Олимпиады: «Физика и химия титановых превращений»


с. 1



Тема олимпиады: «Физика и химия титановых превращений»

Вопросы для школьников в возрасте с 14 до 17 лет
Три года понадобилось в XVI веке каравеллам Магеллана, чтобы обогнуть земной шар и возвратиться в Испанию... «Вокруг света за восемьдесят дней!» – восторгался более ста лет тому назад фантаст Жюль Верн... Наш титан поднимает в небо авиалайнеры Boeing, Airbus, Embraer, Ту, Сухой Суперджет и другие, которые за считанные часы достигают любой точки земного шара! Титан бороздит космические просторы – космический корабль облетает земной шар за несколько минут!

Вот уже почти восемьдесят лет мы даём миру загадочный и наполовину мифический титан для покорителей неба, творим технологии, плавим, куём, катаем, прессуем...

Какой же он – крылатый металл титан, почему он летает?!
Олимпиада-тест состоит из 20 вопросов, к каждому из них даны четыре варианта ответа. Необходимо выбрать и отметить только один вариант, который, по вашему мнению, является правильным для этого вопроса. За каждый правильный ответ начисляется один балл.

Если в ответе на вопрос не указан ответ или отмечено несколько вариантов, то за этот вопрос балл не начисляется.

Сумма баллов за тест является итоговым результатом интеллектуального тура.
1. В 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев, русский химик, разносторонний учёный и педагог, составил периодическую систему химических элементов. Титан – элемент № 22, относится к четвёртой группе периодической системы, его соседи – кремний и германий. В горизонтальном ряду таблицы Менделеева титан находится между элементами под номерами 21 и 23 – скандием и ванадием. По какому принципу размещал Д.И. Менделеев элементы в своей знаменитой таблице?

а. В порядке возрастания их атомных масс;

б. По мере открытия элементов;

в. Группировал элементы по их химическому сходству;

г. По свойствам элементов.
2. За все свои выдающиеся свойства титан считается «проблемным ребёнком» в «металлургической семье». Прежде всего, это связано с чрезвычайной сложностью его добывания из руды, которая, как правило, выглядит как чёрный песок. Превращение горстки песка, добытой на руднике, в металл, используемый для производства реактивного двигателя или протезирования тазобедренного сустава – нелёгкое дело. Титан никогда не встречается в природе в чистом виде. Кроме того, титан обладает высокой химической активностью, легко вступая в реакции с другими элементами, в особенности с кислородом. Наиболее распространённая форма, в которой добывается титан, – соединение титана с кислородом и железом, называется...

а. Рутил;

б. Ильменит;

в. Титаномагнетит;

г. Силикотитанат.
3. Титан присутствует практически во всех слагающих литосферу породах. Ильменитовые и титаномагнетитовые руды – это основные «кормильцы» титановой промышленности. Для получения непосредственно из них металла или его соединений руды непригодны: технологически невыгодно извлекать титан из столь бедного сырья. В металлургическую переработку необходимо направлять более богатое рудное сырьё. Значит, добытые из земных недр руды, состоящие из минералов пустой породы и из титановых рудных минералов, надо предварительно обработать и отделить пустые породообразующие минералы от рудных титановых минералов, и получить концентрат. Как называется этот процесс?

а. Обогащение;

б. Восстановление;

в. Грохочение;

г. Флотация.
4. В производстве губчатого титана, для улучшения качества металла, применяют процесс замещения кислорода из титанового шлака. Какой элемент таблицы Д.И. Менделеева способен при высоких температурах разрушить соединение титана и кислорода?

а. Фосфор;

б. Фтор;

в. Хлор;


г. Азот.
5. При строительстве и запуске Березниковского титано-магниевого комбината (современное название – АВИСМА) сырьём для получения титановых шлаков выбрали ильменитовый концентрат. Цех плавки концентратов (ныне – плавильный цех) на БТМК был построен через два года после пуска производства губчатого титана. Всё это время цех хлорирования работал на привозном шлаке. В каком году комбинат получил первые тонны титанового шлака собственного производства?

