Pilihan 1
1. Tuliskan persamaan reaksi: a) memperoleh seng dari seng oksida melalui reduksi dengan batubara; b) memperoleh kobalt dari kobalt (II) oksida melalui reduksi dengan hidrogen; c) memperoleh titanium dari titanium (IV) magnesium klorida dengan metode termal. Anggap reaksi tersebut sebagai reaksi redoks: tentukan bilangan oksidasi atom dan susun koefisiennya, tentukan menggunakan metode keseimbangan elektron.
2.Buatlah diagram dan persamaan reaksi yang terjadi selama elektrolisis: a) lelehan kalium klorida; b) larutan seng bromida; c) larutan besi (II) sulfat. 
3.Apa inti dari korosi logam? Jenis korosi apa yang anda ketahui?
Korosi adalah penghancuran spontan logam dan paduan sebagai akibat interaksi kimia, elektrokimia, atau fisikokimia dengan lingkungan.
4. Ada paku keling tembaga pada penutup baja. Apa yang akan pecah terlebih dahulu - tutupnya atau paku kelingnya? Mengapa?
Tutup baja karena mengandung besi dan besi merupakan logam yang lebih reaktif dibandingkan tembaga dan akan lebih mudah menimbulkan korosi. Selain itu, besi dan tembaga membentuk pasangan galvanik, di mana besi adalah anoda, dan kemudian terurai menjadi tembaga, katoda, dan tetap utuh.
pilihan 2
1. Tuliskan persamaan reaksi: a) memperoleh besi dari besi (III) oksida dengan metode aluminotermik; b) memperoleh tembaga dari tembaga (II) oksida melalui reduksi dengan batubara; c) memperoleh tungsten dari oksidanya yang lebih tinggi melalui reduksi dengan hidrogen. Anggap reaksi tersebut sebagai reaksi redoks: tentukan bilangan oksidasi atom dan susun koefisiennya, tentukan menggunakan metode keseimbangan elektron. 
2.Buatlah diagram dan persamaan reaksi yang terjadi selama elektrolisis: a) larutan tembaga (II) bromida; b) larutan natrium iodida; c) larutan timbal (II) nitrat. 
3. Faktor-faktor apa yang menyebabkan peningkatan korosi pada logam?
4. Mengapa tangki besi yang dilapisi timah (dilapisi timah) cepat runtuh jika lapisan pelindungnya rusak?
Selain itu, besi dan timah membentuk unsur galvanik, dengan besi sebagai anoda dan lebih cepat rusak, sedangkan timah sebagai katoda tetap utuh.
Pilihan 3
1. Tuliskan persamaan reaksi: a) produksi tembaga dari tembaga (II) oksida melalui reduksi dengan hidrogen; b) memperoleh besi dari besi oksida (III) melalui reduksi dengan karbon monoksida (II); c) memperoleh vanadium dari vanadium (V) oksida dengan metode termal kalsium. Anggap reaksi tersebut sebagai reaksi redoks: tentukan bilangan oksidasi atom dan susun koefisiennya, tentukan menggunakan metode keseimbangan elektron. 
2.Buatlah diagram dan persamaan reaksi yang terjadi selama elektrolisis: a) lelehan kalsium klorida; b) larutan kalium bromida; c) larutan seng sulfat. 
3.Faktor-faktor apa yang membantu memperlambat korosi logam?
-Netralisasi atau deoksigenasi lingkungan korosif, serta penggunaan berbagai jenis inhibitor korosi;
-Penghilangan kotoran dari logam atau paduan yang mempercepat proses korosi (penghilangan besi dari paduan magnesium atau aluminium, sulfur dari paduan besi).
- Penghapusan kontak logam yang tidak menguntungkan atau insulasinya, penghapusan retakan dan celah pada struktur, penghapusan area dengan kelembaban yang stagnan.
4. Logam manakah yang lebih cepat hancur jika terjadi kontak timbal balik dengan adanya elektrolit: a) tembaga dan seng; b) aluminium dan besi? Mengapa?
Logam yang lebih aktif dari pasangan tertentu akan terdegradasi lebih cepat
a) seng merupakan logam yang lebih aktif dibandingkan tembaga;
b) aluminium merupakan logam yang lebih aktif dibandingkan besi.
Pilihan 4
1. Tuliskan persamaan reaksi: a) memperoleh molibdenum dari oksidanya yang lebih tinggi melalui reduksi dengan hidrogen; b) memproduksi kromium dari kromium (III) oksida dengan metode aluminotermik; c) memperoleh nikel dari nikel (II) oksida melalui reduksi dengan batubara. Anggap reaksi tersebut sebagai reaksi redoks: tentukan bilangan oksidasi atom dan susun koefisiennya, tentukan menggunakan metode keseimbangan elektron. 
2.Buatlah diagram dan persamaan reaksi yang terjadi selama elektrolisis: a) larutan tembaga (II) klorida; b) larutan natrium iodida; c) larutan nikel(II) nitrat. 
