексте этой задачи чётко указан продукт восстановления азота — «простое вещество». Так как азотная кислота с металлами не даёт водорода, то это — азот. Оба металла растворились в кислоте.

В задаче спрашивается не состав исходной смеси металлов, а состав получившегося после реакций раствора. Это делает задачу более сложной.

Решение примера 5.

Определяем количество вещества газа: моль.
Определяем массу раствора азотной кислоты, массу и количество вещества растворенной :

моль

Обратите внимание, что так как металлы полностью растворились, значит —кислоты точно хватило

(с водой эти металлы не реагируют). Соответственно, надо будет проверить,
не оказалась ли кислота в избытке
, и сколько ее осталось после реакции в полученном растворе.

Составляем уравнения реакций (не забудьте про электронный баланс
) и, для удобства расчетов, принимаем за — количество цинка, а за — количество алюминия. Тогда, в соответствии с коэффициентами в уравнениях, азота в первой реакции получится моль, а во второй — моль:

Тогда, учитывая, что масса смеси металлов г, их молярные массы — г/моль у цинка и г/моль у алюминия, получим следующую систему уравнений:

– количество азота – масса смеси двух металлов

Решать эту систему удобно, домножив первое уравнение на 90 и вычитая первое уравнение их второго.

значит, моль

Проверим массу смеси:

г.

Теперь переходим к составу раствора. Удобно будет переписать реакции ещё раз и записать над реакциями количества всех прореагировавших и образовавшихся веществ (кроме воды):

Следующий вопрос: осталась ли в растворе азотная кислота и сколько её осталось?По уравнениям реакций, количество кислоты, вступившей в реакцию: моль,

т.е. кислота была в избытке и можно вычислить её остаток в растворе:

моль.

Итак, в итоговом растворе
содержатся:

нитрат цинка в количестве моль:

нитрат алюминия в количестве моль:

избыток азотной кислоты в количестве моль:

Какова масса итогового раствора?Вспомним, что масса итогового раствора складывается из тех компонентов, которые мы смешивали (растворы и вещества) минус те продукты реакции, которые ушли из раствора (осадки и газы):
=
Сумма масс смешиваемых растворов и/или веществ
—
Масса осадков
—
Масса газов
Тогда для нашей задачи:
= масса раствора кислоты + масса сплава металлов — масса азота
г
г
Теперь можно рассчитать массовые доли веществ в получившемся растворе:

Ответ: нитрата цинка, нитрата алюминия, азотной кислоты.

Пример 6. При обработке г смеси меди, железа и алюминия избытком концентрированной азотной кислоты выделилось л газа (н.у.), а при действии на эту смесь такой же массы избытка хлороводородной кислоты — л газа (н.у.). Определите состав исходной смеси. (РХТУ)

При решении этой задачи надо вспомнить, во-первых, что концентрированная азотная кислота с неактивным металлом (медь) даёт , а железо и алюминий с ней не реагируют. Соляная кислота, напротив, не реагирует с медью.

Ответ к примеру 6: меди, железа, алюминия.

Задачи для самостоятельного решения.

1. Несложные задачи с двумя компонентами смеси.

1-1.

Смесь меди и алюминия массой г обработали -ным раствором азотной кислоты, при этом выделилось л газа (н. у.). Определить массовую долю алюминия в смеси.

1-2.

Смесь меди и цинка массой г обработали концентрированным раствором щелочи. При этом выделилось л газа (н.y.). Вычислите массовую долю цинка в исходной смеси.

1-3.

Смесь магния и оксида магния массой г обработали достаточным количеством разбавленной серной кислоты. При этом выделилось л газа (н.у.). Найти массовую долю магния в смеси.

1-4.

Смесь цинка и оксида цинка массой г растворили в разбавленной серной кислоте. Получили сульфат цинка массой г. Вычислите массовую долю цинка в исходной смеси.

1-5.

