При преминаване електрически токчрез метали (проводници от 1-ви вид), химични реакции не протичат и металите остават непроменени. Ако електрически ток преминава през стопилка или електролитен разтвор (проводници от 2-ри вид), на границата на електролит-метален проводник (електрод) протичат различни химични реакции (електролиза) и се образуват нови съединения.

Електролизата е набор от процеси, които възникват, когато електрически ток преминава през електрохимична система, състояща се от два електрода и стопилка или електролитен разтвор.

По време на електролиза катионите се придвижват към отрицателния електрод (катод), а анионите се придвижват към положителния електрод (анод). В този случай обаче катионите и анионите на електролита не винаги се разреждат, приемат или отдават електрони. Често разтворител-електролит, като вода, участва в реакциите на електролиза.

Основната разлика между реакциите в галваничния елемент и електролизера се състои само в тяхната посока и спонтанност. В затворена верига на галванична клетка електрохимичната реакция протича спонтанно, а в електролизера - само под въздействието на електрически ток от външен източник.

Обърнете внимание на името на електродите: в галваничния елемент отрицателният електрод е анодът, а положителният електрод е катодът; в клетката, напротив, отрицателният електрод е катодът, а положителният е анодът.

Трябва да се помни, че термините "отрицателни" и "положителни" винаги се отнасят до полюсите на източника на ток, така те обозначават електродите на клетката. Общото при тези процеси е, че както в галваничния елемент, така и в електролизера на отрицателния електрод се създава излишък от електрони, а на положителния се създава техен дефицит. На катода йони или молекули се редуцират под действието на електрони; на анода частиците се окисляват, отдавайки своите електрони на електрода.

В клетката катионите (M н+) се придвижват към катода (-) и аниони (A н–) - към анода (+).

Напрежение на разлаганеелектролит по време на електролиза се нарича минималното напрежение (външно ЕМП), което трябва да се приложи към електродите. Например, за разтвор на цинков хлорид при стандартни условия:

Zn 2+ + 2 ē = Zn φ° = - 0,76 B,

Cl2 + 2 ē \u003d 2Cl - φ ° \u003d + 1,36 V,

и напрежението на разлагане е равно (по абсолютна стойност) на сумата от стандартните електродни потенциали на двата електрода: 0,76 + 1,36 = 2,12 V, т.е. напрежението на разлагане не може да бъде по-ниско от ЕМП на съответния галваничен елемент.

Напрежение на разлаганесе състои от потенциалите на два електрода - потенциалите на разряда на йони.

Вакуумен потенциалкатион понякога се нарича потенциал за отлаганеметал. Това е минималният потенциал, който трябва да бъде приложен към електрода, за да може катионът да загуби заряд и да се получи отлагане на метал. За някои йони (Cu 2+, Ag +, Cd 2+) потенциалът на отлагане е близък до потенциала на електрода, докато за други йони (Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) потенциалите на отлагане значително надвишават потенциалите на електрода на метали - за електролиза е необходимо определено пренапрежение.

Разграничете електролиза на разтвории електролиза на стопилка. Електролизата на разтворите се разделя на електролиза с инертни електродии електролиза с разтворим анод. Металните (Pt, Au) и неметалните (графит) електроди могат да бъдат инертни. Като разтворими аноди се използват аноди от Cr, Ni, Cd, Zn, Ag, Cu и др.

Някои метали практически не се разтварят поради висока анодна поляризация, като Ni и Fe в алкален разтвор, Pb в H 2 SO 4 .

Електролиза на разтвори с инертни електроди.По време на електролизата на водни разтвори на електролити вместо метал на катода се отделя не метал, а водород. В кисела среда водородът се образува чрез реакцията:

2H++2 ē =H2.

В неутрална и алкална среда водородът се образува чрез реакция, включваща водни молекули:

2H2O+2 ē = Н 2 + ОН -.

Катиони като Na + или K + изобщо не се отделят във воден разтвор, но се освобождава водород.

Катионите могат да бъдат групирани според способността им да се разреждат, вариращи от неразреждащи се до лесно разреждащи се. В същото време се променят и продуктите на електролизата. За някои катиони е възможно едновременното образуване на метал и водород.

По-долу са катионите в ред на намаляване на трудността на тяхното освобождаване и продуктите на електролизата:

Катиони Продукти от електролиза

Li + , K + , Na + , Mg 2+ , Al 3+ , H + (пренасочване) H 2

Mn 2+ , Zn 2+ , Cr 3 + , Fe 2 + , H + (pH 7) M + H 2

Co 2+, Ni 2+, Sr 2+, Pb 2+, H + (pH 0) M + H 2

Cu 2+ , Ag + , Au 3 + M

Различното положение на водорода в тази серия се обяснява със следните причини. Положението на водорода между оловото и медта съответства на числените стойности на стандартните електродни потенциали при ОТМ n+ = ОТ H + = 1 mol/l, т.е. при pH=0. Положението на водорода между желязото и кобалта съответства на електродния потенциал на водорода във вода при pH=7 (φº H 2 / H + = –0,414 V). При тези условия всички метали могат да се утаят от разтвори, стойността на φ ° които са по-големи от –0,414 V. На практика обаче освен кобалт, никел, калай и олово е възможно от водни разтвори да се утаят и цинк, хром и желязо. Това се дължи на факта, че утаяването на катода водороден газзатруднено от пренапрежение на водорода.

