गुजरते समय विद्युत प्रवाहधातुओं (पहली तरह के कंडक्टर) के माध्यम से, रासायनिक प्रतिक्रियाएं नहीं होती हैं, और धातु अपरिवर्तित रहती हैं। यदि एक विद्युत प्रवाह पिघल या इलेक्ट्रोलाइट समाधान (दूसरी तरह के कंडक्टर) से गुजरता है, तो इलेक्ट्रोलाइट-मेटल कंडक्टर (इलेक्ट्रोड) इंटरफेस में विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाएं (इलेक्ट्रोलिसिस) होती हैं और नए यौगिक बनते हैं।

इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रियाओं का एक समूह है जो तब होता है जब एक विद्युत प्रवाह एक विद्युत रासायनिक प्रणाली से गुजरता है जिसमें दो इलेक्ट्रोड और एक पिघल या इलेक्ट्रोलाइट समाधान होता है।

इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, धनायन ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) में चले जाते हैं, और आयन धनात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) में चले जाते हैं। इस मामले में, हालांकि, इलेक्ट्रोलाइट के उद्धरण और आयन हमेशा इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार या दान नहीं करते हैं। अक्सर, एक विलायक-इलेक्ट्रोलाइट, जैसे पानी, इलेक्ट्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है।

गैल्वेनिक सेल और इलेक्ट्रोलाइज़र में प्रतिक्रियाओं के बीच मूलभूत अंतर केवल उनकी दिशा और सहजता में निहित है। गैल्वेनिक सेल के एक बंद सर्किट में, एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया अनायास होती है, और एक इलेक्ट्रोलाइज़र में, केवल बाहरी स्रोत से विद्युत प्रवाह के प्रभाव में।

इलेक्ट्रोड के नाम पर ध्यान दें: गैल्वेनिक सेल में, ऋणात्मक इलेक्ट्रोड एनोड होता है, और धनात्मक इलेक्ट्रोड कैथोड होता है; सेल में, इसके विपरीत, नकारात्मक इलेक्ट्रोड कैथोड है, और सकारात्मक एक एनोड है।

यह याद रखना चाहिए कि "नकारात्मक" और "सकारात्मक" शब्द हमेशा वर्तमान स्रोत के ध्रुवों को संदर्भित करते हैं, इस प्रकार वे सेल के इलेक्ट्रोड को नामित करते हैं। इन प्रक्रियाओं में सामान्य बात यह है कि गैल्वेनिक सेल और इलेक्ट्रोलाइज़र दोनों में, नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रॉनों की अधिकता पैदा होती है, और उनकी कमी सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर बनाई जाती है। कैथोड पर, इलेक्ट्रॉनों की क्रिया के तहत आयन या अणु कम हो जाते हैं; एनोड पर, कणों का ऑक्सीकरण होता है, जिससे इलेक्ट्रोड को उनके इलेक्ट्रॉन मिलते हैं।

कोशिका में, धनायन (M .) एन+) कैथोड (-), और आयनों (A .) में चले जाते हैं एन-) - एनोड (+) के लिए।

अपघटन वोल्टेजइलेक्ट्रोलिसिस के दौरान इलेक्ट्रोलाइट को न्यूनतम वोल्टेज (बाहरी ईएमएफ) कहा जाता है जिसे इलेक्ट्रोड पर लागू किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, जिंक क्लोराइड के घोल के लिए मानक शर्तें:

जेडएन 2+ + 2 ē = Zn ° = - 0.76 बी,

Cl2 + 2 ē \u003d 2Cl - ° \u003d + 1.36 वी,

और अपघटन वोल्टेज दोनों इलेक्ट्रोड की मानक इलेक्ट्रोड क्षमता के योग के बराबर (निरपेक्ष मूल्य में) है: 0.76 + 1.36 = 2.12 वी, यानी। अपघटन वोल्टेज संबंधित गैल्वेनिक सेल के ईएमएफ से कम नहीं हो सकता है।

अपघटन वोल्टेजदो इलेक्ट्रोड की क्षमता से बना है - आयनों के निर्वहन की क्षमता।

वैक्यूम क्षमताकटियन को कभी-कभी कहा जाता है निक्षेपण क्षमताधातु। यह न्यूनतम क्षमता है जिसे इलेक्ट्रोड पर लागू किया जाना चाहिए ताकि धनायन को चार्ज खो दिया जा सके और धातु का जमाव हो सके। कुछ आयनों (Cu 2+, Ag +, Cd 2+) के लिए निक्षेपण विभव इलेक्ट्रोड विभव के निकट होता है, जबकि अन्य आयनों (Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) के लिए निक्षेपण विभव इलेक्ट्रोड विभव से काफी अधिक होता है। धातुओं की - इलेक्ट्रोलिसिस के लिए यह आवश्यक है कुछ ओवरवॉल्टेज।

अंतर करना समाधान का इलेक्ट्रोलिसिसतथा पिघल इलेक्ट्रोलिसिस. समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस में बांटा गया है अक्रिय इलेक्ट्रोड के साथ इलेक्ट्रोलिसिसतथा घुलनशील एनोड इलेक्ट्रोलिसिस. धात्विक (Pt, Au) और अधात्विक (ग्रेफाइट) इलेक्ट्रोड निष्क्रिय हो सकते हैं। Cr, Ni, Cd, Zn, Ag, Cu, आदि के एनोड घुलनशील एनोड के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

कुछ धातुएं उच्च एनोडिक ध्रुवीकरण के कारण व्यावहारिक रूप से भंग नहीं होती हैं, जैसे कि क्षारीय घोल में Ni और Fe, H 2 SO 4 में Pb।

अक्रिय इलेक्ट्रोड के साथ समाधान का इलेक्ट्रोलिसिस।इलेक्ट्रोलाइट्स के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, धातु के बजाय, धातु नहीं, बल्कि कैथोड पर हाइड्रोजन निकलता है। अम्लीय वातावरण में, हाइड्रोजन प्रतिक्रिया से बनता है:

2एच++2 ē =H2.

तटस्थ और क्षारीय मीडिया में, हाइड्रोजन पानी के अणुओं की प्रतिक्रिया से बनता है:

2H2O+2 ē = एच 2 + ओएच -।

Na + या K + जैसे धनायन जलीय घोल में बिल्कुल भी नहीं निकलते हैं, लेकिन हाइड्रोजन निकलता है।

गैर-निर्वहन से लेकर आसानी से निर्वहन तक, निर्वहन करने की उनकी क्षमता के अनुसार उद्धरणों को समूहीकृत किया जा सकता है। इसी समय, इलेक्ट्रोलिसिस के उत्पाद भी बदलते हैं। कुछ धनायनों के लिए, धातु और हाइड्रोजन का एक साथ निर्माण संभव है।

उनके निर्वहन और इलेक्ट्रोलिसिस के उत्पादों की कठिनाई को कम करने के क्रम में नीचे दिए गए हैं:

इलेक्ट्रोलिसिस के उद्धरण उत्पाद

ली + , के + , ना + , एमजी 2+ , अल 3+ , एच + (रीडायरेक्ट) एच 2

एमएन 2+, जेडएन 2+, सीआर 3 +, फे 2 +, एच + (पीएच 7) एम + एच 2

सीओ 2+, नी 2+, सीनियर 2+, पीबी 2+, एच + (पीएच 0) एम + एच 2

Cu 2+ , Ag + , Au 3 + M

इस श्रृंखला में हाइड्रोजन की विभिन्न स्थिति को निम्नलिखित कारणों से समझाया गया है। सीसा और तांबे के बीच हाइड्रोजन की स्थिति मानक इलेक्ट्रोड क्षमता के संख्यात्मक मूल्यों से मेल खाती है सेएम एन+ = सेएच + = 1 मोल/ली, यानी। पीएच = 0 पर। लोहे और कोबाल्ट के बीच हाइड्रोजन की स्थिति पीएच = 7 (φº एच 2 / एच + = -0.414 वी) पर पानी में हाइड्रोजन की इलेक्ट्रोड क्षमता से मेल खाती है। इन परिस्थितियों में, सभी धातुओं को विलयन से अवक्षेपित किया जा सकता है, . का मान ° जो -0.414 V से अधिक हैं। हालांकि, व्यवहार में, कोबाल्ट, निकल, टिन और सीसा के अलावा, जलीय घोल से जस्ता, क्रोमियम और लोहे का अवक्षेपण भी संभव है। यह इस तथ्य के कारण है कि कैथोड पर वर्षा होती है हाइड्रोजन गैसहाइड्रोजन ओवरवॉल्टेज से बाधित।

इस प्रकार, से धनायनों की श्रृंखला मेंली + से ए1 3+ धातु नहीं बनती है, और पानी की कमी के कारण इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान हाइड्रोजन निकलता है। से उद्धरणों की श्रृंखला मेंएमएन 2+ से पीबी 2+ इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, धातु और हाइड्रोजन एक साथ बनते हैं, और अंत में, एक श्रृंखला मेंघन 2+ - औ 3+ केवल धातु बनती है.

नतीजतन, आगे बाईं ओर (शुरुआत के करीब) एक धातु मानक इलेक्ट्रोड क्षमता (वोल्टेज की एक श्रृंखला) की एक श्रृंखला में है, एक जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा इस धातु को अलग करना उतना ही कठिन है।

यदि कई धनायनों वाले समाधान पर धीरे-धीरे बढ़ते वोल्टेज को लागू किया जाता है, तो इलेक्ट्रोलिसिस तब शुरू होता है जब उच्चतम इलेक्ट्रोड क्षमता (सबसे सकारात्मक) के साथ धनायन की जमाव क्षमता तक पहुंच जाती है। जिंक आयनों वाले घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान (φ °= -0.76 वी) और तांबा (φ ° = +0.34 V), कॉपर को पहले कैथोड पर छोड़ा जाता है, और लगभग सभी Cu 2+ आयनों के डिस्चार्ज होने के बाद ही जिंक निकलना शुरू हो जाएगा। इस तरह, यदि समाधान में एक साथ अलग-अलग उद्धरण होते हैं, तो इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान उन्हें उनके इलेक्ट्रोड क्षमता के मूल्यों के अनुसार क्रमिक रूप से अलग किया जा सकता है. इस मामले में, यह माना जाता है कि उनके लिए धातु रिलीज का ओवरवॉल्टेज लगभग समान (और छोटा) है।

विषय में आयनों निर्वहन क्षमता, तो यहाँ चित्र इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया में भाग लेने के लिए पानी की क्षमता के कारण बहुत अधिक जटिल है। सामान्य तौर पर, हम कह सकते हैं कि सबसे कम क्षमता (कम से कम सकारात्मक) वाले आयनों को पहले एनोड पर छुट्टी दे दी जाती है। यदि घोल में Cl - (φº = 1.36 V), Br - (φº = 1.09 V) और I - (φº = 0.54 V) आयन हैं, तो पहले आयोडीन बनेगा, फिर ब्रोमीन और अंत में क्लोरीन। एक जलीय घोल में फ्लोराइड आयनों को बिल्कुल भी नहीं छोड़ा जा सकता है (φ .) ° = 2.87 वी)।

अधिकांश ऑक्सीजन युक्त आयन (एसीटेट आयन को छोड़कर) एक जलीय घोल में नहीं छोड़ते हैं, उनके बजाय अम्लीय और तटस्थ समाधानपानी विघटित होता है:

2एच 2 ओ - 4 ē \u003d ओ 2 + 4 एच +,

और क्षारीय समाधानों में - हाइड्रॉक्साइड आयनों का निर्वहन:

2OH - - 2 ē \u003d 1/2 ओ 2 + एच 2 ओ।

जलीय घोलों के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान डिस्चार्ज करने की उनकी क्षमता के अनुसार, ऑक्सीजन युक्त एसिड जैसे SO 4 2-, NO 3 के आयनों से आयनों को निम्न पंक्ति में व्यवस्थित किया जाता है, जो आसानी से डिस्चार्ज होने के लिए जलीय घोल में डिस्चार्ज नहीं होते हैं:

आयनों इलेक्ट्रोलिसिस उत्पाद

SO 4 2–, NO 3 - आदि, OH - O 2

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

एस 2- एस, एसओ 2 (+ ओ 2)

इस प्रकार, निम्नलिखित मुख्य तैयार करना संभव है: अघुलनशील इलेक्ट्रोड के साथ इलेक्ट्रोलाइट्स के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के नियम:

1. इलेक्ट्रोलाइट्स के आयनों में से, ऑक्सीजन मुक्त एसिड (Cl -, Br -, S 2-, आदि) के आयनों को पहले एनोड पर डिस्चार्ज किया जाता है।

2. ऑक्सीजन युक्त अम्लों के ऋणायन (SO 4 2–, NO 3–, CO 3 2–, आदि) जल की उपस्थिति में निर्वहन नहीं करते हैं, उनके बजाय, प्रतिक्रिया के अनुसार पानी का ऑक्सीकरण होता है:

2H2O-4 ē \u003d ओ 2 + 4 एच +।

3. सक्रिय धातुकैथोड पर अल (समावेशी) तक वोल्टेज की एक श्रृंखला में स्थित को बहाल नहीं किया जाता है, इसके बजाय पानी बहाल किया जाता है:

2H2O+2 ē \u003d एच 2 + 2OH -।

4. एल्यूमीनियम के बाद वोल्टेज की श्रृंखला में स्थित धातु, लेकिन हाइड्रोजन से पहले, कैथोड पर पानी के अणुओं के साथ कम हो जाते हैं:

के: 1) जेडएन 2+ + 2 ē = Zn

2) 2एच 2 ओ + 2 ē \u003d एच 2 + 2OH -।

5. इलेक्ट्रोड विभव के धनात्मक मान वाली धातुओं को कैथोड पर पहले स्थान पर कम किया जाता है:

घन 2+ + 2 ē = Cu

उदाहरण के लिए, सल्फ्यूरिक एसिड (ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड) के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, निम्नलिखित प्रक्रियाएं होती हैं:

कैथोड पर 2एच + 2 ē = एच 2,

एनोड पर 2एच 2 ओ - 4 ē \u003d ओ 2 + एच +।

सारांश समीकरण:

2एच 2 ओ \u003d 2एच 2 + ओ 2,

वे। सल्फ्यूरिक एसिड के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, पानी के अणुओं के अपघटन के कारण हाइड्रोजन और ऑक्सीजन निकलते हैं। इलेक्ट्रोलिसिस उत्पाद: हाइड्रोजन और ऑक्सीजन।

कॉपर सल्फेट घोल का इलेक्ट्रोलिसिस:

कैथोड परघन 2 + + 2 ē = क्यू,

एनोड पर 2एच 2 ओ - 4 ē \u003d ओ 2 + 4 एच +

सारांश समीकरण:

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

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

इलेक्ट्रोलिसिस उत्पाद: तांबा, ऑक्सीजन, सल्फ्यूरिक एसिड।

आयनों के निर्वहन की संभावना इसकी एकाग्रता पर निर्भर करती है। इस प्रकार, केंद्रित और तनु NaCl समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस उत्पाद क्रमशः क्लोरीन और ऑक्सीजन होते हैं।

सोडियम क्लोराइड के तनु विलयन का इलेक्ट्रोलिसिस Cl - आयनों (और, तदनुसार, Na + आयनों) के निर्वहन के बिना होता है, अर्थात। पानी विघटित हो जाता है। जैसे-जैसे एनोड पर नमक की सांद्रता बढ़ती है, ऑक्सीजन के साथ क्लोरीन निकलता है, और क्लोरीन सांद्रित घोलों (ऑक्सीजन के मिश्रण के साथ) में बनता है:

कैथोड पर 2H2O+2 ē \u003d एच 2 + 2OH -

एनोड पर 2Cl - - 2 ē = Cl2 .

