Kalsiyum ve alaşımlarının elektrolitik üretimi. Elektrolitin fiziko-kimyasal özellikleri

Elektroliz, eriyik veya elektrolit çözeltisinden sabit bir elektrik akımı geçtiğinde elektrotlarda meydana gelen bir redoks reaksiyonudur.

Katot, elektronları katyonlara veren bir indirgeyici ajandır.

Anot, anyonlardan elektronları kabul eden bir oksitleyicidir.

Katyonların aktivite serileri:	Na + , Mg 2+ , Al 3+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ , H+ , Cu 2+ , Ag + _____________________________→ Oksitleyici gücün güçlendirilmesi
Anyon aktivite serisi:	I - , Br - , Cl - , OH - , NO 3 - , CO 3 2- , SO 4 2- ←__________________________________ Artan kurtarma yeteneği

Eriyiklerin elektrolizi sırasında elektrotlarda meydana gelen işlemler

(elektrotların malzemesine ve iyonların doğasına bağlı değildir).

1. Anyonlar anotta boşaltılır ( bir m - ; Ah-

A m - - m ē → A °; 4 OH - - 4ē → O 2 + 2 H 2 O (oksidasyon süreçleri).

2. Katotta katyonlar deşarj edilir ( Ben n + , H + ), nötr atomlara veya moleküllere dönüşmek:

Me n + + n ē → Me ° ; 2 H + + 2ē → H 2 0 (kurtarma süreçleri).

Çözeltilerin elektrolizi sırasında elektrotlarda meydana gelen işlemler

KATOT (-) Katot malzemesine bağımlı olmayın; bir dizi gerilimde metalin konumuna bağlıdır	ANOD (+) Anot malzemesine ve anyonların doğasına bağlıdır.
	Anot çözünmezdir (atıl), yani. den imal edilmiş kömür, grafit, platin, altın.	Anot çözünür (aktif), yani. den imal edilmişCu, Ag, çinko, Ni, Feve diğer metaller (hariçnokta, Au)
1. Her şeyden önce, metal katyonlar geri yüklenir, sonra bir dizi voltajda durur.H 2 : Me n+ +nē → Me°	1. Her şeyden önce, oksijensiz asitlerin anyonları oksitlenir (hariçF - ): Bir m- - mē → A°	Anyonlar oksitlenmez. Anot metal atomları oksitlenir: Me° - nē → Ben n+ Katyonlar Ben n + çözüme geç. Anotun kütlesi azalır.
2. Orta aktiviteli metal katyonlar arasında duranAl Ve H 2 , su ile aynı anda geri yüklenir: Me n+ + nē →Me° 2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH -	2. Okso asitlerin anyonları (BÖYLE 4 2- , CO 3 2- ,..) Ve F - oksitlenmez, moleküller oksitlenirH 2 Ö : 2H 2 O - 4ē → O 2 + 4H +
3. Aktif metallerin katyonlarıLi önce Al (dahil) geri yüklenmez, ancak moleküller geri yüklenirH 2 Ö : 2 H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH -	3. Alkali çözeltilerin elektrolizi sırasında iyonlar oksitlenirAh- : 4OH - - 4ē → O 2 +2H 2 O
4. Asit çözeltilerinin elektrolizi sırasında katyonlar azalır H+: 2H + + 2ē → H 2 0

ERİKLERİN ELEKTROLİZİ

1. Egzersiz. Sodyum bromür eriyiğinin elektrolizinin bir diyagramını yapın. (Algoritma 1.)

sıralama	Aksiyon Alma
	NaBr → Na + + Br -
	K - (katot): Na +, A + (anot): Br -
	K + : Na + + 1ē → Na 0 (iyileşmek), A +: 2 Br - - 2ē → Br 2 0 (oksidasyon).
	2NaBr \u003d 2Na +Br 2

Görev 2. Sodyum hidroksit eriyiğinin elektrolizinin bir diyagramını yapın. (Algoritma 2.)

sıralama	Aksiyon Alma
	NaOH → Na + + OH -
2. İyonların hareketini ilgili elektrotlara gösterin	K - (katot): Na +, A + (anot): OH -.
3. Oksidasyon ve indirgeme işlemlerinin şemalarını hazırlayın	K - : Na + + 1ē → Na 0 (iyileşmek), A +: 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2 (oksidasyon).
4. Bir alkali eriyiğinin elektrolizi için bir denklem yapın	4NaOH \u003d 4Na + 2H20 + O 2

Görev 3.Bir sodyum sülfat eriyiğinin elektrolizinin bir diyagramını yapın. (Algoritma 3.)

sıralama	Aksiyon Alma
1. Tuz ayrışma denklemini oluşturun	Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2-
2. İyonların hareketini ilgili elektrotlara gösterin	K - (katot): Na + A + (anot): SO 4 2-
	K -: Na + + 1ē → Na 0, A +: 2SO 4 2- - 4ē → 2SO 3 + O 2
4. Erimiş tuzun elektrolizi için bir denklem yapın	2Na 2 SO 4 \u003d 4Na + 2SO 3 + O 2

ÇÖZELTİ ELEKTROLİZİ

1. Egzersiz.İnert elektrotlar kullanarak sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizi için bir şema çizin. (Algoritma 1.)

sıralama	Aksiyon Alma
1. Tuz ayrışma denklemini oluşturun	NaCl → Na + + Cl -
	Çözeltideki sodyum iyonları geri yüklenmez, bu nedenle su geri yüklenir. Klor iyonları oksitlenir.
3. İndirgeme ve oksidasyon süreçlerinin diyagramlarını çizin	K -: 2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH - A +: 2Cl - - 2ē → Cl 2
	2NaCl + 2H20 \u003d H2 + Cl2 + 2NaOH

Görev 2.Sulu bir bakır sülfat çözeltisinin elektrolizi için bir şema çizin ( II ) inert elektrotlar kullanarak. (Algoritma 2.)

sıralama	Aksiyon Alma
1. Tuz ayrışma denklemini oluşturun	CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 2-
2. Elektrotlarda deşarj edilecek iyonları seçin	Bakır iyonları katotta indirgenir. Sulu bir çözeltide anotta sülfat iyonları oksitlenmez, bu nedenle su oksitlenir.
3. İndirgeme ve oksidasyon süreçlerinin diyagramlarını çizin	K - : Cu 2+ + 2ē → Cu 0 A + : 2H 2 O - 4ē → O 2 +4H +
4. Sulu bir tuz çözeltisinin elektrolizi için bir denklem yapın	2CuSO 4 + 2H 2 O \u003d 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4

Görev 3.İnert elektrotlar kullanarak sulu bir sodyum hidroksit çözeltisinin sulu çözeltisinin elektrolizi için bir şema çizin. (Algoritma 3.)

sıralama	Aksiyon Alma
1. Alkali ayrışması için bir denklem yapın	NaOH → Na + + OH -
2. Elektrotlarda deşarj edilecek iyonları seçin	Sodyum iyonları indirgenemez, bu nedenle katotta su indirgenir. Hidroksit iyonları anotta oksitlenir.
3. İndirgeme ve oksidasyon süreçlerinin diyagramlarını çizin	K -: 2 H 2 O + 2ē → H 2 + 2 OH - A +: 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2
4. Sulu bir alkali çözeltisinin elektrolizi için bir denklem yapın	2 H 2 O \u003d 2 H 2 + O 2 , yani sulu bir alkali çözeltisinin elektrolizi, suyun elektrolizine indirgenir.

Unutma.Oksijen içeren asitlerin elektrolizinde (H2S04 vb.), bazlar (NaOH, Ca(OH)2 vb.) , aktif metallerin ve oksijen içeren asitlerin tuzları(K 2 SO 4 vb.) elektrotlarda suyun elektrolizi gerçekleşir: 2 H 2 O \u003d 2 H 2 + O 2

Görev 4.Gümüşten yapılmış bir anot kullanarak sulu bir gümüş nitrat çözeltisinin elektrolizi için bir şema çizin, yani. anot çözünür. (Algoritma 4.)

sıralama	Aksiyon Alma
1. Tuz ayrışma denklemini oluşturun	AgNO 3 → Ag + + NO 3 -
2. Elektrotlarda deşarj edilecek iyonları seçin	Gümüş iyonları katotta indirgenir ve gümüş anot çözülür.
3. İndirgeme ve oksidasyon süreçlerinin diyagramlarını çizin	K-: Ag + + 1ē→ Ag 0 ; bir+: Ag 0 - 1ē→ Ag +
4. Sulu bir tuz çözeltisinin elektrolizi için bir denklem yapın	Ag + + Ag 0 = Ag 0 + Ag + elektroliz, gümüşün anottan katoda aktarılmasına indirgenir.

^ BÖLÜM 9. ELEKTROKİMYASAL ÜRETİM

9.1 Endüstriyel elektrolizin teorik temelleri

Elektrokimyasal üretim teknolojisi, ana reaksiyonların, enerjinin ısıya ara dönüşümü olmadan, elektrik enerjisinin doğrudan kimyasal enerjiye dönüştürüldüğü bir ortamda gerçekleştiği süreçleri dikkate alır.

Bunun için teorik elektrokimyaya dayanan ve kimyasal teknolojinin diğer alanlarındaki yöntemlerden farklı olarak özel teknolojik yöntemler ve ekipmanlar oluşturulmuştur. Elektrolizde, istenen reaksiyonlar, kural olarak, nispeten küçük safsızlıklara sahip bir ürün elde etmeyi mümkün kılan yüksek derecede seçicilikle gerçekleştirilebilir. Elektrolizde elektriğin faydalı kullanım derecesi nispeten büyüktür.

Elektrokimyasal yöntemlerle gerçekleştirilebilen teknolojik işlemler çoğu durumda diğer kimyasal yöntemlerle de gerçekleştirilebilmektedir.

Teknoloji seçimi, üretim ekonomisi, gerekli hammadde kaynakları, donanım tasarımının karmaşıklığı ve diğer konuları dikkate alan karşılaştırmalı bir tekno-ekonomik analiz temelinde yapılmalıdır.

Elektrokimyasal yöntemlerin tekno-ekonomik avantajları, nispeten basit teknolojik şemalarda yeterince saf ürünler elde etmek için kullanılabilmeleri gerçeğiyle belirlenir. Dezavantajlar, pahalı bir enerji biçimini (DC enerjisi) harcama ve üretimi için kaynak yaratma maliyetlerine maruz kalma ihtiyacı ile ilişkilidir.

Elektrokimyasal yöntemler, hidrojen ve oksijen, klor, sodyum ve potasyum hidroksit, klor oksijen bileşikleri üretimi, inorganik maddelerin elektrosentezi ve ayrıca organik maddelerin sentezi için uygulama bulmuştur.

Bakır, nikel, çinko, kobalt, kadmiyum, manganez, krom, demir, gümüş, altın vb. gibi hidroelektrometalurjik metallerin yanı sıra metal tozları üretmek için bir elektrokimyasal yöntem kullanılır. Erimiş ortamın elektrolizi kullanılarak alüminyum, magnezyum, alkali ve toprak alkali metaller (sodyum, kalsiyum), berilyum, nadir ve nadir toprak metalleri ile elementel flor elde etmek mümkündür.

Elektrokaplamada, bakır kaplama, nikel kaplama, krom kaplama ve diğer kaplamalar için, makine mühendisliğinde - ürünlerin anodik mekanik işlenmesi için (delme, kesme, elektro parlatma, hassas karmaşık şekilli işleme vb.) elektrokimyasal yöntemler kullanılır.

Elektrokimyasal işlemler temelinde, piller ve galvanik hücreler gibi kimyasal akım kaynakları oluşturulmuştur.

Elektrokimyasal reaksiyonlar denilen aygıtlarda gerçekleşir. elektrolizörler.İçlerinde elektrolitler (çözeltiler veya eriyikler - ikinci türden iletkenler) aracılığıyla anottan katoda doğru bir akım geçer. Anotta yükseltgenme tepkimeleri, katotta indirgenme tepkimeleri gerçekleşir.

Faraday yasalarına göre elektrotlarda salınan madde miktarı geçen elektrik miktarı ile orantılıdır. Her elektrotta birkaç reaksiyon paralel olarak ilerleyebilir. Belirli bir reaksiyona harcanan toplam elektrik miktarının payı, onun akım çıkışı.

pratik olarak önemli ana reaksiyon için akım çıkışı, hangi sürecin mükemmelliğini karakterize eder. Elektrokimyada bir reaksiyonun hızı, akım yoğunluğu - Elektrot ile sınırındaki elektrotun birim yüzeyinden birim zamanda geçen elektrik miktarı.

Pratikte akım yoğunluğu, gücünün elektrotun geometrik alanına bölünmesiyle belirlenir. Ayırmak tahmini Ve gerçek akım yoğunluğu, bu geometrik değil, elektrotun gerçek yüzeyi tarafından belirlenir. İkincisi, yüzeyin gözenekliliğine ve topografyasına bağlıdır (çıkıntıların ve çöküntülerin varlığı) ve pratik olarak belirlenemez. Açıkçası, elektrolit yüzeyi ne kadar gelişmişse, gerçek akım yoğunluğu o kadar düşük ve hesaplanandan o kadar farklı olur.

Endüstriyel tesislerde elektrokimyasal reaksiyonlar esas olarak elektrik enerjisinin tüketilmesini gerektiren reaksiyonlarla gerçekleştirilir. Bu maliyetler, elektrot-elektrolit arayüzünde meydana gelen potansiyel bir sıçrama ile karakterize edilir. Elektrot reaksiyonu, tersinir denge koşulları altında (sıfıra yaklaşan bir akım kuvveti ile) gerçekleşirse, elektrot ile elektrolit arasındaki potansiyel sıçramaya denir. denge potansiyeli. Denge potansiyeli, reaksiyonu başlatmak için gereken potansiyel sıçramanın değerini verir.

önemli kavram "standart potansiyel". Bu, her aktif maddenin aktivitesinin bire eşit olduğu durum için tanımlanan denge potansiyelidir. Standart potansiyeller referans tablolarında verilmiştir. Gerçek koşullar dikkate alınarak ve Nernst formülü kullanılarak bunlardan denge potansiyelleri hesaplanabilir.

Anot ve katottaki denge potansiyellerinin toplamına denir. ayrışma stresi. Bu voltajda, sıfıra yakın bir akımda ve elektrot reaksiyonlarının tersine çevrilebilirliği için koşulların varlığında, elektroliz işlemi başlar.

Pratikte, elektrotlardan sıfırdan farklı bir akım geçer ve bu nedenle elektrot işlemleri dengesiz koşullar altında ilerler. Bu durumlarda elektrot-elektrolit ara yüzeyindeki potansiyel sıçrama, denge durumundan daha büyüktür ve buna denir. Elektrot potansiyeli. Elektrot ve elektrolit arasındaki potansiyel farkı deneysel olarak ölçmek imkansızdır. Bunun yerine, veriler ile standart (örn. standart hidrojen elektrotu) elektrotlar arasındaki potansiyel fark ölçülür. Bu fark elektrotun potansiyeli olarak alınır. Potansiyeller için işaret kuralı, onları bu şekilde tanımlamanın sonucudur.

Elektrot potansiyeli ile denge potansiyeli arasındaki farka denir. aşırı gerilim. Ne kadar büyükse, gerçek akım yoğunluğu o kadar yüksek olur. Elektrot üzerindeki aşırı gerilim, üzerinde meydana gelen reaksiyonlar geri döndürülemez olduğunda da oluşur. Aşırı gerilim, elektrot reaksiyonunu belirli bir oranda gerçekleştirmek için harcanması gereken enerji ile orantılıdır.

Elektrot reaksiyonu aşağıdaki aşamalardan geçer:

1) elektrolitten elektrotlara reaksiyona giren maddelerin temini ve bunlardan reaksiyon ürünlerinin uzaklaştırılması;

2) elektrotlar ve iyonlar arasındaki elektronların hareketi;

3) elektrotlardaki ikincil reaksiyonlar (örneğin, atomlardan hidrojen ve oksijen moleküllerinin oluşumu).