Така в поредицата от катиони от Li + до A1 3+ метал не се образува, а водородът се отделя по време на електролиза поради редукция на вода. В поредицата от катиони от Mn 2+ до Pb 2+ по време на електролиза металът и водородът се образуват едновременно и накрая в серия Cu 2+ - Au 3+ образува се само метал.

Следователно, колкото по-вляво (по-близо до началото) е даден метал в поредица от стандартни електродни потенциали (поредица от напрежения), толкова по-трудно е да се изолира този метал чрез електролиза на воден разтвор.

Ако се приложи постепенно нарастващо напрежение към разтвор, съдържащ няколко катиона, тогава електролизата започва, когато се достигне потенциалът на отлагане на катиона с най-висок електроден потенциал (най-положителен). По време на електролиза на разтвор, съдържащ цинкови йони (φ °= -0,76 V) и мед (φ ° = +0,34 V), медта първо се освобождава на катода и едва след като почти всички Cu 2+ йони се изхвърлят, ще започне да се освобождава цинк. По този начин, ако разтворът едновременно съдържа различни катиони, тогава по време на електролиза те могат да бъдат изолирани последователно в съответствие със стойностите на техните електродни потенциали. В този случай се приема, че пренапрежението на освобождаването на метала за тях е приблизително същото (и малко).

Относно анионни разрядни потенциали, тогава тук картината е много по-сложна поради способността на водата да участва в процеса на електролиза. Най-общо можем да кажем, че аниони с най-нисък потенциал (най-малко положителен) се разреждат първо на анода. Ако разтворът съдържа йони Cl - (φº = 1,36 V), Br - (φº = 1,09 V) и I - (φº = 0,54 V), тогава първо ще се образува йод, след това бром и накрая хлор. Флуоридните йони във воден разтвор изобщо не могат да се отделят (φ ° = 2,87 V).

Повечето кислородсъдържащи аниони (с изключение на ацетатния йон) не се разреждат във воден разтвор, вместо в кисели и неутрални разтвориводата се разлага:

2H 2 O - 4 ē \u003d O 2 + 4H +,

и в алкални разтвори - отделянето на хидроксидни йони:

2OH - - 2 ē \u003d 1/2 O 2 + H 2 O.

Според способността им да се разреждат по време на електролиза на водни разтвори, анионите са подредени в следващия ред от аниони на кислородсъдържащи киселини, като SO 4 2–, NO 3, които не се разреждат във воден разтвор, за да лесно изписани:

Анионни продукти за електролиза

SO 4 2–, NO 3 - и т.н., OH - O 2

Cl -, Br -, I - Cl 2 (ClO -, ClO 3 -), Br 2, I 2 (+ O 2)

S 2– S, SO 2 (+ O 2)

По този начин е възможно да се формулират следните основни правила за електролиза на водни разтвори на електролити с неразтворими електроди:

1. От анионите на електролитите, аниони на безкислородни киселини (Cl -, Br -, S 2- и др.) Първо се изхвърлят в анода.

2. Анионите на кислородсъдържащи киселини (SO 4 2–, NO 3 –, CO 3 2– и др.) Не се отделят в присъствието на вода, вместо тях водата се окислява според реакцията:

2H2O-4 ē \u003d O 2 + 4H +.

3. активни металиразположени в поредица от напрежения до Al (включително) на катода не се възстановяват, вместо това се възстановява водата:

2H2O+2 ē \u003d H 2 + 2OH -.

4. Металите, разположени в поредицата от напрежения след алуминия, но преди водорода, се редуцират на катода заедно с водните молекули:

K: 1) Zn 2+ + 2 ē = Zn

2) 2H 2 O + 2 ē \u003d H 2 + 2OH -.

5. Металите с положителна стойност на потенциала на електрода се редуцират на катода на първо място:

Cu 2+ + 2 ē = Cu

Например по време на електролизата на сярна киселина (графитни електроди) протичат следните процеси:

на катода 2H + + 2 ē = H 2

на анода 2H 2 O - 4 ē \u003d O 2 + H +.

Обобщено уравнение:

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2,

тези. по време на електролизата на разтвор на сярна киселина се отделят водород и кислород поради разлагането на водните молекули. Продукти от електролиза: водород и кислород.

Електролиза на разтвор на меден сулфат:

на катода Cu 2 + + 2 ē = Cu,

на анода 2H 2 O - 4 ē \u003d O 2 + 4H +

Обобщено уравнение:

2Cu 2+ + 2H 2 O \u003d 2Cu + O 2 + 4H +

2CuSO 4 + 2H 2 O \u003d 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4.

Продукти от електролизата: мед, кислород, сярна киселина.

Възможността за анионен разряд зависи от неговата концентрация. Така продуктите на електролизата на концентрирани и разредени разтвори на NaCl са съответно хлор и кислород.