सारांश समीकरण:

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

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

इलेक्ट्रोलिसिस उत्पाद: हाइड्रोजन, क्लोरीन और सोडियम हाइड्रोक्साइड।

क्लोराइड समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान क्लोरीन रिलीज के मामले में, क्लोरीन के गठन की मुख्य प्रक्रिया पानी (हाइड्रोलिसिस) के साथ क्लोरीन की बातचीत और परिणामी पदार्थों के बाद के परिवर्तनों की प्रतिक्रियाओं से प्रभावित होती है। क्लोरीन का हाइड्रोलिसिस कमजोर हाइपोक्लोरस एसिड और क्लोराइड आयनों (हाइड्रोक्लोरिक एसिड) के निर्माण के साथ आगे बढ़ता है:

सीएल 2 + एच 2 ओ \u003d एच + + सीएल - + एचसी 1 ओ।

इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान गठित क्षार के साथ हाइपोक्लोरस एसिड (अधिक सटीक, Na + + OH -) सोडियम हाइपोक्लोराइट NaClO को उत्पाद के रूप में देता है। एक क्षारीय वातावरण में, समग्र प्रतिक्रिया समीकरण का रूप होता है:

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

ऊंचे तापमान (उबलते पानी) पर, क्लोरीन का हाइड्रोलिसिस क्लोरेट आयन के निर्माण के साथ आगे बढ़ता है। संभावित प्रतिक्रिया समीकरण:

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

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

3СlО - = СlO 3 - + 2Сl -।

एक क्षारीय माध्यम में, समग्र समीकरण का रूप होता है

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

डायाफ्राम इलेक्ट्रोलिसिस।सोडियम क्लोराइड के तनु विलयन के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, Na + आयन कैथोड में चले जाते हैं, लेकिन हाइड्रोजन मुक्त होता है:

2एच 2 ओ+2 ē \u003d एच 2 + ओएच -

और सोडियम हाइड्रॉक्साइड विलयन सांद्रित होता है।

क्लोराइड आयन एनोड में चले जाते हैं, लेकिन उनकी कम सांद्रता के कारण, यह मुख्य रूप से क्लोरीन नहीं बनता है, बल्कि ऑक्सीजन होता है:

2H2O-4 ē \u003d ओ 2 + 4 एच +

और समाधान केंद्रित है हाइड्रोक्लोरिक एसिड के.

यदि इलेक्ट्रोलिसिस एक बीकर या अन्य समान बर्तन में किया जाता है, तो क्षार और एसिड के घोल को मिलाया जाता है और पानी के अपघटन के कारण हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के निर्माण के लिए इलेक्ट्रोलिसिस कम हो जाता है। यदि, दूसरी ओर, एनोड और कैथोड रिक्त स्थान को एक विभाजन (डायाफ्राम) द्वारा अलग किया जाता है जो वर्तमान वाहक आयनों को गुजरने की अनुमति देता है, लेकिन निकट-इलेक्ट्रोड समाधानों के मिश्रण को रोकता है, तो एसिड और क्षार समाधान इलेक्ट्रोलिसिस उत्पादों के रूप में प्राप्त किए जा सकते हैं।

सोडियम क्लोराइड समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, कैथोड पर प्रतिक्रिया के अनुसार हाइड्रॉक्साइड आयन बनते हैं:

2H2O+2 ē \u003d एच 2 + 2OH -

वे तुरंत बिजली के हस्तांतरण में भाग लेना शुरू कर देते हैं और, C1 आयनों के साथ, एनोड में चले जाते हैं, जहां दोनों आयनों को छुट्टी दे दी जाती है और ऑक्सीजन और क्लोरीन का मिश्रण बनता है। इसलिए, क्लोरीन का उत्पादन गिर जाता है। यदि एनोड कोयले (ग्रेफाइट) से बना है, तो यह ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत होता है और कार्बन ऑक्साइड CO और CO2 बनते हैं, जो क्लोरीन को प्रदूषित करते हैं। इसके अलावा, एनोड पर बनने वाला क्लोरीन हाइड्रॉक्साइड आयनों के साथ परस्पर क्रिया करता है:

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

हाइपोक्लोराइट आयनों का बनना भी एक अवांछनीय प्रक्रिया है (यदि सोडियम हाइपोक्लोराइट घोल प्राप्त करना लक्ष्य नहीं है)। इन सभी अवांछनीय परिणामों से कैथोड और एनोड रिक्त स्थान को अलग करने वाले डायाफ्राम का उपयोग करके और OH - आयनों को बनाए रखने, लेकिन Cl - आयनों को पारित करने से बचा जा सकता है। अंत में, डायाफ्राम गैसों के प्रसार को रोकता है और शुद्ध हाइड्रोजन प्राप्त करना संभव बनाता है।

यदि समाधान में कई आयन होते हैं, तो एनोड पर उनके निर्वहन के अनुक्रम की भविष्यवाणी करना अधिक कठिन होता है, लेकिन, आम तौर पर, नियम देखा जाता है कि सबसे कम संभावित मूल्य वाला आयन (या उच्चतम नकारात्मक मूल्य) एनोड पर होने वाली प्रतिक्रिया की इलेक्ट्रोड क्षमता)।

घुलनशील एनोड के साथ समाधान का इलेक्ट्रोलिसिस।घुलनशील एनोड के साथ इलेक्ट्रोलिसिस संभव है जब धातु Cl -, OH - आयनों या पानी के अणुओं की तुलना में अधिक आसानी से इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देता है। उदाहरण के लिए, कॉपर क्लोराइड या कॉपर सल्फेट के घोल में कॉपर एनोड पर क्लोरीन या ऑक्सीजन नहीं निकलती है, लेकिन Cu 2+ आयनों के घोल में संक्रमण होता है। उसी समय, समान आयनों को कैथोड पर छुट्टी दे दी जाती है और धात्विक तांबा जमा हो जाता है। इस प्रकार, घुलनशील एनोड के साथ इलेक्ट्रोलिसिस को तांबे के एनोड से कैथोड में स्थानांतरित करने के लिए कम किया जाता है।

एनोड पर प्रतिक्रिया ज्यादातर मामलों में कई पक्षों और अक्सर अवांछनीय प्रक्रियाओं से जटिल होती है। उदाहरण के लिए, परिणामी आयन ऑक्साइड, हाइड्रॉक्साइड और उनकी फिल्में बना सकते हैं:

