Kalcium és ötvözeteinek elektrolitikus előállítása. Kalcium-szacharátok előállítása és korróziógátlóként való felhasználásuk

ELEKTROLÍZIS

A fémek előállításának egyik módja az elektrolízis. Az aktív fémek a természetben csak kémiai vegyületek formájában fordulnak elő. Hogyan lehet ezeket a vegyületeket szabad állapotban elkülöníteni?

Az elektrolitok oldatai és olvadékai elektromos áramot vezetnek. Ha azonban áramot vezetnek át egy elektrolit oldaton, kémiai reakciók léphetnek fel. Nézzük meg, mi történik, ha két fémlemezt helyezünk egy elektrolit oldatába vagy olvadékába, amelyek mindegyike az áramforrás egyik pólusához kapcsolódik. Ezeket a lemezeket elektródáknak nevezzük. Az elektromos áram az elektronok mozgó áramlása. Ahogy az áramkörben az elektronok egyik elektródáról a másikra mozognak, az egyik elektródán elektronfelesleg jelenik meg.

Az elektronok negatív töltésűek, ezért ez az elektróda negatív töltésűvé válik. Ezt katódnak hívják. A másik elektródán elektronhiány keletkezik, és az pozitív töltésű lesz. Ezt az elektródát anódnak nevezik. Az oldatban vagy olvadékban lévő elektrolit pozitív töltésű ionokra - kationokra és negatív töltésű ionokra - anionokra disszociál.

A kationokat a negatív töltésű elektród - a katód - vonzza. Az anionokat egy pozitív töltésű elektród - az anód - vonzza. Az elektródák felületén ionok és elektronok közötti kölcsönhatások léphetnek fel.

Az elektrolízis olyan folyamatokra utal, amelyek akkor mennek végbe, amikor elektromos áramot vezetnek át elektrolitok oldatain vagy olvadékain.

Az oldatok és elektrolitok elektrolízise során végbemenő folyamatok meglehetősen eltérőek. Tekintsük mindkét esetet részletesen. Olvadékok elektrolízise
Példaként vegyük egy nátrium-klorid olvadék elektrolízisét. Az olvadékban a nátrium-klorid ionokká disszociál

Na+ Olvadékok elektrolízise nátrium atomokká alakulnak, vagyis a kationok redukciója következik be Olvadékok elektrolízise .

Folyamat egyenlet:

Na + + e - = Na Klorid ionok Cl - mozogjon egy pozitív töltésű elektróda - az anód - felületére. Az anód felületén elektronhiány keletkezik, és az anionokból elektronok kerülnek át Cl- mozogjon egy pozitív töltésű elektróda - az anód - felületére. Az anód felületén elektronhiány keletkezik, és az anionokból elektronok kerülnek át az elektróda felületére. Ugyanakkor negatív töltésű ionok klóratomokká alakulnak, amelyek azonnal egyesülve klórmolekulákat képeznek C

l 2:

2С l - -2е - = Cl 2

A kloridionok elektronokat veszítenek, azaz oxidálódnak.

Írjuk fel együtt a katódon és az anódon lejátszódó folyamatok egyenleteit

Na + + e - = Na

2 C l - -2 e - = Cl 2

Egy elektron a nátriumkationok redukciójában, 2 elektron pedig a klórionok oxidációjában vesz részt. Azonban be kell tartani az elektromos töltés megmaradásának törvényét, vagyis az oldatban lévő összes részecske teljes töltése állandó legyen, ezért a nátriumkationok redukciójában részt vevő elektronok számának meg kell egyeznie az elektronok számával részt vesz a kloridionok oxidációjában, ezért az első egyenletet megszorozzuk 2-vel:

Na + + e - = Na 2

2С l - -2е - = Cl 2 1

Adjuk össze a két egyenletet, és kapjuk meg az általános reakcióegyenletet. 2 Na + + 2С l - = 2 Na + Cl 2

(ionos reakcióegyenlet), ill 2 NaCl = 2 Na + Cl 2

(molekuláris reakció egyenlet)

Tehát a vizsgált példában azt látjuk, hogy az elektrolízis redoxreakció. A pozitív töltésű ionok - kationok - redukciója a katódon, a negatív töltésű ionok - anionok - oxidációja pedig az anódon történik. Emlékezhet, hogy melyik folyamat hol játszódik le a „T szabály” használatával:

katód - kation - redukció.2. példa

Olvadt nátrium-hidroxid elektrolízise.