Електролизата на разреден разтвор на натриев хлорид протича без отделяне на Cl - йони (и съответно Na + йони), т.е. водата се разлага. Тъй като концентрацията на сол в анода се увеличава, хлорът се освобождава заедно с кислорода и хлорът се образува в концентрирани разтвори (с примес на кислород):

на катода 2H2O+2 ē \u003d H 2 + 2OH -

на анода 2Cl - - 2 ē = Cl2 .

Обобщено уравнение:

2Cl - + 2H 2 O \u003d H 2 + Cl 2 + 2OH -

2NaCl + 2H 2 O \u003d H 2 + Cl 2 + 2NaOH.

Продукти от електролиза: водород, хлор и натриев хидроксид.

В случай на освобождаване на хлор по време на електролиза на хлоридни разтвори, основният процес на образуване на хлор се наслагва от реакциите на взаимодействие на хлор с вода (хидролиза) и последващи трансформации на получените вещества. Хидролизата на хлор протича с образуването на слаба хипохлориста киселина и хлоридни йони (солна киселина):

Cl 2 + H 2 O \u003d H + + Cl - + HC1O.

Хипохлорната киселина с основа, образувана по време на електролиза (по-точно Na + + OH -), дава натриев хипохлорит NaClO като продукт. В алкална среда общото уравнение на реакцията има формата:

Cl 2 + 2NaOH \u003d NaCl + NaClO + H 2 O.

При повишени температури (кипяща вода) хидролизата на хлора протича с образуването на хлоратния йон. Възможни уравнения на реакцията:

3Cl 2 + 3H 2 O \u003d ClO 3 - + 5 Cl - + 6H +,

3HClO \u003d ClO 3 - + 2Cl - + 3H +,

3СlО - = СlO 3 - + 2Сl -.

В алкална среда общото уравнение има формата

3Cl 2 + 6NaOH \u003d NaClO 3 + 5NaCl + 3H 2 O.

Електролиза на диафрагмата.По време на електролизата на разреден разтвор на натриев хлорид Na + йони се придвижват към катода, но се отделя водород:

2H 2 O+2 ē \u003d H 2 + OH -

и разтворът на натриев хидроксид се концентрира.

Хлоридните йони се придвижват към анода, но поради ниската им концентрация основно се образува не хлор, а кислород:

2H2O-4 ē \u003d O 2 + 4H +

и разтворът се концентрира на солна киселина.

Ако електролизата се извършва в чаша или друг подобен съд, алкалните и киселинните разтвори се смесват и електролизата се редуцира до образуването на водород и кислород поради разлагането на водата. Ако, от друга страна, анодното и катодното пространство са разделени от преграда (диафрагма), която позволява преминаването на йони, носещи ток, но предотвратява смесването на близките до електродите разтвори, тогава могат да се получат киселинни и алкални разтвори като продукти на електролиза .

По време на електролизата на разтвор на натриев хлорид на катода се образуват хидроксидни йони съгласно реакцията:

2H2O+2 ē \u003d H 2 + 2OH -

те веднага започват да участват в преноса на електричество и заедно с йони С1 се придвижват към анода, където и двата йона се разреждат и се образува смес от кислород и хлор. Следователно производството на хлор пада. Ако анодът е направен от въглища (графит), тогава той се окислява от кислород и се образуват въглеродни оксиди CO и CO 2, замърсяващи хлора. Освен това хлорът, образуван на анода, взаимодейства с хидроксидни йони:

C1 2 + OH - \u003d H + + Cl - + OSl -.

Образуването на хипохлоритни йони също е нежелан процес (ако целта не е получаването на разтвор на натриев хипохлорит). Всички тези нежелани последствия могат да бъдат избегнати чрез използване на диафрагма, разделяща катодното и анодното пространство и задържаща OH - йони, но пропускаща Cl - йони. И накрая, диафрагмата предотвратява дифузията на газовете и прави възможно получаването на по-чист водород.

Ако разтворът съдържа няколко аниона, е по-трудно да се предскаже последователността на тяхното освобождаване в анода, отколкото при катионите, но най-общо казано се спазва правилото, че анионът с най-ниска потенциална стойност (или най-високата отрицателна стойност на електроден потенциал на реакцията, протичаща на анода).

Електролиза на разтвори с разтворим анод.Електролизата с разтворим анод е възможна, когато металът отдава електрони по-лесно от Cl -, OH - йони или водни молекули. Например, върху меден анод в разтвор на меден хлорид или меден сулфат не се отделя хлор или кислород, но има преход към разтвор на Cu 2+ йони. В същото време същите йони се разреждат на катода и се отлага метална мед. По този начин електролизата с разтворим анод се свежда до прехвърляне на мед от анода към катода.

Реакцията на анода в повечето случаи се усложнява от множество странични и често нежелани процеси. Например, получените йони могат да образуват оксиди, хидроксиди и техните филми:

M 2+ + 2OH - \u003d MO + H 2 O.

Отделянето на кислород също е възможно на анода:

2H2O-4 ē \u003d O 2 + 4H +,

които могат да участват в голямо разнообразие от реакции на електролитната система.