एम 2+ + 2OH - \u003d एमओ + एच 2 ओ।

एनोड पर ऑक्सीजन का विकास भी संभव है:

2H2O-4 ē \u003d ओ 2 + 4 एच +,

जो इलेक्ट्रोलाइटिक प्रणाली की विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकता है।

गैसीय उत्पादों, विशेष रूप से ऑक्सीजन के निर्माण में, ज्यादातर मामलों में अपघटन क्षमता उच्च ओवरवॉल्टेज मूल्यों के कारण इलेक्ट्रोड क्षमता के अनुरूप नहीं होती है। . ओवरवॉल्टेज वास्तविक अपघटन वोल्टेज के बीच का अंतर है और सैद्धांतिक रूप से संबंधित प्रतिक्रिया के ईएमएफ की इलेक्ट्रोड क्षमता से गणना की जाती है. मुक्त पदार्थ की प्रकृति (क्लोरीन, ब्रोमीन और आयोडीन के लिए, ओवरवॉल्टेज बहुत महत्वहीन है) और इलेक्ट्रोड की सामग्री का ओवरवॉल्टेज के परिमाण पर विशेष रूप से मजबूत प्रभाव पड़ता है। विभिन्न कैथोड और एनोड पर हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के विकास के दौरान ओवरवॉल्टेज पर डेटा नीचे दिया गया है।

इलेक्ट्रोड ओवरवॉल्टेज, वी

हाइड्रोजन ऑक्सीजन

पीटी काला 0.00 0.2–0.3

पीटी उज्ज्वल 0.1 0.4–0.5

Fe 0.1–0.2 0.2–0.3

नी 0.1–0.2 0.1–0.3

यू 0.2 0.2–0.3

पंजाब 0.4–0.6 0.2–0.3

ओवरवॉल्टेज इलेक्ट्रोड के आकार, उनकी सतह की स्थिति, वर्तमान घनत्व, समाधान का तापमान, समाधान के मिश्रण की तीव्रता और अन्य कारकों पर भी निर्भर करता है।

लोहे पर हाइड्रोजन का ओवरवॉल्टेज ~ 0.1 V है, और उसी सामग्री पर ऑक्सीजन ~ 0.3 V है। इसलिए, लोहे के इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान ओवरवॉल्टेज 0.1 + 0.3 = 0.4 V होगा। इस मान का योग और सैद्धांतिक रूप से गणना की जाएगी संबंधित इलेक्ट्रोलाइट के डिस्चार्ज वोल्टेज का न्यूनतम मूल्य।

ओवरवॉल्टेज के प्रति रवैया उभयलिंगी है। एक ओर, ओवरवॉल्टेज से बिजली की खपत में वृद्धि होती है, दूसरी ओर, ओवरवॉल्टेज के कारण, कई धातुओं को जलीय घोल से जमा किया जा सकता है, जो कि उनके मानक इलेक्ट्रोड क्षमता के मूल्यों के अनुसार जमा नहीं किया जाना चाहिए। ये हैं Fe, Pb, Sn, Ni, Co, Zn , करोड़। यह ओवरवॉल्टेज के साथ-साथ इलेक्ट्रोड क्षमता पर समाधान एकाग्रता के प्रभाव के कारण है, कि इलेक्ट्रोलाइटिक क्रोमियम चढ़ाना और लोहे के उत्पादों की निकल चढ़ाना संभव है, और पारा इलेक्ट्रोड पर एक जलीय समाधान से भी सोडियम प्राप्त किया जा सकता है।

Cl - आयनों के जलीय घोल में विरलन, और OH नहीं - उच्च इलेक्ट्रोलाइट सांद्रता वाले समाधानों में ऑक्सीजन ओवरवॉल्टेज द्वारा भी समझाया गया है। हालांकि, यह ओवरवॉल्टेज एफ आयनों के निर्वहन और मुक्त फ्लोरीन की रिहाई के लिए पर्याप्त नहीं है।

ओवरवॉल्टेज का परिमाण कई अन्य गतिज कारकों से प्रभावित होता है - इलेक्ट्रोड में कण हस्तांतरण की दर और इलेक्ट्रोलिसिस उत्पादों को हटाने, हाइड्रेट के विनाश की प्रक्रिया की दर और निर्वहन आयनों के अन्य गोले, परमाणुओं के संयोजन की दर डायटोमिक गैस अणुओं, आदि में।

रासायनिक समस्याओं का समाधान
फैराडे के नियम से अवगत
उच्च विद्यालय

लेखक का विकास

विभिन्न रासायनिक समस्याओं की विशाल विविधता के बीच, जैसा कि स्कूल में पढ़ाने के अभ्यास से पता चलता है, सबसे बड़ी कठिनाइयाँ समस्याओं के कारण होती हैं, जिनके समाधान के लिए ठोस रासायनिक ज्ञान के अलावा, सामग्री पर अच्छी पकड़ होना आवश्यक है। भौतिकी पाठ्यक्रम के। और यद्यपि प्रत्येक माध्यमिक विद्यालय दो पाठ्यक्रमों - रसायन विज्ञान और भौतिकी के ज्ञान का उपयोग करके कम से कम सरलतम समस्याओं को हल करने पर ध्यान नहीं देता है, इस प्रकार की समस्याएं कभी-कभी में पाई जाती हैं प्रवेश परीक्षाविश्वविद्यालयों में जहां रसायन विज्ञान एक प्रमुख अनुशासन है। और इसलिए, कक्षा में इस प्रकार की समस्याओं का विश्लेषण किए बिना, एक शिक्षक अनजाने में अपने छात्र को एक रासायनिक विशेषता में विश्वविद्यालय में प्रवेश करने के अवसर से वंचित कर सकता है।
इस लेखक के विकास में "इलेक्ट्रोलिसिस" विषय से संबंधित बीस से अधिक कार्य हैं, एक तरह से या कोई अन्य। इस प्रकार की समस्याओं को हल करने के लिए, न केवल स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के "इलेक्ट्रोलिसिस" विषय का अच्छा ज्ञान होना आवश्यक है, बल्कि फैराडे के नियम को भी जानना आवश्यक है, जिसका अध्ययन स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम में किया जाता है।
शायद कार्यों का यह चयन कक्षा के सभी छात्रों के लिए रुचिकर नहीं होगा या सभी के लिए उपलब्ध होगा। फिर भी, इस प्रकार के कार्यों का एक सर्कल या वैकल्पिक कक्षा में इच्छुक छात्रों के समूह के साथ विश्लेषण करने की सिफारिश की जाती है। यह निश्चित रूप से ध्यान दिया जा सकता है कि इस प्रकार के कार्य जटिल हैं और कम से कम एक स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के लिए विशिष्ट नहीं हैं (हम औसत के बारे में बात कर रहे हैं) सामान्य शिक्षा विद्यालय), और इसलिए इस प्रकार के कार्यों को स्कूल या जिले के वेरिएंट में सुरक्षित रूप से शामिल किया जा सकता है रासायनिक ओलंपियाड 10वीं या 11वीं कक्षा के लिए।
उपलब्धता विस्तृत समाधानप्रत्येक कार्य के लिए विकास को विशेष रूप से शुरुआती शिक्षकों के लिए एक मूल्यवान उपकरण बनाता है। एक वैकल्पिक पाठ या एक सर्कल पाठ में छात्रों के साथ कई कार्यों का विश्लेषण करने के बाद, रचनात्मक रूप से काम करने वाला शिक्षक निश्चित रूप से घर पर एक ही प्रकार के कई कार्यों को निर्धारित करेगा और इस विकास का उपयोग होमवर्क की जाँच की प्रक्रिया में करेगा, जिससे मूल्यवान शिक्षक समय की बचत होगी।

