3. Անդորրագիր. Կալցիումը ստացվում է նրա հալած քլորիդի էլեկտրոլիզից։

4. Ֆիզիկական հատկություններ. Կալցիումը արծաթ-սպիտակ մետաղ է, շատ թեթև (ρ \u003d 1,55 գ / սմ 3), ինչպես ալկալիական մետաղները, բայց դրանցից անհամեմատ ավելի կոշտ է և ունի շատ ավելի բարձր հալման կետ, որը հավասար է 851 0 С:

5. Քիմիական հատկություններ. Ինչպես ալկալիական մետաղները, կալցիումը ուժեղ վերականգնող նյութ է, որը սխեմատիկորեն կարելի է պատկերել հետևյալ կերպ.

Կալցիումի միացությունները բոցավառ աղյուսը կարմիր են գունավորում: Ինչպես ալկալիական մետաղները, կալցիումի մետաղը սովորաբար պահվում է կերոսինի շերտի տակ:

6. Դիմում. Իր բարձր քիմիական ակտիվության շնորհիվ մետաղական կալցիումն օգտագործվում է որոշ հրակայուն մետաղներ (տիտան, ցիրկոնիում և այլն) դրանց օքսիդներից հանելու համար։ Կալցիումն օգտագործվում է նաև պողպատի և չուգունի արտադրության մեջ, վերջինս թթվածնից, ծծմբից և ֆոսֆորից մաքրելու, առանցքակալների արտադրության համար անհրաժեշտ որոշ համաձուլվածքներ, մասնավորապես՝ կապար-կալցիում ստանալու համար։

7. Արդյունաբերության մեջ ստացված կալցիումի ամենակարեւոր միացությունները.

Կալցիումի օքսիդը արտադրվում է արդյունաբերության մեջ՝ կրաքարի թրծման միջոցով.

CaCO 3 → CaO + CO 2

Կալցիումի օքսիդը սպիտակ գույնի հրակայուն նյութ է (հալվում է 2570 0 C ջերմաստիճանում), ունի քիմիական հատկություններ, որոնք բնորոշ են ակտիվ մետաղների հիմնական օքսիդներին (I, Աղյուսակ II, էջ 88):

Կալցիումի օքսիդի արձագանքը ջրի հետ ընթանում է մեծ քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ.

CaO + H 2 O ═ Ca (OH) 2 + Q

Կալցիումի օքսիդը հիմնականն է անբաժանելի մասն էչմշակված կրաքարը, իսկ կալցիումի հիդրօքսիդը՝ խարխլված կրաքարը:

Կալցիումի օքսիդի արձագանքը ջրի հետ կոչվում է կրաքարի ցրում։

Կալցիումի օքսիդը հիմնականում օգտագործվում է խարխուլ կրաքարի արտադրության համար։

Կալցիումի հիդրօքսիդ Ca(OH) 2-ը մեծ գործնական նշանակություն ունի։ Այն օգտագործվում է խարխուլ կրաքարի, կրաքարի կաթի և կրաքարի ջրի տեսքով։

Հիդրատացված կրաքարը բարակ չամրացված փոշի է, սովորաբար մոխրագույն (կալցիումի հիդրօքսիդի բաղադրիչ), ջրի մեջ մի փոքր լուծվող (1,56 գ լուծվում է 1 լիտր ջրի մեջ 20 0 C ջերմաստիճանում): Շինարարության մեջ օգտագործվում է ցեմենտի, ջրի և ավազի խարխուլ կրաքարի խմորային խառնուրդ։ Աստիճանաբար խառնուրդը կարծրանում է.

Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O

Կրաքարի կաթը կաթին նման կասեցում է (կասեցում): Այն առաջանում է ավելցուկային խարխլված կրաքարը ջրի հետ խառնելով։ Կրաքարի կաթն օգտագործվում է սպիտակեցնող միջոց ստանալու, շաքարի արտադրության, բույսերի հիվանդությունների դեմ պայքարում անհրաժեշտ խառնուրդներ պատրաստելու և ծառերի բները սպիտակեցնելու համար։

Կրաքարի ջուրը կալցիումի հիդրօքսիդի թափանցիկ լուծույթ է, որը ստացվում է կրաքարի կաթը զտելով: Օգտագործեք այն լաբորատորիայում՝ ածխածնի երկօքսիդը (IV) հայտնաբերելու համար.

Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O

Ածխածնի երկօքսիդի (IV) երկարատև փոխանցման դեպքում լուծումը դառնում է թափանցիկ.

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca (HCO 3) 2

Եթե ​​ստացված կալցիումի բիկարբոնատի թափանցիկ լուծույթը տաքացվում է, ապա նորից ամպամածություն է առաջանում.

Նմանատիպ գործընթացներ տեղի են ունենում նաև բնության մեջ։ Եթե ​​ջուրը պարունակում է լուծված ածխածնի երկօքսիդ (IV) և գործում է կրաքարի վրա, ապա կալցիումի կարբոնատի մի մասը վերածվում է լուծելի կալցիումի բիկարբոնատի։ Մակերեւույթի վրա լուծումը տաքանում է, և կալցիումի կարբոնատը կրկին թափվում է դրանից:

* Քլորը մեծ գործնական նշանակություն ունի։ Այն ստացվում է խարխուլ կրաքարի քլորի հակազդեցությամբ.

2 Ca(OH) 2 + 2 Cl 2 → Ca(ClO) 2 + CaCl 2 + 2H 2 O

Սպիտակեցման ակտիվ բաղադրիչը կալցիումի հիպոքլորիտն է: Հիպոքլորիտները ենթարկվում են հիդրոլիզի։ Սա ազատում է հիպոքլորային թթու: Հիպոքլորային թթուն կարող է նույնիսկ տեղահանվել իր աղից ածխաթթու:

Ca(ClO) 2 + CO 2 + H 2 O → CaCO 3 ↓+ 2 HClO

2 HClO → 2 HCl + O 2

Սպիտակեցնող նյութի այս հատկությունը լայնորեն կիրառվում է սպիտակեցման, ախտահանման և գազազերծման համար:

8. Գիպս. Գիպսի հետևյալ տեսակներն են՝ բնական՝ CaSO 4 ∙ 2H 2 O, այրված՝ (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O, անջուր՝ CaSO 4։

Այրված (կիսաջրային) գիպսը կամ ալաբաստրը (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O ստացվում է բնական գիպսը տաքացնելով մինչև 150–180 0 С:

2 → (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O + 3H 2 O

Ալաբաստրի փոշին ջրի հետ խառնելու դեպքում առաջանում է կիսահեղուկ պլաստիկ զանգված, որն արագ կոփվում է։ Պնդացման գործընթացը բացատրվում է ջրի ավելացմամբ.

(CaSO 4) 2 ∙ H 2 O + 3H 2 O → 2

Գործնականում կիրառվում է այրված գիպսի պնդանալու հատկությունը։ Այսպես, օրինակ, որպես գիպս օգտագործվում է կրաքարի, ավազի և ջրի հետ խառնած ալաբաստը։ Արվեստի առարկաները պատրաստվում են մաքուր ալաբաստրից, իսկ բժշկության մեջ այն օգտագործում են գիպսային վիրակապեր քսելու համար։

Եթե ​​բնական գիպսը CaSO 4 ∙ 2H 2 O տաքացվում է ավելի բարձր ջերմաստիճանում, ապա ամբողջ ջուրն ազատվում է.

CaSO 4 ∙ 2H 2 O → CaSO 4 + 2H 2 O

Ստացված անջուր գիպսը CaSO 4-ն այլևս ի վիճակի չէ կցել ջուրը, և այդ պատճառով այն կոչվել է մեռած գիպս։

Ջրի կարծրությունը և դրա վերացման ուղիները.

Բոլորը գիտեն, որ օճառը լավ փրփրում է անձրևաջրում (փափուկ ջուր), մինչդեռ աղբյուրի ջրերում այն ​​սովորաբար վատ է փրփրում (կոշտ ջուր): Կոշտ ջրի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ այն պարունակում է զգալի քանակությամբ լուծելի կալցիումի և մագնեզիումի աղեր: Այս աղերը օճառի հետ առաջացնում են չլուծվող միացություններ։ Նման ջուրը պիտանի չէ ներքին այրման շարժիչների հովացման և գոլորշու կաթսաների սնուցման համար, քանի որ կոշտ ջուրը տաքացնելիս կշեռք է առաջանում հովացման համակարգերի պատերին: Կշեռքը լավ չի փոխանցում ջերմությունը; հետևաբար հնարավոր է շարժիչների, գոլորշու կաթսաների գերտաքացում, բացի այդ, արագանում է դրանց մաշվածությունը։

Որո՞նք են կարծրության տեսակները:

Կարբոնատային կամ ժամանակավոր կարծրությունը պայմանավորված է կալցիումի և մագնեզիումի բիկարբոնատների առկայությամբ։ Այն կարող է շտկվել հետևյալ եղանակներով.

1) եռում.

Ca(HCO 3) 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

Mg(HCO 3) 2 → MgCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

2) կրաքարի կաթի կամ սոդայի ազդեցությունը.

Ca(OH) 2 + Ca(HCO 3) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O

Ca(HCO 3) 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + 2NaHCO 3

Ca 2+ + 2 HCO 3 - + 2 Na + + CO 3 2- → CaCO 3 ↓ + 2 Na + + 2HCO 3 -

Ca 2+ + CO 3 2- → CaCO 3 ↓

Ոչ կարբոնատային կամ մշտական ​​կարծրությունը պայմանավորված է կալցիումի և մագնեզիումի սուլֆատների և քլորիդների առկայությամբ:

Այն վերանում է սոդայի գործողությամբ.

CaSO 4 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4

MgSO 4 + Na 2 CO 3 → MgCO 3 ↓ + Na 2 SO 4

Mg 2+ + SO 4 2- + 2Na + + CO 3 2- → MgCO 3 ↓ + 2Na + + SO 4 2-

Mg 2+ + CO 3 2- → MgCO 3 ↓

Կարբոնատային և ոչ կարբոնատային կարծրությունը ավելանում է ջրի ընդհանուր կարծրությանը:

IV. Գիտելիքների համախմբում (5 րոպե)

1. Հիմնվելով պարբերական համակարգև ատոմների կառուցվածքի տեսությունը, բացատրեք, թե մագնեզիումի և կալցիումի ինչ հատկություններ ունեն ընդհանուր: Գրի՛ր համապատասխան ռեակցիաների հավասարումներ:

2. Ի՞նչ հանքանյութեր են պարունակում կալցիում և ինչպե՞ս են դրանք օգտագործվում:

3. Ասա մեզ, թե ինչպես տարբերել բնական միներալը մյուսից:

v. Տնային աշխատանք(3 րոպե)

Պատասխանեք հարցերին և կատարեք 1-15, § 48,49 վարժությունները, լուծեք 1-4 վարժությունները, էջ 132-133:

Հենց այսպիսի տեսք ունի դասապլանը դպրոցում՝ «Կալցիումը և նրա միացությունները» թեմայով:

Ելնելով վերոգրյալից՝ ակնհայտ է, որ դպրոցի քիմիայի դասընթացը պետք է լրացվի բնապահպանական բովանդակությամբ։ Այս աշխատանքի արդյունքները կներկայացվեն երրորդ գլխում:

Միանվագ) - 0,01%: 4 Բովանդակություն Ներածություն .............................................. ................................................... .. ..........................4 Գլուխ 1. Միջառարկայական կապերը դպրոցական քիմիա առարկայի ընթացքում ածխածնի և դրա օրինակով. միացություններ ...................................................... .........5 1.1 Միջառարկայական կապերի կիրառում ուսանողների ձևավորման համար ...

Գործունեություն. Որոնեք կրթության մեթոդներ և ձևեր, որոնք նպաստում են կրթությանը ստեղծագործական անհատականություն, հանգեցրեց ուսուցման որոշ կոնկրետ եղանակների առաջացմանը, որոնցից մեկը խաղի մեթոդներն են։ Խաղի ուսուցման մեթոդների ներդրումը քիմիայի ուսումնասիրության մեջ դիդակտիկ և հոգեբանական և մանկավարժական առանձնահատկություններին համապատասխանության պայմաններում բարձրացնում է ուսանողների պատրաստվածության մակարդակը։ Ռուսերեն «խաղ» բառը...

և հիգիենիկ պահանջներ); կրթական և ֆիզիկական գործունեության համապատասխանությունը երեխայի տարիքային հնարավորություններին. անհրաժեշտ, բավարար և ռացիոնալ կազմակերպված շարժիչի ռեժիմ: Առողջության պահպանման ներքո կրթական տեխնոլոգիա(Պետրով) հասկանում է մի համակարգ, որը առավելագույն հնարավոր պայմաններ է ստեղծում հոգևոր, հուզական, ինտելեկտուալ, ...

Ընտրեք ճիշտ տարբերակը։

91. Կատիոնների խառնուրդից՝ Ag +, Cu 2+, Fe 2+, Zn 2+, կատիոններն առաջին հերթին կվերականգնվեն.

92. Մետաղը նիկելով ծածկելու համար էլեկտրոլիզն իրականացվում է՝ օգտագործելով.

93. Նատրիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ լուծույթի միջավայրը կաթոդում.

1. չեզոք

   ալկալային

94. Կալցիումի քլորիդից կալցիում կարելի է ստանալ հետևյալով.

1) էլեկտրոլիզի լուծույթ

2) հալեցման էլեկտրոլիզ

3) ջրածնի նվազեցում

4) ջերմային տարրալուծում.

95. Պղնձի քլորիդի լուծույթի (պղնձի անոդ) էլեկտրոլիզի ժամանակ անոդի վրա կօքսիդացվի.

2) թթվածին

3) ջրածին

96. Անոդի վրա գրաֆիտային էլեկտրոդներով նատրիումի կարբոնատի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ տեղի է ունենում հետևյալը.

1) CO 2-ի արտազատում

2) թթվածնի արտազատում

3) ջրածնի էվոլյուցիան

4) նատրիումի տեղումներ.

Մաս Բ

Տվեք ամբողջական լուծումներ.

1. Կազմե՛ք երկաթի ատոմների էլեկտրոնային բանաձեւը, գրաֆիկորեն նշե՛ք վալենտային էլեկտրոնները նորմալ և գրգռված վիճակում։ Որո՞նք են երկաթի ատոմի օքսիդացման վիճակները: Բերե՛ք երկաթի օքսիդների և հիդրօքսիդների օրինակներ համապատասխան օքսիդացման վիճակներում, նշե՛ք դրանց բնույթը:

կՋ/մոլ y y y f (-285,84)

ամոնիակի առաջացման ջերմություն (Հ 0 արր.(ՆՀ 3 )) հավասար է.

92,15 կՋ/մոլ;

92,15 կՋ/մոլ;

46,76 կՋ/մոլ;

46,76 կՋ/մոլ.

4. Պղնձի (II) օքսիդի վերականգնողական ռեակցիան ալյումինի հետ հնարավոր է

Գ 0 arr. 3CuO + 2Al = Ալ 2 Օ 3 + 3 Cu

կՋ/մոլ -129,8 -1582

Գիբսի ազատ էներգիա (Գx.r.) հավասար է.

5. Երբ 1 մոլ ֆոսֆորական թթուն փոխազդում է 1 մոլ նատրիումի հիդրօքսիդի հետ, առաջանում է.

1) նատրիումի օրթոֆոսֆատ 3) նատրիումի դիհիդրոօրթոֆոսֆատ

2) նատրիումի ջրածնի օրթոֆոսֆատ 4) նատրիումի ֆոսֆատ

Կազմե՛ք մոլեկուլային-իոնային ռեակցիայի հավասարումներ: Կարճ իոնային հավասարման բոլոր գործակիցների գումարը հավասար է...

6. Մեթիլ նարինջը դեղին է դառնում, երբ երկու աղերից յուրաքանչյուրը լուծվում է ջրի մեջ.