Az oldatban lévő nátrium-hidroxid kationokká és hidroxidionokká disszociál.<-- Na + + OH - à Анод (+)

Katód (-)

A katód felületén a nátriumkationok redukálódnak, és nátriumatomok képződnek:

katód (-) Na + +e à Na

Az anód felületén hidroxidionok oxidálódnak, oxigén szabadul fel és vízmolekulák képződnek:

katód (-) Na + + e à Na

anód (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2

A nátriumkationok redukciós reakciójában és a hidroxidionok oxidációs reakciójában részt vevő elektronok számának azonosnak kell lennie. Ezért szorozzuk meg az első egyenletet 4-gyel:

katód (-) Na + + e à Na 4

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

4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2

3. példaTekintsük az olvadék elektrolízisét Al2O3

Ezzel a reakcióval alumíniumot nyernek bauxitból, egy természetes vegyületből, amely sok alumínium-oxidot tartalmaz. Az alumínium-oxid olvadáspontja nagyon magas (több mint 2000ºC), ezért speciális adalékokat adnak hozzá, hogy az olvadáspont 800-900ºC-ra csökkenjen. Az olvadékban az alumínium-oxid ionokká disszociál. Al 3+ és O 2-. H a kationok pedig redukálódnak a katódon Al 3+ , alumínium atomokká alakulnak:

Al +3 e à Al

Az anionok az anódon oxidálódnak O2- , oxigénatomokká alakulnak. Az oxigénatomok azonnal O2 molekulákká egyesülnek:

2 O 2- – 4 e à O 2

Az alumíniumkationok redukciójában és az oxigénionok oxidációjában részt vevő elektronok számának egyenlőnek kell lennie, ezért szorozzuk meg az első egyenletet 4-gyel, a másodikat pedig 3-mal:

Al 3+ +3 e à Al 0 4

2 O 2- – 4 e à O 2 3

Adjuk össze mindkét egyenletet, és kapjuk

4 Al 3+ + 6 O 2- à 4 Al 0 +3 O 2 0 (ionos reakció egyenlet)

2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2

Oldatok elektrolízise

Az elektromos áram vizes elektrolitoldaton való átvezetése esetén a dolgot bonyolítja, hogy az oldat vízmolekulákat tartalmaz, amelyek elektronokkal is kölcsönhatásba léphetnek. Emlékezzünk vissza, hogy a vízmolekulában a hidrogén- és oxigénatomok poláris kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz.

δ+

Az oxigén elektronegativitása nagyobb, mint a hidrogéné, ezért a megosztott elektronpárok az oxigénatom felé torzulnak. Az oxigénatomon részleges negatív töltés keletkezik, jelölése δ-, és részleges pozitív töltés a hidrogénatomokon, jelölése δ+.

│

N-O δ-

H δ+

Ennek a töltéseltolódásnak köszönhetően a vízmolekulának vannak pozitív és negatív „pólusai”. Ezért a vízmolekulákat a pozitív töltésű pólus vonzza a negatív töltésű elektródhoz - a katódhoz, és a negatív pólus - a pozitív töltésű elektródához - az anódhoz. A katódon a vízmolekulák redukciója léphet fel, és hidrogén szabadul fel:

Az anódnál a vízmolekulák oxidációja léphet fel, oxigén felszabadulásával:

Ezért vagy az elektrolitkationok, vagy a vízmolekulák redukálhatók a katódon. Ez a két folyamat versenyezni látszik egymással. A katódon ténylegesen végbemenő folyamat a fém természetétől függ. Az, hogy a fémkationok vagy a vízmolekulák redukálódnak-e a katódon, a fém helyzetétől függ .