समस्या पर सैद्धांतिक जानकारी

रसायनिक प्रतिक्रियाकिसी इलेक्ट्रोलाइट के विलयन या पिघले हुए इलेक्ट्रोड पर विद्युत धारा की क्रिया के तहत प्रवाहित होने को इलेक्ट्रोलिसिस कहा जाता है। एक उदाहरण पर विचार करें।

लगभग 700 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक गिलास में सोडियम क्लोराइड NaCl का एक पिघलाव होता है, इसमें इलेक्ट्रोड डूबे होते हैं। पिघल के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित करने से पहले, Na + और Cl - आयन बेतरतीब ढंग से चलते हैं, हालांकि, जब एक विद्युत प्रवाह लागू किया जाता है, तो इन कणों की गति का आदेश दिया जाता है: Na + आयन एक नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रोड की ओर बढ़ते हैं, और Cl - आयन - एक सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रोड के लिए।

और वहएक आवेशित परमाणु या परमाणुओं का समूह जिसमें आवेश होता है।

कटियनधनावेशित आयन है।

ऋणायनऋणावेशित आयन है।

कैथोड- एक ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रोड (धनात्मक आवेशित आयन - धनायन) उसकी ओर गति करता है।

एनोड- एक धनात्मक आवेशित इलेक्ट्रोड (ऋणात्मक आवेशित आयन - आयन) उसकी ओर गति करता है।

प्लैटिनम इलेक्ट्रोड पर पिघले सोडियम क्लोराइड का इलेक्ट्रोलिसिस

कुल प्रतिक्रिया:

कार्बन इलेक्ट्रोड पर सोडियम क्लोराइड के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस

कुल प्रतिक्रिया:

या आणविक रूप में:

कार्बन इलेक्ट्रोड पर कॉपर (II) क्लोराइड के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस

कुल प्रतिक्रिया:

धातुओं की गतिविधि की विद्युत रासायनिक श्रृंखला में, तांबा हाइड्रोजन के दाईं ओर स्थित होता है, इसलिए तांबा कैथोड पर कम हो जाएगा, और क्लोरीन एनोड पर ऑक्सीकृत हो जाएगा।

प्लैटिनम इलेक्ट्रोड पर सोडियम सल्फेट के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस

कुल प्रतिक्रिया:

इसी तरह, पोटेशियम नाइट्रेट (प्लैटिनम इलेक्ट्रोड) के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस होता है।

ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड पर जिंक सल्फेट के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस

कुल प्रतिक्रिया:

प्लैटिनम इलेक्ट्रोड पर लोहे (III) नाइट्रेट के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस

कुल प्रतिक्रिया:

प्लैटिनम इलेक्ट्रोड पर सिल्वर नाइट्रेट के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस

कुल प्रतिक्रिया:

प्लैटिनम इलेक्ट्रोड पर एल्यूमीनियम सल्फेट के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस

कुल प्रतिक्रिया:

कॉपर इलेक्ट्रोड पर कॉपर सल्फेट के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस - इलेक्ट्रोकेमिकल रिफाइनिंग

समाधान में CuSO4 की सांद्रता स्थिर रहती है, एनोड सामग्री को कैथोड में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया कम हो जाती है। यह विद्युत रासायनिक शोधन (शुद्ध धातु प्राप्त करना) की प्रक्रिया का सार है।

किसी विशेष नमक के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए योजनाएँ बनाते समय, यह याद रखना चाहिए कि:

- हाइड्रोजन (तांबे से लेकर सोना सहित) की तुलना में उच्च मानक इलेक्ट्रोड क्षमता (एसईपी) वाले धातु के पिंजरे इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड पर लगभग पूरी तरह से कम हो जाते हैं;

- छोटे एसईपी मूल्यों (लिथियम से लेकर एल्युमिनियम तक) वाले धातु के पिंजरों को कैथोड पर कम नहीं किया जाता है, बल्कि पानी के अणुओं को हाइड्रोजन में कम किया जाता है;

- धातु के धनायन, जिनका एसईसी मान हाइड्रोजन से कम है, लेकिन एल्यूमीनियम (एल्यूमीनियम से हाइड्रोजन तक) से अधिक है, कैथोड पर इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान पानी के साथ एक साथ कम हो जाते हैं;

- यदि जलीय घोल में विभिन्न धातुओं के धनायनों का मिश्रण होता है, उदाहरण के लिए, Ag +, Cu 2+, Fe 2+, तो इस मिश्रण में सबसे पहले चांदी कम होगी, फिर तांबा और आखिरी लोहा;

- इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान एक अघुलनशील एनोड पर, आयनों या पानी के अणुओं का ऑक्सीकरण होता है, और आयनों S 2-, I -, Br - , Cl - आसानी से ऑक्सीकृत हो जाते हैं;

- यदि घोल में ऑक्सीजन युक्त एसिड के आयन होते हैं, तो पानी के अणु एनोड पर ऑक्सीजन में ऑक्सीकृत हो जाते हैं;

- यदि एनोड घुलनशील है, तो इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान यह स्वयं ऑक्सीकरण से गुजरता है, अर्थात यह बाहरी सर्किट में इलेक्ट्रॉनों को भेजता है: जब इलेक्ट्रॉनों को छोड़ा जाता है, तो इलेक्ट्रोड और समाधान के बीच संतुलन स्थानांतरित हो जाता है और एनोड घुल जाता है।

यदि इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं की पूरी श्रृंखला से हम केवल उन लोगों को बाहर करते हैं जो सामान्य समीकरण के अनुरूप हैं

एम जेड+ + ज़ी= एम,

तब हमें मिलता है धातु तनाव सीमा. हाइड्रोजन को भी हमेशा इस पंक्ति में रखा जाता है, जिससे यह देखना संभव हो जाता है कि कौन सी धातुएं एसिड के जलीय घोल से हाइड्रोजन को विस्थापित करने में सक्षम हैं, और कौन सी नहीं (तालिका)।

मेज

तनाव धातुओं की एक श्रृंखला

समीकरण इलेक्ट्रोड प्रक्रिया	मानक इलेक्ट्रोड संभावित पर 25 डिग्री सेल्सियस, वी	समीकरण इलेक्ट्रोड प्रक्रिया	मानक इलेक्ट्रोड संभावना 25 डिग्री सेल्सियस पर, वी
ली + + 1 इ= ली0	–3,045	सीओ2+ + 2 इ= Co0	–0,277
आरबी + + 1 इ= आरबी 0	–2,925	नी 2+ + 2 इ= नी 0	–0,250
के++1 इ= K0	–2,925	एसएन 2+ + 2 इ= Sn0	–0,136
सीएस + + 1 इ= सीएस 0	–2,923	पंजाब 2+ + 2 इ= पंजाब 0	–0,126
सीए 2+ + 2 इ= सीए0	–2,866	फ़े 3+ + 3 इ= Fe0	–0,036
ना + 1 इ= ना 0	–2,714	2एच++2 इ=H2	0
एमजी 2+ + 2 इ=एमजी0	–2,363	द्वि 3+ + 3 इ= द्वि 0	0,215
अल 3+ + 3 इ=अल0	–1,662	घन 2+ + 2 इ= क्यू 0	0,337
तिवारी 2+ + 2 इ= Ti0	–1,628	घन + +1 इ= क्यू 0	0,521
एमएन 2+ + 2 इ= एमएन0	–1,180	एचजी 2 2+ + 2 इ= 2Hg0	0,788
सीआर 2+ + 2 इ=Cr0	–0,913	एजी + + 1 इ= Ag0	0,799
जेडएन 2+ + 2 इ= Zn0	–0,763	एचजी 2+ + 2 इ= एचजी 0	0,854
सीआर 3+ + 3 इ=Cr0	–0,744	पीटी 2+ + 2 इ= पीटी0	1,2
फे 2+ + 2 इ= Fe0	–0,440	औ 3+ + 3 इ= औ 0	1,498
सीडी 2+ + 2 इ= सीडी 0	–0,403	औ + + 1 इ= औ 0	1,691