1) K 2 S և K 3 PO 4 3) LiCl և FeSO 4

2) KNO 3 և K 3 PO 4 4) CH 3 COOK և K 2 SO 4

Կազմե՛ք հիդրոլիզի ռեակցիաների մոլեկուլային-իոնային հավասարումներ:

7. Ալյումինի սուլֆատի և նատրիումի կարբոնատի աղերի ջրային լուծույթների հետ փոխազդեցության դեպքում համառոտ իոնային հավասարման գործակիցների գումարը կազմում է.

1) 10 2) 12 3) 13 4) 9

Թթվային միջավայր է ձևավորվում, երբ երկու աղերից յուրաքանչյուրը լուծվում է ջրի մեջ.

1) BaCl 2 և AlCl 3 3) CuCl 2 և LiCl

2) K 2 S և K 3 PO 4 4) NH 4 NO 3 և Zn (NO 3) 2

Կազմեք մոլեկուլային-իոնային հիդրոլիզի հավասարումները, ստացեք հիդրոլիզի հաստատունը առաջին քայլի համար:

Ռեակցիայի հավասարման մեջ, որի սխեման հետևյալն է.

FeSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Ելակետային նյութերի բանաձևերի դիմաց գործակիցների գումարը հետևյալն է.

Տվեք առաջադրանքի ամբողջական լուծումը (օգտագործեք իոն-էլեկտրոնային մեթոդը):

Սահմանեք գործողությունների ճիշտ հաջորդականությունը CA-ի հիբրիդացման տեսակը որոշելիս: մասնիկի մեջ:

Սահմանել համապատասխանությունը.

Հիբրիդացման տեսակը C.A. Մասնիկ

1) sp 2 ա) H 2 O

2) sp 3 բ) VN 3

3) sp 3 դ գ) SCl 6

4) sp 3 d 2 դ) CO

Դիտարկենք, ըստ ալգորիթմի, այն մասնիկները, որոնցում Ք.Ա. sp 3 և sp 3 d հիբրիդացումներում:

ATԳ. Ե.՝ Ագ | AgNO 3 | | Fe (NO 3 ) 2 | Ֆե

Հաշվարկել EMF-ը n.o.

Տվեք ամբողջական լուծումներ

ԷԼԵԿՏՐՈԼԻԶ

Մետաղներ ստանալու ուղիներից մեկը էլեկտրոլիզն է։ Ակտիվ մետաղները բնության մեջ հանդիպում են միայն քիմիական միացությունների տեսքով։ Ինչպե՞ս մեկուսացնել այս միացություններից ազատ վիճակում:

Էլեկտրոլիտների լուծույթներն ու հալոցները էլեկտրական հոսանք են վարում։ Այնուամենայնիվ, երբ հոսանքն անցնում է էլեկտրոլիտային լուծույթով, քիմիական ռեակցիաներ. Մտածեք, թե ինչ տեղի կունենա, եթե երկու մետաղական թիթեղներ տեղադրվեն էլեկտրոլիտի լուծույթում կամ հալեցնում, որոնցից յուրաքանչյուրը միացված է ընթացիկ աղբյուրի բևեռներից մեկին: Այս թիթեղները կոչվում են էլեկտրոդներ: Էլեկտրական հոսանքը էլեկտրոնների շարժվող հոսք է։ Շղթայի էլեկտրոնների տեղափոխման արդյունքում մի էլեկտրոդից մյուսը էլեկտրոնների ավելցուկ է առաջանում էլեկտրոդներից մեկի վրա։ Էլեկտրոններն ունեն բացասական լիցք, ուստի այս էլեկտրոդը դառնում է բացասական լիցքավորված: Այն կոչվում է կաթոդ: Մյուս էլեկտրոդի վրա էլեկտրոնների պակաս է առաջանում, և այն դրական լիցքավորված է։ Այս էլեկտրոդը կոչվում է անոդ: Լուծույթում կամ հալված էլեկտրոլիտը տարանջատվում է դրական լիցքավորված իոնների՝ կատիոնների և բացասական լիցքավորված իոնների՝ անիոնների: Կատիոնները ձգվում են դեպի բացասական լիցքավորված էլեկտրոդ՝ կաթոդ։ Անիոնները ձգվում են դեպի դրական լիցքավորված էլեկտրոդ՝ անոդ: Էլեկտրոդների մակերեսին կարող է առաջանալ իոնների և էլեկտրոնների փոխազդեցություն:

Էլեկտրոլիզը վերաբերում է այն գործընթացներին, որոնք տեղի են ունենում, երբ էլեկտրական հոսանք անցնում է լուծույթների կամ էլեկտրոլիտների հալվածքների միջով:

Լուծումների էլեկտրոլիզի և էլեկտրոլիտների հալվածքների ժամանակ տեղի ունեցող գործընթացները միանգամայն տարբեր են: Այս երկու դեպքերն էլ մանրամասն քննարկենք։

Հալեցման էլեկտրոլիզ

Որպես օրինակ, դիտարկենք նատրիումի քլորիդի հալոցի էլեկտրոլիզը: Հալման մեջ նատրիումի քլորիդը տարանջատվում է իոնների Na+
և Cl -: NaCl = Na + + Cl -

Նատրիումի կատիոնները շարժվում են դեպի բացասական լիցքավորված էլեկտրոդի մակերես՝ կաթոդ։ Կաթոդի մակերեսի վրա էլեկտրոնների ավելցուկ կա։ Հետեւաբար, տեղի է ունենում էլեկտրոնների փոխանցում էլեկտրոդի մակերեւույթից դեպի նատրիումի իոններ: Միաժամանակ իոններ Na+ վերածվում են նատրիումի ատոմների, այսինքն՝ կատիոնները կրճատվում են Na+ . Գործընթացի հավասարումը.

Na + + e - = Na

Քլորիդ իոններ Cl- շարժվել դեպի դրական լիցքավորված էլեկտրոդի մակերես՝ անոդ: Անոդի մակերեսին առաջանում է էլեկտրոնների պակաս, և անիոններից էլեկտրոններ են փոխանցվում Cl- էլեկտրոդի մակերեսին: Միեւնույն ժամանակ, բացասական լիցքավորված իոններ Cl- վերածվում են քլորի ատոմների, որոնք անմիջապես միանում են՝ առաջացնելով քլորի մոլեկուլներ C l2:

2C l - -2e - \u003d Cl 2

Քլորիդ իոնները կորցնում են էլեկտրոններ, այսինքն՝ օքսիդացված են։

Արի միասին ձայնագրենք գործընթացի հավասարումներտեղի է ունենում կաթոդում և անոդում

Na + + e - = Na

2 C l - -2 e - \u003d Cl 2

Մեկ էլեկտրոն մասնակցում է նատրիումի կատիոնների վերականգնման գործընթացին, իսկ 2 էլեկտրոն՝ քլորի իոնների օքսիդացման գործընթացում։ Այնուամենայնիվ, պետք է պահպանվի էլեկտրական լիցքի պահպանման օրենքը, այսինքն՝ լուծույթի բոլոր մասնիկների ընդհանուր լիցքը պետք է լինի հաստատուն, հետևաբար, նատրիումի կատիոնների կրճատմանը մասնակցող էլեկտրոնների թիվը պետք է հավասար լինի էլեկտրոնների թվին։ մասնակցում է քլորիդ իոնների օքսիդացմանը: Հետևաբար, մենք առաջին հավասարումը բազմապատկում ենք 2-ով.

Na + + e - \u003d Na 2

2C l - -2e - \u003d Cl 2 1

Մենք գումարում ենք երկու հավասարումները և ստանում ռեակցիայի ընդհանուր հավասարումը:

2 Na + + 2C l - \u003d 2 Na + Cl 2 (իոնային ռեակցիայի հավասարումը), կամ

2 NaCl \u003d 2 Na + Cl 2 (մոլեկուլային ռեակցիայի հավասարում)

Այսպիսով, դիտարկված օրինակում մենք տեսնում ենք, որ էլեկտրոլիզը ռեդոքս ռեակցիա է: Կաթոդում՝ դրական լիցքավորված իոնների՝ կատիոնների վերականգնում, անոդում՝ բացասական լիցքավորված իոնների՝ անիոնների օքսիդացում։ Հիշելու համար, թե որտեղ է տեղի ունենում գործընթացը, կարող եք օգտագործել «T կանոնը».

կաթոդ - կատիոն - կրճատում:

Օրինակ 2Նատրիումի հիդրօքսիդի հալված էլեկտրոլիզ:

Լուծման մեջ նատրիումի հիդրօքսիդը տարանջատվում է կատիոնների և հիդրօքսիդի իոնների։

Կաթոդ (-)<-- Na + + OH - à Анод (+)

Կաթոդի մակերեսին նատրիումի կատիոնները կրճատվում են, և ձևավորվում են նատրիումի ատոմներ.

կաթոդ (-) Na + +e à Na

Հիդրօքսիդի իոնները օքսիդանում են անոդի մակերեսի վրա, մինչդեռ թթվածինը ազատվում է և ձևավորվում են ջրի մոլեկուլներ.

կաթոդ (-) Na + + e à Na

անոդ (+)4 OH - - 4 e à 2 H 2 O + O 2

Նատրիումի կատիոնների կրճատման և հիդրօքսիդի իոնների օքսիդացման մեջ ներգրավված էլեկտրոնների թիվը պետք է լինի նույնը: Այսպիսով, եկեք բազմապատկենք առաջին հավասարումը 4-ով.

կաթոդ (-) Na + + e à Na 4

անոդ (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2 1

Երկու հավասարումները միասին դնելով, մենք ստանում ենք էլեկտրոլիզի ռեակցիայի հավասարումը.

4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2

Օրինակ 3Դիտարկենք հալվածի էլեկտրոլիզը Al2O3

Օգտագործելով այս ռեակցիան՝ ալյումինը ստացվում է բոքսիտից՝ բնական միացությունից, որը պարունակում է մեծ քանակությամբ ալյումինի օքսիդ։ Ալյումինի օքսիդի հալման կետը շատ բարձր է (ավելի քան 2000º C), ուստի դրան ավելացվում են հատուկ հավելումներ՝ իջեցնելով հալման ջերմաստիճանը մինչև 800-900º C։ Հալման մեջ ալյումինի օքսիդը տարանջատվում է իոնների։ Al 3+ և O 2-. Հ Կատիոնները կրճատվում են կաթոդումԱլ 3+ , վերածվելով ալյումինի ատոմների.

Ալ +3 ե ա Ալ

Անիոնները օքսիդացվում են անոդում O 2- վերածվելով թթվածնի ատոմների. Թթվածնի ատոմներն անմիջապես միավորվում են O 2 մոլեկուլների մեջ.

2 O 2- – 4 e à O 2

Ալյումինի կատիոնների կրճատման և թթվածնի իոնների օքսիդացման մեջ ներգրավված էլեկտրոնների թիվը պետք է հավասար լինի, ուստի առաջին հավասարումը բազմապատկում ենք 4-ով, իսկ երկրորդը 3-ով.

Al 3+ +3 e à Al 0 4

2 O 2- – 4 e à O 2 3

Ավելացնենք երկու հավասարումները և ստացվենք

4 Al 3+ + 6 O 2- a 4 Al 0 +3 O 2 0 (իոնային ռեակցիայի հավասարում)

2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2

Լուծման էլեկտրոլիզ

Էլեկտրոլիտի ջրային լուծույթով էլեկտրական հոսանք անցնելու դեպքում նյութը բարդանում է լուծույթում ջրի մոլեկուլների առկայությամբ, որոնք կարող են փոխազդել նաև էլեկտրոնների հետ։ Հիշեցնենք, որ ջրի մոլեկուլում ջրածնի և թթվածնի ատոմները միացված են բևեռային կովալենտային կապով: Թթվածնի էլեկտրաբացասականությունն ավելի մեծ է, քան ջրածնի էլեկտրաբացասականությունը, ուստի ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերը տեղափոխվում են դեպի թթվածնի ատոմ։ Թթվածնի ատոմի վրա առաջանում է մասնակի բացասական լիցք, այն նշվում է δ-, իսկ ջրածնի ատոմների վրա՝ մասնակի դրական լիցք, նշանակում են δ+։

δ+

H-O δ-

│

H δ+

Լիցքերի այս տեղաշարժի շնորհիվ ջրի մոլեկուլն ունի դրական և բացասական «բևեռներ»։ Հետևաբար, ջրի մոլեկուլները դրական լիցքավորված բևեռով կարող են ձգվել դեպի բացասական լիցքավորված էլեկտրոդ՝ կաթոդ, իսկ բացասական բևեռով՝ դեպի դրական լիցքավորված էլեկտրոդ՝ անոդ: Կաթոդում ջրի մոլեկուլները կարող են կրճատվել, և ջրածինը ազատվում է.

Ջրի մոլեկուլների օքսիդացումը կարող է տեղի ունենալ անոդում թթվածնի արտազատմամբ.

2 H 2 O - 4e - \u003d 4H + + O 2

Հետևաբար, կամ էլեկտրոլիտի կատիոնները կամ ջրի մոլեկուլները կարող են կրճատվել կաթոդում: Այս երկու գործընթացները կարծես մրցակցում են միմյանց հետ։ Թե ինչ գործընթաց է իրականում տեղի ունենում կաթոդում, կախված է մետաղի բնույթից: Կաթոդում մետաղի կատիոնները կամ ջրի մոլեկուլները կկրճատվեն, կախված է մետաղի դիրքից: մետաղական սթրեսների շարք .

Li K Na Ca Mg Al ¦¦ Zn Fe Ni Sn Pb (H 2) ¦¦ Cu Hg Ag Au

Եթե ​​մետաղը գտնվում է ջրածնի աջ կողմում գտնվող լարման շարքում, ապա կաթոդում մետաղի կատիոնները կրճատվում են, և ազատ մետաղը ազատվում է: Եթե ​​մետաղը գտնվում է ալյումինից ձախ լարման շարքում, ջրի մոլեկուլները կրճատվում են կաթոդում, և ջրածինը ազատվում է: Ի վերջո, մետաղի կատիոնների դեպքում ցինկից մինչև կապար կարող է տեղի ունենալ կա՛մ մետաղի էվոլյուցիա, կա՛մ ջրածնի էվոլյուցիա, և երբեմն և՛ ջրածինը, և՛ մետաղը զարգանում են միաժամանակ: Ընդհանուր առմամբ, սա բավականին բարդ դեպք է, շատ բան կախված է ռեակցիայի պայմաններից. լուծույթի կոնցենտրացիան, էլեկտրական հոսանքեւ ուրիշներ.

Երկու գործընթացներից մեկը կարող է տեղի ունենալ նաև անոդում` կա՛մ էլեկտրոլիտային անիոնների օքսիդացում, կա՛մ ջրի մոլեկուլների օքսիդացում: Թե ինչ գործընթաց է իրականում տեղի ունենում, կախված է անիոնի բնույթից: Անօքսինաթթուների կամ բուն թթուների աղերի էլեկտրոլիզի ժամանակ անիոնները օքսիդանում են անոդում։ Միակ բացառությունը ֆտորի իոնն էԶ- . Թթվածին պարունակող թթուների դեպքում ջրի մոլեկուլները օքսիդանում են անոդում, և թթվածինը ազատվում է։

Օրինակ 1Դիտարկենք նատրիումի քլորիդի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզը։

Նատրիումի քլորիդի ջրային լուծույթում կլինեն նատրիումի կատիոններ Na +, քլորի անիոններ Cl- և ջրի մոլեկուլներ:

2 NaCl a 2 Na + + 2 Cl -

2Н 2 О а 2 H + + 2 OH -

կաթոդ (-) 2 Na + ; 2 H + ; 2Н + + 2е а Н 0 2

անոդ (+) 2 Cl - ; 2OH-; 2 Cl - – 2e a 2 Cl 0

2NaCl + 2H 2 O à H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Քիմիական գործունեություն անիոններ գրեթե չեն նվազում է.