а. В 1960 году;

б. В 1961 году;

в. В 1962 году;

г. В 1963 году.
6. Титан поднялся в облака вместе с самолётами, познал земную орбиту с космическими аппаратами. Самое важное условие для металла в составе космической техники – устойчивость в абсолютном вакууме. Только несколько металлов способны выдержать подобные нагрузки. Выберите тот металл, который наименее устойчив к вакуумным нагрузкам:

а. Титан;

б. Вольфрам;

в. Цирконий;

г. Платина.
7. Титан очень трудно восстановить из его соединения, в частности, из оксидов. В качестве восстановителя титана из его тетрахлорида применяют металлы, которые, будучи, с одной стороны, весьма активными, с другой – не загрязняли бы получающийся титан. В соответствии с этим были разработаны и внедрены способы получения металлического титана. Какой способ получения титановой губки в промышленном масштабе применяется в настоящее время?

а. Йодидный;

б. Электролитический;

в. Магниетермический;

г. Натриетермический.

8. При восстановлении тетрахлорида титана магнием металлический титан выпадает в виде дендридов, которые оседают на стенки и дно реактора. Там они спекаются в губчатую массу. В порах губчатой массы остаются неиспользованный металлический магний и хлористый магний. Эту губку подвергают очистке – вакуумной сепарации. Губку нагревают в глубоком вакууме до 900-1020 oС. При этой температуре магний и его хлорид легко...

а. Растворяются;

б. Испаряются;

в. Вымываются;

г. Выпадают в осадок.


9. После завершения процесса вакуум-термической очистки, блоки губчатого титана извлекают из аппарата и направляют на разделку и дробление для получения товарной продукции. Хранение губчатого титана до переплава в слитки осуществляют в герметичной таре – бочках, контейнерах и т.п. На таре указана маркировка – ТГ-90, ТГ-100, ТГ-150 и другие. Значению чего соответствуют цифры 90, 100, 150?

а. Фракции;

б. Грануляции;

в. Номеру партии;

г. Твёрдости губчатого титана.
10. Титановая промышленность, как известно, начала своё развитие в США. В период бурного развития реактивной авиации производство титана возрастало чрезвычайно высокими темпами. Концерн «Дюпон де Немур» впервые объявил о начале промышленного производства титановой губки в сентябре 1948 года. В СССР титановая губка в промышленных условиях впервые была получена на Подольском химико-металлургическом заводе. Назовите год, когда в России была получена титановая губка?

а. 1950;


б. 1952;

в. 1954;


г. 1957.
11. Губчатый титан, очищенный от примесей, является исходным материалом для получения компактного металлического титана в виде слитков, листов, лент, прутков и т.п. Производство титановых слитков на ВСМПО было организовано в 1955 году. Приказом директора завода Г.Д. Агаркова был создан опытно-экспериментальный цех для разработки и освоения технологии выплавки титановых слитков. Назовите вес первого промышленного титанового слитка.

а. 4 кг;


б. 36 кг;

в. 112 кг;

г. 500 кг.
12. Разработано несколько методов плавки титана: вакуумно-дуговая плавка, плавка в печи с гарнисажем, плавка в электрошлаковой печи, плазменно-дуговая плавка, индукционная плавка в охлаждаемом тигле, электронно-лучевая плавка. Что применяют при плавлении титана для формирования слитка?

а. Тигель;

б. Кристаллизатор;

в. Лоток;

г. Металлическая ванна.
13. Наибольшее распространение получила технология производства титановых слитков, включающая следующие основные операции: приготовление шихты, прессование расходуемого электрода, первую вакуумно-дуговую плавку, вторую вакуумно-дуговую плавку. Что служит источником тепла при вакуумно-дуговом переплаве?

