Процеси протікаючі при процесі електролізу води.

Електроліз – сукупність процесів які відбуваються при проходженні постійного електричного струму через електрохімічну комірку.

Комірка складається з двох електродів і розплаву чи розчину електроліту.

Основними процесами складу виділення водню на катоді (+) і кисню на аноді (-).

Механізм процесу розрізняється для кислих і лужних розчинів.

Для встановлення процесув необхідна різниця потенціалів: E_теор = 1,23B, а Е_експ= 1,7B.

 

Приклади застосування.

1. Для отримання водню. (енергетично невигідний процес).

2. Для отримання важкої води D₂O.

3. Обезсолення води.

4. Сріблення і міднення води.

1мг – Аg⁺

10мг – Сu²⁺

Електроліз водних розчинів і розплавлених сполук. Електроліз в хімії.

1. Виробництво хлору.

2. Виробництво хлорного вапна (хлорки).

3. Хлоратів калію і натрію КСlO₂ (бертолетова сіль)

4. Хлористий водень (соляна кислота) HCl

5. Чотирьоххлористий вуглець CCl₄ (негорючий розчинник), дихлоретиленгліколь.

6. Електроліз водних розчинів металів для їх отримання (електроекстракції) і очистки (електрорафінування).

 

Електроосмос і електрофорес.

Електроосмос – рух рідини в постійному електричному полі відносно нерухомої перегородки, що несе заряд.

Електрофорез – рух заряджених частинок під дією зовнішнього електричного поля.

Застосування: відділення від рідини колоїдних речовин у виробництві штучних волокон, паперової промисловості, обезводжування і очистка каоліну. Застосовують цей метод для хімічної і фармацевтичної промисловості.

 

Хімотроніка.

Хімотроніка – область застосування електрохімічних реакцій для створення хімічних перетворювачів інформації.

– електрохімічний інтегратор;

– лічильник часу (товстостінний капіляр заповнений розірваним стовпчиком ртуті);

– ел.хім. модулятор світлового потоку.

 

Самостійна робота НЕ 1.4.

1. Отримання водню і кисню шляхом електролізу води.

2. Електролітичне виробництво хлору.

3. Електролітичне виробництво лугів.

4. Отримання важкої води.

[14–С.8-314].

Рекомендована література: [13–С.325-344, 14–С.8-314].

 

 

Питання для поточного самоконтролю та контролю знань по НЕ 1.4:

1. Опишіть процеси, протікаючі при електролізі води.

2. Наведіть приклади застосування електролізу.

3. Наведіть приклади астосування електролізу водних розчинів і розплавлених сполук. Електроліз в хімії.

4. Опишіть процес електроосмосу і електрофорезу.

5. Що таке хемотроніка.

 

 

Тестові завдання до НЕ 1.4.

Тест 1. Електроліз це:

1. сукупність процесів які відбуваються при проходженні постійного електричного струму через електрохімічну комірку.

2. сукупність процесів які відбуваються при проходженні змінного електричного струму через електрохімічну комірку.

3. сукупність процесів які відбуваються при проходженні постійного електричного струму через водний розчин кислоти.

4. сукупність процесів які відбуваються при проходженні постійного електричного струму через водний розчин лугу.

5. сукупність процесів які відбуваються при проходженні постійного електричного струму через водний розчин солі.

 

Тест 2. Електрохімічна комірка складається з:

1. двох і більше електродів і розплаву чи розчину електроліту.

2. кількох електродів і розплаву чи розчину електроліту.

3. двох електродів і розчину електроліту.

4. двох електродів і розплаву електроліту.

5. джерела живлення, двох електродів і розплаву чи розчину електроліту.

 

Тест 3. Які гази виділяються в процесі електролізу на катоді (+)?

1. H₂.

2. O₂.

3. N₂.

4. CO₂.

5. H₂ і O₂.

 

Тест 4. Які гази виділяються в процесі електролізу на аноді (-)?

1. H₂.

2. O₂.

3. N₂.

4. CO₂.

5. H₂ і O₂.

 

Тест 5. Чи механізм процесу електролізу розрізняється для кислих і лужних розчинів.

1. Так.

2. Ні.

 

Тест 6. Якарізниця потенціалів необхідна для встановлення процесу електролізу води?

1. E_теор = 1,23B

2. Е_експ= 1,7B

3. Е_експ= 1,27B

4. Е_експ= 1,73B

5. E_теор = 1,323B

 

Тест 7. Чи можна застосовувати процес електролізу для отримання водню?

1. Так.

2. Ні.

Тест 8. Чи можна застосовувати процес електролізу для отримання важкої води D₂O.

1. Так.

2. Ні.

Тест 9. Чи можна застосовувати процес електролізу для обезсолення води.

1. Так.

2. Ні.

Тест 10. Чи можна застосовувати процес електролізу для сріблення і міднення води.

1. Так.

2. Ні.

Тест 11. Чи можна застосовувати процес електролізу для виробництва хлору.

1. Так.

2. Ні.

Тест 12. Чи можна застосовувати процес електролізу для виробництво хлорного вапна (хлорки).

1. Так.

2. Ні.

Тест 10. Чи можна застосовувати процес електролізу для виробництва хлоратів калію і натрію КСlO₂ (бертолетова сіль)

1. Так.