Օրինակ 2Իսկ եթե աղը պարունակում է SO 4 2- ? Դիտարկենք նիկելի սուլֆատի լուծույթի էլեկտրոլիզը ( II ) նիկելի սուլֆատ ( II ) տարանջատվում է իոնների Ni 2+ և SO 4 2-:

NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-

H 2 O à H + + OH -

Նիկելի կատիոնները գտնվում են մետաղական իոնների միջև Al 3+ և Pb 2+ , զբաղեցնելով միջին դիրք լարման շարքում, կաթոդում վերականգնման գործընթացը տեղի է ունենում երկու սխեմաների համաձայն.

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

Թթվածին պարունակող թթուների անիոնները չեն օքսիդանում անոդում ( անիոնային գործունեության շարք ), ջրի մոլեկուլները օքսիդացված են.

անոդ e à O 2 + 4H +

Եկեք միասին գրենք կաթոդում և անոդում տեղի ունեցող գործընթացների հավասարումները.

կաթոդ (-) Ni 2+; H + ; Ni 2+ + 2е а Ni 0

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

անոդ (+) SO 4 2- ; OH -; 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H +

4 էլեկտրոն ներգրավված են վերականգնողական գործընթացներում, իսկ 4 էլեկտրոնները նույնպես ներգրավված են օքսիդացման գործընթացում։ Այս հավասարումները միասին դնելով, մենք ստանում ենք ընդհանուր ռեակցիայի հավասարումը.

Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + 2OH - + O 2 + 4 H +

Հավասարման աջ կողմում միաժամանակ կան H + իոններ ևօ- , որոնք միավորվում են՝ առաջացնելով ջրի մոլեկուլներ.

H + + OH - à H 2 O

Հետևաբար, հավասարման աջ կողմում՝ 4 H + իոնների և 2 իոնների փոխարենօ- մենք գրում ենք ջրի 2 մոլեկուլ և 2 H + իոն.

Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 +2 H 2 O + O 2 + 2 H +

Կրճատենք ջրի երկու մոլեկուլ հավասարման երկու կողմերում.

Ni 2+ +2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2 H +

Սա կարճ իոնային հավասարում է: Ամբողջական իոնային հավասարումը ստանալու համար անհրաժեշտ է ավելացնել սուլֆատ իոնի երկու մասերը SO 4 2- , ձևավորվել է նիկելի սուլֆատի տարանջատման ժամանակ ( II ) և ռեակցիային չմասնակցող.

Ni 2+ + SO 4 2- + 2H 2 O à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2H + + SO 4 2-

Այսպիսով, նիկելի սուլֆատի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ ( II ) կաթոդում արտազատվում են ջրածինը և նիկելը, իսկ անոդում՝ թթվածինը։

NiSO 4 + 2H 2 O à Ni + H 2 + H 2 SO 4 + O 2

Օրինակ 3 Գրե՛ք իներտ անոդով նատրիումի սուլֆատի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ տեղի ունեցող գործընթացների հավասարումները։

Համակարգի ստանդարտ էլեկտրոդային ներուժ Na + + e = Na 0-ը շատ ավելի բացասական է, քան ջրի էլեկտրոդի պոտենցիալը չեզոք ջրային միջավայրում (-0,41 Վ): Հետևաբար, ջրի էլեկտրաքիմիական կրճատումը տեղի կունենա կաթոդի վրա, որն ուղեկցվում է ջրածնի էվոլյուցիայով:

2Н 2 О а 2 H + + 2 OH -

և Na իոններ + կաթոդին գալը կկուտակվի լուծույթի հարակից մասում (կաթոդային տարածություն):

Անոդում տեղի կունենա ջրի էլեկտրաքիմիական օքսիդացում, ինչը կհանգեցնի թթվածնի արտազատմանը:

2 H 2 O - 4e à O 2 + 4 H +

քանի որ համապատասխանում է այս համակարգին ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժ (1,23 V) զգալիորեն ցածր է ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժից (2,01 V), որը բնութագրում է համակարգը

2 SO 4 2- + 2 e \u003d S 2 O 8 2-.

Իոններ SO 4 2- Էլեկտրոլիզի ժամանակ շարժվելով դեպի անոդը կկուտակվի անոդի տարածության մեջ:

Բազմապատկելով կաթոդի պրոցեսի հավասարումը երկուսով և այն ավելացնելով անոդային պրոցեսի հավասարման հետ՝ ստանում ենք էլեկտրոլիզի գործընթացի ընդհանուր հավասարումը.

6 H 2 O \u003d 2 H 2 + 4 OH - + O 2 + 4 H +

Հաշվի առնելով, որ իոնները միաժամանակ կուտակված են կաթոդային տարածության մեջ, իսկ իոնները՝ անոդում, ընդհանուր պրոցեսի հավասարումը կարող է գրվել հետևյալ ձևով.

6H 2 O + 2Na 2 SO 4 \u003d 2H 2 + 4Na + + 4OH - + O 2 + 4H + + 2SO 4 2-

Այսպիսով, ջրածնի և թթվածնի արտազատման հետ միաժամանակ ձևավորվում են նատրիումի հիդրօքսիդ (կաթոդային տարածությունում) և ծծմբաթթու (անոդային տարածությունում)։

Օրինակ 4Պղնձի սուլֆատի լուծույթի էլեկտրոլիզ ( II) CuSO4.

Կաթոդ (-)<-- Cu 2+ + SO 4 2- à анод (+)

կաթոդ (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

անոդ (+) 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H + 1

H + իոնները մնում են լուծույթում և SO 4 2- , քանի որ ծծմբաթթուն կուտակվում է։

2CuSO 4 + 2H 2 O à 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2

Օրինակ 5 Պղնձի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզ ( II) CuCl 2.

Կաթոդ (-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)

կաթոդ (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

անոդ (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

Երկու հավասարումները ներառում են երկու էլեկտրոն:

Cu 2+ + 2e à Cu 0 1

2Cl - -- 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (իոնային հավասարում)

CuCl 2 à Cu + Cl 2 (մոլեկուլային հավասարում)

Օրինակ 6 Արծաթի նիտրատի լուծույթի էլեկտրոլիզ AgNO3.

Կաթոդ (-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)

կաթոդ (-) Ag + + e à Ag 0

անոդ (+) 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H +

Ag + + e à Ag 0 4

2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H + 1

4 Ag + + 2 H 2 O à 4 Ag 0 + 4 H + + Օ 2 (իոնային հավասարում)

4 Ագ + + 2 Հ 2 Օà 4 Ագ 0 + 4 Հ + + Օ 2 + 4 ՈՉ 3 - (լրիվ իոնային հավասարում)

4 AgNO 3 + 2 Հ 2 Օà 4 Ագ 0 + 4 ՀՆՕ 3 + Օ 2 (մոլեկուլային հավասարում)

Օրինակ 7 Աղաթթվի լուծույթի էլեկտրոլիզHCl.

Կաթոդ (-)<-- Հ + + Cl - à անոդ (+)

կաթոդ (-) 2Հ + + 2 եà Հ 2

անոդ (+) 2Cl - – 2 եà Cl 2

2 Հ + + 2 Cl - à Հ 2 + Cl 2 (իոնային հավասարում)

2 HClà Հ 2 + Cl 2 (մոլեկուլային հավասարում)

Օրինակ 8 Ծծմբաթթվի լուծույթի էլեկտրոլիզՀ 2 ԱՅՍՊԵՍ 4 .

Կաթոդ (-) <-- 2H + + SO 4 2- à անոդ (+)

կաթոդ (-)2H+ + 2eà Հ2

անոդ(+) 2H 2 O - 4եà O2+4H+

2H+ + 2eà Հ 2 2

2H2O-4եà O 2 + 4H + 1

4H+ + 2H2Oà 2H 2 + 4H+ + O 2

2H2Oà 2H2+O2

Օրինակ 9. Կալիումի հիդրօքսիդի լուծույթի էլեկտրոլիզKOH.

Կաթոդ (-)<-- Կ + + Օ՜ - à անոդ (+)

Կալիումի կատիոնները կաթոդում չեն կրճատվի, քանի որ կալիումը գտնվում է մետաղների լարման շարքում՝ ալյումինից ձախ, փոխարենը ջրի մոլեկուլները կկրճատվեն.

2H2O + 2eà H 2 + 2OH - 4OH - -4eà 2H 2 O + O 2

կաթոդ(-)2H2O+2eà H 2 + 2OH - 2

անոդ(+) 4OH - - 4eà 2H 2 O + O 2 1

4H 2 O + 4OH -à 2H 2 + 4OH - + 2H 2 O + O 2

2 Հ 2 Օà 2 Հ 2 + Օ 2

Օրինակ 10 Կալիումի նիտրատի լուծույթի էլեկտրոլիզKNO 3 .

Կաթոդ (-) <-- K + + NO 3 - à անոդ (+)

2H2O + 2eà H 2 + 2OH - 2H 2 O - 4եà O2+4H+

կաթոդ(-)2H2O+2eà H 2 + 2OH-2

անոդ(+) 2H 2 O - 4եà O 2 + 4H + 1

4H2O + 2H2Oà 2H2+4OH-+4H++ O2

2H2Oà 2H2+O2

Երբ էլեկտրական հոսանք անցնում է թթվածին պարունակող թթուների, ալկալիների և թթվածին պարունակող թթուների աղերի լուծույթներով, մետաղների լարման շարքում գտնվող մետաղներով, ալյումինից ձախ, գործնականում տեղի է ունենում ջրի էլեկտրոլիզ: Այս դեպքում ջրածինը ազատվում է կաթոդում, իսկ թթվածինը` անոդում:

Եզրակացություններ. Էլեկտրոլիզի արտադրանքները որոշելիս ջրային լուծույթներէլեկտրոլիտները ամենապարզ դեպքերում կարող են առաջնորդվել հետևյալ նկատառումներով.

1. Մետաղական իոններ ստանդարտ պոտենցիալի փոքր հանրահաշվական արժեքով - իցԼի + նախքանԱլ 3+ ներառական - ունեն էլեկտրոններ նորից միացնելու շատ թույլ միտում՝ այս առումով զիջելով իոններինՀ + (սմ. Կատիոնների գործունեության շարք) Այս կատիոններ պարունակող միացությունների ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզում կաթոդի վրա օքսիդացնող նյութի ֆունկցիան կատարում են իոնները.Հ + , սխեմայի համաձայն վերականգնելիս.

2 Հ 2 Օ+ 2 եà Հ 2 + 2ՕՀ -

2. Մետաղական կատիոններ ստանդարտ պոտենցիալների դրական արժեքներով (Cu 2+ , Ագ + , հգ 2+ և այլն) ունեն էլեկտրոններ կցելու ավելի մեծ հակում, քան իոնները։ Իրենց աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակ այս կատիոնները արտանետում են օքսիդացնող նյութի ֆունկցիա կաթոդի վրա՝ միաժամանակ վերածվելով մետաղի՝ ըստ սխեմայի, օրինակ.

Cu 2+ +2 եà Cu 0

3. Մետաղների աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակZn, Ֆե, CD, Նիև մյուսները, զբաղեցնելով միջին դիրք լարման շարքի թվարկված խմբերի միջև, կաթոդում կրճատման գործընթացը տեղի է ունենում երկու սխեմաների համաձայն: Ազատված մետաղի զանգվածն այս դեպքերում չի համապատասխանում հոսող էլեկտրական հոսանքի քանակին, որի մի մասը ծախսվում է ջրածնի առաջացման վրա։

4. Էլեկտրոլիտների, մոնատոմային անիոնների ջրային լուծույթներում (Cl - , Եղբ - , Ջ - ), թթվածին պարունակող անիոններ (ՈՉ 3 - , ԱՅՍՊԵՍ 4 2- , PO 4 3- և այլն), ինչպես նաև ջրի հիդրօքսիլ իոններ։ Դրանցից հալոգեն իոններն ունեն ավելի ուժեղ վերականգնող հատկություն, բացառությամբՖ. իոններՕ՜միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում դրանց և բազմատոմ անիոնների միջև։ Հետեւաբար, ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակHCl, HBr, ՀԺկամ դրանց աղերը անոդի վրա, հալոգեն իոնները օքսիդացված են ըստ սխեմայի.

2 X - -2 եà X 2 0

Սուլֆատների, նիտրատների, ֆոսֆատների և այլն ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակ։ Նվազեցնող նյութի գործառույթը կատարվում է իոններով՝ օքսիդանալով սխեմայի համաձայն.

4 ՀՈՀ – 4 եà 2 Հ 2 Օ + Օ 2 + 4 Հ +

.

Առաջադրանքներ.

Վ ա dacha 1. Պղնձի սուլֆատի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ կաթոդում արձակվել է 48 գ պղինձ։ Գտե՛ք անոդում արձակված գազի ծավալը և լուծույթում գոյացած ծծմբաթթվի զանգվածը։

Պղնձի սուլֆատը լուծույթում չի տարանջատում ոչ մի իոնC 2+ ևՍ0 4 2 ".

CuS0 4 \u003d Cu 2+ + S0 4 2 "

Եկեք գրենք կաթոդում և անոդում տեղի ունեցող գործընթացների հավասարումները: Cu կատիոնները կրճատվում են կաթոդում, ջրի էլեկտրոլիզը տեղի է ունենում անոդում.

Cu 2+ + 2e- \u003d Cu12

2H 2 0-4e- = 4H + + 0 2 |1

Ընդհանուր էլեկտրոլիզի հավասարում.

2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + 4H+ + O2 (կարճ իոնային հավասարում)

Հավասարման երկու կողմերին գումարում ենք 2-ական սուլֆատ իոն, որոնք առաջանում են պղնձի սուլֆատի տարանջատման ժամանակ, ստանում ենք ամբողջական իոնային հավասարումը.

2Cu2+ + 2S042" + 2H20 = 2Cu + 4H+ + 2SO4 2" + O2

2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2

Անոդում արձակված գազը թթվածին է: Լուծույթում առաջանում է ծծմբաթթու։

Պղնձի մոլային զանգվածը 64 գ/մոլ է, մենք հաշվարկում ենք պղնձի նյութի քանակը.

Ըստ ռեակցիայի հավասարման, երբ անոդից 2 մոլ պղինձ է բաց թողնվում, 1 մոլ թթվածին է անջատվում։ Կաթոդում արձակվել է 0,75 մոլ պղինձ, թող անոդում թողարկվի x մոլ թթվածին։ Եկեք համամասնություն կազմենք.

2/1=0,75/x, x=0,75*1/2=0,375 մոլ

Անոդում արձակվել է 0,375 մոլ թթվածին,

v(O2) = 0,375 մոլ.

Հաշվարկել արձակված թթվածնի ծավալը.

V(O2) \u003d v (O2) «VM \u003d 0,375 մոլ» 22,4 լ / մոլ \u003d 8,4 լ

Ըստ ռեակցիայի հավասարման՝ երբ կաթոդում 2 մոլ պղինձ է արձակվում, լուծույթում առաջանում է 2 մոլ ծծմբաթթու, ինչը նշանակում է, որ եթե կաթոդում արձակվում է 0,75 մոլ պղինձ, ապա առաջանում է 0,75 մոլ ծծմբաթթու։ լուծույթում v (H2SO4) = 0,75 մոլ. Հաշվեք ծծմբաթթվի մոլային զանգվածը.

M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98 գ/մոլ:

Հաշվեք ծծմբաթթվի զանգվածը.

m (H2S04) \u003d v (H2S04> M (H2S04) \u003d \u003d 0,75 մոլ \u003d 98 գ / մոլ \u003d 73,5 գ.

Պատասխան.Անոդում արձակվել է 8,4 լիտր թթվածին; Լուծույթում առաջացել է 73,5 գ ծծմբաթթու

Առաջադրանք 2. Գտե՛ք 111,75 գ կալիումի քլորիդ պարունակող ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ կաթոդում և անոդում արձակված գազերի ծավալը: Ի՞նչ նյութ է առաջանում լուծույթում: Գտեք դրա զանգվածը:

Կալիումի քլորիդը լուծույթում տարանջատվում է K+ և Cl իոնների.