При образуването на газообразни продукти, особено кислород, в повечето случаи потенциалите на разлагане не съвпадат с потенциалите на електродите поради високи стойности на пренапрежение . Свръхнапрежението е разликата между реалното напрежение на разлагане и теоретично изчисленото от електродните потенциали на ЕМП на съответната реакция. Характерът на освободеното вещество (за хлор, бром и йод пренапрежението е много незначително) и материалът на електрода оказват особено силно влияние върху големината на пренапрежението. По-долу са данните за пренапрежението по време на отделянето на водород и кислород при различни катоди и аноди.

Свръхнапрежение на електрода, V

Водород Кислород

Pt почерняла 0,00 0,2–0,3

Pt ярък 0,1 0,4–0,5

Fe 0,1–0,2 0,2–0,3

Ni 0,1–0,2 0,1–0,3

Сu 0,2 0,2–0,3

Pb 0,4–0,6 0,2–0,3

Пренапрежението също зависи от формата на електродите, състоянието на тяхната повърхност, плътността на тока, температурата на разтвора, интензивността на смесване на разтвора и други фактори.

Пренапрежението на водорода върху желязото е ~ 0,1 V, а кислорода върху същия материал е ~ 0,3 V. Следователно свръхнапрежението по време на електролиза върху железни електроди ще бъде 0,1 + 0,3 = 0,4 V. Сумата от тази стойност и теоретично изчислената ще бъде минималната стойност на разрядното напрежение на съответния електролит.

Отношението към пренапрежението е амбивалентно. От една страна, пренапрежението води до повишена консумация на енергия, от друга страна, поради пренапрежение, много метали могат да се отлагат от водни разтвори, които според стойностите на техните стандартни електродни потенциали не трябва да се отлагат. Това са Fe, Pb, Sn, Ni, Co, Zn , кр. Поради пренапрежението, както и ефекта от концентрацията на разтвора върху потенциала на електрода, е възможно електролитно хромиране и никелиране на железни продукти и дори натрий може да се получи от воден разтвор върху живачен електрод .

Разреждането във воден разтвор на Cl - йони, а не OH - в разтвори с висока концентрация на електролит също се обяснява с пренапрежение на кислорода. Това пренапрежение обаче не е достатъчно за разреждането на F йони и освобождаването на свободен флуор.

Величината на пренапрежението се влияе от много други кинетични фактори - скоростта на пренасяне на частиците към електродите и отстраняването на продуктите от електролизата, скоростта на процеса на разрушаване на хидратни и други обвивки на разредените йони, скоростта на свързване на атомите в двуатомни газови молекули и др.

Решаване на химически проблеми
познават закона на Фарадей
гимназия

Авторска разработка

Сред голямото разнообразие от различни химични проблеми, както показва практиката на преподаване в училище, най-големи трудности създават задачи, за решаването на които, освен солидни химически познания, се изисква добро владеене на материала на курсът по физика. И въпреки че далеч не всяко средно училище обръща внимание на решаването на поне най-простите задачи, използвайки знанията от два курса - химия и физика, проблеми от този тип понякога се срещат в входни изпитив университети, където химията е основна дисциплина. И следователно, без да анализира проблеми от този тип в класната стая, учителят може неволно да лиши своя ученик от шанса да влезе в университет по химическа специалност.
Тази авторска разработка съдържа над двадесет задачи, по един или друг начин свързани с темата "Електролиза". За решаване на задачи от този тип е необходимо не само да имате добри познания по темата "Електролиза" от училищния курс по химия, но и да знаете закона на Фарадей, който се изучава в училищния курс по физика.
Може би тази селекция от задачи няма да представлява интерес за абсолютно всички ученици в класа или е достъпна за всички. Въпреки това задачите от този тип се препоръчват да се анализират с група заинтересовани ученици в кръг или факултативен клас. Със сигурност може да се отбележи, че задачите от този тип са сложни и най-малкото нетипични за училищен курс по химия (говорим за среден общообразователно училище), поради което задачите от този тип могат спокойно да се включват във вариантите на училището или областта химическа олимпиадаза 10 или 11 клас.
Наличност подробно решениеза всяка задача прави разработката ценен инструмент, особено за начинаещи учители. След като анализира няколко задачи с ученици в незадължителен урок или кръгов урок, творчески работещият учител със сигурност ще постави няколко задачи от същия тип у дома и ще използва това развитие в процеса на проверка на домашните, което значително ще спести ценно време на учителя.

Теоретична информация по проблема

химична реакция, протичащ под действието на електрически ток върху електроди, поставени в разтвор или стопилка на електролит, се нарича електролиза. Помислете за пример.

В чаша при температура около 700 ° C има стопилка от натриев хлорид NaCl, електродите са потопени в нея. Преди преминаване на електрически ток през стопилката, Na + и Cl - йони се движат произволно, но когато се приложи електрически ток, движението на тези частици става подредено: Na + йони се втурват към отрицателно заредения електрод, а Cl - йони - към положително заредения електрод.

И тойЗареден атом или група от атоми, които имат заряд.

Катионе положително зареден йон.