सरल रूप में, धातु तनावों की एक श्रृंखला को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

अधिकांश इलेक्ट्रोलिसिस समस्याओं को हल करने के लिए, फैराडे के नियम का ज्ञान आवश्यक है, जिसका सूत्र अभिव्यक्ति नीचे दिया गया है:

एम = एम मैं टी/(जेड एफ),

कहाँ पे एमइलेक्ट्रोड पर छोड़े गए पदार्थ का द्रव्यमान है, एफ- फैराडे संख्या, 96 485 A s / mol के बराबर, या 26.8 A h / mol, एम – दाढ़ जनएक तत्व जो इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया में कम हो जाता है, टी- इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया का समय (सेकंड में), मैं- वर्तमान ताकत (एम्पीयर में), जेडप्रक्रिया में शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या है।

कार्य शर्तें

1. निकेल नाइट्रेट विलयन के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान 20 A की धारा पर 1 घंटे के लिए निकेल का कितना द्रव्यमान छोड़ा जाएगा?

2. 10 घंटे के भीतर 0.005 किलोग्राम शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए सिल्वर नाइट्रेट के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया को किस वर्तमान ताकत पर करना आवश्यक है?

3. तांबे (II) क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान 50 ए के वर्तमान में 2 घंटे के लिए तांबे का कितना द्रव्यमान जारी किया जाएगा?

4. जिंक सल्फेट के एक जलीय घोल को 120 A की धारा में इलेक्ट्रोलाइज करने में 3.5 ग्राम जिंक प्राप्त करने में कितना समय लगता है?

5. लोहे (III) सल्फेट के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान 200 A की धारा में 2 घंटे के लिए लोहे का कितना द्रव्यमान छोड़ा जाएगा?

6. 15 घंटे के भीतर 200 ग्राम शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए कॉपर (II) नाइट्रेट के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया को किस वर्तमान ताकत पर करना आवश्यक है?

7. 20 ग्राम शुद्ध लोहा प्राप्त करने के लिए 30 ए की धारा में लोहे (II) क्लोराइड के पिघले हुए इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया को किस समय के दौरान करना आवश्यक है?

8. 1.5 घंटे के भीतर 0.5 किलोग्राम शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए पारा (II) नाइट्रेट के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया को किस वर्तमान ताकत पर करना आवश्यक है?

9. 1.5 घंटे के भीतर 100 ग्राम शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए पिघले हुए सोडियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया को किस वर्तमान शक्ति पर करना आवश्यक है?

10. पोटेशियम क्लोराइड पिघला 5 ए के वर्तमान में 2 घंटे के लिए इलेक्ट्रोलिसिस के अधीन था। परिणामी धातु ने 2 किलो वजन वाले पानी के साथ प्रतिक्रिया की। इस स्थिति में क्षार विलयन की कितनी सान्द्रता प्राप्त हुई?

11. वर्तमान ताकत पर 0.5 घंटे के लिए लोहे (III) सल्फेट समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त लोहे के साथ पूर्ण बातचीत के लिए 30% हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान के कितने ग्राम की आवश्यकता होगी
10:00 पूर्वाह्न?

12. एल्यूमीनियम क्लोराइड के एक पिघल के इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया में, 15 ए के वर्तमान में 245 मिनट के लिए शुद्ध एल्यूमीनियम प्राप्त किया गया था। जब एल्युमिनियम का एक द्रव्यमान आयरन (III) ऑक्साइड के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो एल्युमिनोथर्मिक विधि द्वारा कितने ग्राम लोहा प्राप्त किया जा सकता है?

13. 25 ए के वर्तमान में 300 मिनट के लिए एल्यूमीनियम सल्फेट समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त एल्यूमीनियम (पोटेशियम टेट्राहाइड्रोक्सील्यूमिनेट के गठन के साथ) के साथ 1.111 ग्राम / एमएल के घनत्व के साथ केओएच के 12% समाधान के कितने मिलीलीटर की आवश्यकता होगी ?

14. 1.139 ग्राम / एमएल के घनत्व के साथ 20% सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के कितने मिलीलीटर की आवश्यकता होगी, जस्ता सल्फेट समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त जस्ता के साथ 55 ए के वर्तमान में 100 मिनट के लिए बातचीत करने के लिए आवश्यक होगा?

15. नाइट्रिक ऑक्साइड (IV) (no.) का कितना आयतन गर्म सांद्रण की अधिकता की परस्पर क्रिया से प्राप्त होगा नाइट्रिक एसिडक्रोमियम (III) सल्फेट के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त क्रोमियम के साथ 100 मिनट के लिए 75 ए की धारा में?

16. नाइट्रिक ऑक्साइड (II) (no.) का कितना आयतन प्राप्त होगा जब नाइट्रिक एसिड के घोल की अधिकता कॉपर (II) क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त तांबे के साथ 50 मिनट के लिए 10.5 A की वर्तमान ताकत पर पिघलती है?

17. 30% हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान के 100 ग्राम के साथ पूर्ण बातचीत के लिए आवश्यक लोहा प्राप्त करने के लिए 30 ए के वर्तमान में लोहे (द्वितीय) क्लोराइड के पिघलने के इलेक्ट्रोलिसिस को किस समय आवश्यक है?

18. गर्म होने पर 35% सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के 200 ग्राम के साथ पूर्ण बातचीत के लिए आवश्यक निकल प्राप्त करने के लिए 15 ए के वर्तमान में निकल नाइट्रेट समाधान को इलेक्ट्रोलाइज करने में कितना समय लगता है?

19. सोडियम क्लोराइड पिघला हुआ 30 मिनट के लिए 20 ए के वर्तमान में इलेक्ट्रोलाइज्ड किया गया था, और पोटेशियम क्लोराइड पिघला हुआ 18 ए के वर्तमान में 80 मिनट के लिए इलेक्ट्रोलाइज किया गया था। दोनों धातुओं को 1 किलो पानी में भंग कर दिया गया था। परिणामी विलयन में क्षार की सांद्रता ज्ञात कीजिए।

20. मैग्नीशियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त मैग्नीशियम 200 मिनट के लिए वर्तमान ताकत पर पिघला देता है
10 ए, 1.178 ग्राम / एमएल के घनत्व के साथ 25% सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के 1.5 लीटर में भंग। परिणामी विलयन में मैग्नीशियम सल्फेट की सांद्रता ज्ञात कीजिए।

21. वर्तमान ताकत पर 100 मिनट के लिए जिंक सल्फेट के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त जस्ता

17 ए, 1.066 ग्राम/एमएल के घनत्व के साथ 10% सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के 1 लीटर में भंग कर दिया गया था। परिणामी विलयन में जिंक सल्फेट की सांद्रता ज्ञात कीजिए।

22. 11 ए के वर्तमान में 70 मिनट के लिए लौह (III) क्लोराइड के पिघलने के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त लौह को पाउडर किया गया था और 18% तांबा (द्वितीय) सल्फेट समाधान के 300 ग्राम में विसर्जित किया गया था। अवक्षेपित तांबे का द्रव्यमान ज्ञात कीजिए।

23. मैग्नीशियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त मैग्नीशियम वर्तमान ताकत पर 90 मिनट तक पिघलता है
17 ए, हाइड्रोक्लोरिक एसिड की अधिकता में डूबे हुए थे। जारी किए गए हाइड्रोजन का आयतन और मात्रा ज्ञात कीजिए (n.o.s.)।

24. एल्युमिनियम सल्फेट के एक घोल को 20 ए की धारा में 1 घंटे के लिए इलेक्ट्रोलिसिस के अधीन किया गया था। परिणामी एल्यूमीनियम के साथ पूर्ण बातचीत के लिए 15% हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान के कितने ग्राम की आवश्यकता होगी?