2KS1 \u003d K + + Cl

Կալիումի իոնները կաթոդում չեն կրճատվում, փոխարենը կրճատվում են ջրի մոլեկուլները: Քլորիդի իոնները օքսիդանում են անոդում և քլորն արտազատվում.

2H2O + 2e "= H2 + 20H-|1

2SG-2e "= C12|1

Ընդհանուր էլեկտրոլիզի հավասարում.

2CHl + 2H2O \u003d H2 + 2OH «+ C12 (կարճ իոնային հավասարում) Լուծումը պարունակում է նաև K + իոններ, որոնք ձևավորվել են կալիումի քլորիդի տարանջատման ժամանակ և չմասնակցող ռեակցիային.

2K+ + 2Cl + 2H20 = H2 + 2K+ + 2OH» + C12

Եկեք վերագրենք հավասարումը մոլեկուլային ձևով.

2KS1 + 2H2O = H2 + C12 + 2KOH

Ջրածինը ազատվում է կաթոդում, քլորը՝ անոդում, իսկ լուծույթում առաջանում է կալիումի հիդրօքսիդ։

Լուծույթը պարունակում էր 111,75 գ կալիումի քլորիդ։

Հաշվեք կալիումի քլորիդի մոլային զանգվածը.

M(KC1) = 39+35.5 = 74.5 գ/մոլ

Հաշվեք կալիումի քլորիդ նյութի քանակը.

Ըստ ռեակցիայի հավասարման՝ 2 մոլ կալիումի քլորիդի էլեկտրոլիզից ազատվում է 1 մոլ քլոր։ Թող 1,5 մոլ կալիումի քլորիդի էլեկտրոլիզից ազատվի x մոլ քլոր։ Եկեք համամասնություն կազմենք.

2/1=1,5/x, x=1,5 /2=0,75 մոլ

Կթողարկվի 0,75 մոլ քլոր, v (C! 2) \u003d 0,75 մոլ: Ըստ ռեակցիայի հավասարման՝ երբ անոդում 1 մոլ քլոր է բաց թողնվում, կաթոդում 1 մոլ ջրածին է արտազատվում։ Հետևաբար, եթե անոդում արձակվում է 0,75 մոլ քլոր, ապա կաթոդում արտազատվում է 0,75 մոլ ջրածին, v(H2) = 0,75 մոլ։

Եկեք հաշվարկենք անոդում արձակված քլորի ծավալը.

V (C12) \u003d v (Cl2) -VM \u003d 0,75 մոլ \u003d 22,4 լ / մոլ \u003d 16,8 լ:

Ջրածնի ծավալը հավասար է քլորի ծավալին.

Y (H2) \u003d Y (C12) \u003d 16,8 լ.

Ըստ ռեակցիայի հավասարման՝ 2 մոլ կալիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ժամանակ առաջանում է 2 մոլ կալիումի հիդրօքսիդ, ինչը նշանակում է, որ 0,75 մոլ կալիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ժամանակ առաջանում է 0,75 մոլ կալիումի հիդրօքսիդ։ Հաշվեք կալիումի հիդրօքսիդի մոլային զանգվածը.

M (KOH) \u003d 39 + 16 + 1 - 56 գ / մոլ:

Հաշվեք կալիումի հիդրօքսիդի զանգվածը.

m(KOH) \u003d v (KOH> M (KOH) \u003d 0,75 մոլ-56 գ / մոլ \u003d 42 գ:

Պատասխան.Կաթոդում արձակվել է 16,8 լիտր ջրածին, անոդում՝ 16,8 լիտր քլոր, իսկ լուծույթում առաջացել է 42 գ կալիումի հիդրօքսիդ։

Առաջադրանք 3. Անոդում 19 գ երկվալենտ մետաղի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ արտանետվել է 8,96 լիտր քլոր։ Որոշեք, թե որ մետաղի քլորիդն է ենթարկվել էլեկտրոլիզի: Հաշվեք կաթոդում արձակված ջրածնի ծավալը:

Նշում ենք անհայտ մետաղը M, նրա քլորիդի բանաձևը MC12 է։ Անոդում քլորիդի իոնները օքսիդանում են, և քլորն ազատվում է: Պայմանն ասում է, որ ջրածինը ազատվում է կաթոդում, հետևաբար ջրի մոլեկուլները կրճատվում են.

2H20 + 2e- = H2 + 2OH|1

2Cl -2e "= C12! 1

Ընդհանուր էլեկտրոլիզի հավասարում.

2Cl + 2H2O \u003d H2 + 2OH "+ C12 (կարճ իոնային հավասարում)

Լուծույթը պարունակում է նաև M2+ իոններ, որոնք ռեակցիայի ընթացքում չեն փոխվում։ Մենք գրում ենք իոնային ռեակցիայի ամբողջական հավասարումը.

2SG + M2+ + 2H2O = H2 + M2+ + 2OH- + C12

Եկեք վերագրենք ռեակցիայի հավասարումը մոլեկուլային ձևով.

MS12 + 2H2O - H2 + M(OH)2 + C12

Գտեք անոդում արձակված քլորի քանակը.

Ըստ ռեակցիայի հավասարման՝ անհայտ մետաղի 1 մոլ քլորիդի էլեկտրոլիզի ժամանակ արտազատվում է 1 մոլ քլոր։ Եթե ​​արձակվել է 0,4 մոլ քլոր, ապա էլեկտրոլիզի է ենթարկվել 0,4 մոլ մետաղի քլորիդ։ Հաշվել մետաղի քլորիդի մոլային զանգվածը.

Անհայտ մետաղի քլորիդի մոլային զանգվածը 95 գ/մոլ է։ Քլորի երկու ատոմի համար կա 35,5"2 = 71 գ/մոլ: Հետեւաբար, մետաղի մոլային զանգվածը 95-71 = 24 գ/մոլ է: Մագնեզիումը համապատասխանում է այս մոլային զանգվածին։

Ըստ ռեակցիայի հավասարման՝ անոդում արձակված 1 մոլ քլորի համար կաթոդում արձակվում է 1 մոլ ջրածին։ Մեր դեպքում անոդում արձակվել է 0,4 մոլ քլոր, ինչը նշանակում է, որ կաթոդում արձակվել է 0,4 մոլ ջրածին։ Հաշվել ջրածնի ծավալը.

V (H2) \u003d v (H2> VM \u003d 0,4 մոլ \u003d 22,4 լ / մոլ \u003d 8,96 լ.

Պատասխան.ենթարկվում է մագնեզիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի լուծույթին; Կաթոդում արձակվել է 8,96 լիտր ջրածին։

*Խնդիր 4. 15% խտությամբ կալիումի սուլֆատի 200 գ լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ անոդում արձակվել է 14,56 լ թթվածին։ Հաշվե՛ք լուծույթի կոնցենտրացիան էլեկտրոլիզի վերջում:

Կալիումի սուլֆատի լուծույթում ջրի մոլեկուլները արձագանքում են ինչպես կաթոդում, այնպես էլ անոդում.

2H20 + 2e "= H2 + 20H-|2

2H2O - 4e "= 4H+ + O2! 1

Եկեք երկու հավասարումները միասին դնենք.

6H2O \u003d 2H2 + 4OH "+ 4H + + O2, կամ

6H2O \u003d 2H2 + 4H2O + O2, կամ

2H2O = 2H2 + 02

Փաստորեն, կալիումի սուլֆատի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ տեղի է ունենում ջրի էլեկտրոլիզ։

Լուծված նյութի կոնցենտրացիան լուծույթում որոշվում է բանաձևով.

C=m(լուծույթ) 100% /մ(լուծույթ)

Էլեկտրոլիզի վերջում կալիումի սուլֆատի լուծույթի կոնցենտրացիան գտնելու համար անհրաժեշտ է իմանալ կալիումի սուլֆատի զանգվածը և լուծույթի զանգվածը։ Կալիումի սուլֆատի զանգվածը ռեակցիայի ընթացքում չի փոխվում։ Հաշվե՛ք սկզբնական լուծույթում կալիումի սուլֆատի զանգվածը։ Նախնական լուծույթի կոնցենտրացիան նշենք որպես C

m(K2S04) = C2 (K2S04) m(լուծույթ) = 0,15 200 գ = 30 գ:

Լուծույթի զանգվածը փոխվում է էլեկտրոլիզի ժամանակ, քանի որ ջրի մի մասը վերածվում է ջրածնի և թթվածնի։ Հաշվարկել արձակված թթվածնի քանակը.

(Օ 2) \u003d V (O2) / Vm \u003d 14,56 լ / 22,4 լ / մոլ \u003d 0,65 մոլ

Ըստ ռեակցիայի հավասարման՝ 2 մոլ ջրից առաջանում է 1 մոլ թթվածին։ x մոլ ջրի տարրալուծման ժամանակ թող արձակվի 0,65 մոլ թթվածին։ Եկեք համամասնություն կազմենք.

1,3 մոլ ջուր քայքայված, v(H2O) = 1,3 մոլ.

Հաշվեք ջրի մոլային զանգվածը.

M(H2O) \u003d 1-2 + 16 \u003d 18 գ / մոլ:

Հաշվեք քայքայված ջրի զանգվածը.

m(H2O) \u003d v (H2O> M (H2O) \u003d 1,3 մոլ * 18 գ / մոլ \u003d 23,4 գ:

Կալիումի սուլֆատի լուծույթի զանգվածը նվազել է 23,4 գ-ով և հավասարվել 200-23,4 = 176,6 գ: Այժմ հաշվարկենք կալիումի սուլֆատի լուծույթի կոնցենտրացիան էլեկտրոլիզի վերջում.

С2 (K2 SO4)=m(K2 SO4) 100% / մ (լուծույթ)=30գ 100% / 176.6գ=17%

Պատասխան.էլեկտրոլիզի վերջում լուծույթի կոնցենտրացիան 17% է:

* 3 խնդիր 5. 188,3 գ նատրիումի և կալիումի քլորիդների խառնուրդը լուծել են ջրի մեջ և ստացված լուծույթով էլեկտրական հոսանք են անցել։ Էլեկտրոլիզի ժամանակ կաթոդում արտանետվել է 33,6 լիտր ջրածին։ Հաշվե՛ք խառնուրդի բաղադրությունը տոկոսներով՝ ըստ քաշի։

Կալիումի և նատրիումի քլորիդների խառնուրդը ջրում լուծելուց հետո լուծույթը պարունակում է K+, Na+ և Cl- իոններ։ Կաթոդում ոչ կալիումի, ոչ էլ նատրիումի իոնները չեն կրճատվում, ջրի մոլեկուլները կրճատվում են: Քլորիդի իոնները օքսիդանում են անոդում և քլորն արտազատվում.

Եկեք վերագրենք հավասարումները մոլեկուլային ձևով.

2KS1 + 2H20 = H2 + C12 + 2KOH

2NaCl + 2H2O = H2 + C12 + 2NaOH

Նշանակենք խառնուրդում պարունակվող կալիումի քլորիդ նյութի քանակը x մոլ, իսկ նատրիումի քլորիդ նյութի քանակը՝ y մոլ։ Ըստ ռեակցիայի հավասարման՝ 2 մոլ նատրիումի կամ կալիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ժամանակ անջատվում է 1 մոլ ջրածին։ Հետևաբար, կալիումի քլորիդի x մոլ էլեկտրոլիզի ժամանակ առաջանում է x/2 կամ 0,5x մոլ ջրածին, իսկ էլեկտրոլիզի ժամանակ նատրիումի քլորիդի y մոլը կազմում է 0,5y մոլ ջրածին։ Գտե՛ք խառնուրդի էլեկտրոլիզի ընթացքում արձակված ջրածնի նյութի քանակը.

Եկեք հավասարումը կազմենք՝ 0.5x + 0.5y \u003d 1.5

Հաշվել մոլային զանգվածներկալիումի և նատրիումի քլորիդներ.

M(KC1) = 39+35.5 = 74.5 գ/մոլ

M (NaCl) \u003d 23 + 35,5 \u003d 58,5 գ / մոլ

Կալիումի քլորիդի զանգվածը x մոլ է.

m (KCl) \u003d v (KCl) -M (KCl) \u003d x մոլ-74,5 գ / մոլ \u003d 74,5 x գ:

Նատրիումի քլորիդի մոլի զանգվածը հետևյալն է.

m (KCl) \u003d v (KCl) -M (KCl) \u003d y mol-74,5 գ / մոլ \u003d 58,5 u գ:

Խառնուրդի զանգվածը 188,3 գ է, կատարում ենք երկրորդ հավասարումը.

74.5x + 58.5y = 188.3

Այսպիսով, մենք լուծում ենք երկու անհայտով երկու հավասարումների համակարգ.

0,5 (x + y) = 1,5

74,5x + 58,5y = 188,3գ

Առաջին հավասարումից մենք արտահայտում ենք x.

x + y \u003d 1.5 / 0.5 \u003d 3,

x = 3-y

x-ի այս արժեքը փոխարինելով երկրորդ հավասարման մեջ՝ ստանում ենք.

74.5-(3-y) + 58.5y = 188.3

223.5-74.5y + 58.5y = 188.3

-16y = -35.2

y \u003d 2.2 100% / 188.3g \u003d 31.65%

Հաշվեք նատրիումի քլորիդի զանգվածային բաժինը.

w(NaCl) = 100% - w(KCl) = 68,35%

Պատասխան.խառնուրդը պարունակում է 31,65% կալիումի քլորիդ և 68,35% նատրիումի քլորիդ:

Ներածություն

ԳԼՈՒԽ I. Գրականության ակնարկ

1.1. Կալցիումի քլորիդի արտադրության և հեռացման մեթոդներ 7

1.1.1 Քիմիական մեթոդներ 7

1.1.2. Էլեկտրաքիմիական մեթոդներ 10

1.2. Կալցիումի շաքարների պատրաստում և դրանց օգտագործումը որպես կոռոզիայի արգելակիչներ 12

1.3 Գազային քլորի էլեկտրաքիմիական սինթեզ 13

1.4. Ածխածնի երկօքսիդի սինթեզ 16

1.5. Կալցիումի իոններ պարունակող բնական ջրերում էլեկտրաքիմիական պրոցեսների օրինաչափությունները 17

1,5լ. Ջերմային ջրերի էլեկտրոլիզ 17

1.5.2. Ծովի ջրի էլեկտրոլիզ 20

1.6. Գտածոներ գրականության ստուգատեսից 23

ԳԼՈՒԽ II. Փորձարարական ընթացակարգ 24

2.1. Բևեռացման չափումներ 24

2.2- Էլեկտրաքիմիական սինթեզներ 25

2.3. Ապրանքների վերլուծության և նույնականացման մեթոդներ 26

2.4. Ստացված արդյունքների մաթեմատիկական մշակում 33

Գլուխ III. Փորձարարական տվյալներ և քննարկում

3.1. Էլեկտրոդային ռեակցիաների ընթացքի օրինաչափություններ կալցիումի քլորիդի լուծույթում տարբեր էլեկտրոդային նյութերի վրա 39

3.1.1. Անոդային պրոցես - կալցիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ գազային քլորի առաջացման կինետիկա և մեխանիզմ 39

3.1.2. Կաթոդիկ գործընթաց - կալցիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ գազային ջրածնի առաջացման կինետիկա 45

3.1.3. Կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի նախապատրաստական ​​ասպեկտները 48

3.2. Էլեկտրոդային ռեակցիաների ընթացքի առանձնահատկությունները ջրային լուծույթներում (CAS12 + SUCHAROS) տարբեր էլեկտրոդային նյութերի վրա 50

3.2.1. Կաթոդիկ գործընթաց 50

3.2.2. Կալցիումի սախարատի էլեկտրաքիմիական արտադրության նախապատրաստական ​​ասպեկտները 58

3.2.3. Էլեկտրոդային ռեակցիաների ընթացքի օրինաչափությունները համակարգում՝ (СаС12 + սախարոզ + Са(ОН)2) 61.