2. Ні.

Тест 10. Чи можна застосовувати процес електролізу для виробництва хлористого воденю (соляна кислота) HCl

1. Так.

2. Ні.

Тест 10. Чи можна застосовувати процес електролізу для виробництва чотирьоххлористого вуглецю CCl₄ (негорючий розчинник) та дихлоретиленгліколю.

1. Так.

2. Ні.

Тест 10. Чи можна застосовувати процес електролізу водних розчинів для отримання металів (електроекстракції) і їх очистки (електрорафінування).

1. Так.

2. Ні.

 

Тест 11. Електроосмос це:

1. рух рідини в постійному електричному полі відносно нерухомої перегородки, що несе заряд.

2. рух рідини в постійному електричному полі відносно нерухомої перегородки, що не несе заряд.

3. рух рідини в змінному електричному полі відносно нерухомої перегородки, що несе заряд.

4. рух рідини в змінному електричному полі відносно нерухомої перегородки, що не несе заряд.

 

Тест 12. Електрофорез це:

1. рух заряджених частинок під дією зовнішнього електричного поля.

2. рух заряджених частинок під дією внутрішнього електричного поля.

3. коловий рух заряджених частинок під дією зовнішнього електричного поля.

4. поступально-зворотній рух заряджених частинок під дією зовнішнього електричного поля.

 

Тест 12. Хімотроніка це:

1. область застосування електрохімічних реакцій для створення хімічних перетворювачів інформації

2. область застосування електрохімічних реакцій при приходженні електричного струму.

3. область застосування енаправлених реакцій для створення хімічних перетворювачів інформації.

4. область застосування електрохімічних реакцій для створення механічних перетворювачів інформації.

 

 

Навчальний елемент 1.5.

Лекція 5.

Тема 5. "Електрохімічна розмірна обробка металів".

1. Сутність процесу (механізм процесу) загальні закономірності.

2. Розрахункові залежності.

3. Класифікація методів.

4. Особливості (переваги і недоліки) електрохімічної розмірної обробки металів.

Навчальний елемент 1.5.

Лекція 6. (продовження НЕ 1.5)

 

5. Приклади операцій, що виконуються електрохімічною розмірною обробкою.

6. Типові електроліти.

 

Сутність процесу. Загальні закономірності.

На границі металу і електроліту (без проходження електричного струму) утворюється шар іонів. Позитивний шар іонів створюється вузлами кристалічної градки металу. Негативний шар іонів створюється з гідрооксидних груп ОН і кислотних залишків (шари Гельмгольца і Гюі). Цей процес обмежується (лімітується) швидкістю підходу негативно заряджених іонів. І, як наслідок, в стаціонарному режимі утворюється електрохімічна рівновага. Іншими словами процес припиняється.

Якщо систему підключити до джерела постійного струму, то на одному з електродів виникне надлишок електронів, а на другому їх недостача.

Відбуватиметься відведення електронів з поверхні позитивного електроду (анода), усуваються електричні сили, утримуючі іони металу, які починають переходити в розчин. Для заліза можна записати

Fe – 2 e ^– → Fe⁺².

Іон заліза, що утворюється, зв’язується з гидроксид-іоном (OH^–), утворюючи гідрат закису заліза Fe(OH)₂, потім киснем з навколишнього середовища відбувається подальше окислення двовалентного заліза до тривалентного з утворенням гідрата окислу заліза Fe(OH)₃, який не розчиняється у воді і випадає в осад, який називається шламом.

Fe⁺² + 2OH^- → Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2Н₂О → 4Fe(OH)₃↓.

На катоді відбувається виділення водню, що утворився в результаті електролізу води

Н₂О + е ^– → Н_(г) + ОН^–.

Молекули води розряджаються на катоді, утворюючи атоми водню, які у вигляді газу видыляються з розчину

Н + Н → Н₂↑.

Окрім основних реакцій за певних умов на аноді може виділятися газоподібний кисень

2ОН – 2 е ^– → Н₂О + 1/2О₂↑.

Розрахункові залежності.

Закон Ома I =

Густина струму: j =

R = ρ

R = електричний опір

ρ = питома електропровідність

Закон Фарадея: m =kq = k It (1), k = (2)

Вихід по масі: η =

 

5.3. Класифікація методів електрохімічної обробки:

А) Травлення:

1. Анодне (для очистки поверхні, видалення припуску).

2. Катодне (очистка і обезжирювання).

3. Реверсивне.

Б) Обробка поверхні:

1. Безрозмірне шліфування.

2. Глянцування.

3. Полірування (як декоративне, так і технічне).

В) Розмірна обробка:

1. В спокійному електроліті (профілювання, заточування, розмірна обробка),

2. В проточному електроліті (профілювання, різання).

 

5.4. Особливості (Переваги і недоліки розмірної обробки металів).

Переваги:

1. Чистота обробки в межах 7-9кл.

2. Відсутність зношування електрод-інструментів.

3. Простота здійснення процесу.

Недоліки:

1. Необхідність очистки електроліту (центрифугування чи відстоювання у баках).

2. Необхідність видалення водню (1кг заліза ≈ 0,5м³ водню).

3. Відносно велика електроємність процесу.(1000А·год ≈ 1кг знятого металу).

 

Лекція 6.