fémfeszültségek tartománya

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

Ha a fém a hidrogéntől jobbra lévő feszültségsorban van, a fémkationok redukálódnak a katódon, és szabad fém szabadul fel. Ha a fém az alumíniumtól balra eső feszültségsorban van, a vízmolekulák redukálódnak a katódon, és hidrogén szabadul fel. Végül a cinkből ólomba képződő fémkationok esetében fémfejlődés vagy hidrogénfejlődés is előfordulhat, és néha hidrogén- és fémfejlődés is megtörténhet egyidejűleg. Általában ez egy meglehetősen bonyolult eset, sok függ a reakciókörülményektől: az oldat koncentrációjától, az elektromos áramtól és egyebektől. Az anódon két folyamat egyike is végbemehet - vagy az elektrolit anionok oxidációja, vagy a vízmolekulák oxidációja. Az, hogy valójában melyik folyamat játszódik le, az anion természetétől függ. Az oxigénmentes savak sóinak vagy maguknak a savaknak az elektrolízise során anionok oxidálódnak az anódon. Az egyetlen kivétel a fluoridion

F-.

Oxigéntartalmú savak esetén az anódnál a vízmolekulák oxidálódnak és oxigén szabadul fel. 1. példa

Nézzük meg a nátrium-klorid vizes oldatának elektrolízisét.

A nátrium-klorid vizes oldata nátriumkationokat tartalmaz

Na +, klór anionok Cl - és vízmolekulák.

2 NaCl à 2 Na + + 2 Cl -

2H 2 O és 2 H + + 2 OH -

katód (-) 2 Na +; 2H+; 2Н + + 2е à Н 0 2 anód (+) 2Cl-;

katód - kation - redukció.2 OH-; 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0 2NaCl + 2H 2O à H 2 + Cl 2 + 2NaOH Kémiai tevékenység Kémiai az anionok nem valószínűek csökken.

És ha a só tartalmaz

SO 4 2-

? Tekintsük egy nikkel-szulfát oldat elektrolízisét ( II

).

nikkel-szulfát ( ) ionokká disszociál Ni 2+ és SO 4 2-:

NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-

Írjuk fel együtt a katódon és az anódon lezajló folyamatok egyenleteit:

katód (-) Ni 2+; H+; Ni 2+ + 2е à Ni 0

).

anód (+)S042-; OH-;2H2O-4 e à O 2 + 4H+

4 elektron vesz részt a redukciós folyamatokban és 4 elektron az oxidációs folyamatokban is. Adjuk össze ezeket az egyenleteket, és kapjuk meg az általános reakcióegyenletet:

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

Az egyenlet jobb oldalán a H + és aó- , amelyek egyesülve vízmolekulákat képeznek:

H + + OH - à H 2 O

Ezért az egyenlet jobb oldalán 4 H + ion és 2 ion helyettó- Írjunk fel 2 vízmolekulát és 2 H + iont:

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

Redukáljunk két vízmolekulát az egyenlet mindkét oldalán:

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

Ez egy rövid ionos egyenlet. A teljes ionegyenlet eléréséhez mindkét oldalra szulfátiont kell adni 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0 nikkel-szulfát disszociációja során keletkezik ( Kémiai ) és nem vesz részt a reakcióban:

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

Így a nikkel-szulfát oldat elektrolízise során ( Kémiai ) a katódon hidrogén és nikkel, az anódon pedig oxigén szabadul fel.

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

3. példa Írjon egyenleteket a nátrium-szulfát vizes oldatának inert anóddal végzett elektrolízise során lezajló folyamatokra!

Szabványos elektródarendszer potenciál Na + + e = Na A 0 szignifikánsan negatívabb, mint a vizes elektróda potenciálja semleges vizes közegben (-0,41 V), ezért a víz elektrokémiai redukciója megy végbe a katódon, hidrogén felszabadulásával

2H 2 O és 2 H + + 2 OH -

és Na-ionok + a katódra jutva felhalmozódik az oldat vele szomszédos részében (katódtér).