25. 22 A की धारा पर 35 मिनट तक पिघले मैग्नीशियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त मैग्नीशियम के पूर्ण दहन के लिए कितने लीटर ऑक्सीजन और वायु (N.O.) की आवश्यकता होगी?

उत्तर और समाधान के लिए निम्नलिखित संख्याएं देखें

पायरोमेटेलर्जिकल विधि द्वारा प्राप्त व्यावसायिक रूप से शुद्ध लोहे (आर्मको प्रकार) के वाणिज्यिक ग्रेड में 99.75-99.85% की शुद्धता होती है। इस लोहे (सी, ओ, एस, पी, एन) में निहित मुख्य रूप से गैर-धातु अशुद्धियों को हटाने के लिए उच्च वैक्यूम में विशेष रीमेल्टिंग या शुष्क हाइड्रोजन के वातावरण में एनीलिंग द्वारा संभव है। हालांकि, इस तरह के उपचार के बाद भी, अशुद्धियों की सामग्री लोहे के प्रति मिलियन भागों में 2000-1500 भागों तक पहुंच जाती है, और मुख्य अशुद्धियां सी, पी, एस, एमएन और ओ हैं।
लोहा अधिक उच्च डिग्रीशुद्धता इलेक्ट्रोलाइटिक और रासायनिक विधियों द्वारा प्राप्त की जाती है, लेकिन इसके लिए अतिरिक्त जटिल शुद्धि की भी आवश्यकता होती है।
इलेक्ट्रोलाइटिक विधियों द्वारा, लोहे को कम वर्तमान घनत्व और कमरे के तापमान पर क्रमशः आयरन क्लोराइड या सल्फेट के मध्यम केंद्रित या केंद्रित समाधान से प्राप्त किया जाता है। उच्च घनत्वऔर तापमान 100° के क्रम का है।
एक विधि के अनुसार, निम्न संघटन के घोल से लोहा अवक्षेपित होता है, g/l: 45-60 Fe2+ (FeCl2 के रूप में), 5-10 BaCl2 और 15 NaHCOs। आर्मको आयरन या यूराल रूफिंग आयरन से बने प्लेट्स को एनोड के रूप में इस्तेमाल किया जाता था, और शुद्ध एल्युमिनियम को कैथोड के रूप में इस्तेमाल किया जाता था। इलेक्ट्रोलिसिस कमरे के तापमान और 0.1 ए / डीएम 2 के वर्तमान घनत्व पर किया गया था। एक मोटे क्रिस्टलीय संरचना के साथ एक अवक्षेप प्राप्त किया गया था, जिसमें लगभग 0.01% C, फॉस्फोरस के अंश थे और इसमें सल्फर नहीं था।
इलेक्ट्रोलाइटिक लोहे की शुद्धता इलेक्ट्रोलाइट की शुद्धता और एनोड की धातु की शुद्धता पर निर्भर करती है। वर्षा के दौरान, टिन, जस्ता, तांबा जैसी लोहे की तुलना में अधिक अच्छी अशुद्धियों को हटाया जा सकता है। वह निकल, कोबाल्ट, मैंगनीज को हटाने में सक्षम है। इलेक्ट्रोलाइटिक लोहे में अशुद्धियों की कुल सामग्री लगभग व्यावसायिक रूप से शुद्ध लोहे के समान होती है। इसमें आमतौर पर ऑक्सीजन की एक महत्वपूर्ण मात्रा (0.1-0.2%), साथ ही सल्फर (0.015-0.05%) होती है, अगर सल्फेट स्नान से वर्षा की जाती है।
इलेक्ट्रोलाइटिक लोहे से ऑक्सीजन को हटाने की प्रक्रिया को कम करने की प्रक्रियाओं द्वारा किया जाता है: हाइड्रोजन के साथ तरल या ठोस धातु का उपचार या कार्बन के साथ निर्वात में पिघल का डीऑक्सीडेशन। शुष्क हाइड्रोजन की धारा में 900-1400°C पर एनीलिंग करने से ऑक्सीजन की मात्रा 0.003% तक कम हो जाती है।
अर्ध-औद्योगिक पैमाने पर उच्च शुद्धता वाला लोहा प्राप्त करने के लिए, वैक्यूम पिघलने वाले संयंत्र में हाइड्रोजन कमी विधि का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रोलाइटिक लोहे को पहले कार्बन मोनोऑक्साइड (सल्फर सामग्री 0.01 से 0.004% तक कम हो गई) के एक क्रूसिबल में चूने और फ्लोरास्पार में मैंगनीज के एक योजक के साथ desulfurization के अधीन किया जाता है, फिर पिघल को हाइड्रोजन के साथ उड़ाने या उड़ाने से कम किया जाता है। एल्यूमीनियम ऑक्साइड का क्रूसिबल। इस मामले में, ऑक्सीजन सामग्री को 0.004-0.001% तक कम करना संभव था। ऐसी धातुओं (टिन, सुरमा, बिस्मथ) के गलन में परिवर्धन का उपयोग करके, जो वाष्पशील सल्फाइड बनाते हैं, धातु desulfurization भी उच्च निर्वात में किया जा सकता है। उच्च-वैक्यूम भट्टियों में कार्बन के साथ पिघल को डीऑक्सीडाइज़ करके, प्रत्येक में 0.002% तक की ऑक्सीजन और कार्बन सामग्री के साथ लोहा प्राप्त करना संभव है।
उच्च निर्वात में डीऑक्सीडेशन द्वारा कम ऑक्सीजन सामग्री के साथ लोहा प्राप्त करना क्रूसिबल सामग्री के साथ धातु की बातचीत से बाधित होता है, जो धातु में ऑक्सीजन के संक्रमण के साथ होता है। सबसे अच्छी सामग्रीन्यूनतम ऑक्सीजन स्थानांतरण प्रदान करने वाले क्रूसिबल ZrO2 और ThO2 हैं।
उच्च शुद्धता वाला लोहा भी कार्बोनिल विधि द्वारा पेंटाकार्बोनिल Fe (CO) 5 से 200-300 ° पर इसके अपघटन द्वारा प्राप्त किया जाता है। कार्बोनिल लोहे में आमतौर पर लोहे से जुड़ी अशुद्धियाँ नहीं होती हैं - सल्फर, फास्फोरस, तांबा, मैंगनीज, निकल, कोबाल्ट, क्रोमियम, मोलिब्डेनम, जस्ता, सिलिकॉन। इसमें विशिष्ट अशुद्धियाँ कार्बन और ऑक्सीजन हैं। ऑक्सीजन की उपस्थिति परिणामी कार्बन डाइऑक्साइड और लोहे के बीच माध्यमिक प्रतिक्रियाओं के कारण होती है। कार्बन सामग्री 1% तक पहुँचती है; लोहे के कार्बोनिल वाष्प में थोड़ी मात्रा में अमोनिया मिलाकर या हाइड्रोजन में लौह चूर्ण का उपचार करके इसे 0.03% तक कम किया जा सकता है। कार्बन और ऑक्सीजन का निष्कासन उन्हीं वैक्यूम गलनांक विधियों द्वारा प्राप्त किया जाता है जो इलेक्ट्रोलाइटिक लोहे के लिए उपयोग किए जाते हैं।
शुद्धतम लोहा रासायनिक रूप से प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन यह विधि बहुत जटिल है और कम मात्रा में धातु प्राप्त करना संभव बनाती है। पर रासायनिक तरीके Co, Ni, Cu, Cr, Mn अशुद्धियों से लौह लवणों को शुद्ध करने के लिए पुन: क्रिस्टलीकरण, अवक्षेपण अभिक्रिया या अवक्षेपण द्वारा अशुद्धियों का निष्कर्षण किया जाता है।
में से एक रासायनिक तरीके, जो बहुत उच्च स्तर की शुद्धता (30-60 भागों प्रति मिलियन अशुद्धियों से कम) का लोहा प्राप्त करने की अनुमति देता है, इसमें निम्नलिखित क्रमिक चरण शामिल हैं:
1) जलीय घोल के पुनर्जनन और ईथर के बाद के निष्कर्षण के साथ 6-एन एचसीएल समाधान से ईथर के साथ FeCl3 परिसर का निष्कर्षण;
2) उच्च शुद्धता वाले लोहे के साथ FeCls को FeCl2 में घटाना;
3) सल्फर अभिकर्मक और फिर ईथर के साथ उपचार द्वारा तांबे से FeCl2 का अतिरिक्त शुद्धिकरण;
4) FeCl2 विलयन से धातु का विद्युत अपघटनी निक्षेपण;
5) हाइड्रोजन में धातु के दानों की एनीलिंग (ऑक्सीजन और कार्बन को हटाने के लिए);
6) पाउडर धातु विज्ञान द्वारा कॉम्पैक्ट लोहा प्राप्त करना (हाइड्रोजन में सलाखों और सिंटरिंग में दबाकर)
अंतिम चरण क्रूसिबल ज़ोन पिघलने द्वारा किया जा सकता है, जो वैक्यूम प्रसंस्करण के नुकसान को समाप्त करता है - क्रूसिबल से धातु में ऑक्सीजन का स्थानांतरण।