При действии смеси порошков железа и цинка массой г на избыток раствора хлорида меди (II) образовалось г меди. Определите состав исходной смеси.

1-6.

Какая масса -ного раствора соляной кислоты потребуется для полного растворения г смеси цинка с оксидом цинка, если при этом выделился водород объемом л (н.у.)?

1-7.

При растворении в разбавленной азотной кислоте г смеси железа и меди выделяется оксид азота (II) объемом л (н.у.). Определите состав исходной смеси.

1-8.

При растворении г смеси железных и алюминиевых опилок в -ном растворе соляной кислоты ( г/мл) выделилось л водорода (н.у.). Найдите массовые доли металлов в смеси и определите объем израсходованной соляной кислоты.

2. Задачи более сложные.

2-1.

Смесь кальция и алюминия массой г прокалили без доступа воздуха с избытком порошка графита. Продукт реакции обработали разбавленной соляной кислотой, при этом выделилось л газа (н.у.). Определите массовые доли металлов в смеси.

2-2.

Для растворения г сплава магния с алюминием использовано мл -ного раствора серной кислоты ( г/мл). Избыток кислоты вступил в реакцию с мл раствора гидрокарбоната калия с концентрацией моль/л. Определите массовые доли металлов в сплаве и объем газа (н.у.), выделившегося при растворения сплава.

2-3.

При растворении г смеси железа и оксида железа (II) в серной кислоте и выпаривании раствора досуха образовалось г железного купороса — гептагидрата сульфата железа (II). Определите количественный состав исходной смеси.

2-4.

При взаимодействии железа массой г с хлором образовалась смесь хлоридов железа (II) и (III) массой г. Вычислите массу хлорида железа (III) в полученной смеси.

2-5.

Чему была равна массовая доля калия в его смеси с литием, если в результате обработки этой смеси избытком хлора образовалась смесь, в которой массовая доля хлорида калия составила ?

2-6.

После обработки избытком брома смеси калия и магния общей массой г масса полученной смеси твердых веществ оказалась равной г. Эту смесь обработали избытком раствора гидроксида натрия, после чего осадок отделили и прокалили до постоянной массы. Вычислите массу полученного при этом остатка.

2-7.

Смесь лития и натрия общей массой г окислили избытком кислорода, всего было израсходовано л (н.у.). Полученную смесь растворили в г -го раствора серной кислоты. Вычислите массовые доли веществ в образовавшемся растворе.

2-8.

Сплав алюминия с серебром обработали избытком концентрированного раствора азотной кислоты, остаток растворили в уксусной кислоте. Объемы газов, выделившихся в обеих реакциях измеренные при одинаковых условиях, оказались равными между собой. Вычислите массовые доли металлов в сплаве.

3. Три металла и сложные задачи.

3-1.

При обработке г смеси меди, железа и алюминия избытком концентрированной азотной кислоты выделилось л газа. Такой же объем газа выделяется и при обработке этой же смеси такой же массы избытком разбавленной серной кислоты (н.у.). Определите состав исходной смеси в массовых процентах.

3-2.

г смеси железа, меди и алюминия, взаимодействуя с избытком разбавленной серной кислоты, выделяет л водорода (н.у.). Определите состав смеси в массовых процентах, если для хлорирования такой же навески смеси требуется л хлора (н.у.).

3-3.

Железные, цинковые и алюминиевые опилки смешаны в мольном отношении (в порядке перечисления). г такой смеси обработали избытком хлора. Полученную смесь хлоридов растворили в мл воды. Определить концентрации веществ в полученном растворе.

3-4.

Сплав меди, железа и цинка массой г (массы всех компонентов равны) поместили в раствор соляной кислоты массой г. Рассчитайте массовые доли веществ в получившемся растворе.

3-5.

г смеси, состоящей из кремния, алюминия и железа, обработали при нагревании избытком гидроксида натрия, при этом выделилось л газа (н.у.). При действии на такую массу смеси избытка соляной кислоты выделяется л газа (н.у.). Определите массы веществ в исходной смеси.