Анионе отрицателно зареден йон.

Катод- към него се движи отрицателно зареден електрод (положително заредени йони - катиони).

Анод- към него се движи положително зареден електрод (отрицателно заредени йони - аниони).

Електролиза на стопилка от натриев хлорид върху платинени електроди

Обща реакция:

Електролиза на воден разтвор на натриев хлорид върху въглеродни електроди

Обща реакция:

или в молекулярна форма:

Електролиза на воден разтвор на меден (II) хлорид върху въглеродни електроди

Обща реакция:

В електрохимичната серия на активност на металите медта се намира вдясно от водорода, следователно медта ще се редуцира на катода, а хлорът ще се окисли на анода.

Електролиза на воден разтвор на натриев сулфат върху платинени електроди

Обща реакция:

По същия начин се извършва електролиза на воден разтвор на калиев нитрат (платинени електроди).

Електролиза на воден разтвор на цинков сулфат върху графитни електроди

Обща реакция:

Електролиза на воден разтвор на железен (III) нитрат върху платинени електроди

Обща реакция:

Електролиза на воден разтвор на сребърен нитрат върху платинени електроди

Обща реакция:

Електролиза на воден разтвор на алуминиев сулфат върху платинени електроди

Обща реакция:

Електролиза на воден разтвор на меден сулфат върху медни електроди - електрохимично рафиниране

Концентрацията на CuSO 4 в разтвора остава постоянна, процесът се свежда до прехвърляне на анодния материал към катода. Това е същността на процеса на електрохимично рафиниране (получаване на чист метал).

Когато съставяте схеми за електролиза на определена сол, трябва да се помни, че:

– метални катиони с по-висок стандартен електроден потенциал (SEP) от този на водорода (от мед до злато включително) се редуцират почти напълно на катода по време на електролиза;

– метални катиони с малки стойности на SEP (от литий до алуминий включително) не се редуцират на катода, а вместо това водните молекули се редуцират до водород;

– метални катиони, в които стойностите на SEC са по-малки от тези на водорода, но по-големи от тези на алуминия (от алуминий до водород), се редуцират едновременно с вода по време на електролиза на катода;

- ако водният разтвор съдържа смес от катиони на различни метали, например Ag +, Cu 2+, Fe 2+, тогава среброто ще бъде първо редуцирано в тази смес, след това медта и последното желязо;

- върху неразтворим анод по време на електролиза, аниони или водни молекули се окисляват, а анионите S 2–, I –, Br – , Cl – лесно се окисляват;

– ако разтворът съдържа аниони на кислородсъдържащи киселини , , , , тогава водните молекули се окисляват до кислород на анода;

- ако анодът е разтворим, тогава по време на електролиза той самият претърпява окисление, т.е. изпраща електрони към външната верига: когато електроните се освободят, балансът между електрода и разтвора се измества и анодът се разтваря.

Ако от цялата поредица от електродни процеси отделим само тези, които отговарят на общото уравнение

М z+ + зе=М,

тогава получаваме обхват на метално напрежение. Водородът също винаги се поставя в този ред, което позволява да се види кои метали могат да изместят водорода от водни разтвори на киселини и кои не (таблица).

Таблица

Гама метали под напрежение

Уравнението електрод процес	Стандартен електрод потенциал при 25 °С, V	Уравнението електрод процес	Стандартен електрод потенциал при 25 °C, V
Li + + 1 д= Li0	–3,045	Co2+ + 2 д= Co0	–0,277
Rb + + 1 д= Rb0	–2,925	Ni 2+ + 2 д= Ni0	–0,250
К++1 д= K0	–2,925	Sn 2+ + 2 д= Sn0	–0,136
Cs + + 1 д= Cs 0	–2,923	Pb 2+ + 2 д= Pb 0	–0,126
Ca 2+ + 2 д= Ca0	–2,866	Fe 3+ + 3 д= Fe0	–0,036
Na + + 1 д= Na 0	–2,714	2H++2 д=H2	0
Mg 2+ + 2 д=Mg0	–2,363	Bi 3+ + 3 д= Bi0	0,215
Ал 3+ + 3 д=Al0	–1,662	Cu 2+ + 2 д= Cu 0	0,337
Ti 2+ + 2 д= Ti0	–1,628	Cu + +1 д= Cu 0	0,521
Mn 2+ + 2 д=Mn0	–1,180	Hg 2 2+ + 2 д= 2Hg0	0,788
Cr 2+ + 2 д=Cr0	–0,913	Ag + + 1 д= Ag0	0,799
Zn 2+ + 2 д= Zn0	–0,763	Hg 2+ + 2 д= Hg0	0,854
Cr 3+ + 3 д=Cr0	–0,744	Т. 2+ + 2 д= Pt0	1,2
Fe 2+ + 2 д= Fe0	–0,440	Au 3+ + 3 д= Au 0	1,498
CD 2+ + 2 д= CD 0	–0,403	Au++1 д= Au 0	1,691

В по-проста форма серия от метални напрежения може да бъде представена, както следва:

За решаването на повечето проблеми с електролизата е необходимо познаване на закона на Фарадей, чиято формула е дадена по-долу:

м = М аз T/(z Е),

където ме масата на веществото, освободено върху електрода, Е- число на Фарадей, равно на 96 485 A s / mol, или 26,8 A h / mol, М – моларна масаелемент, който се редуцира в процеса на електролиза, T– времето на процеса на електролиза (в секунди), аз- сила на тока (в ампери), zе броят на електроните, участващи в процеса.