3. Sebutkan cara-cara memerangi korosi logam. 
4.Mengapa seng pada tangki galvanis rusak di tempat goresan, tetapi besinya tidak berkarat?
Seng merupakan logam yang lebih aktif dibandingkan besi. Selain itu, besi dan seng membentuk sel galvanik, di mana seng adalah anoda dan lebih cepat rusak, sedangkan besi, katoda, tetap utuh.
Soyuz Sovetskiz
Sosialis
Republik
Ketergantungan otomatis bukti¹
Dideklarasikan 11Л1!.1964 (No. 886625/22-2) Kelas. 40c, Kebun Binatang dengan penambahan permohonan No. IPC C 22d
UDC 669.174: 669.177.035.
45 (088.8) Komite Negara untuk Penemuan dan Penemuan Uni Soviet
Pemohon Lembaga Penelitian Pusat Metalurgi Besi dinamai I.P
CARA MEMPEROLEH BESI DENGAN ELEKTROLISIS
GARAM MOLTE DENGAN ANODA LARUT
Subyek penemuan
Grup berlangganan ¹ 1bО
Ada metode yang diketahui untuk memperoleh besi dan logam lainnya dalam larutan air dan dalam garam cair. Metode yang diusulkan untuk memperoleh besi dengan elektrolisis garam cair dengan anoda terlarut dari besi tuang atau produk reduksi bahan bijih besi di luar tungku berbeda dengan metode lainnya. topik terkenal bahwa untuk memperoleh besi dengan kemurnian yang meningkat, elektrolisis dilakukan dalam lelehan natrium klorida dengan penambahan besi klorida dalam jumlah tidak lebih dari 10", berat, dihitung sebagai besi, pada suhu 850 - 900 C dan arus anodik dan katodik kepadatan, masing-masing, hingga 0,4 dan 10 a/cm-.
Menurut metode yang diusulkan, bahan awal yang mengandung besi dalam bentuk potongan, briket, butiran, serutan atau pelat dimasukkan ke dalam tangki elektrolisis, misalnya dengan lapisan keramik, dan dilakukan pemurnian listrik pada suhu 850 - 900 C di atmosfer nitrogen atau gas inert lainnya.
Serbuk besi murni yang diendapkan pada katoda secara berkala dikeluarkan dari bak dan dihancurkan untuk dipisahkan dengan pemisahan udara bagian dari elektrolit yang dikembalikan ke bak. Residu elektrolit dipisahkan dari besi dengan pemisahan vakum pada suhu 900 - 950 C atau perlakuan hidrometalurgi.
Keunggulan metode yang diusulkan adalah peningkatan kemurnian besi dengan kandungan unsur utama hingga 99,995%. Dan
Suatu metode untuk memproduksi besi dengan elektrolisis garam cair dengan anoda terlarut15 dari besi tuang atau produk reduksi bahan bijih besi di luar tungku, yang dicirikan bahwa, untuk memperoleh besi dengan kemurnian yang meningkat, elektrolisis dilakukan dalam natrium cair klorida dengan
20 dengan menambahkan besi klorida dalam jumlah tidak lebih dari 10% berat, dihitung sebagai besi, dengan
850 - 9 C dan kerapatan arus anodik dan katodik masing-masing hingga 0,4 dan 10 a/sl -.
Paten serupa:
Invensi ini berkaitan dengan bidang produksi elektrokimia serbuk logam golongan platina dan dapat digunakan untuk katalisis dalam industri kimia, energi elektrokimia, mikroelektronika.
Kadar industri besi murni teknis (tipe Armco) yang diperoleh dengan metode pirometalurgi mempunyai derajat kemurnian 99,75-99,85%. Penghapusan lebih lanjut pengotor non-logam (C, O, S, P, N) yang terkandung dalam besi ini dimungkinkan dengan peleburan khusus dalam ruang hampa tinggi atau anil dalam atmosfer hidrogen kering. Namun setelah perlakuan tersebut, kandungan pengotornya mencapai 2000-1500 ppm besi, dengan pengotor utamanya adalah C, P, S, Mn dan O.
Besi dengan tingkat kemurnian lebih tinggi diperoleh dengan metode elektrolitik dan kimia, tetapi juga memerlukan pemurnian kompleks tambahan.
Dengan metode elektrolitik, besi diperoleh dari larutan besi klorida atau sulfat dengan konsentrasi sedang atau pekat, masing-masing, pada kerapatan arus rendah dan suhu kamar atau kepadatan tinggi dan suhu sekitar 100°.
Menurut salah satu metode, besi diendapkan dari larutan dengan komposisi berikut, g/l: 45-60 Fe2+ (dalam bentuk FeCl2), 5-10 BaCl2 dan 15 NaHCOs. Besi armco atau pelat besi atap Ural digunakan sebagai anoda, dan aluminium murni sebagai katoda. Elektrolisis dilakukan pada suhu kamar dan rapat arus 0,1 A/dm2. Diperoleh endapan dengan struktur kristal kasar, mengandung sekitar 0,01% C, sedikit fosfor dan bebas belerang.
