Використання електролізу у промисловості 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Використання електролізу у промисловості



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...60оС 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 1000оС. 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+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 = – АmахnEF = – 2 0,38 96500 = – 73340 Дж/моль

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



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-06; просмотров: 238; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.222.196.236 (0.008 с.)