Elektrotlar üzerinde işlemin belirli bir hızda ilerleyebilmesi için her aşama için belirli bir miktarda elektrik enerjisine ihtiyaç vardır. İlk aşamada, aşırı voltajın konsantrasyon bileşeni ile orantılıdır veya konsantrasyon polarizasyonu.

Denge potansiyelleri, çözeltideki reaktanların ortalama aktivitesine (konsantrasyon) dayalı olarak hesaplanır. Elektrotlarda ya çalışırlar ya da çalışırlar, bu nedenle aktiviteleri ortalamadan farklıdır.

Elektrotlardaki maddelerin gerçek aktivite değerinden hesaplanan denge reaksiyon potansiyeli, ortalama aktiviteden hesaplanan potansiyelden farklıdır. Aralarındaki fark konsantrasyon polarizasyonudur. Elektrotlarda oluşturulan ortalama aktivite değerinden gerçek olana kadar çözeltilerin konsantrasyonu veya seyreltilmesi işi ile orantılıdır ve elektrotlar üzerindeki reaksiyon hızı ne kadar büyük olursa, o kadar yüksek olur.

Aşırı voltajın ikinci bileşeninin görünümü, elektrot işleminin diğer iki aşamasına bağlıdır - kimyasal dalgalanma veya polarizasyon. Enerji yönünden ise şu şekilde açıklanmaktadır. Sadece belirli bir seviyenin üzerinde enerjiye (aktivasyon enerjisi) sahip aktif moleküllerin reaksiyona girdiği kimyasal kinetikten bilinmektedir.

Dengeye karşı elektrot-elektrolit arayüzündeki potansiyel sıçramayı artırarak, enerji bariyerini düşürmek ve böylece sıcaklığı değiştirmeden aktif parçacıkların oranını artırmak mümkündür. Bu bölümde, katalitik ve elektrokimyasal süreçler arasında bir analoji vardır. Dengeye karşı ilave potansiyel sıçrama (kimyasal polarizasyon), reaksiyonun belirli bir hızda devam edebilmesi için gerekli sayıda iyon veya molekülü aktive etmek için gereken işle orantılıdır. Reaksiyon hızı ne kadar yüksek olursa, kimyasal polarizasyon o kadar yüksek olur.

Elektrotlar üzerindeki, kimyasal polarizasyonun oluşumunu açıklayan fiziksel resim, çift katman teorisinde ve ilgili gecikmeli deşarj teorisinde dikkate alınır. Bu teoriler, kimyasal polarizasyonun büyüklüğünün, büyük ölçüde çözeltinin bileşimi ve elektrot malzemesinin çözeltinin belirli bileşenlerini adsorbe etme yeteneği ile belirlenen çift tabakanın yapısına bağlı olduğunu göstermektedir. Böylece çözeltinin bileşimini ve elektrot malzemesini seçerek kimyasal polarizasyonu kontrol etmek mümkündür.

Hücrenin terminallerine uygulanması gereken gerçek voltaj, elektroliz voltajı - reaksiyonu belirli bir hızda gerçekleştirmek için, ayrışma voltajı, elektrotlar üzerindeki aşırı voltajların büyüklüğü ve birinci ve ikinci tür iletkenlerdeki kayıpların toplamı ile daha büyüktür.

Ürün birimi başına elektrik enerjisi tüketimi, elektroliz voltajının ürünü ve ürünü üretmek için gereken elektrik miktarı (akım çıkışı dikkate alınarak) ile doğru orantılıdır. Toplam elektrik tüketiminin sadece bir kısmı kimyasal enerjiye geçer. Bu kısım voltajla orantılıdır, buna denir. Thompson gerilimi. Ayrışma voltajından şu nedenle farklıdır: Elektrotlar üzerinde (sabit sıcaklıkta ve denge tersinir koşullar altında) işlemin seyri için gerekli olan elektrik enerjisi, bozunma voltajıyla orantılı olarak, voltajdaki değişime tam olarak karşılık gelmez. sistemin iç enerjisi. Reaksiyon sırasında bir kısmının ısıya dönüşmesi (reaksiyona dahil olan maddelerin özelliklerine bağlı olarak) olabilir ve bu da sistemin iç enerjisine geçer.

Elektroliz voltajı ile Thompson voltajı arasındaki fark, elektroliz sırasında üretilen aşırı ısı ile orantılıdır. Bu, ısıtma voltajı veya voltajın termal bileşenidir.

Reaksiyon sonucunda hedef ürünün iç enerjisine aktarılan toplam elektrik maliyetinin payına denir. enerji çıkışı.

Elektrolizin ana teknolojik göstergeleri şunları içerir: mevcut çıktı, enerji kullanım faktörü (enerji çıktısı) ve enerji tüketim katsayısı.

Mevcut çıktı (Wt,%) aşağıdaki formülle hesaplanır:

V t \u003d (m f / m t) ∙ %100, (9.1)

Nerede: m f - elektroliz ile fiilen elde edilen madde miktarı, kg; mt - Faraday yasasına göre salınması gereken bir maddenin miktarı, kg.

M t = k ∙ I∙ τ, (9.2)

Nerede: I - mevcut güç, A; τ elektroliz süresidir, h; k, salınan maddenin elektrokimyasal eşdeğeridir.

K = M/(F∙z), (9.3)

Burada: F, 96.500 C veya 26.8 Ah'ye eşit Faraday sabitidir; z elektrotta salınan iyonun yüküdür.

Enerji kullanım faktörü (V e, %) aşağıdaki formülle hesaplanır:

V e \u003d (Ağ / G f) ∙ %100, (9.4)

Nerede: W T - teorik enerji tüketimi, kWh; W f - gerçek enerji tüketimi, kW∙h.

W t/p = V t/p ∙ J ∙ τ / m t/p (9,5)

Nerede: V t - teorik ayrışma voltajı, V; V p - elektrotlardaki gerçek voltaj, V.

Teorik elektrik tüketimi (kWh/t) aşağıdaki denklem kullanılarak da hesaplanabilir:

W t = 10 3 ∙ V t / k (9.6)

Elektrolizöre uygulanan voltaj (V p) teorik ayrışma voltajını (V t) sonsuz küçük bir değerle (∆V) aşarsa, elektroliz işlemi başlar, yani. koşul sağlanacaktır:

V p \u003d V t + ∆V (9.7)

Banyo elektrotları üzerindeki teorik ayrışma voltajı denklem ile belirlenir:

V t \u003d E k - E bir (9.8)

Burada: E k, katottaki iyon boşalmasının gerçek potansiyeli, V; E a - anotta iyonların boşalmasının gerçek potansiyeli, V.

İyonların gerçek deşarj potansiyelleri, denge potansiyellerini artıran sırasıyla katot E k per ve anodik E a per aşırı voltajın büyüklüğü ile denge deşarj potansiyellerinden farklıdır:

E k \u003d E k p + E k ln ve E a \u003d E a p + E bir ln (9.9)

Burada: E k p ve E a p, katyon ve anyon deşarjının denge potansiyelleridir.

İyon deşarjının denge potansiyelleri, büyüklük olarak eşittir ve denge elektrot potansiyellerine işaret olarak zıttır: Nernst formülü kullanılarak hesaplanabilen E k p \u003d - φ k ve E a p \u003d - φ a:

φ k/a = φ 0 k/a ± R∙ T ∙Iga k/a /z ∙ F, (9.10)

Nerede: φ 0 k / a - standart elektrot potansiyeli, V; r - evrensel gaz sabiti, J/mol∙K; T sıcaklıktır, K; diğer adıyla - çözeltideki iyon aktivitesi (eriyik), mol/l; F, 96500 Cul.'ye eşit Faraday sabitidir; z elektrolit iyonunun yüküdür.

9.7'de sunulan koşulun açıklaması "gerilme dengesi" denklemini verir:

V p \u003d V t + J ∙∑R \u003d E k - E a + J (R e + R d + R tp) (9.11)

Nerede: J - mevcut güç, A; R, elektroliz işleminin toplam direncidir, Ohm; R e - elektrolit direnci, Ohm; R d - hücrenin diyaframının direnci, Ohm; R tp - akım taşıyan yolların direnci, Ohm.

^ KONU 9.1 İÇİN KONTROL SORULARI

9-1 . Hangi süreçlere elektrokimyasal süreçler denir ve bunlar elektrotermal süreçlerden nasıl farklıdır? Her ikisine de örnekler verin.

9-2. Maddeleri elde etmek için elektrokimyasal yöntemlerin kimyasal olanlara göre avantajları nelerdir?

9-3. Elektrokimyasal yöntemlerin uygulama alanlarını adlandırır.

9-4 . Elektroliz işleminin durumu nedir? Aşırı gerilim nedir ve elektrolizde iyon deşarj sırasını nasıl etkiler?

9-5 . Endüstriyel elektrolizin nicel özelliklerini listeleyin ve onlara bir tanım verin.

^ KONU 9-1 İÇİN SORUN

9-1. Elektrolizöre verilen akım 1500 A ise elektrolitik klor ve hidrojenden teorik olarak günde ne kadar hidroklorik asit elde edilebilir. Çözeltideki hidroklorik asidin kütle oranı %37.23'tür (yoğunluk 1.19 g/ml). Cevabınızı kilogram ve litre olarak ifade edin.

9-2. Günde 40 kA yüke sahip diyafram tipi bir klor elektrolizöründen 130 kg/m3 sodyum hidroksit içeren 10.6 m3 hacimli sıvı elde edildi. Alkali çıkışını akıma göre belirleyin.

9-3. 182,5 bin ton/yıl katot bakır kapasiteli bir bakır arıtma tesisinde, banyolar 12 kA yük ile çalıştırılıyorsa ve bakır için akım verimi %96 ise kaç banyo olmalıdır? Banyo kullanım faktörü 0.96.

9-4. Hücreden geçen akım 150 kA ve akım verimi 0.95 ise, günde sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizi ile üretilen gaz halindeki klor ve %50 sodyum hidroksit çözeltisinin kütlelerini belirleyin.

9-5. Teorik elektroliz voltajı 2,2 V ise, 3 ton %85 sodyum hidroksit ve 3 ton klor gazı üretimi için teorik elektrik tüketimini belirleyin.

9-6. 24 g belirli bir maddenin eriyiğinin elektrolizi sırasında, anotta 33.6 litre hidrojen (n.o.) serbest bırakıldı. Elektroliz için alınan maddeyi ve reaksiyon için gerekli olan %20'lik hidroklorik asit çözeltisinin (yoğunluk 1,1 g/ml) hacmini belirleyin.

9-7. 8 saat boyunca bazı ikili inorganik bileşiklerin eriyiğinden 1 A'lık bir akım geçirildiğinde, 2.068 g metal elde edildi. İçindeki bileşenlerin oranı ağırlıkça 1: 0.145 ise hangi bileşiğe elektroliz uygulandı?

9-8. AgNO3 ve Cu(NO3)2 karışımını içeren 80 ml çözeltiden 117 dakika boyunca 0,8 A akım geçirildiğinde, katot üzerinde toplam kütlesi 3,0 g olan bir metal karışımı salındı. anotta gazların geliştiği biliniyorsa ve elektrolizin tamamlanmasından sonra çözelti metal iyonları içermezse, her tuz için elektroliz denklemleri ve ilk çözeltideki tuzların molar konsantrasyonlarını belirler.

9-9. Bir krom(III) nitrat çözeltisinin elektrolizi sırasında, hidroklorik asit içinde çözülen katot üzerinde 31.2 g krom salındı. Çözelti havada bırakıldı ve ardından buna yavaş yavaş %25'lik bir sodyum hidroksit çözeltisi (yoğunluk 1.28 g/mL) ilave edildi. Önce oluşan çökelti daha sonra tamamen çözüldü. Çökeltiyi çözmek için kaç ml sodyum hidroksit çözeltisi gerekmiştir?

9-10. Bir metalin ikili bileşiğinin iki numunesi araştırıldı. 16 g ağırlığındaki ilk numune eritildi ve 720 mm'de ölçülen 26.312 litre hidrojen veren elektrolize tabi tutuldu. hg ve 31 o C. 37.23 g ağırlığındaki ikinci numune, suya maruz bırakıldığında 9.308 g hidrojen verdi. Bilinmeyen bileşiğin formülünü ayarlayın ve devam eden işlemler için denklemleri yazın.

9-11. 5 saat boyunca bir organik asit tuzu çözeltisinden 2 A akım geçirildi Elektroliz sonucunda katotta 12.195 g metal ve anotta karbon monoksit (IV) ve hidrojen salındı. Hangi tuzun elektrolize tabi tutulduğunu belirleyin.

9-12. Bir cıva katotlu sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizi sırasında, suyla işlemden geçirilmiş bir amalgam elde edildi. Nihai çözeltinin titrasyonu için, 7.46 ml 0.5 M'lik bir sülfürik asit çözeltisi kullanıldı. Elektroliz süresi 1 saat ise çözeltiden geçen akımın gücünü belirleyin.

9-13. Bilinmeyen bir metal nitratın sulu bir çözeltisi elektrolize tabi tutuldu. Bu durumda platin elektrotlar üzerinde 3.78 g metal ve 196 ml oksijen (n.c.) serbest bırakıldı. Hangi metal nitratın elektrolize maruz kaldığını belirleyin.

9-14. Sulu bir bakır nitrat çözeltisi, inert (karbon) elektrotlar kullanılarak elektrolize tabi tutuldu. Elektrolizin tamamlanmasından ve tamamlanmasından bir saat sonra elektrotlar tartıldı. Bu kitleler aynı mı olacak? Cevabı gerekçelendirin.

9-15. Alüminanın kriyolit içinde elektrolizi sırasında enerji verimliliğini belirleyin, teorik elektroliz voltajı 1,12 V ise, pratik voltaj 4,6 V, metal akım çıkışı 0,8'dir.

9-16. Katoliti 120 g/l sodyum hidroksit ve 190 g/l sodyum klorür içeren elektrolizördeki sodyum klorür dönüşüm derecesini hesaplayın.

9-17 . 24 saat içinde 120 g/l sodyum hidroksit içeren 4.000 litre elektrolitik sıvı varsa, 14.000 A akımda bir elektrolitik hücrenin akım verimini hesaplayın.

^ 9-18. Sorunun koşulları için 10-17 Pratik sodyum klorür ayrışma voltajı 3,6V ve akım çıkışı 96 ise enerji kullanım faktörünü hesaplayın %.

9-20. Tıbbi aletlerin fabrikasında, çoğu ürünün yüzeyi, NiSO 4 bazlı elektrolitten 5.0·10 -5 m kalınlığında bir nikel tabakası ile kaplanmıştır. Nikel metalin yoğunluğu 8.9 t/m3 ve akım verimi %9 6 ise, yüzeyi 4.3·10 -3 m2 olan cımbız üzerinde gerekli kalınlıkta bir kaplama elde etmek için elektroliz süresini belirleyin. Elektroliz sırasındaki akım 1,9 A.

^ 9.2. Sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizi

Sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizi, endüstride klor, hidrojen ve sodyum hidroksit üretmek için kullanılır.

Şu anda endüstride iki elektroliz yöntemi kullanılmaktadır - diyafram ve cıva. Her iki yöntemde de ana işlem, doymuş bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizidir. Her iki yöntemde de anodik işlemler benzerdir; ana ürünleri klor gazıdır. Katodik süreçler farklıdır.

saat diyafram yöntemi bir sodyum klorür çözeltisinin sağlandığı bir çelik katot kullanılır. Sodyum klorürün bir kısmı sodyum hidroksite dönüştürülür ve hidrojen salınır. Sodyum klorür, çözeltinin buharlaştırılmasıyla sodyum hidroksitten ayrılır. Aynı zamanda, çözünürlükteki azalma nedeniyle çökelir. Ticari ürün - %42-50 (ağırlık) konsantrasyonlu sodyum hidroksit çözeltisi, %2-4 (ağ.) sodyum klorür içerir.