Условия на задачата

1. Каква маса никел ще се отдели при електролиза на разтвор на никелов нитрат за 1 час при ток 20 А?

2. При каква сила на тока е необходимо да се извърши процесът на електролиза на разтвор на сребърен нитрат, за да се получат 0,005 kg чист метал в рамките на 10 часа?

3. Каква маса мед ще се отдели по време на електролиза на стопилка от меден (II) хлорид за 2 часа при ток 50 A?

4. Колко време отнема електролизата на воден разтвор на цинков сулфат при ток 120 A, за да се получат 3,5 g цинк?

5. Каква маса желязо ще се отдели по време на електролизата на разтвор на железен (III) сулфат при ток 200 A за 2 часа?

6. При каква сила на тока е необходимо да се извърши процесът на електролиза на разтвор на меден (II) нитрат, за да се получат 200 g чист метал в рамките на 15 часа?

7. През колко време е необходимо да се извърши процесът на електролиза на стопилка от железен (II) хлорид при ток 30 A, за да се получат 20 g чисто желязо?

8. При каква сила на тока е необходимо да се извърши процесът на електролиза на разтвор на живачен (II) нитрат, за да се получат 0,5 kg чист метал в рамките на 1,5 часа?

9. При каква сила на тока е необходимо да се извърши процесът на електролиза на стопилка от натриев хлорид, за да се получат 100 g чист метал в рамките на 1,5 часа?

10. Стопилката от калиев хлорид се подлага на електролиза в продължение на 2 часа при ток 5 А. Полученият метал реагира с вода с тегло 2 kg. Каква концентрация на алкален разтвор се получава в този случай?

11. Колко грама 30% разтвор на солна киселина ще са необходими за пълно взаимодействие с желязо, получено чрез електролиза на разтвор на железен (III) сулфат за 0,5 часа при сила на тока
10 А?

12. В процеса на електролиза на стопилка от алуминиев хлорид, проведена в продължение на 245 минути при ток 15 А, се получава чист алуминий. Колко грама желязо могат да бъдат получени чрез алуминотермичен метод, когато дадена маса алуминий взаимодейства с железен (III) оксид?

13. Колко милилитра 12% разтвор на KOH с плътност 1,111 g / ml ще са необходими за реакция с алуминий (с образуването на калиев тетрахидроксиалуминат), получен чрез електролиза на разтвор на алуминиев сулфат за 300 минути при ток 25 A ?

14. Колко милилитра 20% разтвор на сярна киселина с плътност 1,139 g / ml ще са необходими за взаимодействие с цинк, получен чрез електролиза на разтвор на цинков сулфат за 100 минути при ток 55 A?

15. Какъв обем азотен оксид (IV) (n.o.) ще се получи чрез взаимодействие на излишък от горещ концентрат азотна киселинас хром, получен чрез електролиза на разтвор на хром(III) сулфат за 100 минути при ток 75 A?

16. Какъв обем азотен оксид (II) (n.o.) ще се получи, когато излишък от разтвор на азотна киселина реагира с мед, получена чрез електролиза на стопилка от меден (II) хлорид в продължение на 50 минути при сила на тока 10,5 A?

17. През колко време е необходимо да се извърши електролиза на стопилка от железен (II) хлорид при ток от 30 A, за да се получи желязото, необходимо за пълно взаимодействие със 100 g 30% разтвор на солна киселина?

18. Колко време е необходимо за електролиза на разтвор на никелов нитрат при ток 15 A, за да се получи никелът, необходим за пълно взаимодействие с 200 g 35% разтвор на сярна киселина при нагряване?

19. Стопилката от натриев хлорид се електролизира при ток 20 А в продължение на 30 минути, а стопилката от калиев хлорид се електролизира в продължение на 80 минути при ток 18 А. Двата метала се разтварят в 1 kg вода. Намерете концентрацията на алкали в получения разтвор.

20. Магнезий, получен чрез електролиза на стопилка от магнезиев хлорид за 200 минути при сила на тока
10 A, разтворен в 1,5 l 25% разтвор на сярна киселина с плътност 1,178 g / ml. Намерете концентрацията на магнезиев сулфат в получения разтвор.

21. Цинк, получен чрез електролиза на разтвор на цинков сулфат за 100 минути при сила на тока

17 A, се разтваря в 1 l 10% разтвор на сярна киселина с плътност 1,066 g/ml. Намерете концентрацията на цинков сулфат в получения разтвор.

22. Желязото, получено чрез електролиза на стопилка от железен (III) хлорид в продължение на 70 минути при ток от 11 A, се смила на прах и се потапя в 300 g 18% разтвор на меден (II) сулфат. Намерете масата на утаената мед.