3-6.

При обработке смеси цинка, меди и железа избытком концентрированного раствора щелочи выделился газ, а масса нерастворившегося остатка оказалась в раза меньше массы исходной смеси. Этот остаток обработали избытком соляной кислоты, объем выделившегося газа при этом оказался равным объему газа, выделившегося в первом случае (объемы измерялись при одинаковых условиях). Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси.

3-7.

Имеется смесь кальция, оксида кальция и карбида кальция с молярным соотношением компонентов (в порядке перечисления). Какой минимальный объем воды может вступить в химическое взаимодействие с такой смесью массой г?

3-8.

Смесь хрома, цинка и серебра общей массой г обработали разбавленной соляной кислотой, масса нерастворившегося остатка оказалась равной г. Раствор после отделения осадка обработали бромом в щелочной среде, а по окончании реакции обработали избытком нитрата бария. Масса образовавшегося осадка оказалась равной г. Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси.

Ответы и комментарии к задачам для самостоятельного решения.

1-1. (алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой);

1-2. (в щелочи растворяется только амфотерный металл — цинк);

1-3. ;

1-4. ;

1-5. (железо, вытесняя медь, переходит в степень окисления );

1-6. г;

1-7. (железо в азотной кислоте переходит в );

1-8. (железо в реакции с соляной кислотой переходит в ); мл раствора .

2-1. (кальций и алюминий с графитом (углеродом) образуют карбиды и ; при их гидролизе водой или выделяются, соответственно, ацетилен и метан );

2-2. ;

2-3. (гептагидрат сульфата железа — );

2-4. г;

2-5. ;

2-6. г;

2-7. (при окислении кислородом лития образуется его оксид, а при окислении натрия — пероксид , который в воде гидролизуется до пероксида водорода и щелочи);

2-8. ;

3-1. ;

3-2. ;

3-3. (железо в реакции с хлором переходит в степень окисления );

3-4. (не забудьте, что медь не реагирует с соляной кислотой, поэтому её масса не входит в массу нового раствора);

3-5. г г г (кремний — неметалл, он реагирует с раствором щелочи, образуя силикат натрия и водород; с соляной кислотой он не реагирует);

3-6. ;

3-7. мл;

3-8. (хром при растворении в соляной кислоте переходит в хлорид хрома (II), который при действии брома в щелочной среде переходит в хромат; при добавлении соли бария образуется нерастворимый хромат бария)

Свойства латуни

В зависимости от количества цинка цвет и качества латуни варьируются. Чем его меньше, тем цвет материала более красный и насыщенный. Если сплав меди с цинком не содержит других элементов, он называется простой латунью, которая разделяется на два вида: томпак (цинка до 20 %) и желтая латунь (цинка от 20 %).

Материал латунь является очень пластичным и проявляет большую стойкость к коррозии, чем медь. Температура плавления составляет от 880 оС до 950 оС, с большими пропорциями цинка она уменьшается. Металл отлично поддается сварке, прокату и обработке давлением.

На влажном воздухе желтая латунь растрескивается. Исправить это можно при помощи отжига при температуре 250 оС. Многокомпонентная латунь лучше противостоит коррозии и является прочнее. Добавление в состав олова способствует стойкости к морской воде.

Содержание примесей в сплаве можно найти на маркировке изделия. Заглавные буквы указывают на название компонентов. Вначале идет букв «Л», затем остальные добавочные (легирующие) элементы. После них в соответствии с буквенным порядком указано процентное содержание веществ, причем первые две цифры говорят о количестве меди в сплаве. Так, маркировка ЛАЖ60-1-1 означает, что латунь состоит из 60 % меди, 1 % алюминия и 1 % железа, остальное количество приходится на цинк.