İÇİNDE cıva elektrolizi cıva katot. Üzerine boşaltılan sodyum iyonları, bir sodyum amalgamı oluşturur. Ayrı bir aparatta - bir ayrıştırıcı - sodyum amalgam su ile ayrıştırılarak hidrojen ve sodyum hidroksit çözeltisi oluşturulur. Ayrıştırıcıda, sodyum klorür safsızlıkları olmadan ticari konsantrasyonu %42-50 (ağ) olan bir sodyum hidroksit çözeltisi hemen elde edilebilir.

Tuz çözeltisi (tuzlu su) elektrolizden önce saflaştırılır. Tuzlu su, kalsiyum ve magnezyum tuzlarından arındırılır. Arıtma, katışkıların katı ölçülü çökeltme reaktifleri ile çökeltilmesiyle gerçekleştirilir: soda süspansiyonu ve kireç sütü.

Safsızlıkların çökelmesi reaksiyonlara göre gerçekleşir:

Mg 2+ + Ca (OH) 2 \u003d Ca 2+ + Mg (OH) 2 ↓

Ca 2 + + Na 2 CO3 \u003d 2 Na + + CaCO 3 ↓

Kimyasal arıtmaya ek olarak, tuzlu su, çökeltme ve filtreleme yoluyla mekanik safsızlıklardan arındırılır.

Diyafram üretimi (Şekil 9.1) aşağıdaki aşamaları içerir:

1) tuzlu suyun hazırlanması ve saflaştırılması. Bu aşamada katı sofra tuzu çözülür ve tuzlu su kalsiyum ve magnezyum iyonlarından arındırılır. Hazırlanan tuzlu su elektroliz için gönderilir;

2) elektroliz;

3) elektrolitik sıvıların buharlaşması. Bu aşamada, elektroliz yoluyla elde edilen zayıf sodyum hidroksit ve sodyum klorür çözeltileri, ticari bir sodyum hidroksit konsantrasyonuna buharlaştırılır. Elde edilen tuz çözeltiden ayrılır, suda çözülür ve tuzlu su hazırlama aşamasına aktarılır, burada bu tuzlu su taze tuzdan hazırlanan tuzlu suya eklenir;

4) sülfatların çıkarılması. Bu aşama, elektrolitik sıvıların buharlaştırılmasının son aşamasında elde edilen ve artan miktarda sülfat içeren sodyum klorürü alır. Sodyum sülfat, ticari ürünler şeklinde tuzdan izole edilir. Saflaştırılmış tuz çözeltisi, tuzlu su hazırlama aşamasına aktarılır;

5) klorun soğutulması ve kurutulması;

6) hidrojenin soğutulması ve kurutulması.

Bir diyafram hücresinde meydana gelen reaksiyonlar, hücrelerin malzemelerine ve tasarımlarına, tuzlu su konsantrasyonuna, ortamın pH'ına, akım yoğunluğuna, sıcaklığa ve oksijen içeren iyonların içeriğine bağlıdır.

Pirinç. 9.1. Diyafram yönteminin yapısal diyagramı:

1- tuzlu suyun hazırlanması ve saflaştırılması; 2 - elektroliz; 3 - elektrolitik sıvıların buharlaşması; 4 - sülfürlerin çekilmesi: 5 - klorun soğutulması, kurutulması ve sıkıştırılması; 6 - hidrojenin soğutulması, kurutulması ve sıkıştırılması.

Endüstriyel elektrolizörlerde anot grafitten, katot demirden yapılır.

Bir demir katotta, ana süreç hidrojenin evrimidir:

2 H + + 2ē \u003d H 2

2 H20 + 2ē \u003d H2 + 2OH -

Nötr doymuş bir sodyum klorür çözeltisinde bir demir katot üzerindeki bir sodyum iyonunun deşarjının denge potansiyeli, hidrojeninkinden (-0.415 V) çok daha yüksek (-2.71 V) olduğundan, sodyum iyonlarının deşarjı imkansızdır.

Grafit anottaki ana reaksiyon:

2 Cl - + 2ē \u003d C1 2

Bu reaksiyona ek olarak, anotta yan reaksiyonlar meydana gelir:

2OH - - 2e\u003d 0,5 O 2 + H 2 O H 2 O - 2ē \u003d 0,5 O 2 + 2 H +

Nötr doymuş bir sodyum klorür çözeltisinde hidroksit iyonlarının deşarjının denge elektrot potansiyeli +0.82 V ve klorür iyonlarının +1.32 V'dir. Bu nedenle, oksijen önce anotta küçük bir aşırı voltajla serbest bırakılmalıdır.

Teorik elektrokimyadan bilindiği gibi, paralel elektrot reaksiyonları, aynı elektrot potansiyelini veren bu tür kısmi akım yoğunlukları ile gerçekleşir. Bu nedenle şunları yazabiliriz:

φ a \u003d φ (C1 2) + ψ (C1 2) \u003d φ (O 2) + ψ (O 2) (9.12)

Nerede: φ a - anot potansiyeli, V; φ (С1 2 ), φ (О 2 ) - klor ve oksijen salınımının denge potansiyelleri Nernst formülü ile belirlenir ve klor veya hidroksit iyonlarının konsantrasyonuna (aktivitesine) ve ayrıca sıcaklığa bağlıdır; ψ (С1 2 ), ψ (О 2) - klor ve oksijenin aşırı gerilimi; Artan akım yoğunluğu ile aşırı gerilimin büyüklüğü artar.

Klor oluşumu için aşırı gerilim, artan sıcaklıkla oksijene göre daha fazla azalmaktadır. Akım yoğunluğunun artmasıyla anottaki süreç de klor salınımına doğru kayar. Olarak Şekil l'de görülebilir. 9.2, artan akım yoğunluğu ile klor oluşumu potansiyeli oksijeninkinden daha az oranda artar. Anotta hipoklorit iyonları deşarj edilebilir. Sonuç olarak, oksijen salınır:

3 ClO - + 3 H20 - 6ē \u003d ClO 3 - + 1.5 O 2 + 2 Cl - + 3 H 2

Hipoklorit iyonlarının varlığı, klorun kısmi hidrolizinden kaynaklanır.

Diyafram elektrolizinde oksijen her zaman klorla birlikte salınır. Normal oksijen evrimi seviyesi, yerleşik teknolojik rejim (anot malzemesi, akım yoğunluğu, sıcaklık, tuzlu su bileşimi, vb.) tarafından belirlenir. Bu durumda en önemli koşul, anolitin normal asitliğidir (anot boşluğunda bulunan çözelti).

Pirinç. 9.2. %22.6 (ağırlıkça) sodyum klorür çözeltisi içinde 250°C'de grafit üzerinde anot polarizasyon eğrileri:

1- klor salınımı; 2 - oksijen salınımı.

Elektrolitte hipoklorit ve hipoklorat iyonlarının bulunması katotta yan reaksiyonların oluşmasına neden olabilir:

ClO 3 - + 3 H2 \u003d 3 H20 + Cl - ClO - + H2 \u003d H20 + Cl -

Anolitin alkalinitesinin arttırılması, anotta oksijen oluşumunun yoğunluğunu arttırır. Bu nedenle, diyaframlı elektrolizörlerdeki elektroliz işlemi, hidroksit iyonunun anoda elektrolitik transferini en aza indirecek şekilde inşa edilmiştir. Bu kullanım yoluyla elde edilebilir filtre diyaframı.

Filtre diyaframı, katot ve anot boşluklarını ayıran gözenekli bir bölme şeklinde yapılmıştır. Elektroliz ürünlerinin karışmasını önler. Anolit akışı sürekli olarak anot boşluğundan katoda geçer.

Diyaframın geçirgenliği ve dönüşüm derecesi (yaklaşık olarak), katolitteki (katot boşluğunda bulunan elektrolit) sodyum hidroksit konsantrasyonunu kontrol eder. Pratikte, modern endüstriyel elektrolizörlerde, dönüşüm derecesinin sınır değeri, katolit içindeki 140-150 g/l sodyum hidroksit konsantrasyonuna karşılık gelir. Alkali konsantrasyonu değerini aştığında, elektrolizin seyri normdan sapar.

Akım veriminin alkali konsantrasyonuna bağımlılığını gösteren veriler, Şekil 2'de gösterilmektedir. 9.3. 150 g/L'nin üzerinde bir alkali konsantrasyonuna sahip bir katolitle çalışırken akım verimliliğinde bir azalma olur.

Pirinç. 9.3. Mevcut çıkışın katolitteki sodyum hidroksit konsantrasyonuna bağımlılığı

Elektrolizin yüksek sıcaklıkları ve elektrolitte sodyum klorürün yoğunlaşması, klorun çözünürlüğünü azaltır, bu da yan reaksiyon olasılığını azaltır ve dolayısıyla akış hızını arttırır. Ek olarak, sıcaklıktaki bir artış elektrolitin elektrik iletkenliğini arttırır, böylece banyodaki voltajı azaltır. Böylece güç tüketimi azalır, bu nedenle sodyum klorür çözeltilerinin elektrolizi 70 - 80 °C sıcaklıklarda gerçekleştirilir.

Filtre bölmeli endüstriyel elektrolizörler endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.

Modern bir diyafram elektrolizörünün şeması, Şek. 9.4. Hücre muhafazası ^ 7 iki boşluğa bölünmüştür: anot 4 ve katodik 5 uzay. Anot boşluğuna grafit anotlar yerleştirilir. Anot ve katot boşlukları, temeli katot olan bir diyafram ile ayrılır. 3 . Diyafram, katodu anoda bakan taraftan kaplar. Tuzlu su anot boşluğuna beslenir - doymuş bir sofra tuzu çözeltisi.

Anolit seviyesi, diyaframın üst sınırının üzerindedir. Anotta oluşan klor, anolit seviyesinin üzerindeki gaz boşluğunda toplanır. Buradan klor kollektöre boşaltılır. Anot ve katot boşluklarındaki sıvı seviyelerindeki farklılık nedeniyle anolit diyaframdan akar.

Hidrojen katotta indirgenir ve katoda akan anolit bileşimini değiştirir ve hidroksit iyonları bakımından zenginleşir. Katolit, adi tuz, sodyum hidroksit ve az miktarda sodyum klorat içerir. Drenaj borusu vasıtasıyla katot boşluğundan çıkarılır. 9 ; cihazı, hücredeki çözeltinin seviyesini ayarlamanıza izin verir. Hidrojen, katolit seviyesinin üzerindeki gaz boşluğunda toplanır ve daha sonra toplayıcıya yönlendirilir.

İLE
elektrolitik hücreden çıkan atolit, aksi takdirde elektrolitik likör olarak adlandırılır, 110-120 g/l sodyum hidroksit ve 170-180 g/l sodyum klorür içerir.

Pirinç. 9.4. Diyaframlı elektrolizörün şeması:

1- anot; 2 - diyafram; 3 - katot; 4 - anot alanı; 5 - katot alanı; 6 - damlalık; 7- elektrolitik hücrenin muhafazası; 8 - kapak; 9 - katolit için tahliye borusu

Sodyum hidroksit konsantrasyonunun katolit içindeki sodyum klorür konsantrasyonuna oranı, teknolojik rejimin önemli bir göstergesi ile belirlenir - dönüşüm derecesi (X) elektroliz sırasında sodyum klorür. Bu, sodyum hidroksite dönüştürülen sodyum klorürün mol sayısının, elektroliz için alınan sodyum klorürün mol sayısına oranıdır.

Dönüşüm derecesi aşağıdaki formülle hesaplanır:

X \u003d 1.46 C NaOH / (9.13)

Elektrolizörlerde meydana gelen işlemler ve teknik göstergeleri büyük ölçüde diyaframın işleyişine bağlıdır. Diyaframın işlevlerini yerine getirebilmesi için aşağıdaki gereksinimleri karşılaması gerekir:

Gaz ürünlerinin tamamen ayrılmasını sağlayacak ve anolit ve katolitin yer değiştirmesini hariç tutacak kadar yoğun ve güçlü olun;

Diyafram boyunca voltaj kaybını önlemek için düşük elektrik direncine sahip olun;

Yeterince düşük bir hidrolik dirence sahip olun;

Diyaframın uzun süre çalışması için asitlere ve alkalilere kimyasal olarak dayanıklı olun;

Tüm alanlarda benzer özelliklere ve tekdüzeliğe sahiptir.

Diyafram için en iyi malzeme krizolit asbesttir.

Anot malzemesi için ana gereksinim, oksijen salınımına klordan daha fazla aşırı gerilim verilmesidir.

Klor ve oksijenin ortak elektrokimyasal evrimi süreçlerine kesinlikle dirençli hiçbir malzeme henüz bulunamadı. Uygulamada amaç, kullanılan malzemelerin nispeten düşük oranda imha edilmesini sağlamaktır.

Düşük elektrik direncine sahip malzemeler tercih edilir, çünkü direnç ne kadar düşükse, anottaki voltaj düşüşü o kadar düşük ve üzerindeki akım yoğunluğu dağılımı o kadar düzgün olur. Uygulamada platin, grafit ve manyetit kullanılabilir. Her bakımdan en iyisi (maliyet hariç) platindir. Endüstride anotlar yalnızca yapay grafitten yapılır.

^ Sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizinde cıva yöntemi buharlaşma dışında diyaframla aynı aşamaları içerir (Şekil 9.5). Bu üretimde tuzlu suyun hazırlanması ve saflaştırılması, özelliklere sahiptir ve teknolojik şemaya göre, diyafram üretiminin ilgili aşamasından farklıdır. Bunun nedeni, elektroliz için iade edilen anolit için özel gereksinimlerdir.

Elektrolizden sonra anolit, 260-270 g/l sodyum klorür, yaklaşık 0,6 g/l çözünmüş klor, yaklaşık 5 mg/l kalsiyum, magnezyum, ağır metaller, grafit tozu safsızlıkları içerir.

Pirinç. 9.5. Bir cıva katotlu sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizinin blok şeması:

1- Salamuranın hazırlanması ve temizlenmesi; 2- elektroliz: 3 - anolitin klorsuzlaştırılması ve saflaştırılması; 4 - klorun soğutulması, kurutulması ve sıkıştırılması; 5 - hidrojenin soğutulması, kurutulması ve sıkıştırılması.

Anolitten kloru uzaklaştırmak için sırasıyla asitlendirme, tahliye, hava üfleme ve klor kalıntılarının indirgeyici maddelerle yok edilmesi kullanılır. Anolit hidroklorik asit ile asitleştirilir. Vakumlama 400-450 mm Hg basınçta gerçekleştirilir.

Cıva katotlu elektrolizörlerde anotta meydana gelen reaksiyonlar, diyaframlı elektrolizörler için düşünülenlere benzer.

Cıva katotlu elektrolizörlerdeki katodik işlem, hidrojen iyonlarının çelik katot üzerine boşaltıldığı diyaframlı elektrolizördekinden temel olarak farklıdır.

Civa elektrolizörlerinde katotta hidrojen oluşumu bir yan ve zararlı süreçtir. Hidrojenin bir cıva katotta veya sodyum amalgam katotta büyük bir aşırı voltajla salınması gerçeğiyle gelişimi engellenir.

Bu işlemin karakteristik polarizasyon eğrisi Şekil 2'de gösterilmektedir. 9.6. Şekil, -1,9 V'tan daha negatif olan katot potansiyellerinde yoğun hidrojen gelişiminin meydana geldiğini göstermektedir. Bununla birlikte, daha düşük bir negatif potansiyelde, cıva katodunda başka bir elektrot reaksiyonu meydana gelir - bunun için ana kısmı olan sodyum cıva amalgamı oluşumu. akım harcanır.

Serbest bırakılma anında, metalik sodyum cıva ile reaksiyona girerek intermetalik bir bileşik NaHg n (cıva içinde çözülmüş sodyum amalgam) oluşturur. Bu durumda, sodyum iyonunu azaltmak için gereken iş, amalgamın oluşumu sırasında açığa çıkan enerji miktarı kadar azalır. Sodyum amalgam oluşum potansiyeli φ k = -1.80 V.

Elektrot üzerinde ikincil bir reaksiyonun meydana gelmesi nedeniyle elektrokimyasal işlemdeki maddelerin salınım potansiyelindeki değişime denir. depolarizasyon. Depolarizasyon nedeniyle, reaksiyona göre cıva katodunda amalgam şeklinde sodyum salınabilir:

Na + + n Hg + ē = NaHgn

Bu işlem neredeyse aşırı gerilim olmadan gerçekleşir.

Katottaki ana yan reaksiyon:

2
H + + 2e - = H 2

Pirinç. 9.6. polarizasyon eğrisi

Cıva üzerinde hidrojen salınımı

Diğer yan işlemler de katotta gerçekleşir. Sodyum amalgam, anolitte çözünmüş klor ile denklemlere göre reaksiyona girer:

NaHg n + Cl2 = Na + + CI - + nHg Hg + Cl2 = Hg 2+ + 2 Cl -

Suyun etkisi altında amalgam ayrışır ve alkali açığa çıkarır:

NaHg n + 2 H20 \u003d H2 + Na + + 2OH - + n hg

Ayrıştırıcıdaki reaksiyon, iki bağlı reaksiyondan oluşur:

2 H20 + e - \u003d H2 + 2OH - NaHg n - e - \u003d Na + + n Hg

Civa katotlu bir elektrolizörde elektrolitik işlem iki aşamada gerçekleşir. İlk aşamada, sulu bir sodyum klorür çözeltisi elektrolize edilerek, klor ve güçlü sodyum amalgam elde edilir. Elektrolizden sonra elde edilen amalgam %0.3-0.5 sodyum içerir. İkinci aşamada, amalgam arıtılmış su ile işlenir. Amalgamın bir kısmı ayrışır ve sodyum hidroksit ve hidrojen oluşturur. Zayıf amalgam cıva pompası, elektroliz için yeniden kullanılır.

İşlemi iki aşamada gerçekleştirmek, cıva katotlu elektrolizörlerde çok küçük sodyum klorür safsızlıkları içeren bir sodyum hidroksit çözeltisi elde etmeyi mümkün kılar.

Bir cıva katotlu elektrolitik hücrenin şeması, Şek. 9.7. Üç ana bölümden oluşur: bir elektrolitik banyo 9 , ayrıştırıcı 12 ve cıva pompası 10.

Pirinç. 9.7. Cıva katotlu bir elektrolitik hücrenin şeması:

1 - amalgam; 2 - hücrenin çıkış cebi; 3 - hücre kapağı; 4 - anot; 5 - anot iletkeni ve contası; 6 - anolit; 7 - klor toplamak için alan; 8 - hücrenin giriş cebi; 9 - elektrolitik banyo; 10 - cıva pompası; 11 - meme ayrıştırıcısı; 12 - ayrıştırıcı; 13- sodyum hidroksit çözeltisi.

elektrolitik bir banyoda 9 sürekli olarak doymuş sodyum klorür çözeltisi ve zayıf bir amalgam sağlanır. Klor, su buharı ve güçlü amalgam ile birlikte elektrolizörden uzaklaştırılır.Ayrı olarak, içinde çözünen klor ile elektroliz sonucu tükenen sodyum klorür çözeltisi amalgamdan uzaklaştırılır.

ayrıştırıcıya 12 güçlü amalgam ve arıtılmış su sürekli olarak sağlanır. Su buharlı hidrojen, sudaki bir sodyum hidroksit çözeltisi ve zayıf bir amalgam çıkarılır.

Cıva elektrolizörleri, yüksek akım yoğunluğu (5000-10.000 A/m2) ile çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Yoğunluk arttıkça akış hızı artar. Ek olarak, hesaplanan katot yüzeyi azalır (aynı akım yükünde) ve bu nedenle gerekli cıva miktarı azalır.

Şu anda, yatay elektrolizörler yaygındır. Alt kısmı boyunca amalgamın yerçekimi ile aktığı eğimli bir dikdörtgen kesitli oluğu temsil ederler. Oluk bir kapakla kaplıdır 3 , hangi grafit düz anot plakalarının sabitlendiği 4 . Elektrotlar arasındaki mesafe 3-5 mm'dir. Plakalar, anotların çalışma yüzey alanı katodun yüzey alanına yaklaşacak kadar yakın yerleştirilir. Her anot plakası, hücre kapağından geçen bir akım kablosuna sahiptir. Akım beslemesinin kapaktan geçtiği yerde bir conta vardır. 5 atmosfere klor salınımının önlenmesi.

Elektroliz sırasında grafit yok edilir. Sonuç olarak, elektrotlar arası mesafe artar ve elektroliz voltajı artar. Bu nedenle, modern tasarımlarda anotlar, elektrotlar arası mesafeyi ayarlamanıza izin veren bir cihazla donatılmıştır.

Bunun için iki farklı tip cihaz kullanılmaktadır. İlk tip, her bir anotu ayrı ayrı indirmek için tasarlanmıştır, ikincisi - tüm anot grubunu aynı anda indirmek için.

Anolit, elektrolizördeki amalgam tabakası üzerinde aynı yönde hareket eder. ^ 6 .

Anolit tabakasının üzerinde bir gaz boşluğu oluşur. 7 . Serbest kalan kloru toplar. Klor ve anolit birlikte veya ayrı ayrı elektrolizörden boşaltılır.

Elektrokimyasal sürecin ikinci aşaması ayrıştırıcıda gerçekleşir. Yatay ayrıştırıcılar, eğimli olarak yerleştirilmiş çelik, hava geçirmez şekilde kapatılmış bir oluk şeklindedir. Ayrıştırıcının altına grafit plakalar serilir. 12 . Amalgam akışı, tabanı boyunca yerçekimi ile hareket eder. Bir sodyum hidroksit çözeltisi amalgama ters yönde hareket eder ve ayrıştırıcının sonunda hidrojen ile birlikte boşaltılır.

^ KONU 9.2 İÇİN KONTROL SORULARI

9-1. Sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizi için endüstriyel yöntemler nelerdir?

9-2. Diyafram elektroliz yönteminin ana aşamalarını adlandırın.

9-3 . Diyafram elektrolizinde katotta hangi reaksiyon gerçekleşir? Diyafram elektroliz yönteminde katotta hangi yan reaksiyonlar meydana gelebilir?

9-4 . Diyafram elektrolizi sırasında anotta hangi temel madde salınır? Diyafram elektrolizi sırasında anotta hangi yan ürün açığa çıkar?

9-5. Civa katotlu sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizinin özellikleri nelerdir? Diyafram hücresinde diyaframın rolü nedir?

^ KONU 9.2 İÇİN GÖREVLER

9-1. Diyaframlı klor hücresinden akan sıvı 130 kg/m3 kostik içerir. Banyo 25 kA yük, CI2 ve NaOH için %96 akım verimi ve %98 hidrojen için çalışır. Şunları hesaplayın: a) klor ve hidrojen (kütle ve hacim olarak) ve alkali için banyonun günlük performansı; b) 1 saatte banyodan akan likör hacmi. Koşullar normaldir.

9-2. BGK-17-25 elektrolizör 800 m3 hacimde klor üretmek için kaç saat çalışmalıdır, eğer akım verimi %96, akım gücü 30 kA ise? Koşullar normaldir.

9-3. Sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizi sırasında ayrışma voltajının teorik değerini (V) hesaplayın. Anolit konsantrasyonu 270 kg/m3 , katolit 120 kg/m3 .

9-4. Sulu bir sodyum klorür çözeltisini elektrolize ederken teorik ayrışma voltajının 2,16 V ve pratik voltajın 3,55 V olduğu bir demir katot ile donatılmış bir elektrolizör için enerji kullanım faktörünü hesaplayın. Mevcut çıkış %93.

9-5. Gün boyunca 40 kA'lık bir akımda 140 kg/m3 sodyum hidroksit içeren 9821 m3 elektrolitik sıvının elde edildiği BGK-17-50 hücresinin akım çıkışını belirleyin.

9-6. Kostik soda üretimi için diyafram yönteminde, çözeltideki kostik sodanın kütle oranı %10'a ulaştığında elektroliz işlemi tamamlanır. Başlangıç ​​tuzlu su konsantrasyonu 310 kg/m3 ve yoğunluk 1.197 t/m3 ise, sodyum klorürün hangi kütle fraksiyonunun elektrolize tabi tutulduğunu hesaplayın.

9-7. Başlangıçtaki sodyum klorür içeriği 293 kg/m3 ise 120 kg/m3 sodyum hidroksit içeren bir katolitin dönüşüm oranını belirleyin. Üretim kayıplarını dikkate almayın.

9-8. 1 t kütleli hidrojen elde etmek için, h = 0,2 V gaz çıkışının aşırı geriliminin neden olduğu ilave güç tüketimini belirleyin.

9-9. BGK-17-50 elektrolitik hücresinde 1 ton kütleli klor elde etmek için enerji tüketimini hesaplayın, eğer terminallerdeki akım 25 kA ise voltaj 3,6 V, akım çıkışı% 96'dır.

9-10. 135 kg/m3 sodyum hidroksit içeren 225 m3/saat katolit üreten bir Hooker elektrolitik hücresinin akım çıktısını belirleyin. Hücre 40 kA yük ile çalışır.

9-11. İşletmenin, her seride 68 adet olmak üzere 3 seri BGK-17-50 elektrolizöre sahip olması durumunda sıvı klorun taşınması için 50 ton taşıma kapasiteli demiryolu tanklarına yönelik haftalık ihtiyacının belirlenmesi. Hücrenin yükü 50 kA, akım çıkışı %96'dır.

9-12. Bir sodyum klorür çözeltisinin teorik ayrışma voltajı 2,2 V ise, diyaframlı elektrolizörde 1 ton sodyum hidroksit ve 1 ton klor üretmek için teorik güç tüketimini hesaplayın.

9-13. Elektrotlardaki voltaj 4,56 V ise, akım çıkışı% 96, akım gücü 190 ise, cıva katot tipi "Çöz" V-200 ile bir elektrolizörde 1 ton sodyum hidroksit üretimi için enerji tüketimini hesaplayın. ka.

9-14. Elektroliz atölyesinde cıva katotlu 66 banyo bulunmaktadır. Doğru akım kaynağından, 30 kA akım gücünde 250 V'luk bir voltajla beslenirler. 140 kg / m3 kostik soda konsantrasyonu ve% 96'lık bir akım çıkışında klor ile günde böyle bir atölyenin verimliliğini belirleyin; her banyodaki voltaj ve 1 ton klor ve 1 ton kostik soda başına enerji tüketimi (ayrı ayrı).

9-15. 10 m uzunluğa, 1,5 m genişliğe sahip cıva elektrolizörünün tabanında 5 mm'lik bir tabaka halinde cıva akar. Elektrolizörün girişinde, cıvadaki sodyumun kütle oranı %0.01 ve çıkışta %0.2'dir. Akım çıkışı %95. Katot akım yoğunluğu 5000 A/m 2'dir. 1 m2 cıva katodundan elde edilebilen %40 sodyum hidroksit çözeltisinin kütlesini ve civanın lineer akış hızını belirleyin. Amalgam oluşumu sırasında cıva yoğunluğundaki değişikliği göz ardı edin.

9-16. Burada ise, cıva hücresi R-101 için enerji çıkışını belirleyin: anot potansiyeli -1,42 V; katot potansiyeli 1,84 V; banyo voltajı 3,55 V; akım çıkışı %93,7.

9-17. Gelen cıvadaki sodyumun kütle oranı %0.015 ve giden cıvada %0.21 ise, klor elektrolizöründeki civa sirkülasyonunun hacimsel hızını hesaplayın. Sodyum akımı çıkışı %97, hücre yükü 25 kA'dır.

9-18. Saatte 23 ton sodyum amalgam alan yatay ayrıştırıcıda 56 m3 hacimde hidrojen açığa çıktı. Amalgamdaki sodyumun kütle fraksiyonunu belirleyin (n.a.'da).

9-19 . İşletmelerden birinin hidroklorik asit üretimi için yıllık tasarım kapasitesi, kütle fraksiyonu %34 hidrojen klorür olan 80 bin ton ürün. Bu işletme, işletmenin programına göre çalışan 84 R-30 banyolu bir atölye klor ve hidrojen sağlayacak mı? Akım çıkışı %96, tek hücre yükü 30 kA. Asit verimi teorik olarak %95'tir.

9-20. Diyaframlı klor elektrolizörü aşağıdaki performans göstergelerine sahiptir: mevcut klor çıkışı %95; hidrojen akımı verimliliği %99; 20 kA yükleyin. Elektrolizörün 30 günlük çalışmasında üretilen toplam klordan %35'lik bir hidrojen klorür kütle fraksiyonuna sahip hangi hidroklorik asit kütlesi elde edilebilir? Hidrojenin hacim oranı stokiyometriye göre %5 daha fazlaysa, bu asit kütlesini elde etmek için elektrolizör tarafından m3 cinsinden hangi hidrojen hacmi üretilmelidir?

ELEKTROLİZ

Metal elde etmenin yollarından biri elektrolizdir. Aktif metaller doğada sadece kimyasal bileşikler halinde bulunur. Serbest halde bu bileşiklerden nasıl izole edilir?

Elektrolitlerin çözeltileri ve eriyikleri elektrik akımını iletir. Bununla birlikte, bir elektrolit çözeltisinden akım geçtiğinde kimyasal reaksiyonlar meydana gelebilir. Her biri mevcut kaynağın kutuplarından birine bağlı olan iki metal plaka bir elektrolit çözeltisine veya eriyik içine yerleştirilirse ne olacağını düşünün. Bu plakalara elektrot denir. Elektrik akımı, hareketli bir elektron akışıdır. Devredeki elektronların bir elektrottan diğerine hareket etmesi sonucunda elektrotlardan birinde fazla elektron oluşur. Elektronlar negatif yüke sahiptir, bu nedenle bu elektrot negatif yüklü hale gelir. Katot denir. Diğer elektrotta elektron eksikliği oluşur ve pozitif olarak yüklenir. Bu elektrot anot olarak adlandırılır. Bir çözelti veya eriyik içindeki bir elektrolit, pozitif yüklü iyonlara - katyonlara ve negatif yüklü iyonlara - anyonlara ayrışır. Katyonlar, negatif yüklü bir elektrot olan katot tarafından çekilir. Anyonlar, pozitif yüklü bir elektrota çekilir - anot. Elektrotların yüzeyinde iyonlar ve elektronlar arasında etkileşim meydana gelebilir.

Elektroliz, elektrolitlerin çözeltileri veya eriyiklerinden bir elektrik akımı geçtiğinde meydana gelen süreçleri ifade eder.

Çözeltilerin elektrolizi ve elektrolitlerin erimesi sırasında meydana gelen süreçler oldukça farklıdır. Bu iki durumu ayrıntılı olarak ele alalım.

Eriyik elektrolizi

Örnek olarak, bir sodyum klorür eriyiğinin elektrolizini düşünün. Eriyikte sodyum klorür iyonlarına ayrışır. Na+
ve Cl - : NaCl = Na + + Cl -

Sodyum katyonları, negatif yüklü bir elektrotun - katodun - yüzeyine hareket eder. Katot yüzeyinde fazla elektron var. Bu nedenle elektrot yüzeyinden sodyum iyonlarına elektron transferi olur. Aynı zamanda iyonlar Na+ sodyum atomlarına dönüştürülür, yani katyonlar indirgenir Na+ . Süreç denklemi:

Na + + e - = Na

Klorür iyonları Cl - pozitif yüklü bir elektrotun yüzeyine hareket edin - anot. Anot yüzeyinde elektron eksikliği oluşur ve elektronlar anyonlardan aktarılır Cl- elektrotun yüzeyine. Aynı zamanda, negatif yüklü iyonlar Cl- hemen birleşerek klor molekülleri C oluşturan klor atomlarına dönüştürülür. l2 :

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

Klorür iyonları elektron kaybeder, yani oksitlenirler.

Katot ve anotta meydana gelen işlemlerin denklemlerini birlikte yazalım.

Na + + e - = Na

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

Sodyum katyonlarının indirgenme sürecinde bir elektron, klor iyonlarının oksidasyon sürecinde ise 2 elektron yer alır. Ancak, elektrik yükünün korunumu yasasına uyulmalıdır, yani çözeltideki tüm parçacıkların toplam yükü sabit olmalıdır, bu nedenle sodyum katyonlarının indirgenmesinde yer alan elektronların sayısı elektronların sayısına eşit olmalıdır. klorür iyonlarının oksidasyonunda rol oynar.Bu nedenle, ilk denklemi 2 ile çarparız:

Na + + e - \u003d Na 2

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

Her iki denklemi de toplarız ve reaksiyon için genel denklemi elde ederiz.

2 Na + + 2C l - \u003d 2 Na + Cl 2 (iyonik reaksiyon denklemi) veya

2 NaCl \u003d 2 Na + Cl2 (moleküler reaksiyon denklemi)

Dolayısıyla, ele alınan örnekte elektrolizin bir redoks reaksiyonu olduğunu görüyoruz. Katotta, pozitif yüklü iyonların azaltılması - katyonlar, anotta - negatif yüklü iyonların oksidasyonu - anyonlar. Hangi işlemin nerede gerçekleştiğini hatırlamak için "T kuralı"nı kullanabilirsiniz:

katot - katyon - indirgeme.

Örnek 2Sodyum hidroksit eriyiğinin elektrolizi.

Çözeltideki sodyum hidroksit, katyonlara ve hidroksit iyonlarına ayrışır.

katot (-)<-- Na + + OH - à Анод (+)

Katot yüzeyinde sodyum katyonları indirgenir ve sodyum atomları oluşur:

katot (-) Na + +e à Na

Hidroksit iyonları anot yüzeyinde oksitlenirken oksijen açığa çıkar ve su molekülleri oluşur:

katot (-) Na + + e à Na

anot (+)4 OH - - 4 e à 2 H 2 O + O 2

Sodyum katyonlarının indirgeme reaksiyonunda ve hidroksit iyonlarının oksidasyon reaksiyonunda yer alan elektronların sayısı aynı olmalıdır. İlk denklemi 4 ile çarpalım:

katot (-) Na + + e à Na 4

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

Her iki denklemi bir araya getirerek elektroliz reaksiyonunun denklemini elde ederiz:

4 NaOH à 4 Na + 2 H20 + O 2

Örnek 3Eriyiğin elektrolizini düşünün Al2O3

Bu reaksiyon kullanılarak, bol miktarda alüminyum oksit içeren doğal bir bileşik olan boksitten alüminyum elde edilir. Alüminyum oksidin erime noktası çok yüksektir (2000º C'den fazla), bu nedenle erime noktasını 800-900º C'ye düşüren özel katkı maddeleri eklenir. Eriyik içinde alüminyum oksit iyonlarına ayrışır. Al 3+ ve O 2-. H katotta katyonlar azalır 3+ , alüminyum atomlarına dönüşüyor:

Al +3 ve Al

Anyonlar anotta oksitlenir O 2- oksijen atomlarına dönüşür. Oksijen atomları hemen O 2 moleküllerine birleşir:

2 O 2- – 4 e à O 2

Alüminyum katyonlarının indirgenmesinde ve oksijen iyonlarının oksidasyonunda yer alan elektronların sayısı eşit olmalıdır, bu nedenle ilk denklemi 4 ile ve ikincisini 3 ile çarpıyoruz:

Al 3+ +3 ve Al 0 4

2 O 2- – 4 e à O 2 3

Her iki denklemi de toplayalım ve

4 Al 3+ + 6 O 2- a 4 Al 0 +3 O 2 0 (iyonik reaksiyon denklemi)

2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2

çözelti elektrolizi

Bir sulu elektrolit çözeltisinden bir elektrik akımının geçirilmesi durumunda, çözeltide elektronlarla da etkileşime girebilen su moleküllerinin mevcudiyeti ile mesele karmaşıklaşır. Bir su molekülünde hidrojen ve oksijen atomlarının polar bir kovalent bağ ile bağlandığını hatırlayın. Oksijenin elektronegatifliği hidrojenin elektronegatifliğinden daha büyüktür, bu nedenle paylaşılan elektron çiftleri oksijen atomuna doğru kaydırılır. Oksijen atomunda kısmi negatif yük oluşur, δ- ile gösterilir ve hidrojen atomlarında kısmi pozitif yüke sahiptir, δ+ ile gösterilir.

δ+

H-O δ-

│

H δ+

Bu yük kayması nedeniyle, su molekülünün pozitif ve negatif "kutupları" vardır. Bu nedenle, su molekülleri, pozitif yüklü bir kutup tarafından negatif yüklü bir elektrota - katoda ve negatif bir kutup tarafından - pozitif yüklü bir elektrota - anoda çekilebilir. Katotta su molekülleri indirgenebilir ve hidrojen salınır:

Su moleküllerinin oksidasyonu, oksijenin serbest bırakılmasıyla anotta meydana gelebilir:

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

Bu nedenle, elektrolit katyonları veya su molekülleri katotta indirgenebilir. Bu iki süreç birbiriyle yarışıyor gibi görünüyor. Katotta gerçekte hangi işlemin gerçekleştiği metalin doğasına bağlıdır. Katotta metal katyonlarının mı yoksa su moleküllerinin mi indirgeneceği, metalin içindeki konumuna bağlıdır. bir dizi metal gerilmesi .

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

Metal, hidrojenin sağındaki voltaj serisindeyse, katotta metal katyonları indirgenir ve serbest metal serbest bırakılır. Metal, alüminyumun solundaki voltaj serisindeyse, su molekülleri katotta indirgenir ve hidrojen açığa çıkar. Son olarak, çinkodan kurşuna metal katyonları durumunda, ya metal evrimi ya da hidrojen evrimi meydana gelebilir ve bazen hem hidrojen hem de metal aynı anda gelişir. Genel olarak, bu oldukça karmaşık bir durumdur, çoğu reaksiyon koşullarına bağlıdır: çözeltinin konsantrasyonu, mevcut güç ve diğerleri.

Anotta iki işlemden biri de meydana gelebilir - elektrolit anyonlarının oksidasyonu veya su moleküllerinin oksidasyonu. Gerçekte hangi işlemin gerçekleştiği anyonun doğasına bağlıdır. Anoksik asitlerin tuzlarının veya asitlerin kendilerinin elektrolizi sırasında, anyonlar anotta oksitlenir. Tek istisna florür iyonudur. F- . Oksijen içeren asitlerde su molekülleri anotta oksitlenir ve oksijen açığa çıkar.

örnek 1Sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizine bakalım.

Sulu bir sodyum klorür çözeltisinde sodyum katyonları olacaktır. Na + , klor anyonları Cl - ve su molekülleri.

2 NaCl ve 2 Na + + 2 Cl -

2H 2 О а 2H + + 2OH -

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

anot (+)2Cl-; 2OH-; 2 Cl - – 2e ve 2 Cl 0

2NaCl + 2H20 à H2 + Cl2 + 2NaOH

Kimyasal aktivite anyonlar zor azalır.

Örnek 2Ya tuz içeriyorsa SO 4 2- ? Bir nikel sülfat çözeltisinin elektrolizini düşünün ( II ). nikel sülfat ( II ) iyonlarına ayrışır Ni 2+ ve SO 4 2-:

NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-

H 2 O à H + + OH -

Nikel katyonları metal iyonları arasındadır Al 3+ ve Pb 2+ gerilim serisinde orta bir pozisyonda yer alan katottaki geri kazanım işlemi her iki şemaya göre gerçekleşir:

2 H20 + 2e - \u003d H2 + 2OH -

Oksijen içeren asitlerin anyonları anotta oksitlenmez ( anyon aktivite serisi ), su molekülleri oksitlenir:

anot e à O 2 + 4H +

Katot ve anotta meydana gelen işlemlerin denklemlerini birlikte yazalım:

katot (-) Ni 2+ ; H+; Ni 2+ + 2е ve Ni 0

2 H20 + 2e - \u003d H2 + 2OH -

anot (+) S04 2- ; OH -;2H20 - 4 e à O 2 + 4H +

İndirgeme süreçlerinde 4 elektron yer alır ve oksidasyon sürecinde 4 elektron da yer alır. Bu denklemleri bir araya getirerek genel reaksiyon denklemini elde ederiz:

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

Denklemin sağ tarafında aynı anda H + iyonları ve Ah- su moleküllerini oluşturmak için bir araya gelen:

H + + OH - à H 2 O

Bu nedenle denklemin sağ tarafında 4 H+ iyonu ve 2 iyon yerine Ah- 2 su molekülü ve 2 H + iyonu yazıyoruz:

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

Denklemin her iki tarafındaki iki su molekülünü azaltalım:

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

Bu kısa bir iyonik denklemdir. Tam iyonik denklemi elde etmek için sülfat iyonunun her iki kısmına da eklemeniz gerekir. SO 4 2- nikel sülfatın ayrışması sırasında oluşan ( II ) ve reaksiyona katılmamak:

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

Böylece, bir nikel sülfat çözeltisinin elektrolizi sırasında ( II ) katotta hidrojen ve nikel salınır ve anotta oksijen salınır.

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

Örnek 3 İnert bir anot ile sulu bir sodyum sülfat çözeltisinin elektrolizi sırasında meydana gelen işlemlerin denklemlerini yazın.

Sistemin standart elektrot potansiyeli Na + + e = Na 0, nötr sulu bir ortamdaki (-0,41 V) su elektrotunun potansiyelinden çok daha negatiftir.Bu nedenle, hidrojen oluşumu ile birlikte katotta suyun elektrokimyasal indirgenmesi meydana gelecektir.

2H 2 О а 2H + + 2OH -

ve Na iyonları + katoda gelen çözeltinin bitişik kısmında birikecektir (katot boşluğu).

Anotta, suyun elektrokimyasal oksidasyonu meydana gelecek ve oksijen salınımına yol açacaktır.

2 H 2 O - 4e à O 2 + 4 H +

çünkü bu sisteme karşılık geliyor standart elektrot potansiyeli (1,23 V), sistemi karakterize eden standart elektrot potansiyelinden (2,01 V) önemli ölçüde düşüktür

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

İyonlar SO 4 2- elektroliz sırasında anoda doğru hareket etmek, anot boşluğunda birikecektir.

Katot işleminin denklemini iki ile çarparak ve anot işleminin denklemiyle ekleyerek, elektroliz işleminin toplam denklemini elde ederiz:

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

İyonların katot uzayında ve iyonların anot uzayında aynı anda biriktiği dikkate alındığında, genel süreç denklemi aşağıdaki biçimde yazılabilir:

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

Böylece, hidrojen ve oksijenin salınmasıyla eşzamanlı olarak, sodyum hidroksit (katot boşluğunda) ve sülfürik asit (anot boşluğunda) oluşur.

Örnek 4Bakır sülfat çözeltisinin elektrolizi ( II) CuSO4.

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

katot (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

anot (+) 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H + 1

H + iyonları çözeltide kalır ve SO 4 2- , çünkü sülfürik asit birikir.

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

Örnek 5 Bakır klorür çözeltisinin elektrolizi ( II) CuCl2.

katot (-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)

katot (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

anot (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

Her iki denklem de iki elektron içerir.

Cu 2+ + 2e à Cu 0 1

2Cl - -– 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (iyonik denklem)

CuCl 2 à Cu + Cl 2 (moleküler denklem)

Örnek 6 Gümüş nitrat çözeltisinin elektrolizi AgNO3.

katot (-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)

katot (-) Ag + + e à Ag 0

anot (+) 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 + + Ö 2 (iyonik denklem)

4 Ag + + 2 H 2 Öà 4 Ag 0 + 4 H + + Ö 2 + 4 HAYIR 3 - (tam iyonik denklem)

4 AgNO 3 + 2 H 2 Öà 4 Ag 0 + 4 HNO 3 + Ö 2 (moleküler denklem)

Örnek 7 Hidroklorik asit çözeltisinin elektroliziHCl.

katot (-)<-- H + + Cl - à anot (+)

katot (-) 2H + + 2 eà H 2

anot (+) 2Cl - – 2 eà Cl 2

2 H + + 2 Cl - à H 2 + Cl 2 (iyonik denklem)

2 HClà H 2 + Cl 2 (moleküler denklem)

Örnek 8 Sülfürik asit çözeltisinin elektroliziH 2 BÖYLE 4 .

Katot (-) <-- 2H + + SO 4 2- à anot (+)

katot (-)2H+ + 2eà H2

anot(+) 2H 2 O - 4eà O2+4H+

2H+ + 2eà H 2 2

2H2O-4eà O 2 + 4H+1

4H+ + 2H2Oà 2H 2 + 4H+ + O 2

2H2Oà 2H2+O2

Örnek vermek 9. Potasyum hidroksit çözeltisinin elektroliziKOH.

katot (-)<-- K + + Ah - à anot (+)

Potasyum katotta indirgenmez, çünkü potasyum alüminyumun solundaki metallerin voltaj serisindedir, bunun yerine su molekülleri azalır:

2H2O + 2eà H2 + 2OH - 4OH - -4eà 2H 2 O +O 2

katot(-)2H2O+2eà H2 + 2OH - 2

anot(+) 4OH - - 4eà 2H 2 O + O 2 1

4H20 + 4OH -à 2H 2 + 4OH - + 2H 2 O + O 2

2 H 2 Öà 2 H 2 + Ö 2

Örnek 10 Potasyum nitrat çözeltisinin elektrolizibilgi 3 .

Katot (-) <-- K + + NO 3 - à anot (+)

2H2O + 2eà H2 + 2OH - 2H20 - 4eà O2+4H+

katot(-)2H2O+2eà H2 + 2OH-2

anot(+) 2H 2 O - 4eà O 2 + 4H+1

4H2O + 2H2Oà 2H2+4OH-+4H++ O2

2H2Oà 2H2+O2

Bir elektrik akımı, alüminyumun solundaki metallerin voltaj serisindeki metallerle oksijen içeren asitlerin, alkalilerin ve oksijen içeren asitlerin tuzlarının çözeltilerinden geçirildiğinde, pratik olarak su elektrolizi meydana gelir. Bu durumda, katotta hidrojen ve anotta oksijen salınır.

Sonuçlar. Sulu elektrolit çözeltilerinin elektroliz ürünlerini belirlerken, en basit durumlarda, aşağıdaki hususlara rehberlik edilebilir:

1. Standart potansiyelin küçük bir cebirsel değerine sahip metal iyonları -Li + önceAl 3+ dahil - elektronları yeniden bağlama konusunda çok zayıf bir eğilime sahip olmak, bu açıdan iyonlara yol açarH + (santimetre. Katyon aktivite serisi). Bu katyonları içeren bileşiklerin sulu çözeltilerinin elektrolizinde, katot üzerinde oksitleyici bir maddenin işlevi iyonlar tarafından gerçekleştirilir.H + , şemaya göre geri yüklerken:

2 H 2 Ö+ 2 eà H 2 + 2OH -

2. Standart potansiyellerin pozitif değerlerine sahip metal katyonlar (Cu 2+ , Ag + , hg 2+ vb.), elektronları iyonlardan daha fazla bağlama eğilimine sahiptir. Tuzlarının sulu çözeltilerinin elektrolizi sırasında, bu katyonlar, şemaya göre bir metale indirgenirken, katot üzerinde bir oksitleyici maddenin işlevini yayar, örneğin:

Cu 2+ +2 eà Cu 0

3. Metal tuzlarının sulu çözeltilerinin elektrolizi sırasındaçinko, Fe, CD, Nive diğerleri, voltaj serisinde listelenen gruplar arasında orta bir pozisyonda yer alır, katottaki indirgeme işlemi her iki şemaya göre gerçekleşir. Serbest bırakılan metalin kütlesi, bu durumlarda, bir kısmı hidrojen oluşumuna harcanan, akan elektrik akımı miktarına karşılık gelmez.

4. Elektrolitlerin sulu çözeltilerinde, monatomik anyonlar (Cl - , br - , J - ), oksijen içeren anyonlar (HAYIR 3 - , BÖYLE 4 2- , PO 4 3- ve diğerleri) ve ayrıca suyun hidroksil iyonları. Bunlardan halojenür iyonları, aşağıdakiler dışında daha güçlü indirgeme özelliklerine sahiptir.F. iyonlarAhve çok atomlu anyonlar arasında bir ara konum işgal eder. Bu nedenle sulu çözeltilerin elektrolizi sırasındaHCl, HBr, HJveya anottaki tuzları, halojenür iyonları şemaya göre oksitlenir:

2 x - -2 eà x 2 0

Sulu sülfat, nitrat, fosfat vb. çözeltilerinin elektrolizi sırasında. indirgeyici maddenin işlevi, şemaya göre oksitlenirken iyonlar tarafından gerçekleştirilir:

4 HOH – 4 eà 2 H 2 Ö + Ö 2 + 4 H +

.

Görevler.

W fakat kulübe 1. Bir bakır sülfat çözeltisinin elektrolizi sırasında, katotta 48 g bakır serbest bırakıldı. Anotta açığa çıkan gazın hacmini ve çözeltide oluşan sülfürik asit kütlesini bulun.

Çözeltideki bakır sülfat hiçbir iyonu ayrıştırmazC2+ veS0 4 2 ".

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

Katot ve anotta meydana gelen işlemlerin denklemlerini yazalım. Katotta bakır iyonları azalır, anotta suyun elektrolizi gerçekleşir:

Cu 2+ + 2e- \u003d Cu12

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

Genel elektroliz denklemi:

2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + 4H+ + O2 (kısa iyonik denklem)

Bakır sülfatın ayrışması sırasında oluşan her biri 2 sülfat iyonu denkleminin her iki tarafına ekleyin, tam iyonik denklemi elde ederiz:

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

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

Anotta açığa çıkan gaz oksijendir. Çözeltide sülfürik asit oluşur.

Bakırın molar kütlesi 64 g / mol'dür, bakır maddesinin miktarını hesaplıyoruz:

Reaksiyon denklemine göre, anottan 2 mol bakır salındığında, 1 mol oksijen salınır. Katotta 0.75 mol bakır salındı, anotta x mol oksijen salınmasına izin verin. Bir orantı yapalım:

2/1=0,75/x, x=0,75*1/2=0,375mol

Anotta 0.375 mol oksijen salındı,

v(O2) = 0.375 mol.

Serbest bırakılan oksijenin hacmini hesaplayın:

V(O2) \u003d v (O2) "VM \u003d 0,375 mol" 22,4 l / mol \u003d 8,4 l

Reaksiyon denklemine göre, katotta 2 mol bakır salındığında çözeltide 2 mol sülfürik asit oluşur, yani katotta 0.75 mol bakır salınırsa 0.75 mol sülfürik asit oluşur. çözeltide, v (H2SO4) = 0.75 mol. Sülfürik asidin molar kütlesini hesaplayın:

M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98 g/mol.

Sülfürik asit kütlesini hesaplayın:

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

Yanıt vermek: Anotta 8.4 litre oksijen salındı; Çözeltide 73,5 g sülfürik asit oluştu

Görev 2. 111.75 g potasyum klorür içeren sulu bir çözeltinin elektrolizi sırasında katot ve anotta salınan gazların hacmini bulun. Çözeltide hangi madde oluşur? Kütlesini bulun.

Çözeltideki potasyum klorür, K+ ve Cl iyonlarına ayrışır:

2KS1 \u003d K + + Cl

Potasyum iyonları katotta indirgenmez, bunun yerine su molekülleri indirgenir. Klorür iyonları anotta oksitlenir ve klor açığa çıkar:

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

2SG-2e "= C12|1

Genel elektroliz denklemi:

2CHl + 2H2O \u003d H2 + 2OH "+ C12 (kısa iyonik denklem) Çözelti ayrıca potasyum klorürün ayrışması sırasında oluşan ve reaksiyona katılmayan K + iyonlarını içerir:

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

Denklemi moleküler biçimde yeniden yazalım:

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

Katotta hidrojen açığa çıkar, anotta klor salınır ve çözeltide potasyum hidroksit oluşur.

Çözelti 111.75 g potasyum klorür içeriyordu.

Potasyum klorürün molar kütlesini hesaplayın:

M(KC1) = 39+35.5 = 74,5 g/mol

Potasyum klorür maddesinin miktarını hesaplayın:

Reaksiyon denklemine göre, 2 mol potasyum klorürün elektrolizi, 1 mol klor açığa çıkarır. 1.5 mol potasyum klorürün elektrolizinin x mol klor salmasına izin verin. Bir orantı yapalım:

2/1=1,5/x, x=1,5 /2=0,75 mol

0.75 mol klor salınacak, v (C! 2) \u003d 0.75 mol. Reaksiyon denklemine göre, anotta 1 mol klor salındığında, katotta 1 mol hidrojen salınır. Bu nedenle, anotta 0.75 mol klor salınırsa, katotta 0.75 mol hidrojen salınır, v(H2) = 0.75 mol.

Anotta salınan klor hacmini hesaplayalım:

V (C12) \u003d v (Cl2) -VM \u003d 0.75 mol \u003d 22.4 l / mol \u003d 16.8 l.

Hidrojenin hacmi, klorun hacmine eşittir:

Y (H2) \u003d Y (C12) \u003d 16,8 l.

Reaksiyon denklemine göre, 2 mol potasyum klorürün elektrolizi sırasında 2 mol potasyum hidroksit oluşur, yani 0.75 mol potasyum klorürün elektrolizi sırasında 0.75 mol potasyum hidroksit oluşur. Potasyum hidroksitin molar kütlesini hesaplayın:

M (KOH) \u003d 39 + 16 + 1 - 56 g / mol.

Potasyum hidroksitin kütlesini hesaplayın:

m(KOH) \u003d v (KOH> M (KOH) \u003d 0.75 mol-56 g / mol \u003d 42 g.

Yanıt vermek: Katotta 16.8 litre hidrojen, anotta 16.8 litre klor salındı ​​ve çözeltide 42 gr potasyum hidroksit oluştu.

Görev 3. Anotta 19 g iki değerlikli metal klorür çözeltisinin elektrolizi sırasında 8.96 litre klor açığa çıktı. Hangi metal klorürün elektrolize tabi tutulduğunu belirleyin. Katotta salınan hidrojen hacmini hesaplayın.

Bilinmeyen metal M'yi belirtiyoruz, klorürünün formülü MC12'dir. Anotta klorür iyonları oksitlenir ve klor açığa çıkar. Durum, hidrojenin katotta salındığını, bu nedenle su moleküllerinin azaldığını söylüyor:

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

2Cl -2e "= C12! 1

Genel elektroliz denklemi:

2Cl + 2H2O \u003d H2 + 2OH "+ C12 (kısa iyonik denklem)

Çözelti ayrıca reaksiyon sırasında değişmeyen M2+ iyonları içerir. Tam iyonik reaksiyon denklemini yazıyoruz:

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

Reaksiyon denklemini moleküler biçimde yeniden yazalım:

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

Anotta salınan klor miktarını bulun:

Reaksiyon denklemine göre, bilinmeyen bir metalin 1 mol klorürünün elektrolizi sırasında 1 mol klor açığa çıkar. 0,4 mol klor serbest bırakılırsa, 0,4 mol metal klorür elektrolize tabi tutulur. Metal klorürün molar kütlesini hesaplayın:

Bilinmeyen bir metalin klorürün molar kütlesi 95 g/mol'dür. İki klor atomu başına 35.5"2 = 71 g/mol vardır. Bu nedenle metalin molar kütlesi 95-71 = 24 g/mol'dür. Magnezyum bu molar kütleye karşılık gelir.

Reaksiyon denklemine göre, anotta salınan 1 mol klor için katotta salınan 1 mol hidrojen vardır. Bizim durumumuzda, anotta 0,4 mol klor salındı, bu da katotta 0,4 mol hidrojen salındığı anlamına geliyor. Hidrojenin hacmini hesaplayın:

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

Yanıt vermek: magnezyum klorürün elektroliz çözeltisine tabi tutulur; Katotta 8.96 litre hidrojen salındı.

*Problem 4. %15 konsantrasyonlu 200 g potasyum sülfat çözeltisinin elektrolizi sırasında, anotta 14.56 litre oksijen salındı. Elektrolizin sonunda çözeltinin konsantrasyonunu hesaplayın.

Bir potasyum sülfat çözeltisinde, su molekülleri hem katotta hem de anotta reaksiyona girer:

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

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

Her iki denklemi bir araya getirelim:

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

6H2O \u003d 2H2 + 4H2O + O2 veya

2H2O = 2H2 + 02

Aslında, bir potasyum sülfat çözeltisinin elektrolizi sırasında suyun elektrolizi meydana gelir.

Bir çözeltideki bir çözünenin konsantrasyonu aşağıdaki formülle belirlenir:

C=m(çözünen) %100 / m(çözelti)

Elektrolizin sonunda potasyum sülfat çözeltisinin konsantrasyonunu bulmak için potasyum sülfatın kütlesini ve çözeltinin kütlesini bilmek gerekir. Potasyum sülfatın kütlesi reaksiyon sırasında değişmez. İlk çözeltideki potasyum sülfat kütlesini hesaplayın. İlk çözümün konsantrasyonunu C olarak gösterelim.

m(K2S04) = C2 (K2S04) m(çözelti) = 0.15 200 g = 30 g.

Suyun bir kısmı hidrojen ve oksijene dönüştürüldüğü için elektroliz sırasında çözeltinin kütlesi değişir. Serbest bırakılan oksijen miktarını hesaplayın:

(Ö 2) \u003d V (O2) / Vm \u003d 14,56 l / 22,4 l / mol \u003d 0,65 mol

Reaksiyon denklemine göre 2 mol sudan 1 mol oksijen oluşur. x mol suyun bozunması sırasında 0,65 mol oksijen açığa çıksın. Bir orantı yapalım:

1.3 mol ayrışmış su, v(H2O) = 1.3 mol.

Suyun molar kütlesini hesaplayın:

M(H2O) \u003d 1-2 + 16 \u003d 18 g / mol.

Ayrışmış suyun kütlesini hesaplayın:

m(H2O) \u003d v (H2O> M (H2O) \u003d 1.3 mol * 18 g / mol \u003d 23.4 g.

Potasyum sülfat çözeltisinin kütlesi 23.4 g azaldı ve 200-23.4 = 176.6 g'a eşit oldu Şimdi elektroliz sonunda potasyum sülfat çözeltisinin konsantrasyonunu hesaplayalım:

С2 (K2 SO4)=m(K2 SO4) %100 / m(çözelti)=30g %100 / 176.6g=17

Yanıt vermek: elektrolizin sonunda çözeltinin konsantrasyonu %17'dir.

* Problem 5. 188.3 g sodyum ve potasyum klorür karışımı suda çözündürüldü ve elde edilen çözeltiden bir elektrik akımı geçirildi. Elektroliz sırasında katotta 33.6 litre hidrojen açığa çıktı. Karışımın bileşimini ağırlıkça yüzde olarak hesaplayın.

Potasyum ve sodyum klorür karışımını suda çözdükten sonra çözelti K+, Na+ ve Cl- iyonlarını içerir. Katotta ne potasyum iyonları ne de sodyum iyonları indirgenmez, su molekülleri indirgenir. Klorür iyonları anotta oksitlenir ve klor açığa çıkar:

Denklemleri moleküler biçimde yeniden yazalım:

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

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

Karışımda bulunan potasyum klorür maddesi miktarını x mol ve sodyum klorür maddesi miktarını y mol olarak gösterelim. Reaksiyon denklemine göre, 2 mol sodyum veya potasyum klorürün elektrolizi sırasında 1 mol hidrojen açığa çıkar. Bu nedenle, x mol potasyum klorürün elektrolizi sırasında x / 2 veya 0,5x mol hidrojen oluşur ve elektroliz sırasında y mol sodyum klorür 0,5 y mol hidrojendir. Karışımın elektrolizi sırasında açığa çıkan hidrojen maddesi miktarını bulun:

Denklemi yapalım: 0,5x + 0,5y \u003d 1,5

Potasyum ve sodyum klorürlerin molar kütlelerini hesaplayın:

M(KC1) = 39+35.5 = 74,5 g/mol

M (NaCl) \u003d 23 + 35,5 \u003d 58,5 g / mol

Kütle x mol potasyum klorür:

m (KCl) \u003d v (KCl) -M (KCl) \u003d x mol-74.5 g / mol \u003d 74,5 x g.

Bir mol sodyum klorürün kütlesi:

m (KCl) \u003d v (KCl) -M (KCl) \u003d y mol-74.5 g / mol \u003d 58,5 ug.

Karışımın kütlesi 188.3 g, ikinci denklemi yapıyoruz:

74,5x + 58,5y = 188.3

Böylece, iki bilinmeyenli iki denklem sistemini çözüyoruz:

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

74,5x + 58.5y = 188.3g

İlk denklemden x'i ifade ediyoruz:

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

x = 3-y

Bu x değerini ikinci denklemde yerine koyarsak, şunu elde ederiz:

74,5-(3-y) + 58,5y = 188.3

223,5-74.5y + 58,5y = 188.3y

-16y = -35.2

y \u003d %2,2 %100 / 188.3g \u003d %31,65

Sodyum klorürün kütle fraksiyonunu hesaplayın:

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

Yanıt vermek: karışım %31.65 potasyum klorür ve %68.35 sodyum klorür içerir.

Elektrolitin fiziko-kimyasal özellikleri

Kalsiyum klorürün erime noktası 774°'dir. Bazı durumlarda elektrolite potasyum klorür (erime noktası 768°) ve bazen sodyum klorür (erime noktası 800°) eklenir.
CaCl2-KCl sisteminin erime diyagramı O. Menge tarafından incelenmiştir. Sistemde CaCl2 KCl bileşiği oluşur ve erime noktası 634° olan %75 (mol.) CaCl2'de ve erime noktası 587° olan %25 (mol.) CaCl2'de iki ötektik vardır.
CaCl2-NaCl sistemi, yaklaşık 494°'lik bir erime noktası ile %53 (mol.) CaCl2'de bir ötektik verir.
CaCl2-KCl-NaCl sisteminin durum diyagramı K. Scholich tarafından incelenmiştir. İçinde, 508 ° 'de bir ötektik bileşim oluşur - %52 CaCl2, %41 NaCl, %7 KCL
Ruff and Plateau tarafından önerilen elektrolit %85,8 CaCl2 ve %14,2 CaF2 içerir ve 660°'de erir Arndt'a göre kalsiyum klorürün yoğunluğu şu denklemle ifade edilir: d = 2.03-0.00040 (t° - 850°) .
V.P.'ye göre Borzakovskii, 800°'de CaCl2'nin yoğunluğu 2.049'dur; 900° 2.001'de, 1000°'de 1.953 Potasyum klorür veya sodyum klorür ilaveleri eriyiğin yoğunluğunu düşürür.Ancak, önemli alkali metal klorür ilaveleri ile bile, eriyik ve metalik kalsiyumun yoğunluklarındaki fark, eriyiğin yoğunluğu için hala yeterlidir. elektrolit yüzeyine kolayca yüzmek için metal
V.P.'ye göre gaz fazı ile sınırda kalsiyum klorürün viskozite değeri ve yüzey gerilimi. Borzakovski, aşağıda verilmiştir

Kalsiyum klorüre potasyum klorür ve sodyum klorür katkı maddeleri, eriyiğin viskozitesini azaltır ve gaz fazı ile arayüzde yüzey gerilimini arttırır.
Kalsiyum klorürün elektrik iletkenliği, Borzakovsky'ye göre: 800° 2.02 ohm-1/cm3'te, 900° 2.33 ohm-1/cm3'te; Sandonini tarafından bu verilere yakın bir değer elde edilmiştir. %25'e (mol.) kadar potasyum klorür veya %55'e (mol.) kadar sodyum klorüre kadar katkı maddeleri elektrik iletkenliğini düşürür; katkı maddelerinde daha fazla artış, eriyiğin elektrik iletkenliğini artırır
Kalsiyum klorürün buhar basıncı KCl, NaCl, MgCl2'ninkinden çok daha yüksektir. Kalsiyum klorürün kaynama noktası yaklaşık 1900°'dir. Belirtilen klorür tuzları ile bir kalsiyum klorür karışımındaki toplam buhar basıncı, V.A. Ilyichev ve K.D. Mujzhavlev.
Emf kullanılarak Combi ve Devato tarafından ölçülen kalsiyum klorür ayrışma voltajı (v). 700-1000° sıcaklık aralığında polarizasyon, formülle ifade edilir

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

Aşağıda, 800°'lik bir sıcaklıkta birkaç klorür tuzunun bozunma streslerinin bir karşılaştırması bulunmaktadır.

Pratikte, %60-85'lik bir akım çıkışı ile banyodaki geri emf 2,8-3,2 V'dir. Drossbach, tersinin e olduğuna dikkat çekiyor. d.s. emf cevaplar. hücreler

Ca / CaCl / CaCl2 / Cl2.

Tuzların bozunma voltajı artan sıcaklıkla azalır Ho, farklı tuzlar için bozunma voltajındaki değişimin sıcaklık katsayıları farklı olduğundan, belirli bir metalin bir tuz karışımından ekstraksiyon sırası sıcaklıkla değişebilir. Kalsiyum klorürün elektroliz sıcaklıklarında, magnezyum ve sodyum iyonlarının deşarjı mümkündür. Bu nedenle, kalsiyum banyosu elektroliti bu tuzların safsızlıklarından arındırılmış olmalıdır.

Dokunmatik katot ile elektroliz

Teorinin temelleri

Erimiş kalsiyum klorürün elektrolizi sırasında, magnezyum veya sodyum üretiminde olduğu gibi katotta salınan kalsiyum elektrolitten çok daha hafiftir ve bu nedenle banyonun yüzeyine yüzer. Ancak magnezyum elde edildiği gibi sıvı kalsiyum elde edilmesi de mümkün değildir. Magnezyum elektrolit içinde hafifçe çözünür ve metal yüzeyinde tutulan bir elektrolit film ile korunur. Elektrolit yüzeyinde yüzen magnezyum periyodik olarak dışarı atılır. Kalsiyum, magnezyumdan çok daha aktiftir ve bir elektrolit film tarafından korunmaz. Elektrolitteki çözünürlüğü yüksektir, Lorentz'in araştırmasına göre metalin %13'ü kalsiyum klorürde çözülür. Çözündüğünde, klor ile reaksiyona girerek CaCl2'ye dönüşen CaCl subklorür oluşur. Oksijen ve hava neminin etkisi altında, alt klorürler eriyik içinde bir kalsiyum oksit süspansiyonu oluşturur. Erimiş kalsiyumun elektrolit ile temas halinde kalmasına izin verilirse, elektrolitin dolaşımı nedeniyle kalsiyum anot klor bölgesine taşınacak ve sonunda hepsi kalsiyum klorüre dönüşecektir. Elektrolitte çözünmeye ek olarak, banyo yüzeyinde bulunan kalsiyum, onu çevreleyen gazlarla aktif olarak reaksiyona girer.
Kalsiyum erime noktasının altında salındığında, tuzun nüfuz ettiği, geniş bir oksidasyon yüzeyi olan süngerimsi bir dendritik metal oluşur. Bu tür metallerin eritilmesi çok zordur. Bu nedenle, kabul edilebilir bir akım çıkışına sahip metalik kalsiyum, yalnızca Rathenau ve Suter yöntemiyle elde edilebilir - bir dokunmatik katot ile elektroliz / Yöntemin özü, katodun başlangıçta erimiş elektrolite temas etmesi gerçeğinde yatmaktadır. Temas noktasında, katodu ıslatan sıvı bir metal damlası oluşur, katot yavaş ve eşit bir şekilde yükseltildiğinde, onunla birlikte eriyikten çıkarılır ve katılaşır. Bu durumda, katılaşan damla, metali oksidasyon ve nitrürlemeden koruyan katı bir elektrolit film ile kaplanır. Katodu sürekli ve dikkatli bir şekilde kaldırarak, kalsiyum çubuklara çekilir.
Kalsiyum klorür ve kalsiyum florürün bir elektroliti üzerinde bir dokunmatik katot ile elektroliz koşulları, laboratuvar deneyleri için bir aparat geliştiren Goodwin tarafından, elektrolizde pratik yöntemlere dikkat çeken Freri tarafından, inşa eden Brace tarafından daha fazla incelendi ve geliştirildi. 200 A banyo ve diğerleri.
Rusya'da, bu yöntem, 100 ila 600 A (Z.V. Vasiliev, V.P. Mashovets, B.V. Popov ve A.Yu. Taits, V.M. Guskov ve M.T. Kovalenko , A.Yu. Taits ve MI Pavlov) olan banyolarda çalışıldı ve geliştirildi. , Yu.V. Baimakov).
Tatmin edici bir akım verimi elde etmenin koşullarından biri, katotta yüksek akım yoğunluğunun kullanılmasıdır. Bu, birim zamanda salınan metal miktarının çözünmesini önemli ölçüde aşması için gereklidir. Katodun çalışma yüzeyine, hücrenin gücüne ve diğer faktörlere bağlı olarak katot akım yoğunluğu 50–250 A/cm2 aralığında seçilir. Sürecin normal seyri için katodun yükselmesinin doğru kontrolünü sağlamak önemlidir. Katodun çok hızlı yükselmesi, sıvı metal damlasının ayrılmasına ve elektrolit içinde çözünmesine neden olur. Yavaş bir artışla, kalsiyum aşırı ısınır ve çubuktan erir. Metal ayrımı, elektrolitin aşırı ısınmasından da kaynaklanabilir. Subklorür ve kalsiyum oksit oluşumu ile elektrolit içerisindeki kalsiyumun çözünmesi, elektrolitin kalınlaşmasına ve banyonun normal işleyişini bozan köpük oluşumuna neden olur. Banyonun soğuk seyri sırasında katot üzerindeki metal dendritler şeklinde büyür.
Anottaki akım yoğunluğu, anot etkisinden kaçınmak için mümkün olduğunca düşük (0,7-1,5 A/cm2 düzeyinde) seçilir. Anot etkisi, grafit üzerindeki akım yoğunluğu 8 A/cm2'ye ve bir karbon anot üzerinde 5,6 A/cm2'ye ulaştığında devreye girer. Katkısız kalsiyum klorür elektrolitinin sıcaklığı 800-810°'de tutulurken, diğer tuzların eklenmesiyle azalır. Katodun çevresinde, yüksek akım konsantrasyonu nedeniyle, 820-850 ° sıcaklığa sahip aşırı ısınmış bir elektrolit kenarı vardır. Elektrolit sıcaklığını kalsiyumun erime noktasına (851°) yakın tutma ihtiyacı göz önüne alındığında, elektrolitin erime noktasını düşürmek için katkı maddeleri gerekli değildir, ancak bunların rolü elektrolitte kalsiyumun çözünürlüğünü azaltmada pozitiftir.
Kullanılan elektrolit mümkün olduğu kadar susuz olmalı ve zararlı yabancı maddeler içermemelidir. Elektrolitte bulunan nem, katotta hidrojenin salınmasıyla ayrışır, bu da kalsiyum ile birleşerek katotta sıcaklıktaki bir artışın eşlik ettiği kalsiyum hidrit oluşturur. Ayrıca nem elektrolitte köpük oluşumuna katkıda bulunur. Bütün bunlar elektrolizin normal seyrini bozar. Diğer bir zararlı elektrolit safsızlığı, küçük miktarlarda bile elektrolitte kalsiyumun çözülmesine neden olan silikadır. Sonuç olarak, subklorür oluşur ve elektrolit kalınlaşır, bu da katotta kalsiyumun ayrılmasını zorlaştırır. Magnezyum ve sodyum safsızlıkları, elektroliz ve kalsiyum ile alaşım sırasında salındıklarından, katot metalinin erime noktasını düşürdüğü ve çekmeyi zorlaştırdığı için istenmez.

elektroliz pratiği

Bir dokunmatik katot ile elektroliz yoluyla kalsiyumun endüstriyel üretimi, Almanya'da (Biterfeld) ve Fransa'da (Jarry) Birinci Dünya Savaşı'ndan önce bile başladı. Montel ve Hardy, pilin boyutuna, tasarım özelliklerine ve elektroliz kampanyasının süresine bağlı olarak 1 g metal başına güç tüketiminin 30.000-50.000 kWh arasında değiştiğini belirtir.Kalsiyum klorür tüketimi 1 kg başına 4.5 kg idi. metalden.

Alman hamamının çalışma odası (Şek. 2) sekizgen bir şekle sahip olup 400 mm çapında ve 350 mm yüksekliğindedir. Anot görevi gören kömür blokları ile kaplanmıştır. Bloklar ile banyo kasası arasındaki boşluk astarlanarak ısı yalıtımı ile kaplanmıştır. Banyonun dikey yönde hareket eden ve yatay yönde banyo üzerindeki voltajı düzenlemek için çalışma odasının üzerine 60 mm çapında bir demir katot sabitlenmiştir. Hava soğutması katoda bağlanır ve hava, anot gazlarıyla birlikte banyonun duvarında düzenlenen bir kanal vasıtasıyla çıkarılır. 90 kg eriyik için banyo kapasitesi 40 l. Elektrolit bileşimi, %: 35.46 Ca, 63 Cl, 0.35 CaO, 0.03 SiO2 (maks.), 0.04 Fe2O3+Al2O3 (maks.). Ayrıca banyoya 1-1,5 kg potasyum klorür eklenir ve bazen az miktarda florür tuzu da verilir. Elektrolit sıcaklığı 800-820°C, katodik akım yoğunluğu 50-100 A/cm2, anot 1-1.5 A/cm2, banyo akımı 900-2000 A, voltaj 20-25 V. Mevcut çıkış yılın farklı zamanlarında ve havanın nemine bağlı olarak büyük ölçüde dalgalanır ve ortalama %35-40 arasındadır. Bununla birlikte, banyo günde 6 ila 15 kg kalsiyum verir. 1 kg kalsiyum için yaklaşık 70 kWh elektrik ve 8 kg tuz tüketilmektedir. Katot metalindeki safsızlıkların analizi, % (ağırlıkça): 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.
Bagley'in açıklamasına göre, 1939'da ABD'de (Michigan) 2000 A'lik bir akım için üç banyodan oluşan bir pilot tesis inşa edildi ve bu kısa sürede iki katına çıktı (Şekil 3). Katot kontrolü otomatikti, periyodik elektrolit ilavesi ve kalsiyum çubuklarının çıkarılması işlemleri manuel olarak yapıldı. Ardından 4000 A, ardından 5000 A ve son olarak 10000 A için yeni seri banyolar teslim edildi.

Elde edilen kalsiyum çubukların çapı 175 ila 350 mm ve uzunluğu 600 mm'ye kadardır. Çubuğun dışı elektrolitik bir kabukla kaplıdır. Çubuğun iç metal kısmı oldukça kompakttır.
Bununla birlikte, mevcut teknik başarılara rağmen, dokunmatik katot ile elektrolizin ciddi dezavantajları olduğu belirtilmelidir: düşük akım verimliliği, yüksek güç tüketimi, hammaddelerden düşük kalsiyum ekstraksiyonu, tamamen serbest bir elektrolit kullanma ihtiyacı. H2O, SiO2 vb. bileşiklerin safsızlıkları, daha güçlü bir banyo tasarlamanın zorluğu vb. Tüm bunlar, kalsiyum talebinin büyük ölçüde arttığı son on yılda, temelde farklı elde etme yöntemleri aramaya zorladı. Arama başarısız oldu.

Sıvı katot elektrolizi ve kalsiyum alaşımlarının üretimi

Teorinin temelleri

Sıvı metal katot üzerinde kalsiyum elde edilmesi, saf sıvı metalin izolasyonunda karşılaşılan ana zorlukları ortadan kaldırır. Kalsiyumun banyonun dibinde elektrolit altında bulunan katot metali ile füzyonu, elektrolitte çözünmesini ve klor ile yeniden birleşmesini engeller ve kalsiyumun çevredeki gazlar tarafından oksitlenmesini imkansız hale getirir. Bu, yüksek bir akım çıkışı ile sonuçlanır. Elektrotlar arasında yakın olma olasılığı, temaslı katot ile elektroliz için gereken yüksek katot akım yoğunluğunun olmaması ve sıvı katotta kalsiyum salınımı sırasında depolarizasyon banyo üzerindeki voltajı önemli ölçüde azaltabilir. Yüksek performans elde etmek katot seçimine, katot akım yoğunluğuna, sıcaklığa ve diğer proses koşullarına bağlıdır. Katot metali kalsiyum ile alaşımlanmalıdır ve katot akım yoğunluğunun değeri, kalsiyumun alaşıma difüzyon hızına karşılık gelmelidir. Bu nedenle, katot alaşımının çalkalanması yararlıdır. Kalsiyum ve katot metalinin durum diyagramının doğası çok önemlidir. Bu nedenle, örneğin, bir sıvı kurşun katot ile kalsiyum klorürün elektrolizi sırasında, alaşımın oluşumu sırasında erime sıcaklığının duruma göre olması nedeniyle iyi bir akım verimliliğine sahip zengin alaşımlar elde etmek mümkün değildir. diyagram (Şekil 4), keskin bir şekilde artarak %28 Ca 1106°'ye ulaşır.

sanal makine Guskov ve V.F. Fedorov, Pb-Ca alaşımını karıştırarak ve kalsiyum ile %4.4'e kadar doyurarak iyi bir akım verimi (%89.3) elde etti; elektroliz sıcaklığı 800-810° idi. Alaşımdaki kalsiyum içeriğindeki artış ve sıcaklıktaki artış ile mevcut verim keskin bir şekilde azalır.
Alaşımdaki kalsiyum miktarı %1-2'ye ulaşmadan katot akım yoğunluğu ancak 2 A/cm2'ye kadar yükseltilebilir. Alaşımdaki kalsiyum miktarının daha da artmasıyla akım yoğunluğu azaltılmalıdır. Benzer bir model A.F. Alabyshev.
Ca-Al durum diyagramının farklı doğası nedeniyle, A. Yu. Taits ve A.V. Kalsiyum klorürün sıvı alüminyum katot ile Golynskaya elektrolizi, 840–880°C sıcaklıkta ve 1.5 A/cm2 katot akım yoğunluğunda %62 Ca içeren alaşımlar üretti. Kalsiyum açısından zengin alaşımın yüzmesini önlemek için banyoya %15 potasyum klorür ilave edildi, bu da elektrolit yoğunluğunu 2,03'ten 1,84'e düşürdü.
Zn-Ca'nın durum diyagramına göre (Şekil 5), 720°'yi geçmeyen sıcaklıklarda alaşımdaki Ca içeriğini %90'a getirerek bir çinko katot üzerinde kalsiyumun elektrolitik çökelmesi mümkündür. Bununla birlikte, alaşım parçacıklarının yüzmesi ve süspansiyonu nedeniyle bir çinko katot üzerinde çok zengin alaşımlar elde etmek zordur.