A víz elektrokémiai oxidációja az anódon megy végbe, ami oxigén felszabadulásához vezet

2 H 2 O – 4е à O 2 + 4 H +

mivel ennek a rendszernek felel meg szabványos elektródapotenciál (1,23 V) lényegesen alacsonyabb, mint a rendszert jellemző standard elektródpotenciál (2,01 V).

2 SO 4 2- + 2 e = S 2 O 8 2- .

SO 4 2- ionok az elektrolízis során az anód felé haladva felhalmozódik az anódtérben.

A katódos folyamat egyenletét megszorozva kettővel, és összeadva az anódos folyamat egyenletével, megkapjuk az elektrolízis folyamat teljes egyenletét:

6 H 2 O = 2 H 2 + 4 OH - + O 2 + 4 H +

Figyelembe véve, hogy az ionok felhalmozódása a katódtérben és ionok az anódtérben egyidejűleg történik, a folyamat általános egyenlete a következő formában írható fel:

6H 2O + 2Na 2SO 4 = 2H 2 + 4Na + + 4OH - + O 2 + 4H + + 2SO 4 2-

Így a hidrogén és az oxigén felszabadulásával egyidejűleg nátrium-hidroxid (a katódtérben) és kénsav (az anódtérben) képződik.

4. példaRéz-szulfát oldat elektrolízise ( II) CuSO 4.

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

katód (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

anód (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H + 1

A H+ ionok az oldatban maradnak 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0 , mert a kénsav felhalmozódik.

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

5. példa. Réz-klorid oldat elektrolízise ( II) CuCl 2.

Katód (-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)

katód (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

anód (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

Mindkét egyenlet két elektront foglal magában.

Cu 2+ + 2e à Cu 0 1

2Cl - --- 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (ionos egyenlet)

CuCl 2 à Cu + Cl 2 (molekula egyenlet)

6. példa. Ezüst-nitrát oldat elektrolízise AgNO3.

Katód (-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)

katód (-) Ag + + e à Ag 0

anód (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H +

Ag + + e à Ag 0 4

2H 2O – 4 e à O 2 + 4H + 1

4 Ag + + 2 H 2 O à 4 Ag 0 + 4 H + + O 2 (ionos egyenlet)

4 Ag + + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 H + + O 2 + 4 NEM 3 - (teljes ionos egyenlet)

4 AgNO 3 + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 HNO 3 + O 2 (molekula egyenlet)

7. példa. Sósav oldat elektrolíziseHCl.

Az oldatban lévő nátrium-hidroxid kationokká és hidroxidionokká disszociál.<-- H + + Cl - à anód (+)

katód (-) 2H + + 2 eà H 2

anód (+) 2Cl - – 2 eà Cl 2

2 H + + 2 Cl - à H 2 + Cl 2 (ionos egyenlet)

2 HClà H 2 + Cl 2 (molekula egyenlet)

8. példa. Kénsavoldat elektrolíziseH 2 ÍGY 4 .

Katód (-) <-- 2H + + SO 4 2- à anód (+)

katód (-)2H++2eà H 2

anód(+) 2H 2O – 4eà O2+4H+

2H++2eà H 2 2

2H 2O – 4eà O2+4H+1

4H+ + 2H2Oà 2H2+4H++O2

2H2Oà 2H2 + O2

Példa 9. Kálium-hidroxid oldat elektrolíziseKOH.

Az oldatban lévő nátrium-hidroxid kationokká és hidroxidionokká disszociál.<-- K + + Ó - à anód (+)

A kálium kationok nem redukálódnak a katódon, mivel a kálium a fémek feszültségsorában van az alumíniumtól balra, a vízmolekulák redukciója történik:

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

katód(-) 2H 2O + 2eà H2+2OH-2

anód(+) 4OH - - 4eà 2H 2O +O 2 1

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

2 H 2 Oà 2 H 2 + O 2

10. példa. Kálium-nitrát oldat elektrolíziseKNO 3 .