Kemurnian besi elektrolitik bergantung pada kemurnian elektrolit dan kemurnian logam anoda. Selama pengendapan, pengotor yang lebih mulia dari besi, seperti timah, seng, dan tembaga, dapat dihilangkan. Nikel, kobalt, dan mangan tidak dapat dihilangkan. Kandungan total pengotor pada besi elektrolitik kira-kira sama dengan besi murni komersial. Biasanya mengandung sejumlah besar oksigen (hingga 0,1-0 2%), serta belerang (0,015-0,05%), jika pengendapan dilakukan dari rendaman sulfat.
Penghapusan oksigen dari besi elektrolitik dilakukan dengan proses reduksi: pemrosesan cairan atau logam keras hidrogen atau deoksidasi lelehan dalam ruang hampa dengan karbon. Dengan melakukan anil dalam aliran hidrogen kering pada suhu 900-1400°, kandungan oksigen dapat dikurangi hingga 0,003%.
Untuk memperoleh besi dengan kemurnian tinggi dalam skala semi industri, digunakan metode reduksi dengan hidrogen di pabrik peleburan vakum. Besi elektrolitik pertama-tama didesulfurisasi dengan menambahkan mangan ke dalam wadah kapur-fluorspar di bawah atmosfer karbon monoksida (kandungan belerang dikurangi dari 0,01 menjadi 0,004%), kemudian lelehannya direduksi dengan hidrogen dengan cara ditiup atau dibersihkan dalam wadah alumina. Pada saat yang sama, kandungan oksigen dapat dikurangi menjadi 0,004-0,001%. Desulfurisasi logam juga dapat dilakukan dalam kondisi vakum tinggi dengan menggunakan bahan tambahan pada lelehan logam (timah, antimon, bismut) yang membentuk sulfida yang mudah menguap. Dengan mendeoksidasi lelehan dengan karbon dalam tungku vakum tinggi, dimungkinkan untuk memperoleh besi dengan kandungan oksigen dan karbon masing-masing hingga 0,002%.
Produksi besi dengan kandungan oksigen lebih rendah melalui deoksidasi dalam ruang hampa tinggi diperumit oleh interaksi logam dengan bahan wadah, yang disertai dengan transisi oksigen ke dalam logam. Bahan terbaik cawan lebur yang memberikan transisi oksigen minimal adalah ZrO2 dan ThO2.
Besi dengan kemurnian tinggi juga diperoleh dengan metode karbonil dari pentakarbonil Fe(CO)5 dengan menguraikannya pada suhu 200-300°. Besi karbonil tidak mengandung pengotor yang biasanya menyertai besi - belerang, fosfor, tembaga, mangan, nikel, kobalt, kromium, molibdenum, seng, silikon. Pengotor spesifik di dalamnya adalah karbon dan oksigen. Kehadiran oksigen disebabkan oleh reaksi sekunder antara karbon dioksida dan besi yang dihasilkan. Kandungan karbon mencapai 1%; dapat diturunkan menjadi 0,03% jika tidak ditambahkan uap besi karbonil jumlah besar amonia atau mengolah bubuk besi dalam hidrogen. Penghapusan karbon dan oksigen dicapai dengan metode peleburan vakum yang sama yang digunakan untuk besi elektrolitik.
Besi paling murni dapat diperoleh secara kimia, tetapi cara ini sangat rumit dan memungkinkan untuk memperoleh logam dalam jumlah kecil. DI DALAM metode kimia Untuk memurnikan garam besi dari pengotor Co, Ni, Cu, Cr, Mn, digunakan rekristalisasi, reaksi pengendapan, atau ekstraksi pengotor dengan pengendapan.
Salah satu metode kimia yang memungkinkan memperoleh besi dengan tingkat kemurnian yang sangat tinggi (kurang dari 30-60 bagian per juta pengotor) meliputi tahapan berurutan berikut:
1) ekstraksi kompleks FeCl3 dengan eter dari larutan HCl 6-N dengan regenerasi larutan berair dan ekstraksi eter selanjutnya;
2) reduksi FeCls menjadi FeCl2 dengan besi dengan kemurnian tinggi;
3) pemurnian tambahan FeCl2 dari tembaga dengan perlakuan dengan reagen belerang dan kemudian dengan eter;
4) pengendapan logam secara elektrolitik dari larutan FeCl2;
5) anil butiran logam dalam hidrogen (untuk menghilangkan oksigen dan karbon);
6) produksi besi kompak menggunakan metalurgi serbuk (pengepresan menjadi batangan dan sintering dalam hidrogen)
Tahap terakhir dapat dilakukan dengan peleburan zona tanpa wadah, yang menghilangkan kerugian pemrosesan vakum- perpindahan oksigen dari wadah ke logam.
14.06.2019
Mesin pembengkok tulangan dari Avangard. Prinsip operasi, fitur desain, dan data ikhtisar perangkat, unit, peralatan, dan peralatan lain untuk pembengkokan...
14.06.2019
Saat mengganti wastafel di ruang dapur, saat memasang faucet, bathtub, jendela dan pintu, penggunaan sealant disediakan. Ini adalah zat komposit khusus...