а. Газовый разряд;

б. Шаровой разряд;

в. Дуговой разряд;

г. Искровой разряд.
14. После тщательного исследования специалисты компании Boeing предпочли этот сплав, разработанный сотрудниками научно-технического центра Корпорации ВСМПО-АВИСМА, для реализации проекта Boeing-787 DreamLiner. Новый высокопрочный титановый сплав применяется для изготовления всех штампованных поковок самолёта Boeing-787 – внутренний цилиндр, балка тележки, фиксатор подкоса, поворотный шарнир и др. Boeing-787 DreamLiner («Лайнер мечты») – широкофюзеляжный двухмоторный реактивный пассажирский самолёт, разработанный американской компанией Боинг совместно с рядом зарубежных компаний, в том числе и с российскими. Назовите этот сплав:

а. Ti-10V-2Fe-3Al;

б. Ti6Al4V;

в. VST 5553;

г. TA6V.
15. Андрей Николаевич Туполев, основоположник советской школы металлического и тяжёлого самолётостроения, авиаконструктор, с именем которого связано становление российской авиации, говорил: «Если самолёт красивый, то он обязательно полетит!». Когда-то летали на самолётах из дерева, туполевцы сконструировали цельнометаллический самолёт, и он полетел! Этот день вошёл яркой страницей в историю авиации – поднялся в воздух первый в мире сверхзвуковой пассажирский самолёт Ту-144. В целом это был алюминиевый самолёт, но наиболее нагревающиеся части – мотогондолы двигателей, элероны, рули поворота и другие детали были изготовлены из титана. Когда состоялся первый полёт ТУ-144?

а. 31 декабря 1968 года;

б. 29 июля 1963 года;

в. 11 марта 1957 года;

г. 27 декабря 1947 года.
16. Прежде чем приступить к прокатке титановых слитков, их круглому сечению необходимо придать прямоугольную форму. Слитки в нагретом состоянии куют на молотах либо прессуют на вертикальных прессах. Для ковки титана используют молоты с многотонной падающей частью, а для прессования – прессы мощностью в несколько тысяч тонн. Как называются получаемые длинные плоские заготовки, похожие по форме на спичечный коробок?

а. Биллеты;

б. Слябы;

в. Плиты;

г. Прутки.
17. Титановые сплавы имеют различную структуру при комнатной и высоких температурах. Структуру титана при комнатной температуре называют альфа-титаном, при высоких температурах – бета-титаном. Альфа-титан имеет гексагональную решётку с плотной упаковкой, эта структура сохраняется до 882,5 oС, а по достижении указанной температуры она переходит в бета-титан, который имеет...

а. Гранецентрированную кубическую решётку;

б. Объёмноцентрированную кубическую решётку;

в. Базоцентрированную кристаллическую решётку;

г. Примитивную пространственную решётку.
18. Титан куют, как железо, вытягивают в проволоку, прокатывают в листы, трубы, ленту и даже тончайшую фольгу. Горячий или холодный металл в процессе прокатки проходит между двумя вращающимися валками, где он подвергается деформации не одновременно по всей длине, а только на некотором участке, который характеризуется продольным и поперечным сечением. Как называется этот участок?

а. Длина дуги захвата;

б. Длина дуги контакта;

в. Очаг деформации;

г. Зона опережения.

19. Для производства продукции из титана используют различные виды обработки его сплавов давлением. Назовите свойство металла, благодаря которому он под воздействием внешних сил способен деформироваться, не разрушаясь.

а. Пластичность;

б. Упругость;

в. Устойчивость;

г. Твёрдость.


20. Наше время – время стремительного и неудержимого развития науки. Ежегодно в мире проводятся сотни международных конгрессов, симпозиумов, форумов, конференций. Они посвящены целым направлениям в науке, большим проблемам, волнующим мировую общественность. Первый симпозиум по титану состоялся в Лондоне. На нём докладывалось об особенностях эксплуатации изделий из нового металла в условиях моря и суши, на земле и под землёй, на заводах и под открытым небом. Но больше всего говорилось о применении титана в создании самолётов. На симпозиуме было заявлено, что «большие самолёты, как дозвуковые, так и сверхзвуковые, не были бы экономически оправданы или практически возможны, если б не существовал титан». В каком году это было?

а. 1951;


б. 1954;

в. 1968;


г. 1972.
с. 1

скачать файл