Katód (-) <-- K + + NO 3 - à anód (+)

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

katód(-) 2H 2O + 2eà H2+2OH-2

anód(+) 2H 2O – 4eà O2+4H+1

4H 2O + 2H2Oà 2H2+4OH-+4H++ O2

2H2Oà 2H2 + O2

Ha elektromos áramot vezetünk át oxigéntartalmú savak, lúgok és oxigéntartalmú savak sóinak oldatain az alumíniumtól balra lévő fémek feszültségsorában elhelyezkedő fémekkel, gyakorlatilag a víz elektrolízise megy végbe. Ebben az esetben a katódon hidrogén, az anódon pedig oxigén szabadul fel.

Következtetések. Az elektrolitok vizes oldatainak elektrolízis termékeinek meghatározásakor a legegyszerűbb esetekben a következő szempontok vezérelhetők:

1.A standard potenciál kis algebrai értékével rendelkező fémionok - tólLi + hogyAl 3+ inkluzív - nagyon gyenge hajlamuk van az elektronok újbóli hozzáadására, mivel ebben a tekintetben alacsonyabbak az ionoknálH + (cm. Kationos tevékenységsorozat). Az ezeket a kationokat tartalmazó vegyületek vizes oldatainak elektrolízise során az ionok oxidálószer funkciót töltenek be a katódonH + , helyreállítása a séma szerint:

2 H 2 O+ 2 eà H 2 + 2OH -

2. Pozitív standardpotenciálértékekkel rendelkező fémkationok (Cu 2+ , Ag + , Hg 2+ stb.) az ionokhoz képest nagyobb hajlamuk van elektronok hozzáadására. Sóik vizes oldatainak elektrolízise során ezek a kationok felszabadítják a katódon lévő oxidálószer funkcióját, miközben fémmé redukálódnak a séma szerint, pl.

Cu 2+ +2 eà Cu 0

3. Fémsók vizes oldatainak elektrolízise soránZn, Fe, CD, Nistb., a felsorolt ​​csoportok közötti feszültségsor középső pozícióját elfoglalva a katódon a redukciós folyamat mindkét séma szerint történik. A felszabaduló fém tömege ezekben az esetekben nem felel meg az áramló elektromos áram mennyiségének, amelynek egy részét a hidrogén képzésére fordítják.

4. Elektrolitok vizes oldataiban egyatomos anionok (Cl - , Br - , J - ), oxigéntartalmú anionok (NEM 3 - , ÍGY 4 2- , P.O. 4 3- és mások), valamint a víz hidroxil-ionjai. Ezek közül a halogenidionok erősebb redukáló tulajdonságokkal rendelkeznek, kivéveF.ÓIonokHCl, köztes helyzetet foglalnak el köztük és a többatomos anionok között., Ezért a vizes oldatok elektrolízise soránHBr

2 H.J. - -2 eà H.J. 2 0

vagy ezek sói az anódnál a halogenidionok oxidációja a következő séma szerint megy végbe:

4 X – 4 eà 2 H 2 O + O 2 + 4 H +

.

A szulfátok, nitrátok, foszfátok stb. vizes oldatainak elektrolízise során.

A redukálószer funkcióját az alábbi séma szerint oxidáló ionok látják el: HOH Feladatok.

ZAházikó 1. Egy réz-szulfát oldat elektrolízise során a katódon 48 g réz szabadult fel.0 4 2 ".

Határozza meg az anódon felszabaduló gáz térfogatát és az oldatban képződött kénsav tömegét!

Az oldatban lévő réz-szulfát nem disszociál ionokat

C 2+ és12

S |1

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

Írjuk fel a katódon és az anódon lejátszódó folyamatok egyenleteit! A kationok redukálódnak a katódon, és víz elektrolízis megy végbe az anódon:

Adjunk hozzá az egyenlet mindkét oldalához 2 szulfátiont, amelyek a réz-szulfát disszociációja során keletkeznek, és megkapjuk a teljes ionegyenletet:

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

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

Az anódon felszabaduló gáz oxigén. Az oldatban kénsav képződik.

A réz moláris tömege 64 g/mol, számítsuk ki a rézanyag mennyiségét:

A reakcióegyenlet szerint, ha 2 mol réz szabadul fel a katódon, 1 mol oxigén szabadul fel az anódon. A katódon 0,75 mól réz szabadul fel, az anódnál x mól oxigén szabadul fel. Készítsünk arányt:

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

0,375 mol oxigén szabadult fel az anódon,

v(O2) = 0,375 mol.

Számítsuk ki a felszabaduló oxigén mennyiségét:

V(O2) = v(O2) «VM = 0,375 mol «22,4 l/mol = 8,4 l

A reakcióegyenlet szerint, ha a katódon 2 mol réz szabadul fel, az oldatban 2 mol kénsav képződik, ami azt jelenti, hogy ha a katódon 0,75 mol réz szabadul fel, akkor 0,75 mol kénsav képződik. az oldatban v(H2SO4) = 0,75 mol .

Számítsuk ki a kénsav moláris tömegét:

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

Számítsuk ki a kénsav tömegét:

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0,75 mol «98 g/mol = 73,5 g. Válasz:

Az anódnál 8,4 liter oxigén szabadult fel; Az oldatban 73,5 g kénsav képződik

2. feladat Határozza meg a katódon és az anódon felszabaduló gázok térfogatát 111,75 g kálium-kloridot tartalmazó vizes oldat elektrolízise során! Milyen anyag keletkezett az oldatban? Keresse meg a tömegét.

Az oldatban lévő kálium-klorid K+- és Cl-ionokká disszociál:

2КС1 =К+ + Сl

A káliumionok nem redukálódnak a katódon, hanem a vízmolekulák redukálódnak. Az anódon a kloridionok oxidálódnak és klór szabadul fel:

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

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

2SG-2e" = C12|1

2СГl+ 2Н2О = Н2 + 2ОН" + С12 (rövid ionos egyenlet) Az oldat K+ ionokat is tartalmaz, amelyek a kálium-klorid disszociációja során keletkeznek, és nem vesznek részt a reakcióban:

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

Írjuk át az egyenletet molekuláris formában:

2KS1 + 2H2O = H2 + C12 + 2KON

A katódon hidrogén, az anódon klór szabadul fel, az oldatban kálium-hidroxid képződik.

Az oldat 111,75 g kálium-kloridot tartalmazott.

Számítsuk ki a kálium-klorid moláris tömegét:

M(KS1)=39+35,5=74,5 g/mol

Számítsuk ki a kálium-klorid mennyiségét:

A reakcióegyenlet szerint 2 mol kálium-klorid elektrolízise során 1 mol klór szabadul fel. Legyen 1,5 mol kálium-klorid elektrolízise x mol klór.

0,75 mol klór szabadul fel, v(C!2) = 0,75 mol. A reakcióegyenlet szerint, ha az anódon 1 mol klór szabadul fel, a katódon 1 mol hidrogén szabadul fel. Ezért ha az anódon 0,75 mol klór szabadul fel, akkor a katódon 0,75 mol hidrogén szabadul fel, v(H2) = 0,75 mol.

Számítsuk ki az anódon felszabaduló klór térfogatát:

V(C12) = v(Cl2)-VM = 0,75 mol «22,4 l/mol = 16,8 l.

A hidrogén térfogata megegyezik a klór térfogatával:

Y(H2)=Y(C12)=16,81.

