Використання електролізу у промисловості

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

Рафінування металів. Рафінування металів – це процес очищення їх за допомогою електролізу. Розглянемо процес рафінування міді. Анодами є пластини забрудненої (чорнової) міді товщиною 25...50мм, які електрохімічно розчинюються разом з домішками – активними та неактивними металами. Катодами є листи рафінованої міді товщиною 0,5...0,7 мм. Електроліт складається з розчину мідного купоросу і сульфатної кислоти, температура в електролізері 50...60^оС Умови електролізу підбирають таким чином, щоб на катоді з електроліту осаджувалася тільки мідь, а домішки залишалися у розчині (Fe²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺), або випадали у осад (Ag, Au, Se). Метали, потенціали яких є близькими до потенціалу міді осаджуються разом з нею на катоді (As, Bi, Pb, Sn).

(-) Сu (чорнова) | CuSO₄ | Cu (очищена) (+)

А: Cu⁰ - 2ē ® Cu²⁺

K: Cu²⁺ + 2ē ® Cu⁰

Таким чином добувають мідь досить високого ступеню чистоти (99,0% Cu).

Добування газів, лугів, активних металів О₂ і Н₂ добувають при електролізі води, розчинів лугів і кислот, Сl₂ – при електролізі розплавів і розчинів солей лужних металів. Лужні і лужноземельні метали добувають електролізом розплавів солей (схеми процесів наведені вище).

Добування алюмінію. Алюміній добувають електролізом розп­лав­леної суміші глинозему і кріоліту (Al₂O₃ + Na₃[AlF₆]) при тем­пературі 1000^оС. Кріоліт додають для підвищення електропро­від­ності розплаву і зниження температури плавлення Al₂O₃. Глинозем при цій температурі дисоціює на іони:

Al₂O₃ «Al ³⁺ + AlO

Анодом є товсті графітові стержні, катодом – залізний корпус ванни, футерований графітом. Електродні процеси такі:

А: 4AlO – 12 ē ® 2Al₂O₃ + 3O

K: Al³⁺ + 3e ® Al⁰.

Гальванопластика і гальваностегія. Гальванопластика – процес виготовлення точних копій виробів з металів, пластмас шляхом нанесення електрохімічного покриття, яке легко відокремлюється від основи. Гальванопластика широко застосовується при виготовленні матриць у поліграфії, прес-форм і т.п. Цим методом виробляють фольгу, ювелірні вироби, копії скульптур, гравюр, деталі машин складної конфігурації. Товщина осадженого металу коливається в межах 0,1...10,0 мм

Гальваностегія – процес нанесення металевого покриття на мета­ли шляхом електролізу. В основному ці покриття наносяться з декоративною метою та з метою захисту металів від корозії і будуть розглядатися у відповідному розділі. Основна різниця обох процесів складається у тому, що у гальванопластиці покриття відокремлюють від основи, а у гальваностегії покриття повинно міцно з'єднатися з основою.

Розв'язання типових задач

Гальванічні елементи

Задача 1.

Розрахувати потенціал водневого електрода з концентрацією [Н⁺] = 10^-3 М.

Розв'язання:

1. рН -?

рН = – lg[Н⁺] = – lg10^-3 = 3.

2. j(2Н⁺½Н₂) -?

j 2Н⁺½Н₂= - 0,059 рН = - 0,059 ^. 3 = – 0,0177 В.

Відповідь: потенціал водневого електроду при рН = 3 дорівнює – 0,0177 В.

Задача 2.

Розрахувати потенціал залізного електрода, зануреного у 0,1 М розчин ферум(ІІ) хлориду.

Розв'язання:

Для розрахунку потенціалу в таблиці знаходимо значення стандартного потенціалу (j⁰Fe⁺²½Fe⁰= – 0,44 В) і використовуємо формулу Нернста:

jFe⁺²½Fe⁰ = j⁰Fe⁺²½Fe⁰ + 0,059 / 2 ^. lg C (Fe⁺²) = - 0,44 + 0,059/2 lg10^-1 = -0,44 -0,03 = - 0,47 В.

Відповідь: потенціал залізного електрода дорівнює - 0,47 В.

Задача 3.

Розрахувати потенціал окиснювально - відновного манганового електрода, якщо концентрації перманганат-іона та іона Mn⁺² дорівнюють одиниці, а рН розчину - 3.

Розв¢язання:

1.jМnO₄^-+8H⁺зMn²⁺+4H₂O-?

Використовуємо значення стандартного потенціалу, взятого з таблиць і рівняння Нернста для окиснювально-відновних електродів.

j⁰МnO₄^-+8H⁺зMn²⁺+4H₂O= 1,55 В.

jМnO₄^-+8H⁺зMn²⁺+4H₂ = j⁰МnO₄^-+8H⁺зMn²⁺+4H₂O+ lg =

= 1,55 + lg = 1,55 + lg 10^-24 = 1,55 - 0,28 = 1,27 В.

Відповідь: потенціал манганового електрода у розчині з рН 3 дорівнює 1,27 В.

Задача 4.

Розрахувати гальванічний елемент, складений з цинкової пластини, зануреної у розчин цинк сульфату з концентрацією 10^-3 моль/л та залізної пластини, зануреної у розчин ферум хлориду з концентрацією 10^-1 моль/л.

Розв'язання:

1. jZn²⁺|Zn, jFe²⁺|Fe-?

В таблиці стандартних потенціалів знайдемо значення стандартних електродних потенціалів систем Zn²⁺|Zn⁰ та Fe²⁺|Fe⁰ і розрахуємо потенціали окремих електродів за рівнянням Нернста.

j⁰Zn²⁺|Zn⁰== - 0,76 B, j⁰Fe²⁺|Fe⁰= - 0,44 B.

jZn²⁺|Zn⁰ = j⁰Zn²⁺|Zn⁰ + (0,059 / 2) lg С (Zn²⁺) = - 0,76 + (0,059 / 2) lg 10^-3 =

= - 0,76 + (- 0,09) = - 0,85 В.

jFe²⁺|Fe⁰= j⁰Fe²⁺|Fe⁰+ (0,059 / 2) lg С (Fe²⁺) = - 0,44 + (0,059 / 2) lg 0,1 =

= - 0,44 + 0,03 (-1) = - 0,47 В.

2.Визначення катода і анода.

- 0,85 В - 0,47 В

А К

Цинковий електрод буде анодом, оскільки має більш від¢ємний потенціал, залізний електрод буде катодом (більша алгебраїчна величина потенціалу).

3. Схема гальванічного елемента і напрямок електричного струму.

(-) Zn |Zn(NO₃)₂ (10^-3 М) || Fe(NO₃)₂ (0,1 М)| Fe (+).

4. Електродні процеси.

А: Zn⁰ - 2е ® Zn²⁺;

на цинковому електроді відбувається процес окиснення цинка.

К: Fe²⁺ + 2e = Fe⁰;

на залізному електроді відбувається відновлення заліза.

5. ЕРС -?

Е = jFe²⁺|Fe⁰ - jZn²⁺|Zn⁰ = - 0,47 – (-0,85) = 0,38 В.

6. D G ⁰ -?

D G ⁰ = – А_mах – nEF = – 2 0,38 96500 = – 73340 Дж/моль

Відповідь: ЕРС елемента дорівнює 0,38 В, D G ⁰ = – 73340 Дж/моль.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности