Opțiunea 1
1. Scrieţi ecuaţiile reacţiei: a) obţinerea zincului din oxid de zinc prin reducere cu cărbune; b) obţinerea de cobalt din oxid de cobalt (II) prin reducere cu hidrogen; c) obţinerea titanului din clorură de titan (IV) magneziu prin metodă termică. Considerați reacția ca o reacție redox: desemnați stările de oxidare ale atomilor și aranjați coeficienții, determinându-i folosind metoda echilibrului electronic.
2. Întocmește diagrame și ecuații ale reacțiilor care au loc în timpul electrolizei: a) clorură de potasiu topită; b) soluţie de bromură de zinc; c) soluție de sulfat de fier (II). 
3. Care este esența coroziunii metalelor? Ce tipuri de coroziune cunoașteți?
Coroziunea este distrugerea spontană a metalelor și aliajelor ca rezultat al interacțiunii chimice, electrochimice sau fizico-chimice cu mediul.
4. Există un nit de cupru pe capacul din oțel. Ce se va rupe mai întâi - capacul sau nitul? De ce?
Capac din oțel, deoarece conține fier, iar fierul este un metal mai reactiv decât cuprul și va fi mai probabil să se corodeze. De asemenea, fierul și cuprul formează un cuplu galvanic, unde fierul este anodul, și mai degrabă se prăbușește în cupru, catod, și rămâne intact.
Opțiunea 2
1. Scrieţi ecuaţiile reacţiei: a) obţinerea fierului din oxidul de fier (III) prin metodă aluminotermă; b) obţinerea cuprului din oxid de cupru (II) prin reducere cu cărbune; c) obţinerea wolframului din oxidul său superior prin reducere cu hidrogen. Considerați reacția ca o reacție redox: desemnați stările de oxidare ale atomilor și aranjați coeficienții, determinându-i folosind metoda echilibrului electronic. 
2. Întocmește diagrame și ecuații ale reacțiilor care au loc în timpul electrolizei: a) soluție de bromură de cupru (II); b) soluție de iodură de sodiu; c) soluție de azotat de plumb (II). 
3.Ce factori duc la creșterea coroziunii metalelor?
4. De ce un rezervor de fier conservat (acoperit cu staniu) se prăbușește rapid la locul deteriorării stratului protector?
De asemenea, fierul și staniul formează un element galvanic, unde fierul este anodul și este distrus mai repede, iar staniul, catodul, rămâne intact.
Opțiunea 3
1. Scrieţi ecuaţiile reacţiei: a) producerea de cupru din oxid de cupru (II) prin reducere cu hidrogen; b) obţinerea fierului din oxidul de fier (III) prin reducerea cu monoxid de carbon (II); c) obţinerea de vanadiu din oxidul de vanadiu (V) prin metoda termică cu calciu. Considerați reacția ca o reacție redox: desemnați stările de oxidare ale atomilor și aranjați coeficienții, determinându-i folosind metoda echilibrului electronic. 
2. Întocmește diagrame și ecuații ale reacțiilor care au loc în timpul electrolizei: a) clorură de calciu topită; b) soluţie de bromură de potasiu; c) soluţie de sulfat de zinc. 
3.Ce factori ajută la încetinirea coroziunii metalelor?
-Neutralizarea sau dezoxigenarea mediilor corozive, precum si utilizarea diferitelor tipuri de inhibitori de coroziune;
-Indepartarea impuritatilor din metal sau aliaj care accelereaza procesul de coroziune (indepartarea fierului din aliaje de magneziu sau aluminiu, sulf din aliaje de fier).
- Eliminarea contactelor metalice nefavorabile sau izolarea acestora, eliminarea fisurilor si golurilor din structura, eliminarea zonelor de umiditate stagnante.
4. Ce metale sunt distruse mai repede la contactul reciproc în prezența unui electrolit: a) cupru și zinc; b) aluminiu și fier? De ce?
Metalul mai activ dintr-o pereche dată se va degrada mai repede
a) zincul este un metal mai activ decât cuprul;
b) aluminiul este un metal mai activ decât fierul.
Opțiunea 4
1. Scrieţi ecuaţiile reacţiei: a) obţinerea molibdenului din oxidul său superior prin reducere cu hidrogen; b) producerea cromului din oxidul de crom (III) printr-o metodă aluminotermă; c) obţinerea de nichel din oxid de nichel (II) prin reducere cu cărbune. Considerați reacția ca o reacție redox: desemnați stările de oxidare ale atomilor și aranjați coeficienții, determinându-i folosind metoda echilibrului electronic. 
2.Efectuați diagrame și ecuații pentru reacțiile care au loc în timpul electrolizei: a) unei soluții de clorură de cupru (II); b) soluție de iodură de sodiu; c) soluție de azotat de nichel(II). 
3. Enumerați modalități de combatere a coroziunii metalelor. 
4.De ce zincul de pe un rezervor galvanizat distruge la locul zgârieturii, dar fierul nu ruginește?
Zincul este un metal mai activ decât fierul. De asemenea, fierul și zincul formează o celulă galvanică, unde zincul este anodul și este distrus mai repede, iar fierul, catodul, rămâne intact.
Soyuz Sovetskiz
Socialist
Republici
Dependent automat dovezi¹
Declarat 11Л1!.1964 (Nr. 886625/22-2) Clasa. 40c, Zoo cu adăugarea cererii nr. IPC C 22d
UDC 669.174: 669.177.035.
45 (088.8) Comitetul de Stat pentru Invenții și Descoperiri al URSS
Solicitant Institutul Central de Cercetare de Metalurgie Feroasă numit după I.P
METODA DE OBŢINERE A FIORULUI PRIN ELECTROLIZĂ
SĂRURI MOLTE CU ANOZI SOLUBILI
Obiectul inventiei
Grup de abonament ¹ 1bО
Sunt cunoscute metode de obținere a fierului și a altor metale în soluții apoase și în săruri topite. Metoda propusă pentru obținerea fierului prin electroliza sărurilor topite cu anozi solubili din fontă sau produse de reducere în afara cuptorului a materialului de minereu de fier este diferită. subiecte celebre că pentru a obține fier de puritate crescută, electroliza se efectuează în clorură de sodiu topită cu adăugare de clorură de fier în cantitate de cel mult 10 ", în greutate, calculată ca fier, la 850 - 900 C și curentul anodic și catodic. densități, respectiv, până la 0,4 și respectiv 10 a/cm- .
Conform metodei propuse, materialele inițiale care conțin fier sub formă de bucăți, brichete, granule, așchii sau plăci sunt încărcate într-un rezervor de electroliză, de exemplu cu căptușeală ceramică, și supuse rafinarii electrice la 850 - 900 C în o atmosferă de azot sau alt gaz inert.
Pulbere de fier pur depus pe catod este evacuată periodic din baie și zdrobită pentru a separa prin separare cu aer o parte din electrolit returnat în baie. Electrolitul rezidual este separat de fier prin separare în vid la 900 - 950 C sau tratament hidrometalurgic.
Avantajul metodei propuse este puritatea crescută a fierului cu un conținut de element principal de până la 99,995%. Şi
Metodă de producere a fierului prin electroliza sărurilor topite cu anozi solubili15 din fontă sau produse de reducere în afara cuptorului a materialului de minereu de fier, caracterizată prin aceea că, pentru a obține fier de puritate crescută, electroliza se efectuează în sodiu topit clorura cu
20 prin adăugarea de clorură ferică într-o cantitate de cel mult 10% din greutate, calculată ca fier, cu
850 - 9 C și densități de curent anodic și catodic, respectiv, până la 0,4 și 10 a/sl -.
Brevete similare:
Invenția se referă la domeniul producției electrochimice a pulberilor metalice din grupa platinei și poate fi utilizată pentru cataliză în industria chimică, energie electrochimică, microelectronică.
Calitățile industriale de fier tehnic pur (tip Armco), obținute prin metoda pirometalurgică, au un grad de puritate de 99,75-99,85%. Îndepărtarea ulterioară a impurităților în principal nemetalice (C, O, S, P, N) conținute în acest fier este posibilă prin retopire specială în vid înalt sau recoacere într-o atmosferă de hidrogen uscat. Cu toate acestea, chiar și după un astfel de tratament, conținutul de impurități ajunge la 2000-1500 ppm fier, principalele impurități fiind C, P, S, Mn și O.
Fierul cu un grad mai mare de puritate se obține prin metode electrolitice și chimice, dar necesită și o purificare complexă suplimentară.
Prin metode electrolitice, fierul se obține din soluții moderat concentrate sau concentrate de clorură sau sulfat feros, respectiv, la densități mici de curent și la temperaturi ale camerei sau densități mari și temperaturi de ordinul a 100°.
Conform uneia dintre metode, fierul a fost precipitat dintr-o soluție cu următoarea compoziție, g/l: 45-60 Fe2+ (sub formă de FeCl2), 5-10 BaCl2 și 15 NaHCO. Fier Armco sau plăci de fier pentru acoperișuri Ural au fost folosite ca anozi și aluminiu pur ca catozi. Electroliza a fost efectuată la temperatura camerei iar densitatea curentului 0,1 A/dm2. S-a obţinut un precipitat cu structură groso-cristalină, conţinând circa 0,01% C, urme de fosfor şi fără sulf.
Puritatea fierului electrolitic depinde de puritatea electrolitului și de puritatea metalului anod. În timpul precipitațiilor, impuritățile mai nobile decât fierul, cum ar fi staniul, zincul și cuprul, pot fi îndepărtate. Nichelul, cobaltul și manganul nu pot fi îndepărtate. Conținutul total de impurități din fierul electrolitic este aproximativ același cu cel al fierului pur comercial. De obicei, conține o cantitate semnificativă de oxigen (până la 0,1-0 2%), precum și sulf (0,015-0,05%), dacă precipitarea a fost efectuată din băi de sulfat.
Eliminarea oxigenului din fierul electrolitic se realizează prin procese de reducere: prelucrarea lichidului sau metal dur hidrogen sau dezoxidarea topiturii în vid cu carbon. Prin recoacere într-un curent de hidrogen uscat la 900-1400°, este posibil să se reducă conținutul de oxigen la 0,003%.
Pentru a obține fier de înaltă puritate la scară semiindustrială, se folosește o metodă de reducere cu hidrogen într-o instalație de topire în vid. Fierul electrolitic este mai întâi desulfurat prin adăugarea de mangan într-un creuzet de var-fluor spat sub atmosferă de monoxid de carbon (conținutul de sulf redus de la 0,01 la 0,004%), apoi topitura este redusă cu hidrogen prin suflare sau purjare într-un creuzet de alumină. În același timp, a fost posibilă reducerea conținutului de oxigen la 0,004-0,001%. Desulfurarea metalelor poate fi efectuată și în vid înalt folosind aditivi la topirea metalelor (staniu, antimoniu, bismut) care formează sulfuri volatile. Prin dezoxidarea topiturii cu carbon în cuptoare cu vid înalt, este posibil să se obțină fier cu un conținut de oxigen și carbon de până la 0,002% fiecare.
Producerea fierului cu un conținut mai scăzut de oxigen prin dezoxidare în vid înalt este complicată de interacțiunea metalului cu materialul creuzetului, care este însoțită de trecerea oxigenului în metal. Cel mai bun material creuzetele care asigură o tranziție minimă de oxigen sunt ZrO2 și ThO2.
Fierul de înaltă puritate se obține și prin metoda carbonilului din pentacarbonil Fe(CO)5 prin descompunerea lui la 200-300°. Fierul carbonil nu conține impuritățile care însoțesc de obicei fierul - sulf, fosfor, cupru, mangan, nichel, cobalt, crom, molibden, zinc, siliciu. Impuritățile specifice din acesta sunt carbonul și oxigenul. Prezența oxigenului se datorează reacțiilor secundare dintre dioxidul de carbon rezultat și fier. Conținutul de carbon ajunge la 1%; poate fi redusă la 0,03% dacă nu adăugați vapori de carbonil de fier număr mare amoniac sau tratați pulberea de fier în hidrogen. Îndepărtarea carbonului și a oxigenului se realizează prin aceleași metode de topire în vid utilizate pentru fierul electrolitic.
Cel mai pur fier se poate obține chimic, dar această metodă este foarte complicată și face posibilă obținerea metalului în cantități mici. ÎN metode chimice Pentru purificarea sărurilor de fier din impuritățile Co, Ni, Cu, Cr, Mn se folosesc reacții de recristalizare, precipitare sau extracția impurităților prin precipitare.
Una dintre metodele chimice care face posibilă obținerea fierului cu un grad foarte ridicat de puritate (mai puțin de 30-60 părți per milion de impurități) include următoarele etape succesive:
1) extracția complexului FeCl3 cu eter dintr-o soluție de HCl 6-N cu regenerarea soluției apoase și extracția ulterioară a eterului;
2) reducerea FeCl la FeCl2 cu fier de înaltă puritate;
3) purificarea suplimentară a FeCl2 din cupru prin tratare cu un reactiv cu sulf și apoi cu eter;
4) depunerea electrolitică a metalului din soluția de FeCl2;
5) recoacerea boabelor de metal în hidrogen (pentru a elimina oxigenul și carbonul);
6) producția de fier compact folosind metalurgia pulberilor (presare în tije și sinterizare în hidrogen)
Ultima etapă poate fi efectuată prin topirea zonei fără creuzet, ceea ce elimină dezavantajul prelucrare în vid- transferul oxigenului din creuzet în metal.
14.06.2019
Mașină de îndoit pentru armare de la Avangard. Principiul funcționării, caracteristicile de proiectare și datele de ansamblu ale dispozitivelor, unităților, aparatelor și altor echipamente pentru îndoire...
14.06.2019
La înlocuirea unei chiuvete într-un spațiu de bucătărie, în timpul instalării unui robinet, cadă, ferestre și uși, este prevăzută utilizarea de etanșanți. Acestea sunt substanțe compozite speciale...
13.06.2019
Scopul principal cabina de pulverizare numită colorare de înaltă calitate și uniformă vehicul. Desigur, o astfel de metodă nu poate fi numită...
13.06.2019
Întreprinderea minieră și metalurgică Almalyk a început implementarea celei de-a doua etape a programului care vizează construirea căilor ferate...
13.06.2019
Strunjirea este unul dintre tipurile de prelucrare a produsului, în timpul căruia un semifabricat metalic standard este transformat în elementul structural necesar. Pentru a finaliza...
13.06.2019
De-a lungul anilor, a existat o tendință notabilă în această lume de a crește producția structuri metalice. Cererea semnificativă pentru astfel de structuri este asociată cu beneficiile lor în...
12.06.2019
Corporația braziliană Vale a făcut o declarație că intenționează să aloce un miliard nouă sute de milioane de dolari SUA pentru a elimina și crește...
12.06.2019
Terasa, sau cum le place oamenilor să o numească, veranda, este cel mai important atribut dintre oricare casă de țară Astăzi. Puțini s-ar contrazice cu faptul că are grozav...
12.06.2019
În acest moment, produsele din oțel inoxidabil sunt pregătite să ofere consumatorilor un număr mare de produse precum fitinguri inoxidabile, colțuri, hexagoane,...
Crearea fierului (a se citi fontă și oțel) prin electroliză, mai degrabă decât prin topire convențională, ar putea preveni eliberarea a un miliard de tone de dioxid de carbon în atmosferă în fiecare an. Așa spune Donald Sadoway de la Massachusetts Institute of Technology (MIT), care a dezvoltat și testat o metodă „verde” de producere a fierului prin electroliza oxizilor acestuia.
Dacă procesul demonstrat în laborator ar fi extins, ar putea elimina nevoia de topire convențională, care eliberează aproape o tonă de dioxid de carbon în atmosferă pentru fiecare tonă de oțel produsă.
La tehnologie convențională minereul de fier este combinat cu cocs. Cocsul reacționează cu fierul producând CO2 și monoxid de carbon, și lăsând un aliaj de fier și carbon - fontă, care poate fi apoi topit în oțel.
În metoda lui Sadoway, minereul de fier este amestecat cu un solvent - silice și var nestins - la o temperatură de 1600 de grade Celsius - și trece un curent electric prin amestec.
Ionii de oxigen încărcați negativ migrează către anodul încărcat pozitiv, de unde oxigenul scapă. Ionii de fier încărcați pozitiv migrează către catodul încărcat negativ, unde sunt reduși la fier, care este colectat la baza celulei și pompat.
Un proces similar este utilizat în producția de aluminiu (și necesită o cantitate suficientă de electricitate), al cărui oxid este atât de stabil încât nu poate fi de fapt redus de carbon în furnal, în care, de exemplu, se produce fontă. Și este clar că industria siderurgică nu a avut niciodată niciun motiv să treacă la electroliza minereului de fier, deoarece este ușor redus de carbon.
Dar dacă guvernele diferite țări va începe să impună taxe mari asupra emisiilor de gaze cu efect de seră - dioxid de carbon, în special, atunci noua metoda Producția de fier ar putea deveni mai atractivă. Adevărat, de la instalații de laborator de acest fel până la instalații industriale, după cum estimează oamenii de știință, va dura 10-15 ani.
Autorul lucrării spune că cel mai mare obstacol este găsirea unui material practic pentru anod. În experimentele sale, a folosit un anod din grafit. Dar, din păcate, carbonul reacționează cu oxigenul, eliberând în aer la fel de mult dioxid de carbon ca în timpul topirii normale a fierului.
Anozii ideali de platină, de exemplu, sunt prea scumpi pentru producția la scară largă. Dar poate exista o cale de ieșire - în selectarea unor aliaje metalice rezistente care formează o peliculă de oxid pe suprafața lor exterioară, dar conduc electricitatea. Ceramica conductivă poate fi, de asemenea, utilizată.
O altă problemă este că noul proces folosește multă energie electrică - aproximativ 2 mii de kilowați-oră pe tonă de fier produsă. Deci, sensul economic și chiar ecologic într-o nouă metodă de producere a fontei va apărea doar cu condiția ca această energie electrică să fie generată într-un mod ecologic și, în același timp, ieftin, fără a emite dioxid de carbon. Însuși autorul metodei admite acest lucru.
La trecere curent electric Reacțiile chimice nu au loc prin metale (conductori de primul fel), iar metalele rămân neschimbate. Dacă un curent electric trece printr-o topitură sau o soluție a unui electrolit (conductori de al 2-lea tip), la limita dintre electrolit și conductorul metalic (electrodul) au loc diferite reacții chimice (electroliza) și se formează noi compuși.
Electroliza este un set de procese care au loc atunci când un curent electric trece printr-un sistem electrochimic format din doi electrozi și o soluție de topitură sau electrolit.
În timpul electrolizei, cationii se deplasează la electrodul negativ (catod), iar anionii se deplasează la electrodul pozitiv (anod). În acest caz, însă, cationii și anionii electrolitului nu sunt întotdeauna descărcați, acceptând sau donând electroni. Reacțiile de electroliză implică adesea un electrolit-solvent, cum ar fi apa.
Diferența fundamentalăîntre reacțiile dintr-o celulă galvanică și un electrolizor se află doar în direcția și spontaneitatea lor. Într-un circuit închis al unei celule galvanice, reacția electrochimică are loc spontan, dar într-un electrolizor are loc numai sub influența curentului electric dintr-o sursă externă.
Ar trebui să acordați atenție numelui electrozilor: într-o celulă galvanică, electrodul negativ este anodul, iar electrodul pozitiv este catodul; într-un electrolizor, dimpotrivă, electrodul negativ este catodul, iar electrodul pozitiv este anodul.
Trebuie amintit că termenii „negativ” și „pozitiv” se referă întotdeauna la polii sursei de curent, așa cum se referă la electrozii electrolizatori. Ceea ce au în comun aceste procese este că atât în celula galvanică, cât și în electrolizor, se creează un exces de electroni pe electrodul negativ și o deficiență de electroni pe electrodul pozitiv. La catod, ionii sau moleculele sunt reduse sub acțiunea electronilor la anod, particulele sunt oxidate, cedându-și electronii la electrod.
În cationii electrolizatorului (M n+) se deplasează la catod (–) și anioni (A n–) - la anod (+).
Tensiune de descompunere electrolitul în timpul electrolizei se numește tensiune minimă (emf externă) care trebuie aplicată electrozilor. De exemplu, pentru o soluție de clorură de zinc în condiții standard:
Zn 2+ + 2 ē = Zn φ° = – 0,76 V,
CI2+2 ē = 2Cl – φ° = + 1,36 V,
iar tensiunea de descompunere este egală (în valoare absolută) cu suma potențialelor standard ale electrodului ambilor electrozi: 0,76 + 1,36 = 2,12 V, i.e. tensiunea de descompunere nu poate fi mai mică decât emf-ul celulei galvanice corespunzătoare.
Tensiune de descompunere este alcătuită din potențialele a doi electrozi - potențialele de descărcare ionică.
Potențial de vid cation este uneori numit potenţial de depunere metal Acesta este potențialul minim care trebuie aplicat electrodului pentru ca cationul să își piardă sarcina și să apară depunerea de metal. Pentru unii ioni (Cu 2+, Ag +, Cd 2+) potenţialul de depunere este aproape de potenţialul electrodului, în timp ce pentru alţi ioni (Fe 2+, Co 2+, Ni 2+) potenţialele de depunere depăşesc semnificativ potenţialele electrodului. a metalelor - pentru electroliză este necesară o anumită supratensiune.
Distinge electroliza solutiilorŞi electroliza topiturii. Electroliza soluțiilor se împarte în electroliza cu electrozi inerțiŞi electroliza cu anod solubil. Electrozii metalici (Pt, Au) și nemetalici (grafit) pot fi inerți. Ca anozi solubili se folosesc anozi din Cr, Ni, Cd, Zn, Ag, Cu etc.
Unele metale sunt practic insolubile datorită polarizării anodice ridicate, de exemplu Ni și Fe într-o soluție alcalină, Pb în H2SO4.
Electroliza soluțiilor cu electrozi inerți.În timpul electrolizei soluțiilor apoase de electroliți, hidrogenul, mai degrabă decât metalul, este adesea eliberat la catod în loc de metal. În mediile acide, hidrogenul se formează prin reacția:
2H + + 2 ē = H2.
În medii neutre și alcaline, hidrogenul se formează printr-o reacție care implică molecule de apă:
2H2O+2 ē = H2 + OH –.
Cationi precum Na+ sau K+, in soluție apoasă nu sunt evacuate deloc, dar hidrogenul este eliberat.
Cationii pot fi grupați în funcție de capacitatea lor de a se descărca, variind de la nedescărcat până la ușor de descărcat. În același timp, se modifică și produsele de electroliză. Pentru unii cationi, este posibilă formarea simultană de metal și hidrogen.
Mai jos sunt cationii în ordinea dificultății descrescătoare a descărcării lor și a produselor electrolizei:
Cationii Produse de electroliză
Li + , K + , Na + , Mg 2+ , Al 3+ , H + (redirecționare) H 2
Mn 2+ , Zn 2+ , Cr 3 + , Fe 2 + , H + (pH 7) M + H 2
Co2+, Ni2+, Sr2+, Pb2+, H + (pH 0) M + H2
Cu2+, Ag+, Au3 + M
Diferitele poziții ale hidrogenului din această serie sunt explicate prin următoarele motive. Poziția hidrogenului între plumb și cupru corespunde valorilor numerice ale potențialelor standard ale electrodului la CU M n+ = CU H + = 1 mol/l, adică la pH=0. Poziția hidrogenului între fier și cobalt corespunde potențialului electrod al hidrogenului în apă la pH = 7 (φº H 2 / H + = –0,414 V). În aceste condiții, toate metalele pot fi precipitate din soluții, valoarea lui φ ° care sunt mai mari de –0,414 V. Cu toate acestea, în practică, pe lângă cobalt, nichel, staniu și plumb, este posibilă și precipitarea zincului, cromului și fierului din soluții apoase. Acest lucru se explică prin faptul că eliberarea de hidrogen gazos la catod este împiedicată de supratensiunea hidrogenului.
Astfel, în seria cationilor din Li + până la A1 3+ nu se formează metal, iar în timpul electrolizei se eliberează hidrogen datorită reducerii apei. În seria cationilor din Mn 2+ la Pb 2+ în timpul electrolizei, metalul și hidrogenul se formează simultan și, în final, în serie Cu 2+ - Au 3+ se formează doar metal.
În consecință, cu cât mai la stânga (mai aproape de început) un metal se află în seria potențialelor standard de electrozi (serie de tensiune), cu atât este mai dificil să izolați acest metal prin electroliza unei soluții apoase.
Dacă se aplică o tensiune în creștere treptată unei soluții care conține mai mulți cationi, electroliza începe atunci când este atins potențialul de depunere al cationului cu cel mai mare potențial de electrod (cel mai pozitiv). În timpul electrolizei unei soluții care conține ioni de zinc (φ °= –0,76 V) și cupru (φ ° = +0,34 V), cuprul este mai întâi eliberat la catod și numai după ce aproape toți ionii de Cu 2+ sunt descărcați zincul începe să fie eliberat. Astfel, dacă o soluție conține simultan diferiți cationi, atunci în timpul electrolizei aceștia pot fi izolați secvențial în conformitate cu valorile potențialelor electrodului lor. Se presupune că supratensiunea de eliberare a metalului pentru ele este aproximativ aceeași (și mică).
Referitor la potențialele de descărcare de anioni, atunci imaginea de aici este mult mai complicată datorită capacității apei de a participa la procesul de electroliză. În general, putem spune că anionii cu cel mai mic potențial (cel mai puțin pozitiv) sunt descărcați mai întâi la anod. Dacă soluția conține ioni Cl - (φº = 1,36 V), Br - (φ° = 1,09 V) și I - (φº = 0,54 V), atunci se va forma mai întâi iod, apoi brom și, în final, clor. Ionii de fluor dintr-o soluție apoasă nu pot fi deloc evacuați (φ ° = 2,87 V).
Majoritatea anionilor care conțin oxigen (cu excepția ionului acetat) nu sunt descărcați într-o soluție apoasă, apa se descompune în soluții acide și neutre:
2H2O – 4 ē = O 2 + 4H + ,
iar în soluții alcaline - descărcarea ionilor de hidroxid:
2OH – – 2 ē = 1/2 O2 + H2O.
Anionii, în funcție de capacitatea lor de a fi descărcați în timpul electrolizei soluțiilor apoase, sunt situați în rândul următor din anionii acizilor care conțin oxigen precum SO 4 2–, NO 3 – care nu sunt descărcați în soluție apoasă la cei care sunt ușor descărcate:
Anioni Produse de electroliză
SO 4 2–, NO 3 – etc., OH – O 2
Cl – , Br – , I – Cl 2 (ClO – , ClO 3 –), Br 2 , I 2 (+O 2)
S 2– S, SO 2 (+ O 2)
Astfel, putem formula următoarele principale reguli pentru electroliza soluțiilor apoase de electroliți cu electrozi insolubili:
1. Dintre anionii electroliților, anionii acizilor lipsiți de oxigen (Cl–, Br–, S2– etc.) sunt mai întâi descărcați la anod.
2. Anionii acizilor care conțin oxigen (SO 4 2–, NO 3 –, CO 3 2– etc.) nu sunt evacuați în prezența apei, apa se oxidează conform reacției:
2H2O – 4 ē = O2 + 4H+.
3. Metalele active situate în domeniul de tensiune până la Al (inclusiv) nu sunt reduse la catod se reduce în schimb apa:
2H2O+2 ē = H2 + 2OH – .
4. Metalele situate în seria de tensiune după aluminiu, dar înainte de hidrogen, sunt reduse la catod împreună cu moleculele de apă:
K: 1) Zn2+ + 2 ē = Zn
2) 2H2O + 2 ē = H2 + 2OH – .
5. Metalele cu un potențial de electrod pozitiv sunt reduse mai întâi la catod:
Cu 2+ + 2 ē = Cu
De exemplu, în timpul electrolizei acidului sulfuric (electrozi de grafit), au loc următoarele procese:
la catod 2H + + 2 ē = H2,
la anod 2H2O – 4 ē = O2 + H+.
Ecuație rezumată:
2H2O = 2H2 + O2,
aceste. În timpul electrolizei unei soluții de acid sulfuric, hidrogenul și oxigenul sunt eliberate din cauza descompunerii moleculelor de apă. Produse de electroliză: hidrogen și oxigen.
Electroliza soluției de sulfat de cupru:
la catodСu 2 + + 2 ē = Cu,
la anod 2H2O – 4 ē = O2 + 4H+
Ecuație rezumată:
2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + O2 + 4H +
2CuSO4 + 2H2O = 2Сu + O2 + 2H2SO4.
Produse de electroliză: cupru, oxigen, acid sulfuric.
Posibilitatea de descărcare de anioni depinde de concentrația acestuia. Astfel, produșii de electroliză ai soluțiilor concentrate și diluate de NaCl sunt clorul și respectiv oxigenul.
Electroliza unei soluții diluate de clorură de sodiu are loc fără descărcarea de ioni Cl – (și, în consecință, ionii Na +), adică. are loc descompunerea apei. Pe măsură ce concentrația de sare la anod crește, împreună cu oxigenul, începe eliberarea de clor, iar clorul (cu un amestec de oxigen) se formează în soluții concentrate:
la catod 2H2O+2 ē = H2 + 2OH –
la anod 2Сl – – 2 ē = Cl2 .
Ecuație rezumată:
2Cl – + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2OH –
2NaCI + 2H20 = H2 + CI2 + 2NaOH.
Produse de electroliză: hidrogen, clor și hidroxid de sodiu.
În cazul eliberării clorului în timpul electrolizei soluțiilor de clorură, procesul principal de formare a clorului se suprapune reacțiilor de interacțiune a clorului cu apa (hidroliza) și transformărilor ulterioare ale substanțelor rezultate. Hidroliza clorului are loc cu formarea de acid hipocloros slab și ioni de clorură (acid clorhidric):
Cl 2 + H 2 O = H + + Cl – + HC1O.
Acidul hipocloros cu alcaliul format în timpul electrolizei (mai precis, Na + +OH –) dă hipocloritul de sodiu NaClO ca produs. Într-un mediu alcalin, ecuația generală a reacției are forma:
CI2 + 2NaOH = NaCI + NaClO + H2O.
La temperaturi ridicate (apă clocotită), hidroliza clorului are loc cu formarea ionului de clorat. Ecuații de reacție posibile:
3Cl 2 + 3H 2 O = ClO 3 – + 5 Cl – + 6H +,
3HClO = СlO 3 – + 2Сl – + 3Н +,
3СlО – = СlO 3 – + 2Сl – .
Într-un mediu alcalin, ecuația generală are forma
3Cl2 + 6NaOH = NaClO3 + 5NaCl + 3H2O.
Electroliza cu diafragma.În timpul electrolizei unei soluții diluate de clorură de sodiu, ionii Na + se deplasează la catod, dar hidrogenul este eliberat:
2H20+2 ē = H2 + OH –
iar soluţia de hidroxid de sodiu este concentrată.
Ionii de clorură se deplasează la anod, dar datorită concentrației lor scăzute, se formează în principal oxigen, mai degrabă decât clorul:
2H2O – 4 ē = O2 + 4H+
iar soluţia de acid clorhidric se concentrează.
Dacă electroliza este efectuată într-un pahar sau alt vas similar, soluțiile alcaline și acide sunt amestecate și electroliza este redusă la formarea de hidrogen și oxigen din cauza descompunerii apei. Dacă spațiile anodului și catodic sunt separate printr-o partiție (diafragmă) care permite trecerea ionilor purtători de curent, dar împiedică amestecarea soluțiilor apropiate de electrod, atunci se pot obține soluții acide și alcaline ca produse de electroliză.
În timpul electrolizei unei soluții de clorură de sodiu, ionii de hidroxid s-au format la catod prin reacția:
2H2O+2 ē = H2 + 2OH –
începe imediat să participe la transferul de energie electrică și, împreună cu ionii C1, se deplasează la anod, unde ambii ioni sunt descărcați și se formează un amestec de oxigen și clor. Prin urmare, randamentul de clor scade. Dacă anodul este din cărbune (grafit), atunci acesta este oxidat de oxigen și se formează oxizi de carbon CO și CO 2 care poluează clorul. În continuare, clorul format la anod interacționează cu ionii de hidroxid:
C1 2 + OH – = H + + Cl – + OCl – .
Formarea ionilor de hipoclorit este, de asemenea, un proces nedorit (dacă obținerea unei soluții de hipoclorit de sodiu nu este scopul). Toate aceste consecințe nedorite pot fi evitate dacă utilizați o diafragmă care separă spațiile catodice și anodice și reține ionii OH -, dar permite trecerea ionilor Cl -. În cele din urmă, diafragma previne difuzia gazelor și permite producerea de hidrogen mai pur.
Dacă soluția conține mai mulți anioni, este mai dificil de prezis secvența descărcării lor la anod decât cationii, dar, în general, regula este ca anionul caracterizat prin cea mai mică valoare potențială (sau cea mai mare valoare negativă a electrodului). potenţialul reacţiei care are loc la anod) este descărcat mai întâi anodul).
Electroliza soluțiilor cu un anod solubil. Electroliza cu un anod solubil este posibilă atunci când metalul cedează electroni mai ușor decât ionii Cl–, OH– sau moleculele de apă. De exemplu, pe un anod de cupru într-o soluție de clorură sau sulfat de cupru, nu se eliberează clor sau oxigen, dar ionii Cu 2+ trec în soluție. În același timp, aceiași ioni sunt descărcați la catod și se depune cuprul metalic. Astfel, electroliza cu un anod solubil se reduce la transferul de cupru de la anod la catod.
Reacția la anod este în cele mai multe cazuri complicată de numeroase procese secundare și adesea nedorite. De exemplu, ionii rezultați pot forma oxizi, hidroxizi și peliculele acestora:
M2+ + 2OH – = MO + H2O.
Oxigenul poate fi, de asemenea, eliberat la anod:
2H2O – 4 ē = O 2 + 4H + ,
care poate participa la o mare varietate de reacții din sistemul electrolitic.
Când se formează produse gazoase, în special oxigenul, în cele mai multe cazuri potențialele de descompunere nu corespund potențialelor electrodului din cauza valorilor ridicate ale supratensiunii. . Supratensiune este diferența dintre tensiunea reală de descompunere și EMF a reacției corespunzătoare calculată teoretic din potențialul electrodului. Natura substanței eliberate (pentru clor, brom și iod, supratensiunea este foarte mică) și materialul electrodului au o influență deosebit de puternică asupra mărimii supratensiunii. Mai jos sunt date despre supratensiune în timpul degajării hidrogenului și oxigenului la diferiți catozi și anozi.
Supratensiune electrod, V
Hidrogen Oxigen
Pt înnegrit 0,00 0,2–0,3
Pt lucios 0,1 0,4–0,5
Fe 0,1–0,2 0,2–0,3
Ni 0,1–0,2 0,1–0,3
Сu 0,2 0,2–0,3
Pb 0,4–0,6 0,2–0,3
Supratensiunea depinde și de forma electrozilor, starea suprafeței lor, densitatea curentului, temperatura soluției, intensitatea amestecării soluției și alți factori.
Supratensiunea hidrogenului pe fier este de ~ 0,1 V, iar oxigenul de pe același material este de ~ 0,3 V. Prin urmare, supratensiunea în timpul electrolizei pe electrozi de fier va fi de 0,1 + 0,3 = 0,4 V. Suma acestei valori și calculată teoretic va fi valoarea minimă a tensiunii de descărcare a electrolitului corespunzător.
Atitudinea față de supratensiune este ambivalentă. Pe de o parte, supratensiunea duce la un consum de energie crescut, pe de altă parte, datorită supratensiunii, este posibil să se precipite din soluții apoase multe metale care, în funcție de valorile potențialelor standard ale electrodului, nu ar trebui să fie precipitate. Acestea sunt Fe, Pb, Sn, Ni, Co, Zn , Cr. Datorită supratensiunii, precum și influenței concentrației soluției asupra potențialului electrodului, este posibilă placarea electrolitică cu crom și nichel a produselor din fier și chiar și sodiu poate fi obținut dintr-o soluție apoasă pe un electrod de mercur.
Descărcarea ionilor de Cl – într-o soluție apoasă mai degrabă decât OH – în soluții cu concentrații mari de electroliți se explică și prin supratensiune de oxigen. Cu toate acestea, această supratensiune nu este suficientă pentru a provoca descărcarea de ioni F – și eliberarea de fluor liber.
Mărimea supratensiunii este influențată de mulți alți factori cinetici - rata de transfer a particulelor la electrozi și îndepărtarea produselor de electroliză, rata de distrugere a hidratării și a altor învelișuri de ioni descărcați, rata de combinare a atomilor în gaz diatomic. molecule etc.