13.06.2019
Tujuan utama tempat semprotan disebut pewarnaan berkualitas tinggi dan seragam kendaraan. Tentu saja, cara seperti itu tidak bisa disebut...
13.06.2019
Perusahaan pertambangan dan metalurgi Almalyk telah mulai melaksanakan program tahap kedua yang bertujuan membangun kereta api...
13.06.2019
Pembubutan adalah salah satu jenis pemrosesan produk, di mana blanko logam standar diubah menjadi elemen struktural yang diperlukan. Untuk menyelesaikan...
13.06.2019
Selama bertahun-tahun, terdapat kecenderungan nyata di dunia ini untuk meningkatkan produksi struktur logam. Permintaan yang signifikan untuk struktur tersebut dikaitkan dengan manfaatnya dalam...
12.06.2019
Perusahaan Brasil Vale membuat pernyataan bahwa mereka berencana mengalokasikan satu miliar sembilan ratus juta dolar AS untuk menghapus dan meningkatkan...
12.06.2019
Teras, atau orang sering menyebutnya beranda, adalah atribut yang paling penting rumah pedesaan Hari ini. Hanya sedikit yang akan membantah fakta bahwa dia memiliki ...
12.06.2019
Saat ini produk stainless steel siap menawarkan kepada konsumen berbagai macam produk seperti fitting stainless, sudut, segi enam,...
Pembuatan besi (baca besi tuang dan baja) dengan cara elektrolisis dibandingkan dengan peleburan konvensional dapat mencegah pelepasan satu miliar ton karbon dioksida ke atmosfer setiap tahunnya. Demikian kata Donald Sadoway dari Massachusetts Institute of Technology (MIT), yang mengembangkan dan menguji metode “ramah lingkungan” dalam memproduksi besi melalui elektrolisis oksidanya.
Jika proses yang ditunjukkan di laboratorium ditingkatkan, hal ini dapat menghilangkan kebutuhan akan peleburan konvensional, yang melepaskan hampir satu ton karbon dioksida ke atmosfer untuk setiap ton baja yang diproduksi.
Pada teknologi konvensional bijih besi dikombinasikan dengan kokas. Kokas bereaksi dengan besi menghasilkan CO2 dan karbon monoksida, dan meninggalkan paduan besi dan besi cor karbon, yang kemudian dapat dilebur menjadi baja.
Dalam metode Sadoway, bijih besi dicampur dengan pelarut - silika dan kapur tohor - pada suhu 1600 derajat Celcius - dan arus listrik dialirkan melalui campuran tersebut.
Ion oksigen bermuatan negatif bermigrasi ke anoda bermuatan positif, tempat oksigen keluar. Ion besi bermuatan positif bermigrasi ke katoda bermuatan negatif, di mana mereka direduksi menjadi besi, yang dikumpulkan di dasar sel dan dipompa keluar.
Proses serupa juga digunakan dalam produksi aluminium (dan memerlukan listrik dalam jumlah besar), yang oksidanya sangat stabil sehingga tidak dapat direduksi oleh karbon dalam jumlah besar. tanur tinggi, di mana, misalnya, besi cor diproduksi. Dan jelas bahwa industri baja tidak pernah memiliki alasan untuk beralih ke elektrolisis bijih besi, karena bijih besi mudah direduksi oleh karbon.
Namun jika pemerintah negara yang berbeda akan mulai mengenakan pajak yang besar atas emisi gas rumah kaca - khususnya karbon dioksida metode baru Produksi besi bisa menjadi lebih menarik. Benar, dari instalasi laboratorium semacam ini hingga instalasi industri, menurut perkiraan para ilmuwan, dibutuhkan waktu 10-15 tahun.
Penulis makalah tersebut mengatakan kendala terbesarnya adalah menemukan bahan praktis untuk anoda. Dalam eksperimennya, ia menggunakan anoda yang terbuat dari grafit. Namun sayangnya, karbon bereaksi dengan oksigen, melepaskan karbon dioksida ke udara sebanyak yang terjadi pada peleburan besi biasa.
Anoda platina yang ideal, misalnya, terlalu mahal untuk produksi skala besar. Namun mungkin ada jalan keluarnya - dengan memilih beberapa paduan logam tahan yang membentuk lapisan oksida pada permukaan luarnya, namun tetap menghantarkan listrik. Keramik konduktif juga bisa digunakan.
Masalah lainnya adalah proses baru ini menggunakan banyak listrik - sekitar 2 ribu kilowatt-jam per ton besi yang dihasilkan. Jadi, pengertian ekonomi dan bahkan lingkungan dalam metode baru produksi besi cor akan muncul hanya dengan syarat bahwa listrik ini akan dihasilkan dengan cara yang ramah lingkungan, dan pada saat yang sama murah, tanpa mengeluarkan karbon dioksida. Penulis metode ini sendiri mengakui hal ini.