Bakır katotta kalsiyum birikimi iyi ilerler. Cu-Ca durum diyagramına göre (Şekil 6), alaşımın erime noktası, %25 ila %70 Ca içerdiğinde 750°'nin altındadır, bu bileşimin alaşımı, bir içerikte bile yüzmez, yoğunluğu, %60 Ca, yoğunluk elektroliti 2.2'de 4.4'tür. Kalsiyum-bakır alaşımlarının elektrolitik üretimi, saf kalsiyum üretimi için olağanüstü bir ilgi konusudur. Bakır (kaynama noktası 2600°) ve kalsiyumun (kaynama noktası 1490°) buhar basıncındaki büyük fark, saf kalsiyumu alaşımdan izole etmek için damıtmaya izin verir.

elektroliz pratiği

Endüstride kurşun, çinko ve bakır katotlarla elektroliz kullanılmaktadır. Kalsiyum ve baryumlu kurşun alaşımlarının üretimi ABD'de United Ltd. Company fabrikasında düzenlenmektedir. Her banyo, dış ısıtmanın düzenlendiği bir tuğla içine yerleştirilmiş bir demir potadır. Banyoya yaklaşık 2 ton kurşun külçe yüklenir. Kurşun, 75-100 mm yüksekliğinde saf kalsiyum ve baryum klorürlerden oluşan bir eriyik tabakası ile kaplanmıştır. Bir grafit anot, banyonun ortasına, hareket ettirilerek banyonun sıcaklığının ayarlandığı bir alçaltma ve yükseltme cihazı ile daldırılır. Altta ve banyonun duvarları boyunca, sıvı kurşun katodu atlayarak anottan banyo duvarlarına akışı nedeniyle olası akım kayıplarını önleyen bir çıkıntı oluşur. Elektroliz sırasında açığa çıkan kalsiyum ve baryum, erimiş kurşun tarafından emilir. Anot etkileri, metal çözünmesi ve kalsiyum ve baryum karbür oluşumu nedeniyle işlemin veriminin düştüğü belirtilmektedir. Elektroliz, %2 alkali toprak metalleri içeren bir alaşım elde etmek için gerçekleştirilir (yaklaşık üç günlük elektroliz). İstenilen konsantrasyona ulaşıldığında, akım kesilir ve alaşım, genel karıştırıcıya döküldüğü potaya bırakılır.
GDR'de, IHF tesisinde bir kalsiyum-çinko alaşımı üretildi.
Banyo (Şek. 7), 2250x700x540 mm ölçülerinde, tuğla duvarla örülmüş bir dökme demir kutudan oluşur.Anot, 200X200 mm kesitli altı kömür bloğundan oluşur, indirme ve yükseltme için manuel tahrikli ortak bir şaft üzerinde asılıdır. Kutunun dibine çinko dökülür ve alaşım banyoda birikir ve buradan, %60-65 Ca içeriğinde, banyoyu durdurmadan periyodik olarak dışarı atılır. Açığa çıkan klor kapak vasıtasıyla yukarıdan emilir.Her banyo 25 V gerilimde 10.000 A akım tüketir. Elektrolit, %18 potasyum klorür içeren bir kalsiyum klorür alaşımıdır. Elektroliz sıcaklığı 750°. Hamamın kapasitesi alaşımda saatte 4 kg kalsiyum olup, tesis ayda 10 ton alaşım üretmektedir.
Son yıllarda, kalsiyum klorürün sıvı bir kalsiyum-bakır katot ile elektrolizi ve ardından alaşımdan kalsiyumun damıtılması geniş bir endüstriyel uygulama almıştır.
Kalsiyum-bakır alaşımı elde etmek için elektrolitik hücre (Şekil 8) dikdörtgen bir dökme demir banyodur. Hamamın genişliği 0.90 m, uzunluğu 3 m'dir.Banyo dıştan refrakter tuğla ile kaplanmış ve mekanik dayanım için metal bir kasa içine alınmıştır.

Anot, metal bir traverse tutturulmuş bir grafit çubuk paketidir. Traverse bağlı esnek baralar aracılığıyla anoda akım sağlanır. Anot, bir el çarkı kullanılarak yükseltilebilir ve alçaltılabilir. Klor, banyonun yan tarafında bulunan gaz kanallarından dışarı pompalanır. Banyonun dibine, katot görevi gören bir bakır-kalsiyum alaşımı dökülür. Böyle bir elektrolizördeki mevcut güç 15000 a'dır. Son zamanlarda, yüksek akım mukavemeti için elektrolizörler oluşturulmuştur. Banyodaki voltaj 7-9 V'tur. 15.000 a için elektrolitik hücrenin günlük kapasitesi alaşımda yaklaşık 300 kg kalsiyumdur.
Teknolojik rejim aşağıdaki koşullarla sağlanır. Elektrolit sıcaklığı 675 °-715 ° 'dir. Elektrolitin bileşimi %80-85 kalsiyum klorür ve %15-20 potasyum klorürdür. Banyodaki elektrolit seviyesi 20-25 cm, katot alaşımının seviyesi 5-20 cm'dir.Alaşım %60-65'e kadar kalsiyum ile doyurulur - Damıtma sonrası dönüş alaşımı yaklaşık %30 Ca içerir. Elektrotlar arasındaki mesafe 3-5 cm'dir, elektrolitin sıcaklığı interpolar mesafe değiştirilerek düzenlenir.
Katodik akım yoğunluğu 0.4-0.5 a/cm2, anot 1.0-1.2 a/cm2. Neredeyse iki kat daha yüksek akım yoğunluklarının kullanıldığına dair göstergeler var.
Banyo, küçük porsiyonlarda katı kalsiyum klorür (her biri 20-30 kg) ile beslenir. Dokunmatik katotlu elektrolizörlerin aksine, bu banyo %10'a kadar nem içeren kısmen suyu alınmış ham maddelerle beslenebilir. Son dehidrasyonu banyo yüzeyinde gerçekleşir.
Kalsiyum içeriği %65'ten yüksek olmadığında alaşım çıkarılır. Daha zengin bir alaşımla, yüzme tehlikesi vardır. Alaşım, banyoda ~5 cm'lik bir seviyeye kadar bir vakumlu kepçe kullanılarak dışarı alınır.Zengin alaşımı boşalttıktan sonra, zayıf alaşım ve kalsiyum klorür banyoya yüklenir.
Kalsiyum klorürün sıvı kalsiyum-bakır katot ile elektrolizi sırasında, mevcut verim %70-75'tir. Alaşımda özgül enerji tüketimi, alaşımda 1 ton kalsiyum başına 15.000 - 18.000 kW/h, kalsiyum klorür tüketimi 3.5 g ve grafit anotlar alaşımda 1 g kalsiyum başına 60-70 kw'dir. Dökme demir küvetler 10-14 ay çalışır.

3. Makbuz. Kalsiyum, erimiş klorürünün elektrolizi ile elde edilir.

4. Fiziksel özellikler. Kalsiyum, alkali metaller gibi çok hafif (ρ \u003d 1.55 g / cm 3), ancak onlardan kıyaslanamayacak kadar sert ve 851 0 С'ye eşit çok daha yüksek bir erime noktasına sahip gümüş-beyaz bir metaldir.

5. Kimyasal özellikler. Alkali metaller gibi, kalsiyum da şematik olarak aşağıdaki gibi gösterilebilen güçlü bir indirgeyici ajandır:

Kalsiyum bileşikleri alev tuğlasını kırmızıya boyar. Alkali metaller gibi, kalsiyum metali de genellikle bir gazyağı tabakası altında depolanır.

6. Uygulama. Yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle, bazı refrakter metalleri (titanyum, zirkonyum vb.) oksitlerinden azaltmak için metalik kalsiyum kullanılır. Kalsiyum ayrıca çelik ve demir üretiminde, demiri oksijenden, kükürtten ve fosfordan arındırmak, özellikle rulman üretimi için gerekli olan kurşun-kalsiyum gibi bazı alaşımları elde etmek için kullanılır.

7. Endüstride elde edilen en önemli kalsiyum bileşikleri.

Kalsiyum oksit, sanayide kireç taşının kavrulmasıyla üretilir:

CaCO 3 → CaO + CO 2

Kalsiyum oksit, beyaz renkli bir refrakter maddedir (2570 0 C sıcaklıkta erir), aktif metallerin ana oksitlerinde bulunan kimyasal özelliklere sahiptir (I, Tablo II, s. 88).

Kalsiyum oksidin su ile reaksiyonu, büyük miktarda ısı salınımı ile devam eder:

CaO + H 2 O = Ca (OH) 2 + Q

Kalsiyum oksit sönmemiş kirecin ana bileşenidir ve kalsiyum hidroksit sönmüş kirecin ana bileşenidir.

Kalsiyum oksidin su ile reaksiyonuna kireç sönmesi denir.

Kalsiyum oksit esas olarak sönmüş kireç üretmek için kullanılır.

Kalsiyum hidroksit Ca(OH) 2 büyük pratik öneme sahiptir. Sönmüş kireç, kireç sütü ve kireç suyu şeklinde kullanılır.

Sönmüş kireç, genellikle gri renkli (kalsiyum hidroksitin bir bileşeni), suda az çözünür (20 0 C'de 1 litre suda 1.56 g çözünür) ince, gevşek bir tozdur. İnşaatta sönmüş kireç ile çimento, su ve kumun hamur kıvamında bir karışımı kullanılır. Yavaş yavaş karışım sertleşir:

Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O

Kireç sütü, süte benzer bir süspansiyondur (süspansiyon). Fazla sönmüş kirecin su ile karıştırılmasıyla oluşur. Kireç sütü ağartıcı elde etmek için, şeker üretiminde, bitki hastalıklarıyla mücadelede gerekli karışımları hazırlamak, ağaç gövdelerini badanalamak için kullanılır.

Kireç suyu, kireç sütünün filtrelenmesiyle elde edilen berrak bir kalsiyum hidroksit çözeltisidir. Karbon monoksiti (IV) tespit etmek için laboratuvarda kullanın:

Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O

Uzun süreli karbon monoksit (IV) iletimi ile çözüm şeffaf hale gelir:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca(HCO 3) 2

Ortaya çıkan şeffaf kalsiyum bikarbonat çözeltisi ısıtılırsa, tekrar bulanıklık oluşur:

Benzer süreçler doğada da gerçekleşir. Su, çözünmüş karbon monoksit (IV) içeriyorsa ve kireçtaşına etki ediyorsa, kalsiyum karbonatın bir kısmı çözünür kalsiyum bikarbonata dönüştürülür. Yüzeyde çözelti ısınır ve kalsiyum karbonat tekrar düşer.

* Klor büyük pratik öneme sahiptir. Sönmüş kirecin klor ile reaksiyona girmesiyle elde edilir:

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

Ağartıcıdaki aktif bileşen kalsiyum hipoklorittir. Hipokloritler hidrolize uğrar. Bu hipokloröz asit açığa çıkarır. Hipokloröz asit tuzundan karbonik asit ile bile yer değiştirebilir:

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

2 HClO → 2 HCl + O 2

Ağartıcının bu özelliği, ağartma, dezenfeksiyon ve gaz giderme için yaygın olarak kullanılmaktadır.

8. Alçı. Aşağıdaki alçı türleri vardır: doğal - CaSO 4 ∙ 2H 2 O, yanmış - (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O, susuz - CaSO 4.

Yanmış (yarı) alçı veya kaymaktaşı, (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O, doğal alçının 150–180 0 С'ye ısıtılmasıyla elde edilir:

2 → (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O + 3H 2 O

Kaymaktaşı tozunu suyla karıştırırsanız, hızla sertleşen yarı sıvı plastik bir kütle oluşur. Sertleşme süreci su ilavesiyle açıklanır:

(CaSO 4) 2 ∙ H 2 O + 3H 2 O → 2

Uygulamada yanmış alçının sertleşme özelliği kullanılmaktadır. Örneğin alçı olarak kireç, kum ve su ile karıştırılmış kaymaktaşı kullanılır. Sanat objeleri saf kaymaktaşından yapılır ve tıpta alçı bandaj uygulamak için kullanılır.

Doğal alçı CaSO 4 ∙ 2H 2 O daha yüksek bir sıcaklıkta ısıtılırsa, tüm su serbest bırakılır:

CaSO 4 ∙ 2H 2 O → CaSO 4 + 2H 2 O

Ortaya çıkan susuz alçıtaşı CaSO 4 artık su tutamaz ve bu nedenle buna ölü alçı denir.

Suyun sertliği ve giderme yolları.

Herkes sabunun yağmur suyunda (yumuşak su) iyi köpürdüğünü, kaynak suyunda ise genellikle zayıf köpürdüğünü (sert su) bilir. Sert su analizi, önemli miktarda çözünür kalsiyum ve magnezyum tuzları içerdiğini gösterir. Bu tuzlar sabunla çözünmeyen bileşikler oluşturur. Bu tür su, içten yanmalı motorların soğutulması ve buhar kazanlarının çalıştırılması için uygun değildir, çünkü sert su ısıtıldığında, soğutma sistemlerinin duvarlarında kireç oluşur. Ölçek ısıyı iyi iletmez; bu nedenle motorların aşırı ısınması, buhar kazanları mümkündür, ayrıca aşınmaları hızlanır.

Sertlik çeşitleri nelerdir?

Karbonat veya geçici sertlik, kalsiyum ve magnezyum bikarbonatların varlığından kaynaklanır. Aşağıdaki şekillerde düzeltilebilir:

1) kaynatma:

Ca(HCO 3) 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

Mg(HCO 3) 2 → MgCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

2) limonlu süt veya sodanın etkisi:

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

Ca(HCO 3) 2 + Na 2CO 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 ↓

Karbonat olmayan veya kalıcı sertlik, sülfatların ve kalsiyum ve magnezyum klorürlerin varlığından kaynaklanır.

Soda etkisi ile elimine edilir:

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 ↓

Karbonat ve karbonat olmayan sertlik, suyun toplam sertliğine eklenir.

IV. Bilginin pekiştirilmesi (5 dk.)

1. Periyodik sistem ve atomların yapısı teorisi temelinde, magnezyum ve kalsiyumun hangi özelliklerinin ortak olduğunu açıklayın. Karşılık gelen reaksiyonlar için denklemler yazın.

2. Hangi mineraller kalsiyum içerir ve nasıl kullanılır?

3. Bize bir doğal minerali diğerinden nasıl ayırt edeceğimizi söyleyin.

V. Ödev (3 dk.)

Soruları cevaplayın ve 1-15, § 48,49 alıştırmalarını tamamlayın, 1-4 alıştırmalarını çözün, sayfa 132-133.

Bu, “Kalsiyum ve bileşikleri” konusunda okulda ders planının tam olarak nasıl göründüğüdür.

Yukarıdakilere dayanarak, okul kimya dersinin çevresel içerikle doldurulması gerektiği açıktır. Bu çalışmanın sonuçları üçüncü bölümde sunulacaktır.

Tek seferlik) - %0.01. 4 İçindekiler Giriş ................................................................. ... ................................................................ .. ................................4 Bölüm 1. Okul kimya dersinde karbon ve karbon örneği üzerine disiplinler arası bağlantılar bileşikler ..................................................... ................ .........5 1.1 Disiplinlerarası bağlantıları öğrenci oluşturmak için kullanma ...

Aktivite. Yaratıcı bir kişiliğin yetiştirilmesine katkıda bulunan öğretim yöntem ve biçimlerinin araştırılması, biri oyun yöntemleri olmak üzere bazı özel öğretim yöntemlerinin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Kimya çalışmasında oyun öğretim yöntemlerinin didaktik ve psikolojik ve pedagojik özelliklere uygunluk koşullarında uygulanması, öğrencilerin eğitim düzeyini artırır. Rusça "oyun" kelimesi...

ve hijyenik gereklilikler); eğitimsel ve fiziksel aktivitenin çocuğun yaş yeteneklerine uygunluğu; gerekli, yeterli ve rasyonel olarak organize edilmiş motor modu. Sağlık tasarrufu sağlayan eğitim teknolojisi (Petrov) ile, ruhsal, duygusal, entelektüel, zihinsel ve zihinsel gelişimin korunması, güçlendirilmesi ve geliştirilmesi için mümkün olan maksimum koşulları yaratan bir sistemi anlıyor ...