23. Магнезий, получен чрез електролиза на стопилка от магнезиев хлорид за 90 минути при сила на тока
17 А, бяха потопени в излишък от солна киселина. Намерете обема и количеството отделен водород (n.o.s.).

24. Разтвор на алуминиев сулфат се подлага на електролиза в продължение на 1 час при ток 20 A. Колко грама 15% разтвор на солна киселина ще са необходими за пълно взаимодействие с получения алуминий?

25. Колко литра кислород и въздух (N.O.) ще са необходими за пълното изгаряне на магнезий, получен чрез електролиза на стопилка от магнезиев хлорид за 35 минути при ток 22 A?

Вижте следните числа за отговори и решения

Търговските степени на търговско чисто желязо (тип Armco), получено чрез пирометалургичен метод, имат чистота от 99,75-99,85%. По-нататъшното отстраняване на предимно неметални примеси (C, O, S, P, N), съдържащи се в това желязо, е възможно чрез специално претопяване във висок вакуум или отгряване в атмосфера на сух водород. Въпреки това, дори след такава обработка, съдържанието на примеси достига 2000-1500 части на милион части желязо, а основните примеси са C, P, S, Mn и O.
гладете повече висока степенчистота се получава чрез електролитни и химични методи, но изисква и допълнително комплексно пречистване.
Чрез електролитни методи желязото се получава съответно от умерено концентрирани или концентрирани разтвори на железен хлорид или сулфат при ниски плътности на тока и стайни температури или високи плътностии температури от порядъка на 100°.
Съгласно един от методите желязото се утаява от разтвор със следния състав, g/l: 45-60 Fe2+ (под формата на FeCl2), 5-10 BaCl2 и 15 NaHCOs. Като аноди са използвани плочи от армко желязо или уралско покривно желязо, а като катоди е използван чист алуминий. Електролизата се провежда при стайна температура и плътност на тока 0,1 A/dm2. Получава се утайка с едра кристална структура, съдържаща около 0,01% С, следи от фосфор и несъдържаща сяра.
Чистотата на електролитното желязо зависи от чистотата на електролита и чистотата на метала на анодите. По време на утаяването могат да бъдат отстранени примеси, по-благородни от желязото, като калай, цинк, мед. Той се поддава на отстраняване на никел, кобалт, манган. Общото съдържание на примеси в електролитното желязо е приблизително същото като в търговско чистото желязо. Обикновено съдържа значително количество кислород (до 0,1-0,2%), както и сяра (0,015-0,05%), ако утаяването е извършено от сулфатни бани.
Отстраняването на кислород от електролитно желязо се извършва чрез редукционни процеси: обработка на течен или твърд метал с водород или дезоксидация на стопилката с въглерод във вакуум. Отгряването в поток от сух водород при 900-1400°C намалява съдържанието на кислород до 0,003%.
За получаване на желязо с висока чистота в полупромишлен мащаб се използва метод за редукция на водород във вакуумна топилна инсталация. Електролитното желязо първо се подлага на десулфуриране с манганова добавка в тигел от вар и флуоров шпат в атмосфера на въглероден оксид (съдържанието на сяра намалява от 0,01 до 0,004%), след което стопилката се редуцира с водород чрез продухване или продухване в тигел от алуминий оксид. В този случай беше възможно да се намали съдържанието на кислород до 0,004-0,001%. Десулфурирането на метали може да се извърши и във висок вакуум, като се използват добавки към стопилката на такива метали (калай, антимон, бисмут), които образуват летливи сулфиди. Чрез дезоксидиране на стопилката с въглерод във високовакуумни пещи е възможно да се получи желязо със съдържание на кислород и въглерод до 0,002% всеки.
Получаването на желязо с по-ниско съдържание на кислород чрез дезоксидиране във висок вакуум се затруднява от взаимодействието на метала с материала на тигела, което се придружава от прехода на кислород в метала. най-добър материалТигелите, осигуряващи минимален пренос на кислород, са ZrO2 и ThO2.
Желязото с висока чистота също се получава по карбонилния метод от пентакарбонил Fe (CO) 5 чрез разлагането му при 200-300 °. Карбонилното желязо обикновено не съдържа примеси, свързани с желязото - сяра, фосфор, мед, манган, никел, кобалт, хром, молибден, цинк, силиций. Специфични примеси в него са въглерод и кислород. Наличието на кислород се дължи на вторични реакции между получения въглероден диоксид и желязото. Съдържанието на въглерод достига 1%; може да се намали до 0,03% чрез добавяне на малко количество амоняк към желязните карбонилни пари или чрез третиране на железен прах във водород. Отстраняването на въглерода и кислорода се постига чрез същите методи на вакуумно топене, които се използват за електролитно желязо.
Най-чистото желязо може да се получи химически, но този метод е много сложен и позволява получаването на метал в малки количества. AT химични методипрекристализация, реакции на утаяване или екстракция на примеси чрез утаяване се използват за пречистване на железни соли от примеси Co, Ni, Cu, Cr, Mn.
Един от химични методи, което позволява да се получи желязо с много висока степен на чистота (по-малко от 30-60 части на милион примеси), включва следните последователни етапи:
1) екстракция на комплекса FeCl3 с етер от 6-n разтвор на HCl с регенериране на водния разтвор и последваща екстракция на етер;
2) редукция на FeCls до FeCl2 с желязо с висока чистота;
3) допълнително пречистване на FeCl2 от мед чрез третиране със серен реагент и след това с етер;
4) електролитно отлагане на метал от разтвор на FeCl2;
5) отгряване на метални зърна във водород (за отстраняване на кислород и въглерод);
6) получаване на компактно желязо чрез прахова металургия (пресоване в пръти и синтероване във водород)
Последният етап може да се извърши чрез зоново топене без тигел, което елиминира недостатъка на вакуумната обработка - прехвърлянето на кислород от тигела към метала.