Saat lewat arus listrik Reaksi kimia tidak terjadi melalui logam (konduktor jenis pertama), dan logam tetap tidak berubah. Jika arus listrik melewati lelehan atau larutan suatu elektrolit (konduktor tipe 2), berbagai reaksi kimia (elektrolisis) terjadi pada batas antara elektrolit dan konduktor logam (elektroda) dan terbentuklah senyawa baru.
Elektrolisis adalah serangkaian proses yang terjadi ketika arus listrik melewati sistem elektrokimia yang terdiri dari dua elektroda dan larutan leleh atau elektrolit.
Selama elektrolisis, kation berpindah ke elektroda negatif (katoda) dan anion berpindah ke elektroda positif (anoda). Namun dalam kasus ini, kation dan anion elektrolit tidak selalu dilepaskan, menerima atau menyumbangkan elektron. Reaksi elektrolisis seringkali melibatkan pelarut-elektrolit, seperti air.
Perbedaan mendasar antara reaksi dalam sel galvanik dan elektroliser hanya terletak pada arah dan spontanitasnya. Dalam rangkaian tertutup sel galvani, reaksi elektrokimia terjadi secara spontan, tetapi dalam elektroliser hanya terjadi di bawah pengaruh arus listrik dari sumber luar.
Anda harus memperhatikan nama elektrodanya: dalam sel galvani, elektroda negatif adalah anoda, dan elektroda positif adalah katoda; sebaliknya dalam elektroliser, elektroda negatif adalah katoda, dan elektroda positif adalah anoda.
Perlu diingat bahwa istilah “negatif” dan “positif” selalu mengacu pada kutub sumber arus, yang berarti elektroda elektroliser. Kesamaan dari proses-proses ini adalah bahwa baik di dalam sel galvanik maupun di dalam elektroliser, kelebihan elektron terjadi pada elektroda negatif, dan kekurangan elektron pada elektroda positif. Di katoda, ion atau molekul direduksi di bawah pengaruh elektron; di anoda, partikel dioksidasi, melepaskan elektronnya ke elektroda.
Dalam kation elektroliser (M N+) berpindah ke katoda (–), dan anion (A N–) - ke anoda (+).
Tegangan penguraian elektrolit selama elektrolisis disebut tegangan minimum (ggl eksternal) yang harus diterapkan pada elektroda. Misalnya, untuk larutan seng klorida dalam kondisi standar:
Zn 2+ + 2 ē = Zn φ° = – 0,76V,
Cl2+2 ē = 2Cl – φ° = + 1,36 V,
dan tegangan dekomposisi sama (dalam nilai absolut) dengan jumlah potensial elektroda standar kedua elektroda: 0,76 + 1,36 = 2,12 V, yaitu. tegangan dekomposisi tidak boleh lebih rendah dari ggl sel galvanik yang sesuai.
Tegangan penguraian terdiri dari potensi dua elektroda - potensi pelepasan ion.
Potensi vakum kation kadang-kadang disebut potensi pengendapan logam Ini adalah potensial minimum yang harus diterapkan pada elektroda agar kation kehilangan muatan dan terjadi pengendapan logam. Untuk beberapa ion (Cu 2+, Ag +, Cd 2+) potensial pengendapannya mendekati potensial elektroda, sedangkan untuk ion lain (Fe 2+, Co 2+, Ni 2+) potensial pengendapannya jauh melebihi potensial elektroda. dari logam - untuk elektrolisis diperlukan tegangan lebih tertentu.
Membedakan elektrolisis larutan Dan elektrolisis lelehan. Elektrolisis larutan dibagi menjadi elektrolisis dengan elektroda inert Dan elektrolisis dengan anoda larut. Elektroda logam (Pt, Au) dan non-logam (grafit) dapat bersifat inert. Anoda yang terbuat dari Cr, Ni, Cd, Zn, Ag, Cu, dll digunakan sebagai anoda larut.
Beberapa logam praktis tidak larut karena polarisasi anodik yang tinggi, misalnya Ni dan Fe dalam larutan basa, Pb dalam H 2 SO 4.
Elektrolisis larutan dengan elektroda inert. Selama elektrolisis larutan elektrolit dalam air, hidrogen, bukan logam, sering kali dilepaskan di katoda, bukan logam. Dalam lingkungan asam, hidrogen terbentuk melalui reaksi:
2H++ 2 ē = H2.
Dalam lingkungan netral dan basa, hidrogen terbentuk melalui reaksi yang melibatkan molekul air:
2H2O+2 ē = H2 + OH – .
Kation seperti Na+ atau K+, in larutan berair tidak habis sama sekali, tetapi hidrogen dilepaskan.
Kation dapat dikelompokkan menurut kemampuannya mengeluarkan, mulai dari tidak dapat habis hingga mudah habis. Pada saat yang sama, produk elektrolisis juga berubah. Untuk beberapa kation, pembentukan logam dan hidrogen secara simultan dimungkinkan.