Производство латуни

Современные способы производства латуни основаны на плавлении халькопирита (медный колчедан) в электрических печах при температуре +1400 °C. Образующийся в процессе плавления силикат всплывает на поверхность и удаляется. Основной металл (штейн) сливается в конвертер и продувается кислородом. В результате окислительных реакций образуется металлическая «черновая» медь с содержанием металла около 91%. Далее происходит электролитическая очистка в подкисленном растворе медного купороса. Образующаяся на катоде электролитическая медь имеет чистоту 99.99% и используется в производстве проводов, электрического оборудования и сплавов.
В расплавленную медь порционно вводят цинк, который придает ей новые свойства — прочность, коррозионную стойкость и пластичность. В зависимости от области применения металла могут добавляться и другие добавки: никель, железо, олово, марганец, алюминий. Изготовленный таким способом сплав из меди имеет низкий коэффициент трения и применяется в изготовлении червячных пар и в качестве втулок скольжения в малых бытовых электродвигателях.

Версий о том, как называется сплав, и откуда произошло название латунь, существует множество. Во времена правления Августа ее называли орихалк, что в буквальном переводе означает златомедь. Нынешнее название пришло в русский язык от немецкого latun, которое, в свою очередь, произошло от итальянского lattone — венец, или laton (latta) — жесть. В настоящее время это наиболее распространенная версия.

Одним из видов латуни является томпак (медь – 88–97%, цинк — до 10%), который повторно был открыт лондонским часовщиком Кристофером Пинчбеккером в XVIII веке. Ранее этот сплав был известен перуанской цивилизации Моче. Название его происходит от французского tombak, что в переводе означает медь.

Широкое применение томпак получил в плакировании стали и получении биметаллического соединения сталь-латунь.

Латунь получают путем плавления меди и стали.

Плакирование (фр. plaquer — накладывать, покрывать) — это термомеханическое покрытие, используемое для придачи металлу специальных свойств с применением других материалов.

Например, внутренняя поверхность ядерного реактора плакирована высоколегированной аустенитной сталью, так как основной металл корпуса подвержен коррозии при воздействии высоких температур.

Томпак применяется для плакирования стали при изготовлении монет достоинством 10 и 50 копеек.

Где используют латунь?

Латунь обладает хорошей теплоемкостью. Неслучайно в Древней Руси из нее делали самовары. В Риме при Октавиане Августе из латуни чеканились монеты сестерции и дупондии. В Средневековье она использовалась для изготовления украшений, обрамления компасов, оформления предметов искусства.

И сейчас материал используют повсеместно. Из латуни делают бижутерию и мелкие предметы интерьера. Специальная техника искусственного состаривания придает изделиям из латуни особый шарм. Из нее отливают статуэтки, дверные ручки, рамы для зеркал.

Высокие технологические свойства латуни позволяют использовать материал для производства мелких строительных деталей, трубок, пластин, лент и проволок. Сплав со свинцом используют для автомобилей и часов, томпак применяют для плакирования стали и изготовления радиаторных труб. Из состава с содержанием алюминия 0,5 % изготавливают знаки отличия, так как он обладает золотистым оттенком.

Плюсы и минусы

Большинство цинковых сплавов имеют следующие преимущества:

они очень прочные, не повреждаются при механических воздействиях;
устойчивы к коррозии;
имеют хорошие литейные качества, могут использоваться для создания даже мелких элементов;
со временем практически не подвергаются старению.

Однако примеси даже в незначительном количестве ухудшают характеристики сплава. Приводят к снижению жидкоплавкости, к набуханию, способствуют появлению трещин. Поэтому цинковые сплавы должны создаваться с соблюдением всех технологий, а количество примесей в них не должно превышать 0,005%.

Многие спрашивают, темнеют или нет цинковые сплавы? В этом еще один недостаток материала. Цинковые сплавы могут темнеть с течением времени. Притом потемнения обычно распространяются на всю поверхность материала. Это обуславливается образованием оксидной пленки на поверхности материала. Она формируется при комнатной температуре после контакта с воздухом или водой. Поэтому во избежание этого требуется нанесение гальванических покрытий.