14.06.2019

Огъваща машина за обков от Vanguard. Принципът на работа, конструктивните характеристики и прегледните данни на приспособленията, възлите, апаратите и друго оборудване за огъване...

14.06.2019

При смяна на мивка в кухненската част, при монтаж на смесител, вана, прозорци и врати се предвижда използването на уплътнители. Това са специални композитни вещества, ...

13.06.2019

Основната цел на кабината за боядисване е висококачествено и равномерно боядисване. превозно средство. Разбира се, този метод не може да се нарече ...

13.06.2019

Almalyk Mining Metallurgical Enterprise започна изпълнението на втория етап от програмата, насочена към изграждането на железопътни...

13.06.2019

Струговането е един от видовете обработка на продукта, по време на който стандартна метална заготовка се превръща в желания структурен елемент. За изпълнение...

13.06.2019

През годините в света се забелязва забележима тенденция за увеличаване на производството на метални конструкции. Значителното търсене на такива съоръжения е свързано с предимствата им в ...

12.06.2019

Vale, бразилска корпорация, обяви, че планира да отдели един милиард и деветстотин милиона щатски долара за премахване и увеличаване на...

12.06.2019

Терасата, или както хората обичат да я наричат, верандата, е най-важният атрибут на всяка селска къща днес. Малцина ще спорят с факта, че тя има страхотен ...

12.06.2019

В момента продуктите от неръждаема стомана са готови да предложат на потребителите голям брой продукти като неръждаеми фитинги, ъгли, шестограми,...

Производството на желязо (да се чете чугун и стомана) чрез електролиза, а не чрез конвенционално топене, може да предотврати емисиите на милиард тона въглероден двуокисв атмосферата всяка година. Така казва Доналд Садоуей от Масачузетския технологичен институт (MIT), който е разработил и тествал "зелен" начин за производство на желязо чрез електролиза на неговите оксиди.

Ако процесът, демонстриран в лабораторни условия, може да бъде увеличен, той може да елиминира необходимостта от конвенционално топене, което освобождава почти един тон въглероден диоксид в атмосферата за всеки тон произведена стомана.

При конвенционалната технология желязната руда се комбинира с кокс. Коксът реагира с желязото, за да произведе CO2 и въглероден окис, и оставяйки сплав от желязо и въглерод - чугун, който след това може да бъде претопен в стомана.

При метода на Sadoway желязната руда се смесва с разтворител - силициев диоксид и негасена вар - при температура от 1600 градуса по Целзий - и през тази смес се пропуска електрически ток.

Отрицателно заредените кислородни йони мигрират към положително заредения анод, откъдето кислородът излиза. Положително заредените железни йони мигрират към отрицателно заредения катод, където се редуцират до желязо, което се събира в основата на клетката и се изпомпва.

Подобен процес се използва при производството на алуминий (и изисква прилично количество електричество), чийто оксид е толкова стабилен, че всъщност не може да бъде редуциран с въглерод в доменна пещ, в която например се произвежда чугун . И е ясно, че стоманодобивната промишленост никога не е имала причина да премине към електролиза на желязна руда, тъй като тя лесно се редуцира от въглерод.

Но ако правителствата различни странизапочне да налага тежки данъци върху емисиите на парникови газове - по-специално въглероден диоксид, тогава нов метод за производство на чугун може да стане по-привлекателен. Вярно е, че от лабораторни инсталации от този вид до промишлени инсталации, според учените, ще отнеме 10-15 години.

Авторът на работата казва, че най-голямата пречка е намирането на практичен материал за анода. В експерименти той използва анод, направен от графит. Но, за съжаление, въглеродът реагира с кислорода, освобождавайки точно толкова въглероден диоксид във въздуха, колкото нормалното топене на желязо.

Идеалните платинени аноди, например, са твърде скъпи за широкомащабно производство. Но може да има изход - в избора на някои устойчиви метални сплави, които образуват оксиден филм на външната си повърхност, но въпреки това провеждат електричество. Може да се използва и проводима керамика.

Друг проблем е, че нов процесизползва много електроенергия - около 2 хиляди киловатчаса на тон произведено желязо. Така че икономическият и дори екологичният смисъл в нов метод за производство на желязо ще се появи само при условие, че това електричество ще бъде генерирано по някакъв екологичен и в същото време евтин начин, без емисии на въглероден диоксид. Това признава и самият автор на метода.