Di bawah ini adalah kation-kation menurut tingkat kesulitan pelepasannya dan produk elektrolisisnya:
Kation Produk elektrolisis
Li + , K + , Na + , Mg 2+ , Al 3+ , H + (pengalihan) H 2
Mn 2+ , Zn 2+ , Cr 3 + , Fe 2 + , H + (pH 7) M + H 2
Co 2+, Ni 2+, Sr 2+, Pb 2+, H + (pH 0) M + H 2
Cu 2+ , Ag + , Au 3 + M
Perbedaan posisi hidrogen dalam deret ini dijelaskan oleh alasan berikut. Posisi hidrogen antara timbal dan tembaga sesuai dengan nilai numerik potensial elektroda standar di DENGAN M n+ = DENGAN H + = 1 mol/l, mis. pada pH=0. Posisi hidrogen antara besi dan kobalt sesuai dengan potensial elektroda hidrogen dalam air pada pH = 7 (φº H 2 / H + = –0,414 V). Dalam kondisi ini, semua logam dapat diendapkan dari larutan, nilai φ ° yang lebih besar dari –0,414 V. Namun, dalam praktiknya, selain kobalt, nikel, timah, dan timbal, seng, kromium, dan besi juga dapat diendapkan dari larutan berair. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa pelepasan gas hidrogen di katoda terhambat oleh tegangan berlebih hidrogen.
Jadi, dalam rangkaian kation dari Li+ sampai A1 3+ tidak ada logam yang terbentuk, dan selama elektrolisis hidrogen dilepaskan karena reduksi air. Dalam rangkaian kation dari Mn 2+ hingga Pb 2+ selama elektrolisis, logam dan hidrogen terbentuk secara bersamaan, dan, akhirnya, secara seri Cu 2+ - Au 3+ hanya logam yang terbentuk.
Akibatnya, semakin jauh ke kiri (mendekati awal) suatu logam berada dalam rangkaian potensial elektroda standar (seri tegangan), semakin sulit untuk mengisolasi logam tersebut dengan elektrolisis larutan berair.
Jika tegangan yang meningkat secara bertahap diterapkan pada larutan yang mengandung beberapa kation, elektrolisis dimulai ketika potensial pengendapan kation dengan potensial elektroda tertinggi (paling positif) tercapai. Selama elektrolisis larutan yang mengandung ion seng (φ °= –0,76 V) dan tembaga (φ ° = +0,34 V), tembaga pertama kali dilepaskan di katoda, dan hanya setelah hampir semua ion Cu 2+ dilepaskan barulah seng mulai dilepaskan. Dengan demikian, jika suatu larutan secara simultan mengandung berbagai kation, maka pada saat elektrolisis dapat diisolasi secara berurutan sesuai dengan nilai potensial elektrodanya.. Diasumsikan bahwa tegangan lebih pelepasan logam untuk mereka kira-kira sama (dan kecil).
Tentang potensi pelepasan anion, maka gambaran di sini jauh lebih rumit karena kemampuan air untuk berpartisipasi dalam proses elektrolisis. Secara umum, kita dapat mengatakan bahwa anion dengan potensial terendah (paling positif) dilepaskan terlebih dahulu di anoda. Jika larutan mengandung ion Cl - (φº = 1,36 V), Br - (φ° = 1,09 V) dan I - (φº = 0,54 V), maka akan terbentuk yodium terlebih dahulu, kemudian brom dan terakhir klorin. Ion fluorida dalam larutan air tidak dapat dilepaskan sama sekali (φ ° = 2,87V).
Kebanyakan anion yang mengandung oksigen (kecuali ion asetat) tidak dibuang ke dalam larutan air, melainkan air terurai dalam larutan asam dan netral:
2H 2 O – 4 ē = O 2 + 4H + ,
dan dalam larutan basa - pelepasan ion hidroksida:
2OH – – 2 ē = 1/2 O 2 + H 2 O.
Anion, menurut kemampuannya untuk dilepaskan selama elektrolisis larutan berair, ditempatkan pada baris berikut dari anion asam yang mengandung oksigen seperti SO 4 2–, NO 3 – yang tidak dilepaskan dalam larutan berair hingga yang tidak dibuang dalam larutan berair. mudah dibuang:
Anion Produk elektrolisis
JADI 4 2–, NO 3 – dst., OH – O 2
Cl – , Br – , I – Cl 2 (ClO – , ClO 3 –), Br 2 , I 2 (+O 2)
S 2– S, JADI 2 (+ O 2)
Dengan demikian, kita dapat merumuskan pokok-pokok berikut ini aturan untuk elektrolisis larutan elektrolit berair dengan elektroda tidak larut:
1. Dari anion elektrolit, anion asam bebas oksigen (Cl–, Br–, S2–, dll.) terlebih dahulu dibuang di anoda.
2. Anion asam yang mengandung oksigen (SO 4 2–, NO 3 –, CO 3 2–, dll.) tidak dihilangkan dengan adanya air; sebaliknya, air dioksidasi menurut reaksi:
2H 2 O – 4 ē = O 2 + 4H + .
3. Logam aktif yang terletak pada rentang tegangan hingga Al (inklusif) tidak tereduksi di katoda melainkan tereduksi air:
2H2O+2 ē = H 2 + 2OH – .