3.2.3.1 Անոդային գործընթաց 61

3.2.3.2 Կաթոդիկ գործընթաց 62

3.3. Էլեկտրոդային ռեակցիաների ընթացքի օրինաչափությունները համակարգում [CaCl2+HN33+Ca(N33)2] 65.

3.3.1. Անոդային գործընթաց 65

3.3.2. կաթոդիկ գործընթաց: 68

3.3.3. Կալցիումի նիտրատի էլեկտրաքիմիական սինթեզի նախապատրաստական ​​ասպեկտները 74

3.3.4. Ածխածնի երկօքսիդի էլեկտրաքիմիական արտադրության նախապատրաստական ​​ասպեկտները 75

3.4 Կալցիումի ացետատի էլեկտրաքիմիական պատրաստում 78

3.4.1. Կաթոդիկ գործընթացի առանձնահատկությունները կալցիումի ացետատի էլեկտրասինթեզում տարբեր էլեկտրոդային նյութերի վրա 79

3.4.2. Կալցիումի ացետատի էլեկտրասինթեզի նախապատրաստական ​​ասպեկտները 87

գրականություն

Աշխատանքի ներածություն

Թեմայի արդիականությունը. Գրեթե բոլոր բնական ջրերը պարունակում են կալցիումի միացություններ տարբեր կոնցենտրացիաներով: Մեծ քանակությամբ կալցիումի քլորիդ առաջանում է որպես թափոններ սոդայի արտադրության, քլոր պարունակող օրգանական միացությունների հիդրոլիզի և այլ արդյունաբերական գործընթացների ժամանակ։

Հայտնի քիմիական և էլեկտրաքիմիական մեթոդներկալցիումի քլորիդի վերամշակումն ունի զգալի թերություններ. քլորիդի քայքայումը

950-1000 C ջերմաստիճանում կալցիումը պահանջում է հատուկ կառուցվածքային նյութերի օգտագործում և էներգիայի բարձր ծախսեր, մինչդեռ կալցիումի քլորիդի լուծույթների էլեկտրոլիզը կաթոդի վրա նստեցնում է չլուծվող նստվածք։ (tCa(OH)2* UCaCI2) և ժամանակի ընթացքում համակարգով էլեկտրական հոսանքի անցումը դադարում է:

Կալցիումի քլորիդի վերամշակումը ավելի արժեքավոր արտադրանքի, այն որպես նոր տեսակի հումքի օգտագործումը օրգանական և դեղագործական արտադրության մեջ աղաթթվի, քլորի, քլորոսուլֆոնաթթուների և ալյումինի քլորիդի արտադրության համար, հրատապ խնդիր է:

Այս նպատակների համար հատկապես խոստումնալից են էլեկտրաքիմիական մեթոդները, որոնք հնարավորություն են տալիս քիմիական արտադրանքի սինթեզն իրականացնել առանց ռեակտիվների օգտագործման՝ օգտագործելով էլեկտրաօքսիդացման և էլեկտրավերականգնման գործընթացները:

Ատենախոսական աշխատանքում հետազոտական ​​օբյեկտների ընտրությունը որոշվել է, մի կողմից, արժեքով վերջնական արտադրանք, իսկ մյուս կողմից՝ որպես հումք՝ կալցիումի քլորիդ՝ արդյունաբերական արտադրության խոշոր տոննաժային թափոն օգտագործելու հնարավորությունը, որի վերամշակումը նպաստում է պաշտպանությանը. միջավայրըարդյունաբերական վնասակար արտանետումներից:

Ուսումնասիրության նպատակը և խնդիրները: Աշխատանքի նպատակն էր ուսումնասիրել օրենքը
էլեկտրոդային ռեակցիաների ընթացքի չափերը և կալցիում պարունակող ստանալը
այլ միացություններ կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթներից:

Այս նպատակին հասնելու համար պահանջվում էր լուծել հետևյալ խնդիրները.

ուսումնասիրել քլորի արտազատման անոդային ռեակցիան կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթներից տարբեր էլեկտրոդային նյութերի վրա.

հաստատել էլեկտրոդների ռեակցիաների կինետիկան և մեխանիզմը կալցիումի քլորիդի, կալցիումի նիտրատի, կալցիումի ացետատի և կալցիումի քլորիդի սախարոզայի ջրային լուծույթներում.

Որոշեք կալցիումի էլեկտրաքիմիական սինթեզի օպտիմալ պարամետրերը
Ֆ cy պարունակող միացություններ՝ հոսանքի խտություն, էլեկտրոլիտների կոնցենտրացիաներ,

թիրախային արտադրանքի ընթացիկ արդյունքները:

Ուսումնասիրության օբյեկտներն էին էլեկտրաքիմիական պրոցեսները, պրոտեո
աշխատել տարբեր էլեկտրոդային նյութերի վրա քլորիդային ջրային լուծույթներում
կալցիումի հավելումներ. Որոշվել է ուսումնասիրության օբյեկտի ընտրությունը, հետ
մի կողմից՝ ցեղերում էլեկտրոդային պրոցեսների իմացության և բարդության բացակայությունը
դիտարկվող համակարգերը, իսկ մյուս կողմից՝ թափոնների օգտագործման հնարավորությունը
Վ արժեքավոր ձեռք բերելու համար կալցիումի քլորիդի լայնածավալ արտադրություն

ապրանքներ.

Գիտական ​​նորույթ.

Ստեղծվել է գիտական ​​հիմքըկալցիումի իոններ պարունակող ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի տեխնոլոգիաներ և առաջադեմ տեխնոլոգիական լուծումներ.

Անոդային և կաթոդիկ ռեակցիաների ընթացքի օրինաչափությունները՝ ըստ
կալցիում պարունակող միացությունների ճառագայթումը տարբեր էլեկտրոդների նյութերի վրա

Գործնական արժեքաշխատանքները:

Առաջին անգամ, օգտագործելով կալցիումի քլորիդը որպես հումք, սինթեզվել են այնպիսի արժեքավոր քիմիական միացություններ, ինչպիսիք են կալցիումի ացետատը, կալցիումի սախարոզը, կալցիումի նիտրատը, ածխածնի երկօքսիդը, գազային քլորը և ջրածինը։

Հավանությունաշխատանք. Հիմնական արդյունքները զեկուցվել և քննարկվել են օրգանական միացությունների էլեկտրաքիմիայի XIV ժողովում «Օրգանական միացությունների էլեկտրաքիմիայի նորություններ» (Նովոչերկասկ, 1998), Համառուսաստանյան գիտագործնական կոնֆերանս«Քիմիան տեխնոլոգիայի և բժշկության մեջ» (Մախաչկալա, 2002 թ.), Սանկտ Պետերբուրգի 70-ամյակին նվիրված միջազգային գիտատեխնիկական կոնֆերանսում. պետական ​​համալսարանցածր ջերմաստիճանի և սննդի տեխնոլոգիաներ (Սանկտ Պետերբուրգ, 2001 թ.), «Օրգանական քիմիայի, էկոլոգիայի և կենսատեխնոլոգիայի ժամանակակից հիմնախնդիրները» միջազգային գիտաժողովը (Լուգա, 2001 թ.), «Էկոլոգիա և ռացիոնալ բնության կառավարում» համառուսաստանյան ամփոփիչ կոնֆերանսներում (Սբ. Պետերբուրգ, 2001 և 2002):

Ատենախոսության ծավալը և կառուցվածքը.Ատենախոսական աշխատանքը բաղկացած է ներածությունից, երեք գլուխներից, եզրակացություններից և հղումների ցանկից՝ ներառյալ 111 վերնագիր: Աշխատանքը ներկայացված է մեքենագրված տեքստի 100 էջով, ներառում է 36 պատկեր և 6 աղյուսակ։

Աշխատանքներն իրականացվել են Ռուսաստանի Դաշնության կրթության նախարարության դրամաշնորհի շրջանակներում՝ ծրագրի շրջանակներում: Գիտական ​​հետազոտությունԲարձրագույն դպրոց գիտության և տեխնիկայի առաջնահերթ ոլորտներում», ենթածրագիր՝ «Էկոլոգիա և բնական ռեսուրսների ռացիոնալ օգտագործում», բաժին՝ «Տեխնածին գոյացությունների և արդյունաբերական և կենցաղային թափոնների օգտագործման հիմնախնդիրները 2001-2002 թթ.»:

Կալցիումի սախարատների պատրաստում և դրանց օգտագործումը որպես կոռոզիայի արգելիչներ

Զգալի քանակությամբ քլոր օգտագործվում է սպիտակեցնող նյութեր (կալցիումի հիպոքլորիտ և սպիտակեցնող նյութեր) պատրաստելու համար։ Ջրածնային մթնոլորտում քլորն այրելով՝ ստացվում է մաքուր քլորաջրածին։ Համապատասխան քլորիդներն օգտագործվում են տիտանի, նիոբիումի և սիլիցիումի արտադրության մեջ։ Արդյունաբերականորեն օգտագործվում են նաև երկաթի և ալյումինի ֆոսֆորի քլորիդները։

Ամբողջ արտադրված քլորի ավելի քան 60%-ն օգտագործվում է քլորօրգանական միացությունների սինթեզի համար։ Քլորի խոշոր սպառողները ներառում են ածխածնի տետրաքլորիդի, քլորոֆորմի, մեթիլեն քլորիդի, երկքլորէթանի, վինիլքլորիդի և քլորոբենզոլի արտադրությունը: Զգալի քանակությամբ քլոր սպառվում է քլորի մեթոդներով գլիցերինի և էթիլենգլիկոլի սինթեզում, ինչպես նաև ածխածնի դիսուլֆիդի սինթեզում։

Ջրի ախտահանման համար ավելի խոստումնալից է քլորի երկօքսիդը, որը ստացվում է նատրիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի գործընթացում:

Նախնական հաշվարկներով՝ քլորի արտադրությունը 1987 թվականին ԱՄՆ-ում կազմել է 10,4 մլն տոննա։ 1 տոննա քլորի արժեքը 195 դոլար է, քլորը ստացվում է NaCl լուծույթի էլեկտրոլիզով։ Տեսական հիմքիսկ արդյունաբերական էլեկտրոլիզատորների նախագծերը նկարագրված են մենագրության մեջ:

Իոնափոխանակման թաղանթների օգտագործմամբ NaCl աղի էլեկտրոլիզի տեխնոլոգիայի տիրապետումը հնարավորություն է տալիս նվազեցնել (դիֆրագմայի կամ սնդիկի էլեկտրոլիզի համեմատ) սարքավորումների արժեքը (15–25%) և էներգիայի ծախսերը (20–35%): Մեմբրանի էլեկտրոլիզի արդյունավետությունը կապված է 40% կոնցենտրացիայով ալկալի ստանալու հնարավորության հետ՝ 200 կՎտժ/տ արտադրանքի էլեկտրաէներգիայի սպառմամբ։ Երկշերտ թաղանթները թույլ են տալիս աշխատել մինչև 4 կԱ/մ հոսանքի խտության դեպքում, որն ապահովում է գիշերային ժամերին էժան էլեկտրաէներգիայի ավելի արդյունավետ օգտագործումը: Այս առավելությունները լիովին փոխհատուցում են նոր թաղանթների համեմատաբար բարձր արժեքը ($500-700/մ2):

Քննարկվում է ակտիվացված կաթոդների օգտագործման արդյունավետությունը, որոնք հնարավորություն են տալիս նվազեցնել ջրածնի էվոլյուցիայի գերլարումը։ Բջջի լարման հետագա կրճատումը կարելի է հասնել՝ բարձրացնելով աշխատանքային ճնշումը մինչև 5 բար՝ միաժամանակ բարձրացնելով ջերմաստիճանը: Թթվածնի (օդի) օգտագործումը, որն ապաբևեռացնում է կաթոդը, ջրածնի էվոլյուցիայի գործընթացը փոխարինելով թթվածնի կրճատման գործընթացով, նվազեցնում է էլեկտրաէներգիայի արժեքը մինչև 1600 կՎտժ/տ ալկալի (եթե հաշվի չառնենք կորցրած էներգիան. ջրածնի ինտենսիվությունը): Այլընտրանքային ուղին վառելիքի բջիջում ջրածնի էլեկտրաօքսիդացումն է:

Նկարագրված են Hoechst ընկերության փորձերը քլորային թաղանթային էլեկտրոլիզատորով 0,1 մ2 թաղանթային մակերեսով: Պարզվել է, որ ընթացիկ արդյունավետությունը, որը նվազում է ալկալիների կոնցենտրացիայի ավելացման հետ մեկտեղ, հասնում է նվազագույնի 30% կոնցենտրացիայի դեպքում, այնուհետև բարձրանում է մինչև 34%, որից հետո նորից ընկնում է։ Դիտարկվում են թաղանթային գործընթացի տարբեր մեխանիզմներ և թաղանթային հատկությունների ընտրության, ինչպես նաև դրանց ծերացման պատճառները: Ցույց է տրված, որ միայն գոլորշու ցածր գնի դեպքում մեմբրանի էլեկտրոլիզում էներգիայի ծախսերը կարող են մոտենալ սնդիկի մեթոդին:

Այս աշխատությունում իրականացվել է առանց թաղանթի ալկալային և հողալկալիական մետաղների քլորիդների լուծույթների էլեկտրոլիզի գործընթացի համակարգված ուսումնասիրություն։ Ցույց է տրվում, որ անոդային պրոցեսի ընթացքի տարբերությունները, կախված սկզբնական էլեկտրոլիտի կատիոնի բնույթից, պայմանավորված են էլեկտրոլիզի արտադրանքների տարբեր լուծելիությամբ, հիմնականում՝ համապատասխան մետաղների հիդրօքսիդների լուծելիությամբ։

Քլորիդային թաղանթային էլեկտրոլիզատորում մեմբրանի առնվազն մի կողմում կա ծակոտկեն գազ և հեղուկ թափանցելի շերտ, որը չունի էլեկտրոդի ակտիվություն: Ցանկալի է, որ կաթոդի և անոդի խցերում ճնշումը պահպանվի մինչև 15 կգ/սմ2, ինչը հնարավորություն է տալիս նվազեցնել էլեկտրոլիզի լարումը: Մեթոդը կարող է կիրառվել ջրի և աղաթթվի էլեկտրոլիզի համար:

Աշխատանքում դիտարկվում է չհոսող էլեկտրոլիզատորում գազային քլորի ստացման գործընթացի մոդել:

Ջերմային ջրերի էլեկտրոլիզ

AT վերջին ժամանակներումնատրիումի կամ կալցիումի հիպոքլորիտը օգտագործվում է ջրի մաքրման և հատկապես չեզոքացնելու համար: Հիպոքլորիտի նկատմամբ հետաքրքրության աճը մեծապես կապված է դրա օգտագործման մեծ հնարավորությունների հետ։ Կեղտաջրերի մաքրման համար ծովի ջրի էլեկտրոլիզի արդյունքում ստացված հիպոքլորիտի օգտագործումը էկոլոգիապես մաքուր է:

Նատրիումի քլորիդի կամ բնական ջրերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի միջոցով հիպոքլորիտային լուծույթների արտադրության էլեկտրաքիմիական մեթոդը հնարավորություն է տալիս այդ արտադրությունը կազմակերպել անմիջապես լուծույթների սպառման վայրերում՝ միաժամանակ վերացնելով հիպոքլորիտային լուծույթների երկարատև պահպանման անհրաժեշտությունը:

Ներկայումս օգտագործվում է ախտահանիչի էլեկտրաքիմիական արտադրության երկու եղանակ՝ նատրիումի քլորիդի խտացված լուծույթների էլեկտրոլիզով, որին հաջորդում է մաքրված ջրի հետ խառնումը և ախտահանված ջրի ուղղակի էլեկտրոլիզը: Էլեկտրոլիզի գործընթացը, ինչպես մեկում, այնպես էլ մյուս դեպքում, կախված է էլեկտրոդների հոսանքի խտությունից, նատրիումի քլորիդի կոնցենտրացիայից, pH-ից, ջերմաստիճանից և էլեկտրոլիտի շարժման բնույթից, էլեկտրոդների նյութից և դրանց պասիվացումից, ինչպես նաև էլեկտրոդներին հոսանքի մատակարարման եղանակը:

Ուսումնասիրվել է նատրիումի հիպոքլորիտի էլեկտրաքիմիական սինթեզի գործընթացը թաղանթային էլեկտրոլիտիկ խցում՝ OPTA էլեկտրոդով և անօրգանական կերամիկական թաղանթով, որը հիմնված է 2x0 գ-ի վրա։ Ուսումնասիրվել է հոսանքի խտության, նատրիումի քլորիդի լուծույթի կոնցենտրացիայի, նատրիումի քլորիդի լուծույթի սնման արագության և էլեկտրոդների խցիկներում լուծույթի սնուցման արագության ազդեցությունը: Ցույց է տրված, որ օպտիմալ պայմաններում նատրիումի հիպոքլորիտի ընթացիկ արդյունավետությունը 77% է 2,4 կՎտժ/կգ հատուկ էներգիայի սպառման դեպքում, իսկ նատրիումի քլորիդը՝ 3,1 կգ/կգ: Որոշվել է անոդի կոռոզիոն ունակությունը փորձի պայմաններում։

Առաջարկվում է ջրի մաքրման մեջ քլոր պարունակող միացությունների մոնիտորինգի մեթոդ և սարք, որը նախատեսված է հիմնականում լողավազանների ջուրը ախտահանելու համար: Նատրիումի հիպոքլորիտի ախտահանման լուծույթը ստեղծվում է էլեկտրոլիտիկ մեթոդով, ենթադրելով, որ լողավազանի ջուրը պարունակում է բավարար քանակությամբ քլորիդներ: Ջուրը շրջանառվում է փակ շղթայում, որի արտաքին մասում կա էլեկտրոլիզատոր, ինչպես նաև ջրի մաքրման զտիչ։

Արտոնագրի հեղինակներն առաջարկում են խմելու ջրի ախտահանման համար խողովակաշարի կողային մակերեսին մինի էլեկտրոլիզատոր տեղադրել, որում հիպոքլորիտը արտադրվում է էլեկտրաքիմիական եղանակով քլորիդ պարունակող նոսր լուծույթից։

Ուսումնասիրվել են հոսքի պայմաններում նատրիումի քլորիդի նոսր (0,89%) լուծույթի էլեկտրոլիզի առանձնահատկությունները։ Հաստատվել է, որ հոսքի արագության բարձրացումը հանգեցնում է քլորատի ելքի կտրուկ նվազմանը և կարող է զգալիորեն մեծացնել էլեկտրոլիզատորի արտադրողականությունն ու կայունությունը: Լավագույն արդյունքները ստացվել են տիտանի էլեկտրոդներով էլեկտրոլիտիկ խցում, որն ունի ցրված պլատինե ծածկույթ՝ կոպտության գործակից առնվազն 200, անոդների պարբերական կաթոդիկ ակտիվացմամբ:

Ուսումնասիրվել է ճնշման տակ նատրիումի հիպոքլորիտի սինթեզի էլեկտրաքիմիական գործընթացը։ Էլեկտրոլիզն իրականացվում է տիտանի համաձուլվածքից պատրաստված ավտոկլավում, որը ներսից ամրացված է ֆտորոպլաստիկով` խառնելով: Ձևավորվել է կաթոդիկ ռեակցիայի ժամանակ ջրածնի գազկուտակվում է համակարգում՝ մեծացնելով նրա ճնշումը։ Ուսումնասիրությունները կատարվել են 100-150 ատմ ճնշման տակ։ Շնորհիվ այն բանի, որ լուծույթը գտնվում է բարձր ճնշման տակ, քլորի լուծելիությունը մեծանում է, ինչը հանգեցնում է նատրիումի հիպոքլորիտի ընթացիկ արդյունավետության բարձրացմանը։ Տիտանի վրա հիմնված ռութենիումի երկօքսիդը, գրաֆիտը և պլատինը օգտագործվում էին որպես կաթոդ նյութեր, մինչդեռ տիտանը ծառայում էր որպես կաթոդ։

Հաղորդվում է բնական ջրերի էլեկտրոլիզով ստացված նատրիումի հիպոքլորիտի օգտագործման մասին՝ Մախաչկալա-Տերնայրսկի հանքավայրի ջուրը ֆենոլից մաքրելու համար։

Ծովի ջուրն ունի բարձր հանքային պարունակություն։ Ծովի ջրի հանքայնացումը ընդհանուր առմամբ կազմում է 3,5% կամ 35,000 մլն «1: Դրանցից միայն երկու բաղադրիչ (քլորիդներ և նատրիում) առկա են ավելի քան 1%, մինչդեռ մյուս երկուսի կոնցենտրացիան՝ սուլֆատ և մագնեզիում, մոտ OD% է, կալցիումը, կալիումը, բիկարբոնատը և բրոմը մոտ 0,001%, մնացած տարրերը առկա են շատ ցածր կոնցենտրացիաներում:

Ըստ առանձին աղերի և դրանց գումարի հարաբերակցության՝ Կասպից ծովի ջրերի աղիությունը տարբերվում է օվկիանոսային և սև ծովերի ջրերի աղիությունից։ Կասպից ծովի ջրերը համեմատաբար աղքատ են օվկիանոսների համեմատ՝ Na և SG իոններով և հարուստ են Ca և SO4 իոններով, Կասպից ծովի ջրերի միջին աղիությունը կազմում է 12,8-12,85%, տատանումներով 3% Վոլգայի բերանը մինչև 20% Բալխանյան ծոցում: Ձմռանը Հյուսիսային Կովկասի ջրերի աղիությունը բարձր է, ինչը բացատրվում է սառույցի ձևավորմամբ և Վոլգայի ջրերի թույլ ներհոսքով:

AT վերջին տարիներընկատվում է ծով աղերի հոսքի ավելացում, ինչը կապված է գետերի իոնային հոսքի ավելացման հետ։

Ծովային ջրերում առկա կասեցված մասնիկների ամենամեծ քանակությունը պարունակում է նույն հանքանյութերը, ինչ շրջակա ապարները (կաոլինիտ, տալկ, քվարց, դաշտային սպաթ և այլն): Աղյուսակ 1.1. ներկայացնում է Կասպից ծովի ջրի հիմնական բաղադրությունը.

Էլեկտրաքիմիական սինթեզներ

Քլոր պարունակող միացությունների անալիզն իրականացվել է հետևյալ եղանակներով՝ Պոնտիուսի մեթոդով SC-ի որոշում. 10 մլ էլեկտրոլիտ (pH = 8) փոքր քանակությամբ օսլայի ավելացմամբ տիտրվել է կալիումի յոդիդի OD H լուծույթով: SG-ի սահմանումը. 1 մլ էլեկտրոլիտը թորած ջրի հետ բերեք 100 մլ: Նմուշի 10 մլ տիտրում են արծաթի նիտրատի 0,1 Ն լուծույթով՝ CH3COOH + K2CIO4 մի քանի կաթիլների առկայությամբ։

CCV-ի սահմանում. 10 մլ նմուշին ավելացրեք 25 մլ Մոհրի աղ: Տաքացրեք այնքան, մինչև փուչիկները հայտնվեն և արագ սառչեն: Ավելացնել 5 մլ Reingart-ի խառնուրդ և տիտրել 0,1 N կալիումի պերմանգանատով, մինչև հայտնվի վարդագույն գույն:

SU-ի սահմանում/. 10 մլ էլեկտրոլիտին ավելացրեք 10 մլ հագեցած կալիումի քլորիդի լուծույթ: Եթե ​​տեղում չկա, ապա համակարգում չկան SC/: Ազատված քլորի քանակի որոշում Էլեկտրոլիզի ժամանակ առաջացած գազային քլորն անցնում է կալիումի յոդիդի լուծույթով և արտազատվող յոդը տիտրում են որոշակի կոնցենտրացիայի նատրիումի թիոսուլֆատով։ Քլորը որոշվում է յոդոմետրիկ տիտրաչափական մեթոդով։

Ռեակտիվներ՝ նատրիումի թիոսուլֆատ - 0,005 N լուծույթ; KI - 10% լուծույթ; ացետատի բուֆերային խառնուրդ: Պատրաստել՝ խառնելով CH3COONa-ի և CH3COOH-ի 1 N լուծույթների հավասար ծավալները; թարմ պատրաստված օսլայի լուծույթ - 1% լուծույթ:

Սահմանման առաջընթաց. 100 մլ ծորակից ջուր լցրեք 250 մլ կոնաձև կոլբայի մեջ, ավելացրեք 5 մլ 10% KI լուծույթ, 5 մլ ացետատային բուֆերային խառնուրդ և 1 մլ օսլայի լուծույթ։ Նմուշը տիտրում են նատրիումի թիոսուլֆատի 0,005 N լուծույթով, մինչև լուծույթի կապույտ գույնը անհետանա:

Ջրերում կալցիումի պարունակությունը որոշելու համար օգտագործվում է տրիլոնոմետրիկ մեթոդը, որը հնարավորություն է տալիս նմուշում Ca որոշել 0,1 մգ և բարձրից։ Այս մեթոդը հիմնված է Trilon B-ի օգտագործման վրա ցուցիչի մուրեքսիդի առկայության դեպքում: Մեթոդի էությունը կայանում է նրանում, որ Ca2+ իոնները ալկալային միջավայրում կազմում են բարդ միացություն մուրեքսիդի հետ, որը քայքայվում է Trilon B-ով տիտրման ժամանակ՝ նատրիումի ավելի կայուն կոմպլեքսոնատի ձևավորման արդյունքում։ Մուրեքսիդ (մանուշակագույն թթվի ամոնիումի աղը pH 12-ում փոխազդում է Ca իոնների հետ՝ ձևավորելով վարդագույն միացություններ։

Մուրեքսիդը չի փոխազդում Mg իոնների հետ, բայց եթե վերջինս փորձարկման ջրում 30 մգ/լ-ից ավելի է, Mg (OH) 2-ը կսկսի ներծծվելով իր մակերեսի վրա, ինչը դժվարացնում է համարժեքության կետի ֆիքսումը: Այնուհետև դուք պետք է նոսրացնեք փորձարկման լուծույթը 5-6 անգամ՝ մագնեզիումի կոնցենտրացիան նվազեցնելու համար:

Ռեակտիվներ՝ Trilon B - 0,05 N լուծույթ: Ճշգրիտ նորմալությունը հաստատվում է MgSO4-ի ստանդարտ 0,05 N լուծույթով կամ պատրաստված ֆիկ-սանալից; NaOH - 10% լուծույթ; մուրեքսիդ - չոր խառնուրդ (1 մաս մուրեքսիդ և 99 մաս NaCl):

Վերլուծության առաջընթաց. 100 մլ փորձնական ջուր լցնել 250 մլ կոնաձև կոլբայի մեջ, ավելացնել 5 մլ 10% նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթ, ավելացնել մի փոքր չոր ցուցիչ խառնուրդ: Լուծումը դառնում է կարմիր: Նմուշը տիտրում են Trilon B-ով ուժեղ խառնելով, մինչև 3-5 րոպե կայուն մանուշակագույն գույնի հայտնվի: Trilon B-ի հետագա ավելացման դեպքում գույնը չի փոխվում: Գերտիտրված նմուշը կարող է օգտագործվել որպես «վկա», սակայն պետք է հիշել, որ տիտրված նմուշը համեմատաբար կարճ ժամանակով պահպանում է կայուն գույնը։ Ուստի անհրաժեշտ է նոր «վկա» պատրաստել, եթե նախապես պատրաստվածի գույնի փոփոխություն լինի։

Կաթոդիկ գործընթաց - կալցիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի ընթացքում գազային ջրածնի առաջացման կինետիկա

Հաշվի առնելով, որ պլատինը թանկարժեք էլեկտրոդային նյութ է, քլորի էվոլյուցիայի գործընթացը ուսումնասիրվել է ավելի էժան նյութի՝ գրաֆիտի վրա։ Նկ. 3.3-ը ցույց է տալիս գրաֆիտի անոդային հոսանք-լարման կորերը կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթներում 0,1 - 2,0 Մ. - 300 մՎ կոնցենտրացիայով:

Պլատինից, գրաֆիտից և OPTA-ից պատրաստված էլեկտրոդների նյութերի վրա քլորի արտազատման ընթացիկ-լարման կորերից հետևում է, որ կալցիումի քլորիդի կոնցենտրացիայի աճով հեշտանում է մոլեկուլային քլորի արտազատման գործընթացը՝ նվազման պատճառով։ գործընթացի դիֆուզիոն բաղադրիչը.

Համեմատել քլորի էվոլյուցիայի կինետիկ պարամետրերը Նկ. 3.4-ը ցույց է տալիս գերլարման (p) համապատասխան տաֆելային կախվածությունը հոսանքի խտության լոգարիթմից (log i) պլատինի, գրաֆիտի էլեկտրոդների և ORTA-ի վրա:

Ուղիղ գծերի համապատասխան հավասարումները, a և b գործակիցները հաշվարկելուց հետո, կարող են ներկայացվել հետևյալ ձևով՝ ըստ հաշվարկված a և b գործակիցների, գտնվել են գործընթացի բնութագրերը՝ փոխանակման հոսանքը i0 և փոխանցման գործակիցը a.

Կալցիումի քլորիդի 2M լուծույթից քլորի էլեկտրաքիմիական տարանջատման պարամետրերը տրված են ստորև.

Նկ. 3.5. Համեմատական ​​վերլուծության համար ներկայացված են անոդային հոսանք-լարման կորեր պլատինի, գրաֆիտի և OPTA-ի համար 2M կալցիումի քլորիդի լուծույթում: Ինչպես երևում է նկարից, կալցիումի քլորիդի լուծույթից քլորն ազատվում է ORTA-ի անոդում ամենացածր պոտենցիալով, իսկ գրաֆիտի վրա հոսանքի լարման կորը 250–300 մՎ-ով տեղափոխվում է ORTA-ի կորի համեմատ դեպի անոդի կողմը. Ուստի ակնհայտ է, որ կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզում որպես անոդ նյութ նախընտրելի է օգտագործել ORTA-ն։ Գրաֆիտի վրա էներգիայի սպառումը կլինի ավելի մեծ, իսկ վերջինս երկարակեցությամբ զիջում է ORTA-ին, հատկապես բարձր անոդային բեռների դեպքում։

Հաշվի առնելով, որ էլեկտրոլիզի ընթացքում էներգիայի ծախսերը նույնպես կախված են կաթոդային գործընթացի կինետիկայից, մենք ուսումնասիրեցինք էլեկտրոդների տարբեր նյութերի վրա կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթներից ջրածնի էվոլյուցիայի օրինաչափությունները:

Նկ. 3.6. Ցուցադրված են պլատինե էլեկտրոդի վրա 0,5 - 2,0 Մ կոնցենտրացիայով կալցիումի քլորիդի լուծույթներից կաթոդիկ ջրածնի էվոլյուցիայի հոսանք-լարման կորերը: Ընթացիկ-լարման կորերի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ կալցիումի քլորիդի կոնցենտրացիայի աճով ջրածնի էվոլյուցիայի գերլարումը մեծանում է (30–40 մՎ-ով): Հավանական բացատրությունը կարող է լինել կալցիումի աղերի քիչ լուծվող նստվածքի ձևավորումը, որը պաշտպանում է պլատինե էլեկտրոդի մակերեսը և որի քանակությունը մեծանում է Ca+ իոնների կոնցենտրացիայի աճով։ Այս առումով նկատվում է էլեկտրոլիզատորի վրա լարման նկատելի աճ, որն ավելի վաղ նշվել է կալցիումի հիպոքլորիտի էլեկտրաքիմիական արտադրության ընթացքում կատարված աշխատանքում:

Կաթոդիկ հոսանք-լարման կորերը, որոնք վերցված են գործնական էլեկտրոլիզի համար ավելի մատչելի էլեկտրոդային նյութերի վրա՝ գրաֆիտ, պողպատ, պղինձ և տիտան, ներկայացված են Նկար 3.7 և 3.8-ում: Ընթացիկ-լարման կորերը ցույց են տալիս, որ պլատինից հետո ջրածնի էվոլյուցիայի ցածր գերլարում է նկատվում գրաֆիտի էլեկտրոդի վրա (նկ. 3.7, կոր 2): մինչդեռ տիտանի կաթոդի վրա ջրածնի իոնների էլեկտրավերականգնումը (նկ. 3.8, կոր 2) ընթանում է ամենաբարձր գերլարումով: Այս վարքագիծը բնորոշ է ջրածնի էվոլյուցիայի պոտենցիալների միջակայքում գտնվող ֆազային օքսիդներով պատված և գործընթացի վրա արգելակող ազդեցություն ունեցող մետաղների համար: Հետևաբար, կալցիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի համար ամենահարմար կաթոդ նյութը գրաֆիտն է։

Էլեկտրոլիտի ֆիզիկաքիմիական հատկությունները

Կալցիումի քլորիդի հալման կետը 774° է։ Որոշ դեպքերում էլեկտրոլիտին ավելացնում են կալիումի քլորիդ (հալման կետ 768°), երբեմն էլ նատրիումի քլորիդ (հալման կետ 800°)։
CaCl2-KCl համակարգի հալման սխեման ուսումնասիրվել է Օ.Մենգեի կողմից։ Համակարգում առաջանում է CaCl2 KCl միացությունը և կան երկու էվեկտիկա՝ 75% (մոլ.) CaCl2 հալման կետով 634° և 25% (մոլ.) CaCl2՝ 587° հալման կետով։
CaCl2-NaCl համակարգը 53% (մոլ.) CaCl2-ում տալիս է էվեկտիկա՝ մոտ 494° հալման կետով:
CaCl2-KCl-NaCl համակարգի վիճակի դիագրամն ուսումնասիրել է Կ. Նրանում, 508 °-ում, ձևավորվում է բաղադրության էվեկտիկա՝ 52% CaCl2, 41% NaCl, 7% KCL:
Ruff and Plateau-ի կողմից առաջարկվող էլեկտրոլիտը պարունակում է 85,8% CaCl2 և 14,2% CaF2 և հալվում է 660°-ում: Կալցիումի քլորիդի խտությունը, ըստ Արնդտի, արտահայտվում է հավասարմամբ՝ d = 2,03-0,00040 (t° - 850°):
Ըստ Վ.Պ. Բորզակովսկի, CaCl2-ի խտությունը 800°-ում 2,049 է; 900° 2.001, 1000° 1.953 Կալիումի քլորիդի կամ նատրիումի քլորիդի հավելումները նվազեցնում են հալվածքի խտությունը: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ ալկալային մետաղների քլորիդների զգալի ավելացումների դեպքում, հալվածի և մետաղական կալցիումի խտությունների տարբերությունը դեռ բավարար է մետաղ՝ հեշտությամբ լողալու էլեկտրոլիտի մակերեսին
Կալցիումի քլորիդի մածուցիկության և մակերևութային լարվածության արժեքը գազային ֆազի հետ սահմանին, ըստ Վ.Պ. Բորզակովսկին, տրված են ստորև

Կալիումի քլորիդի և նատրիումի քլորիդի հավելումները կալցիումի քլորիդին նվազեցնում են հալվածքի մածուցիկությունը և մեծացնում մակերևութային լարվածությունը գազային փուլի միջերեսում
Կալցիումի քլորիդի էլեկտրական հաղորդունակությունը, ըստ Բորզակովսկու, 800° 2,02 ohm-1/cm3 է, 900° 2,33 ohm-1/cm3; Այս տվյալներին մոտ արժեք է ստացվել Սանդոնինիի կողմից: Հավելումները մինչև 25% (մոլ.) կալիումի քլորիդ կամ մինչև 55% (մոլ.) նատրիումի քլորիդ նվազեցնում են էլեկտրական հաղորդունակությունը. հավելումների հետագա աճը մեծացնում է հալվածքի էլեկտրական հաղորդունակությունը
Կալցիումի քլորիդի գոլորշու ճնշումը շատ ավելի բարձր է, քան KCl, NaCl, MgCl2: Կալցիումի քլորիդի եռման կետը մոտավորապես 1900° է։ Ընդհանուր գոլորշու ճնշումը կալցիումի քլորիդի խառնուրդում նշված քլորիդ աղերի հետ ուսումնասիրվել է Վ.Ա.Իլյիչևի և Կ.Դ. Մուժժավլև.
Կալցիումի քլորիդի տարրալուծման լարումը (v) չափվում է Combi-ի և Devato-ի կողմից՝ օգտագործելով emf. բևեռացումը 700-1000° ջերմաստիճանի միջակայքում, արտահայտվում է բանաձևով

E \u003d 3.38 - 1.4 * 10v-3 (t ° -700 °)

Ստորև բերված է մի քանի քլորիդային աղերի տարրալուծման լարումների համեմատությունը 800° ջերմաստիճանում:

Գործնականում, 60-85% հոսանքի հզորությամբ, լոգարանում հետևի էմֆ-ը 2,8-3,2 Վ է: Դրոսբախը նշում է, որ հակառակ էլ. դ.ս. emf-ը պատասխանում է. բջիջները

Ca / CaCl / CaCl2 / Cl2:

Աղերի տարրալուծման լարումը նվազում է Ho ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, քանի որ տարբեր աղերի տարրալուծման լարման փոփոխության ջերմաստիճանի գործակիցները տարբեր են, աղերի խառնուրդից որոշակի մետաղի արդյունահանման հաջորդականությունը կարող է փոխվել ջերմաստիճանի հետ: Կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ջերմաստիճանում հնարավոր է մագնեզիումի և նատրիումի իոնների արտահոսք։ Հետևաբար, կալցիումի բաղնիքի էլեկտրոլիտը պետք է զերծ լինի այդ աղերի կեղտերից:

Էլեկտրոլիզ հպման կաթոդով

Տեսության հիմունքներ

Հալած կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ժամանակ կաթոդում արձակված կալցիումը, ինչպես մագնեզիումի կամ նատրիումի արտադրության ժամանակ, շատ ավելի թեթև է, քան էլեկտրոլիտը և, հետևաբար, լողում է լոգանքի մակերեսին: Սակայն հնարավոր չէ հեղուկ կալցիում ստանալ այնպես, ինչպես ստացվում է մագնեզիումը։ Մագնեզիումը փոքր-ինչ լուծվում է էլեկտրոլիտի մեջ և պաշտպանվում է մետաղի մակերեսի վրա պահվող էլեկտրոլիտային թաղանթով: Էլեկտրոլիտի մակերեսի վրա լողացող մագնեզիումը պարբերաբար դուրս է հանվում: Կալցիումը շատ ավելի ակտիվ է, քան մագնեզիումը և պաշտպանված չէ էլեկտրոլիտային թաղանթով: Էլեկտրոլիտում նրա լուծելիությունը բարձր է, ըստ Լորենցի հետազոտության՝ մետաղի 13%-ը լուծվում է կալցիումի քլորիդում։ Երբ այն լուծարվում է, առաջանում է CaCl ենթաքլորիդ, որը, արձագանքելով քլորի հետ, վերածվում է CaCl2-ի։ Թթվածնի և օդի խոնավության ազդեցության տակ ենթաքլորիդները հալոցքում ձևավորում են կալցիումի օքսիդի կասեցում: Եթե ​​հալած կալցիումին թույլատրվի շփվել էլեկտրոլիտի հետ, ապա վերջինիս շրջանառության շնորհիվ կալցիումը կտեղափոխվի անոդ քլորի շրջան և ի վերջո բոլորը կվերածվի կալցիումի քլորիդի։ Բացի էլեկտրոլիտում լուծվելուց, կալցիումը, լինելով լոգանքի մակերեսին, ակտիվորեն արձագանքում է այն շրջապատող գազերի հետ։
Երբ կալցիումն ազատվում է իր հալման կետից ցածր, ձևավորվում է սպունգանման դենդրիտային մետաղ՝ ներծծված աղով, օքսիդացման մեծ մակերեսով։ Նման մետաղի հալումը շատ դժվար է։ Հետևաբար, ընդունելի հոսանքի ելքով մետաղական կալցիումը կարելի է ձեռք բերել միայն Rathenau և Suter մեթոդով `էլեկտրոլիզ հպման կաթոդով / Մեթոդի էությունը կայանում է նրանում, որ կաթոդը սկզբում դիպչում է հալած էլեկտրոլիտին: Շփման վայրում առաջանում է կաթոդը թրջող մետաղի հեղուկ կաթիլ, որը, երբ կաթոդը դանդաղ և հավասարաչափ բարձրանում է, դրանով հանվում է հալոցքից և ամրանում։ Այս դեպքում ամրացնող կաթիլը ծածկված է պինդ էլեկտրոլիտային թաղանթով, որը պաշտպանում է մետաղը օքսիդացումից և ազոտումից: Անընդհատ և զգույշ բարձրացնելով կաթոդը, կալցիումը քաշվում է ձողերի մեջ:
Կալցիումի քլորիդի և կալցիումի ֆտորիդի էլեկտրոլիտի վրա հպման կաթոդով էլեկտրոլիզի պայմանները հետագայում ուսումնասիրվել և բարելավվել են Գուդվինի կողմից, ով լաբորատոր փորձերի համար ապարատ է մշակել, Ֆրերիի կողմից, ով ուշադրություն է հրավիրել էլեկտրոլիզի գործնական մեթոդների վրա, Բրեյսը, ով կառուցել է. 200 A բաղնիք և այլն:
Ռուսաստանում այս մեթոդը ուսումնասիրվել և կատարելագործվել է 100-ից 600 Ա հզորությամբ լոգարանների վրա (Զ. Յու.Վ. Բայմակով):
Բավարար հոսանքի արդյունավետության հասնելու պայմաններից մեկը կաթոդում հոսանքի բարձր խտության օգտագործումն է։ Դա անհրաժեշտ է, որպեսզի միավոր ժամանակում թողարկված մետաղի քանակը զգալիորեն գերազանցի դրա տարրալուծումը: Կախված կաթոդի աշխատանքային մակերեսից, բջիջի հզորությունից և այլ գործոններից՝ կաթոդի հոսանքի խտությունը ընտրվում է 50-250 Ա/սմ2 միջակայքում։ Գործընթացի բնականոն ընթացքի համար կարևոր է ապահովել կաթոդի բարձրացման ճշգրիտ վերահսկումը: Կաթոդի չափազանց արագ բարձրացումը հանգեցնում է մետաղի հեղուկ կաթիլի անջատմանը և էլեկտրոլիտի մեջ դրա տարրալուծմանը: Դանդաղ աճով կալցիումը գերտաքանում է և հալվում ձողից: Մետաղների տարանջատումը կարող է առաջանալ նաև էլեկտրոլիտի գերտաքացումից: Էլեկտրոլիտում կալցիումի տարրալուծումը ենթաքլորիդի և կալցիումի օքսիդի առաջացմամբ առաջացնում է էլեկտրոլիտի խտացում և փրփուրի առաջացում, որը խաթարում է լոգանքի բնականոն աշխատանքը։ Լոգանքի սառը ընթացքի ժամանակ կաթոդի վրա մետաղը աճում է դենդրիտների տեսքով։
Անոդի վրա հոսանքի խտությունը ընտրվում է հնարավորինս ցածր (0,7-1,5 Ա/սմ2 կարգի)՝ անոդի ազդեցությունից խուսափելու համար։ Անոդի էֆեկտը դրսևորվում է, երբ գրաֆիտի վրա հոսանքի խտությունը հասնում է 8 Ա/սմ2, իսկ ածխածնային անոդի վրա՝ 5,6 Ա/սմ2։ Առանց հավելումների կալցիումի քլորիդ էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը պահպանվում է 800-810°, այլ աղերի ավելացումով նվազում է։ Կաթոդի շուրջ, հոսանքի բարձր կոնցենտրացիայի պատճառով, կա գերտաքացած էլեկտրոլիտի եզր, որն ունի 820-850 ° ջերմաստիճան: Հաշվի առնելով էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը կալցիումի հալման կետին մոտ պահպանելու անհրաժեշտությունը (851°), էլեկտրոլիտի հալման կետը իջեցնելու համար հավելումները էական չեն, սակայն դրանց դերը դրական է էլեկտրոլիտում կալցիումի լուծելիությունը նվազեցնելու գործում:
Օգտագործված էլեկտրոլիտը պետք է լինի հնարավորինս ջրազրկված և չպարունակի վնասակար կեղտեր: Էլեկտրոլիտում պարունակվող խոնավությունը քայքայվում է կաթոդում ջրածնի արտազատմամբ, որը, զուգակցվելով կալցիումի հետ, ձևավորում է կալցիումի հիդրիդ, որն ուղեկցվում է կաթոդում ջերմաստիճանի բարձրացմամբ։ Բացի այդ, խոնավությունը նպաստում է էլեկտրոլիտում փրփուրի առաջացմանը: Այս ամենը խաթարում է էլեկտրոլիզի բնականոն ընթացքը։ Մեկ այլ վնասակար էլեկտրոլիտային աղտոտվածություն է սիլիցիումը, որը, նույնիսկ փոքր քանակությամբ, առաջացնում է կալցիումի լուծարում էլեկտրոլիտում: Արդյունքում ձևավորվում է ենթաքլորիդ և էլեկտրոլիտը խտանում է, ինչը դժվարացնում է կալցիումի տարանջատումը կաթոդում։ Մագնեզիումի և նատրիումի կեղտերը անցանկալի են, քանի որ դրանք ազատվում են էլեկտրոլիզի և կալցիումի հետ համաձուլվածքի ժամանակ՝ նվազեցնելով կաթոդի մետաղի հալման կետը և դժվարացնելով նկարելը:

Էլեկտրոլիզի պրակտիկա

Կալցիումի արդյունաբերական արտադրությունը հպման կաթոդով էլեկտրոլիզով սկսվել է դեռևս Առաջին համաշխարհային պատերազմից առաջ Գերմանիայում (Բիթերֆելդ) և Ֆրանսիայում (Jarry): Մոնթելը և Հարդին նշում են, որ էներգիայի սպառումը տատանվում էր 30,000-50,000 կՎտժ-ի սահմաններում 1 գ մետաղի համար՝ կախված բջջի չափից, դրա նախագծման առանձնահատկություններից և էլեկտրոլիզի արշավի տևողությունից: Կալցիումի քլորիդի սպառումը կազմում էր 4,5 կգ 1 կգ-ի համար: մետաղից։