A reakcióegyenlet szerint 2 mol kálium-klorid elektrolízise során 2 mol kálium-hidroxid keletkezik, ami azt jelenti, hogy 0,75 mol kálium-klorid elektrolízisekor 0,75 mol kálium-hidroxid keletkezik. Számítsuk ki a kálium-hidroxid moláris tömegét:

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

Számítsuk ki a kálium-hidroxid tömegét:

m(KOH)=v(KOH>M(KOH)=0,75 mol-56 g/mol=42 g.

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0,75 mol «98 g/mol = 73,5 g. A katódon 16,8 liter hidrogén, az anódon 16,8 liter klór, az oldatban 42 g kálium-hidroxid keletkezett.

3. feladat 19 g kétértékű fém-klorid oldatának elektrolízise során az anódon 8,96 liter klór szabadult fel. Határozza meg, melyik fém-kloridot vetették alá elektrolízisnek. Számítsa ki a katódon felszabaduló hidrogén térfogatát!

Jelöljük az ismeretlen fémet M, kloridjának képlete MC12. Az anódnál a kloridionok oxidálódnak és klór szabadul fel. A feltétel kimondja, hogy a katódon hidrogén szabadul fel, ezért a vízmolekulák redukciója következik be:

2Н20 + 2е- = Н2 + 2ОH|1

2Cl -2e" = C12! 1

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

2Cl + 2H2O = H2 + 2OH" + C12 (rövid ionos egyenlet)

Az oldat M2+ ionokat is tartalmaz, amelyek a reakció során nem változnak.

Írjuk fel a reakció teljes ionegyenletét:

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

Írjuk át a reakcióegyenletet molekuláris formában:

MC12 + 2H2O - H2 + M(OH)2 + C12

Határozzuk meg az anódon felszabaduló klór mennyiségét:

A reakcióegyenlet szerint 1 mol ismeretlen fém kloridjának elektrolízise során 1 mol klór szabadul fel. Ha 0,4 mol klór szabadult fel, akkor 0,4 mol fém-kloridot vetettek alá elektrolízisnek. Számítsuk ki a fém-klorid moláris tömegét:

Az ismeretlen fém-klorid moláris tömege 95 g/mol.

Két klóratomonként 35,5"2 = 71 g/mol.

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0,75 mol «98 g/mol = 73,5 g. magnézium-klorid oldatot elektrolízisnek vetünk alá; A katódon 8,96 liter hidrogén szabadult fel.

*4. probléma. 200 g 15%-os koncentrációjú kálium-szulfát oldat elektrolízise során 14,56 liter oxigén szabadult fel az anódon.

Számítsa ki az oldat koncentrációját az elektrolízis végén!

A kálium-szulfát oldatában a vízmolekulák a katódon és az anódon egyaránt reagálnak:

2Н20 + 2е" = Н2 + 20Н-|2

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

Adjuk össze a két egyenletet:

6H2O = 2H2 + 4OH" + 4H+ + O2, vagy

6H2O = 2H2 + 4H2O + O2, vagy

2H2O = 2H2 + 02

Valójában a kálium-szulfát oldatának elektrolízise során a víz elektrolízise következik be.

Az oldott anyag koncentrációját az oldatban a következő képlet határozza meg:

С=m (oldott anyag) 100% / m (oldat)

A kálium-szulfát oldat koncentrációjának meghatározásához az elektrolízis végén ismernie kell a kálium-szulfát tömegét és az oldat tömegét. A kálium-szulfát tömege nem változik a reakció során. Számítsuk ki a kálium-szulfát tömegét az eredeti oldatban. Jelöljük a kiindulási oldat koncentrációját C-vel

m(K2S04) = C2 (K2S04) m(oldat) = 0,15 200 g = 30 g.

Az oldat tömege az elektrolízis során megváltozik, ahogy a víz egy része hidrogénné és oxigénné alakul. 2Számítsuk ki a felszabaduló oxigén mennyiségét:

(O

)=V(O2)/Vm=14,56l/22,4l/mol=0,65mol

A reakcióegyenlet szerint 2 mol vízből 1 mol oxigén keletkezik. x mol víz bomlása során 0,65 mol oxigén szabaduljon fel. Készítsünk arányt:

1,3 mol víz bomlott, v(H2O) = 1,3 mol.