4. Logam yang terletak pada rangkaian tegangan setelah aluminium, tetapi sebelum hidrogen, tereduksi di katoda bersama dengan molekul air:
K: 1) Zn 2+ + 2 ē = Zn
2) 2H 2 O + 2 ē = H 2 + 2OH – .
5. Logam dengan potensial elektroda positif direduksi terlebih dahulu di katoda:
Cu 2+ + 2 ē = Cu
Misalnya, selama elektrolisis asam sulfat (elektroda grafit), terjadi proses berikut:
di katoda 2H++ 2 ē = jam 2,
di anoda 2H 2 O – 4 ē = O 2 + H + .
Persamaan ringkasan:
2H 2 O = 2H 2 + O 2,
itu. Selama elektrolisis larutan asam sulfat, hidrogen dan oksigen dilepaskan karena penguraian molekul air. Produk elektrolisis: hidrogen dan oksigen.
Elektrolisis larutan tembaga sulfat:
di katoda Cu 2++ 2 ē = Ya,
di anoda 2H 2 O – 4 ē = O 2 + 4H +
Persamaan ringkasan:
2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu + O 2 + 4H +
2CuSO 4 + 2H 2 O = 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4.
Produk elektrolisis: tembaga, oksigen, asam sulfat.
Kemungkinan keluarnya anion tergantung pada konsentrasinya. Jadi, produk elektrolisis larutan NaCl pekat dan encer masing-masing adalah klorin dan oksigen.
Elektrolisis larutan encer natrium klorida terjadi tanpa pelepasan ion Cl – (dan, karenanya, ion Na +), yaitu. terjadi penguraian air. Ketika konsentrasi garam di anoda meningkat, pelepasan klorin dimulai bersama dengan oksigen, dan klorin (dengan campuran oksigen) terbentuk dalam larutan pekat:
di katoda 2H2O+2 ē = H 2 + 2OH –
di anoda 2l – – 2 ē = Cl2 .
Persamaan ringkasan:
2Cl – + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2OH –
2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH.
Produk elektrolisis: hidrogen, klorin dan natrium hidroksida.
Dalam kasus pelepasan klorin selama elektrolisis larutan klorida, proses utama pembentukan klorin ditumpangkan pada reaksi interaksi klorin dengan air (hidrolisis) dan transformasi selanjutnya dari zat yang dihasilkan. Hidrolisis klorin terjadi dengan pembentukan asam hipoklorit lemah dan ion klorida (asam klorida):
Cl 2 + H 2 O = H + + Cl – + HC1O.
Asam hipoklorit dengan alkali yang terbentuk selama elektrolisis (lebih tepatnya, Na + +OH –) menghasilkan natrium hipoklorit NaClO sebagai produk. Dalam lingkungan basa, persamaan reaksi keseluruhan berbentuk:
Cl 2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O.
Pada suhu tinggi (air mendidih), terjadi hidrolisis klorin dengan pembentukan ion klorat. Persamaan reaksi yang mungkin:
3Cl 2 + 3H 2 O = ClO 3 – + 5 Cl – + 6H +,
3HClO = СlO 3 – + 2Сl – + 3Н +,
3СlО – = СlO 3 – + 2Сl – .
Dalam lingkungan basa, persamaan keseluruhannya berbentuk
3Cl 2 + 6NaOH = NaClO 3 + 5NaCl + 3H 2 O.
Elektrolisis dengan diafragma. Selama elektrolisis larutan encer natrium klorida, ion Na+ berpindah ke katoda, tetapi hidrogen dilepaskan:
2H 2 O+2 ē = H 2 + OH –
dan larutan natrium hidroksida pekat.
Ion klorida berpindah ke anoda, tetapi karena konsentrasinya yang rendah, oksigen lebih banyak terbentuk daripada klorin:
2H 2 O – 4 ē = O 2 + 4H +
dan larutan asam klorida pekat.
Jika elektrolisis dilakukan dalam gelas kimia atau bejana serupa lainnya, larutan alkali dan asam dicampur dan elektrolisis direduksi menjadi pembentukan hidrogen dan oksigen akibat penguraian air. Jika ruang anoda dan katoda dipisahkan oleh sekat (diafragma) yang memungkinkan ion pembawa arus melewatinya tetapi mencegah pencampuran larutan dekat elektroda, maka larutan asam dan alkali dapat diperoleh sebagai produk elektrolisis.
Selama elektrolisis larutan natrium klorida, ion hidroksida terbentuk di katoda melalui reaksi:
2H2O+2 ē = H 2 + 2OH –
segera mulai berpartisipasi dalam transfer listrik dan, bersama dengan ion C1, berpindah ke anoda, di mana kedua ion dilepaskan dan campuran oksigen dan klorin terbentuk. Oleh karena itu, hasil klorin menurun. Jika anoda terbuat dari batu bara (grafit), maka akan teroksidasi oleh oksigen dan terbentuk karbon oksida CO dan CO 2 yang mencemari klorin. Selanjutnya, klorin yang terbentuk di anoda berinteraksi dengan ion hidroksida:
C1 2 + OH – = H + + Cl – + OCl – .