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पारंपरिक गलाने के बजाय इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा लोहा (कच्चा लोहा और स्टील पढ़ें) बनाना एक अरब टन के उत्सर्जन को रोक सकता है कार्बन डाइआक्साइडहर साल वातावरण में। तो मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के डोनाल्ड सैडोवे कहते हैं, जिन्होंने अपने ऑक्साइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा लोहे का उत्पादन करने के लिए "हरा" तरीका विकसित और परीक्षण किया है।

यदि प्रयोगशाला सेटिंग में प्रदर्शित प्रक्रिया को बढ़ाया जा सकता है, तो यह पारंपरिक गलाने की आवश्यकता को समाप्त कर सकता है, जो उत्पादित हर टन स्टील के लिए वातावरण में लगभग एक टन कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ता है।

पारंपरिक तकनीक में लौह अयस्क को कोक के साथ मिलाया जाता है। कोक लोहे के साथ प्रतिक्रिया करके CO2 और . बनाता है कार्बन मोनोआक्साइड, और लोहे और कार्बन - कच्चा लोहा का एक मिश्र धातु छोड़ता है, जिसे बाद में स्टील में पिघलाया जा सकता है।

सडोवे विधि में, लौह अयस्क को एक विलायक - सिलिकॉन डाइऑक्साइड और क्विकलाइम - के साथ 1600 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर मिलाया जाता है - और इस मिश्रण से एक विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है।

ऋणात्मक रूप से आवेशित ऑक्सीजन आयन धनावेशित एनोड में चले जाते हैं, जहाँ से ऑक्सीजन निकल जाती है। धनात्मक रूप से आवेशित लौह आयन ऋणात्मक आवेशित कैथोड में चले जाते हैं, जहाँ वे लोहे में अपचित हो जाते हैं, जो कोशिका के आधार पर एकत्रित हो जाता है और बाहर पंप हो जाता है।

इसी तरह की प्रक्रिया का उपयोग एल्यूमीनियम के उत्पादन में किया जाता है (और बिजली की एक अच्छी मात्रा की आवश्यकता होती है), जिसका ऑक्साइड इतना स्थिर होता है कि इसे वास्तव में एक ब्लास्ट फर्नेस में कार्बन के साथ कम नहीं किया जा सकता है, जिसमें उदाहरण के लिए, पिग आयरन का उत्पादन होता है। . और यह स्पष्ट है कि इस्पात उद्योग के पास लौह अयस्क के इलेक्ट्रोलिसिस पर स्विच करने का कोई कारण नहीं था, क्योंकि यह कार्बन द्वारा आसानी से कम हो जाता है।

लेकिन अगर सरकारें विभिन्न देशग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन पर भारी कर लगाना शुरू करें - विशेष रूप से कार्बन डाइऑक्साइड, तो पिग आयरन के उत्पादन का एक नया तरीका और अधिक आकर्षक हो सकता है। सच है, इस तरह के प्रयोगशाला प्रतिष्ठानों से लेकर औद्योगिक प्रतिष्ठानों तक, जैसा कि वैज्ञानिकों का अनुमान है, इसमें 10-15 साल लगेंगे।

काम के लेखक का कहना है कि एनोड के लिए एक व्यावहारिक सामग्री खोजने के लिए सबसे बड़ी बाधा है। प्रयोगों में, उन्होंने ग्रेफाइट से बने एनोड का इस्तेमाल किया। लेकिन, दुर्भाग्य से, कार्बन ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है, सामान्य लोहे के गलाने की तरह ही कार्बन डाइऑक्साइड को हवा में छोड़ता है।

उदाहरण के लिए, आदर्श प्लैटिनम एनोड बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए बहुत महंगे हैं। लेकिन एक रास्ता हो सकता है - कुछ प्रतिरोधी धातु मिश्र धातुओं के चयन में जो उनकी बाहरी सतह पर ऑक्साइड फिल्म बनाते हैं, लेकिन फिर भी बिजली का संचालन करते हैं। प्रवाहकीय सिरेमिक का भी उपयोग किया जा सकता है।

एक और समस्या यह है कि नई प्रक्रियाबहुत अधिक बिजली का उपयोग करता है - लगभग 2 हजार किलोवाट-घंटे प्रति टन लोहे का उत्पादन होता है। तो, लोहे के उत्पादन की एक नई विधि में आर्थिक और यहां तक ​​​​कि पारिस्थितिक भावना केवल इस शर्त पर दिखाई देगी कि यह बिजली कुछ पारिस्थितिक में उत्पन्न होगी, और साथ ही कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन के बिना सस्ते तरीके से उत्पन्न होगी। यह विधि के लेखक ने स्वयं स्वीकार किया है।