Գերմանական բաղնիքի աշխատանքային խցիկը (նկ. 2) ունի ութանկյուն ձև՝ 400 մմ տրամագծով և 350 մմ բարձրությամբ։ Այն պատված է ածխի բլոկներով, որոնք ծառայում են որպես անոդ։ Բլոկների և լոգանքի պատյանների միջև ընկած տարածությունը երեսպատված է և ծածկված ջերմամեկուսիչով։ Լոգանքի աշխատանքային խցիկի վերևում ամրացված է 60 մմ տրամագծով երկաթե կաթոդ, որը շարժվում է ուղղահայաց, իսկ լոգանքի վրա լարումը կարգավորելու համար՝ հորիզոնական ուղղությամբ։ Օդային հովացումը միացված է կաթոդին, իսկ օդը անոդ գազերի հետ միասին հեռացվում է բաղնիքի պատի մեջ դասավորված ալիքով։ Լոգանքի տարողությունը 40 լ 90 կգ հալման համար։ Էլեկտրոլիտի բաղադրությունը՝ %՝ 35,46 Ca, 63 Cl, 0,35 CaO, 0,03 SiO2 (առավելագույնը), 0,04 Fe2O3+Al2O3 (առավելագույնը)։ Բացի այդ, լոգանքին ավելացնում են 1-1,5 կգ կալիումի քլորիդ, երբեմն տրվում է նաև ֆտորական աղի փոքր հավելում։ Էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը 800-820°C, կաթոդային հոսանքի խտությունը՝ 50-100 Ա/սմ2, անոդը՝ 1-1,5 Ա/սմ2, լոգանքի հոսանքը՝ 900-2000 Ա, լարումը 20-25 Վ։ Ընթացիկ ելքը մեծապես տատանվում է տարբեր ժամանակտարին և կախված օդի խոնավությունից և միջինը 35-40%: Սակայն լոգանքն օրական տալիս է 6-ից 15 կգ կալցիում։ 1 կգ կալցիումի դիմաց սպառվում է մոտ 70 կՎտ/ժ էլեկտրաէներգիա և 8 կգ աղ։ Կաթոդային մետաղի կեղտերի անալիզ, % (wt.)՝ 0.01-0.08 Mg 0.01-0.05 Si, 0.1-0.3 Fe + Al, 0.05-0.07 Mn, 0.008 -0.03 N, 0.7-1.6 Cl.
Ըստ Բագլիի նկարագրության՝ ԱՄՆ-ում (Միչիգան) 1939 թվականին 2000 Ա հոսանքի համար կառուցվել է երեք բաղնիքից պիլոտային կայան, որը շուտով կրկնապատկվել է (նկ. 3)։ Կաթոդի կառավարումը ավտոմատացված է եղել, մինչդեռ էլեկտրոլիտի պարբերական ավելացման և կալցիումի ձողերի հեռացման գործողությունները կատարվել են ձեռքով։ Այնուհետև մատակարարվել է 4000 Ա-ի, այնուհետև 5000 Ա-ի և վերջապես 10000 Ա-ի լոգանքների նոր շարք:

Ստացված կալցիումի ձողերն ունեն 175-ից 350 մմ տրամագիծ և մինչև 600 մմ երկարություն: Ձողը դրսից ծածկված է էլեկտրոլիտային կեղևով: Ձողի ներքին մետաղական մասը բավականին կոմպակտ է։
Այնուամենայնիվ, հարկ է նշել, որ, չնայած առկա տեխնիկական նվաճումներին, հպման կաթոդով էլեկտրոլիզն ունի լուրջ թերություններ. ցածր հոսանքի արդյունավետություն, մեծ էներգիայի սպառում, հումքից կալցիումի ցածր արդյունահանում, H2O-ից լիովին զերծ էլեկտրոլիտ օգտագործելու անհրաժեշտություն: , SiO2 կեղտեր և այլն միացություններ, ավելի հզոր բաղնիք նախագծելու դժվարությունը և այլն։ Այս ամենը ստիպեց վերջին տասնամյակում, երբ կալցիումի պահանջարկը մեծապես աճել է, փնտրել ստացման սկզբունքորեն տարբեր մեթոդներ։ Որոնումն անհաջող է անցել։

Հեղուկ կաթոդի էլեկտրոլիզ և կալցիումի համաձուլվածքների արտադրություն

Տեսության հիմունքներ

Հեղուկ մետաղի կաթոդի վրա կալցիում ստանալը վերացնում է մաքուր հեղուկ մետաղի մեկուսացման ժամանակ հանդիպող հիմնական դժվարությունները: Կալցիումի միաձուլումը էլեկտրոլիտի տակ գտնվող բաղնիքի ստորին մասում տեղակայված կաթոդ մետաղի հետ կանխում է դրա տարրալուծումը էլեկտրոլիտում և քլորի հետ վերահամակցումը և անհնար է դարձնում կալցիումի օքսիդացումը շրջակա գազերի կողմից: Սա հանգեցնում է բարձր ընթացիկ արտադրանքի: Էլեկտրոդների միջև մոտիկության հնարավորությունը, հպման կաթոդով էլեկտրոլիզի համար պահանջվող բարձր կաթոդային հոսանքի խտության բացակայությունը և հեղուկ կաթոդի վրա կալցիումի արտանետման ժամանակ ապաբևեռացումը կարող է զգալիորեն նվազեցնել լարումը լոգանքի վրա: Բարձր արդյունավետության հասնելը կախված է կաթոդի ընտրությունից, կաթոդի հոսանքի խտությունից, ջերմաստիճանից և գործընթացի այլ պայմաններից: Կաթոդային մետաղը պետք է համաձուլվի կալցիումի հետ, իսկ կաթոդի հոսանքի խտության արժեքը պետք է համապատասխանի համաձուլվածքի մեջ կալցիումի տարածման արագությանը։ Հետևաբար, կաթոդի համաձուլվածքի խառնումը օգտակար է։ Մեծ նշանակությունունի կալցիումի և կաթոդ մետաղի վիճակի դիագրամի բնույթ։ Այսպիսով, օրինակ, հեղուկ կապարի կաթոդով կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ժամանակ հնարավոր չէ լավ հոսանքի արդյունավետությամբ հարուստ համաձուլվածքներ ստանալ այն պատճառով, որ համաձուլվածքի ձևավորման ժամանակ հալման ջերմաստիճանը, ըստ վիճակի. դիագրամ (նկ. 4), կտրուկ աճում է՝ հասնելով 28% Ca 1106°:

Վ.Մ. Գուսկովը և Վ.Ֆ. Ֆեդորովը լավ հոսանքի արդյունավետություն է ստացել (89,3%)՝ խառնելով Pb-Ca համաձուլվածքը և հագեցնելով այն կալցիումով մինչև 4,4%; էլեկտրոլիզի ջերմաստիճանը եղել է 800-810°։ Համաձուլվածքում կալցիումի պարունակության ավելացմամբ և ջերմաստիճանի բարձրացմամբ ընթացիկ արդյունավետությունը կտրուկ նվազում է։
Մինչ համաձուլվածքում կալցիումի քանակը կհասնի 1-2%-ի, կաթոդի հոսանքի խտությունը կարող է ավելացվել միայն մինչև 2 Ա/սմ2։ Համաձուլվածքում կալցիումի քանակի հետագա ավելացմամբ, ընթացիկ խտությունը պետք է կրճատվի: Նմանատիպ օրինաչափություն հաստատվել է Ա.Ֆ. Ալաբիշև.
Ca-Al վիճակի դիագրամի տարբեր բնույթի պատճառով A. Yu. Taits-ը և A.V. Գոլինսկայա կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզը հեղուկ ալյումինի կաթոդով արտադրել է 62% Ca պարունակող համաձուլվածքներ 840–880°C ջերմաստիճանում և 1,5 Ա/սմ2 կաթոդային հոսանքի խտությամբ։ Որպեսզի կալցիումով հարուստ համաձուլվածքը չլողանա, բաղնիքին ավելացրին 15% կալիումի քլորիդ, որը նվազեցրեց էլեկտրոլիտի խտությունը 2,03-ից մինչև 1,84:
Ըստ Zn-Ca-ի վիճակի դիագրամի (նկ. 5), կալցիումի էլեկտրոլիտիկ նստեցումը ցինկի կաթոդի վրա՝ համաձուլվածքում Ca պարունակությունը հասցնելով 90%-ի, հնարավոր է 720°-ից ոչ ավելի ջերմաստիճանում: Այնուամենայնիվ, դժվար է ցինկի կաթոդի վրա շատ հարուստ համաձուլվածքներ ձեռք բերել խառնուրդի մասնիկների լողացող և կասեցման պատճառով:

Պղնձի կաթոդի վրա կալցիումի նստվածքը լավ է ընթանում: Ըստ Cu-Ca-ի վիճակի գծապատկերի (նկ. 6) համաձուլվածքի հալման կետը գտնվում է 750°-ից ցածր՝ դրանում 25-ից 70% Ca պարունակությամբ, այս կազմի համաձուլվածքը չի լողում, դրա խտությունը, նույնիսկ. 60% Ca պարունակությամբ, 4.4 է 2.2 խտության էլեկտրոլիտի դեպքում: Մաքուր կալցիումի արտադրության համար բացառիկ հետաքրքրություն է ներկայացնում կալցիում-պղնձի համաձուլվածքների էլեկտրոլիտային արտադրությունը։ Պղնձի (եռման կետը 2600°) և կալցիումի (եռման կետը 1490°) գոլորշու ճնշման մեծ տարբերությունը թույլ է տալիս թորումով մեկուսացնել մաքուր կալցիումը համաձուլվածքից։

Էլեկտրոլիզի պրակտիկա

Արդյունաբերության մեջ օգտագործվում է էլեկտրոլիզ կապարի, ցինկի և պղնձի կաթոդներով։ Կալցիումով և բարիումով կապարի համաձուլվածքների արտադրությունը կազմակերպվում է ԱՄՆ-ում՝ United Ltd. ընկերության գործարանում։ Յուրաքանչյուր բաղնիք երկաթե կարաս է, որը տեղադրված է աղյուսի մեջ, որի մեջ դրված է արտաքին ջեռուցում: Մոտ 2 տոննա կապարի ձուլակտորներ բեռնված են լոգանքի մեջ: Կապարը ծածկված է մաքուր կալցիումի և բարիումի քլորիդների հալված շերտով՝ 75-100 մմ բարձրությամբ։ Լոգանքի կենտրոնում ընկղմված է գրաֆիտային անոդ՝ իջեցնելու և բարձրացնող սարքով, որի տեղափոխմամբ կարգավորվում է լոգանքի ջերմաստիճանը։ Ներքևում, ինչպես նաև բաղնիքի պատերի երկայնքով ձևավորվում է եզր, որը կանխում է ընթացիկ կորուստները, որոնք հնարավոր են անոդից դեպի լոգանքի պատեր հոսքի պատճառով՝ շրջանցելով հեղուկ կապարի կաթոդը: Էլեկտրոլիզի ընթացքում արձակված կալցիումը և բարիումը ներծծվում են հալված կապարի միջոցով: Նշվում է, որ գործընթացի արդյունավետությունը նվազում է անոդային էֆեկտների, մետաղների տարրալուծման և կալցիումի և բարիումի կարբիդների առաջացման պատճառով։ Էլեկտրոլիզն իրականացվում է 2% հողալկալիական մետաղներ պարունակող համաձուլվածք ստանալու համար (մոտավորապես երեք օր էլեկտրոլիզ): Ցանկալի կոնցենտրացիան հասնելուց հետո հոսանքն անջատվում է, և համաձուլվածքն ազատվում է շերեփի մեջ, որից այն լցվում է ընդհանուր խառնիչի մեջ։
ԳԴՀ-ում կալցիում-ցինկ համաձուլվածք է արտադրվել IGF գործարանում:
Բաղնիքը (նկ. 7) բաղկացած է 2250x700x540 մմ չափերով չուգուն տուփից՝ պատված աղյուսով, անոդը 200X200 մմ հատվածով վեց ածուխի բլոկ է, որը կախված է ընդհանուր լիսեռի վրա՝ ձեռքով շարժվող իջեցման և բարձրացման համար: Ցինկը լցվում է տուփի հատակին, և համաձուլվածքը կուտակվում է լոգարանում, որտեղից 60-65% Ca պարունակության դեպքում այն ​​պարբերաբար հանվում է առանց լոգանքը դադարեցնելու: Ազատված քլորը վերևից ներծծվում է գլխարկի միջով: Յուրաքանչյուր լոգանք 25 Վ լարման դեպքում սպառում է 10000 Ա հոսանք: Էլեկտրոլիտը կալցիումի քլորիդի համաձուլվածք է՝ 18% կալիումի քլորիդով։ Էլեկտրոլիզի ջերմաստիճանը 750°: Լոգանքի հզորությունը ժամում 4 կգ կալցիում է համաձուլվածքի մեջ, գործարանը արտադրում էր ամսական 10 տոննա համաձուլվածք։
Վերջին տարիներին կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզը հեղուկ կալցիում-պղնձի կաթոդով, որին հաջորդում է համաձուլվածքից կալցիումի թորումը, լայն արդյունաբերական կիրառություն է ստացել:
Կալցիում-պղնձի համաձուլվածք ստանալու էլեկտրոլիտիկ բջիջը (նկ. 8) ուղղանկյուն թուջե բաղնիք է։ Լոգանքի լայնությունը 0,90 մ է, երկարությունը՝ 3 մ, դրսից երեսպատված է հրակայուն աղյուսներով և մեխանիկական ամրության համար փակված մետաղյա պատյանով։

Անոդը գրաֆիտի ձողերի փաթեթ է, որոնք ամրացված են մետաղյա տրավերսի վրա։ Հոսանքը մատակարարվում է անոդին տրավերսին կցված ճկուն լիսեռների միջոցով: Անոդը կարելի է բարձրացնել և իջեցնել ձեռքի անիվով: Քլորը դուրս է մղվում բաղնիքի կողային մասում գտնվող գազատարներով: Լոգանքի ներքեւի մասում լցվում է պղինձ-կալցիումի խառնուրդ, որը ծառայում է որպես կաթոդ: Նման էլեկտրոլիզատորի ընթացիկ ուժը 15000 ա է։ Վերջերս ստեղծվել են բարձր հոսանքի ուժի էլեկտրոլիզատորներ: Լոգանքի վրա լարումը 7-9 Վ է։ Էլեկտրոլիտային բջիջի օրական հզորությունը կազմում է 15000 և մոտավորապես 300 կգ կալցիում համաձուլվածքում:
Տեխնոլոգիական ռեժիմն ապահովվում է հետևյալ պայմաններով. Էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը 675°-715° է։ Էլեկտրոլիտի բաղադրությունը կազմում է 80-85% կալցիումի քլորիդ և 15-20% կալիումի քլորիդ։ Լոգարանում էլեկտրոլիտի մակարդակը 20-25 սմ է, կաթոդի համաձուլվածքի մակարդակը՝ 5-20 սմ, համաձուլվածքը հագեցած է կալցիումով մինչև 60-65% - Թորումից հետո վերադարձվող խառնուրդը պարունակում է մոտավորապես 30% Ca: Էլեկտրոդների միջև հեռավորությունը 3-5 սմ է, էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը վերահսկվում է միջբևեռային հեռավորությունը փոխելով:
Կաթոդիկ հոսանքի խտությունը 0,4-0,5 ա/սմ2, անոդ 1,0-1,2 ա/սմ2։ Գրեթե երկու անգամ ավելի շատ օգտագործման ցուցումներ կան բարձր խտություններընթացիկ.
Լոգարանը սնվում է պինդ կալցիումի քլորիդի փոքր չափաբաժիններով (յուրաքանչյուրը 20-30 կգ): Ի տարբերություն հպման կաթոդով էլեկտրոլիզատորների, այս բաղնիքը կարող է սնվել մասնակի ջրազրկված հումքով, որը պարունակում է մինչև 10% խոնավություն: Դրա վերջնական ջրազրկումը տեղի է ունենում լոգանքի մակերեսին:
Համաձուլվածքը հանվում է, երբ կալցիումի պարունակությունը 65%-ից բարձր չէ: Ավելի հարուստ համաձուլվածքի դեպքում դրա լողանալու վտանգ կա։ Համաձուլվածքը դուրս է բերվում վակուումային շերեփի միջոցով մինչև 5 սմ բարձրություն: Հարուստ համաձուլվածքը ցամաքեցնելուց հետո վատ համաձուլվածքը և կալցիումի քլորիդը լցվում են լոգանքի մեջ:
Հեղուկ կալցիում-պղնձի կաթոդով կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ժամանակ ընթացիկ արդյունավետությունը կազմում է 70-75%: Հատուկ էներգիայի սպառումը կազմում է 15000 - 18000 կՎտ/ժ համաձուլվածքի 1 տոննա կալցիումի համար, կալցիումի քլորիդի սպառումը կազմում է 3,5 գ, իսկ գրաֆիտի անոդները կազմում են 60-70 կվտ՝ համաձուլվածքի 1 գ կալցիումի դիմաց։ Չուգունյա լոգարանները աշխատում են 10-14 ամիս։