Pembentukan ion hipoklorit juga merupakan proses yang tidak diinginkan (jika memperoleh larutan natrium hipoklorit bukanlah tujuannya). Semua konsekuensi yang tidak diinginkan ini dapat dihindari jika Anda menggunakan diafragma yang memisahkan ruang katoda dan anoda dan menahan ion OH -, tetapi memungkinkan ion Cl - melewatinya. Terakhir, diafragma mencegah difusi gas dan memungkinkan produksi hidrogen yang lebih murni.
Jika suatu larutan mengandung beberapa anion, akan lebih sulit untuk memprediksi urutan pelepasannya di anoda daripada kation, tetapi, secara umum, aturannya adalah anion dicirikan oleh nilai potensial terendah (atau nilai negatif tertinggi dari elektroda). potensial reaksi yang berlangsung di anoda) dibuang terlebih dahulu.
Elektrolisis larutan dengan anoda larut. Elektrolisis dengan anoda terlarut dimungkinkan ketika logam lebih mudah melepaskan elektron daripada ion Cl–, OH– atau molekul air. Misalnya, pada anoda tembaga dalam larutan tembaga klorida atau sulfat, klorin atau oksigen tidak dilepaskan, tetapi ion Cu 2+ masuk ke dalam larutan. Pada saat yang sama, ion yang sama dilepaskan di katoda dan logam tembaga diendapkan. Jadi, elektrolisis dengan anoda larut direduksi menjadi transfer tembaga dari anoda ke katoda.
Reaksi di anoda dalam banyak kasus dipersulit oleh banyak proses sampingan dan seringkali tidak diinginkan. Misalnya, ion yang dihasilkan dapat membentuk oksida, hidroksida, dan lapisan tipisnya:
M 2+ + 2OH – = MO + H 2 O.
Oksigen juga dapat dilepaskan di anoda:
2H 2 O – 4 ē = O 2 + 4H + ,
yang dapat berpartisipasi dalam berbagai macam reaksi dalam sistem elektrolitik.
Ketika produk gas, terutama oksigen, terbentuk, dalam banyak kasus potensial penguraian tidak sesuai dengan potensial elektroda karena nilai tegangan lebih yang tinggi. . Tegangan lebih adalah perbedaan antara tegangan dekomposisi aktual dan EMF dari reaksi terkait yang secara teoritis dihitung dari potensial elektroda. Sifat zat yang dilepaskan (untuk klorin, brom dan yodium, tegangan lebihnya sangat kecil) dan bahan elektroda mempunyai pengaruh yang sangat kuat terhadap besarnya tegangan lebih. Di bawah ini adalah data tegangan lebih selama evolusi hidrogen dan oksigen di berbagai katoda dan anoda.
Tegangan Lebih Elektroda, V
Hidrogen Oksigen
Pt menghitam 0,00 0,2–0,3
Pt mengkilat 0,1 0,4–0,5
Fe 0,1–0,2 0,2–0,3
Ni 0,1–0,2 0,1–0,3
Cu 0,2 0,2–0,3
Pb 0,4–0,6 0,2–0,3
Tegangan lebih juga tergantung pada bentuk elektroda, keadaan permukaannya, rapat arus, suhu larutan, intensitas pengadukan larutan dan faktor lainnya.
Tegangan lebih hidrogen pada besi adalah ~ 0,1 V, dan oksigen pada bahan yang sama adalah ~ 0,3 V. Oleh karena itu, tegangan lebih selama elektrolisis pada elektroda besi adalah 0,1 + 0,3 = 0,4 V. Jumlah dari nilai ini dan dihitung secara teoritis adalah nilai minimum tegangan pelepasan elektrolit yang sesuai.
Sikap terhadap tegangan lebih bersifat ambivalen. Di satu sisi, tegangan lebih menyebabkan peningkatan konsumsi energi; di sisi lain, karena tegangan lebih, banyak logam dapat mengendap dari larutan berair, yang menurut nilai potensial elektroda standarnya, tidak boleh diendapkan. Ini adalah Fe, Pb, Sn, Ni, Co, Zn , Kr. Berkat tegangan lebih, serta pengaruh konsentrasi larutan pada potensial elektroda, pelapisan kromium elektrolitik dan nikel pada produk besi dimungkinkan, dan bahkan natrium dapat diperoleh dari larutan berair pada elektroda merkuri.
Pelepasan ion Cl – dalam larutan air daripada ion OH – dalam larutan dengan konsentrasi elektrolit tinggi juga dijelaskan oleh tegangan berlebih oksigen. Namun, tegangan lebih ini tidak cukup untuk menyebabkan pelepasan ion F – dan pelepasan fluor bebas.
Besarnya tegangan lebih dipengaruhi oleh banyak faktor kinetik lainnya - laju perpindahan partikel ke elektroda dan penghilangan produk elektrolisis, laju penghancuran hidrasi dan cangkang lain dari ion yang dilepaskan, laju penggabungan atom menjadi gas diatomik. molekul, dll.