Számítsuk ki a víz moláris tömegét:

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

Számítsuk ki a lebomlott víz tömegét:

m(H2O) = v(H2O>M(H2O) = 1,3 mol* 18 g/mol = 23,4 g.

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0,75 mol «98 g/mol = 73,5 g. A kálium-szulfát oldat tömege 23,4 g-mal csökkent és 200-23,4 = 176,6 g lett. Számítsuk ki a kálium-szulfát oldat koncentrációját az elektrolízis végén!

C2 (K2 SO4) = m (K2 SO4) 100% / m (oldat) = 30 g 100% / 176,6 g = 17%

az oldat koncentrációja az elektrolízis végén 17%.

*5. feladat 188,3 g nátrium-kálium-klorid elegyet oldottunk fel vízben, és a kapott oldaton elektromos áramot vezettünk át.

Az elektrolízis során 33,6 liter hidrogén szabadult fel a katódon. Számítsa ki a keverék összetételét tömegszázalékban.

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

Jelöljük a keverékben lévő kálium-klorid mennyiségét x mol-ban, a nátrium-klorid mennyiségét pedig mol-ban. A reakcióegyenlet szerint 2 mol nátrium- vagy kálium-klorid elektrolízise során 1 mol hidrogén szabadul fel.

Ezért x mol kálium-klorid elektrolízise során x/2 vagy 0,5x mol hidrogén, x mol nátrium-klorid elektrolízise során pedig 0,5y mol hidrogén képződik.

Határozzuk meg a keverék elektrolízise során felszabaduló hidrogén mennyiségét:

Készítsük el az egyenletet: 0,5x + 0,5y = 1,5

Számítsuk ki a kálium- és nátrium-klorid moláris tömegét:

M(KS1)=39+35,5=74,5 g/mol

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

A kálium-klorid tömege x mol egyenlő:

m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = x mol-74,5 g/mol = 74,5 x g.

Egy mól nátrium-klorid tömege:

m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = y mol - 74,5 g/mol = 58,5 g.

A keverék tömege 188,3 g, hozzuk létre a második egyenletet:

74,5x + 58,5y= 188,3

Tehát megoldunk egy két egyenletrendszert két ismeretlennel:

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

74,5x + 58,5y=188,3g

Az első egyenletből kifejezzük x-et:

x + y = 1,5/0,5 = 3,

x = 3-y

Ha ezt az x értéket behelyettesítjük a második egyenletbe, a következőt kapjuk:

74,5-(3-y) + 58,5y= 188,3

223,5-74,5 év + 58,5 év = 188,3

-16u = -35,2

y = 2,2 100% / 188,3 g = 31,65%

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0,75 mol «98 g/mol = 73,5 g. Számítsuk ki a nátrium-klorid tömeghányadát:

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

a keverék 31,65% kálium-kloridot és 68,35% nátrium-kloridot tartalmaz.

Bevezetés

FEJEZET I. Irodalmi áttekintés

1.1. A kalcium-klorid előállításának és újrahasznosításának módszerei 7

1.1.1 Kémiai módszerek 7

1.1.2. Elektrokémiai módszerek 10

1.2. Kalcium-szacharátok előállítása és korróziógátlóként való felhasználásuk 12

1.3 Klórgáz elektrokémiai szintézise 13

1.4. Szén-dioxid szintézis 16

1.5. Az elektrokémiai folyamatok mintázata kalciumionokat tartalmazó természetes vizekben 17

1,5 liter. Termálvizek elektrolízise 17

1.5.2. Tengervíz elektrolízise 20

1.6. A szakirodalmi áttekintés következtetései 23

FEJEZET II. Kísérleti eljárás 24

2.1. Polarizációmérés 24

2.2- Elektrokémiai szintézisek 25

2.3. A termékek elemzésének és azonosításának módszertana 26

2.4. A kapott eredmények matematikai feldolgozása 33

fejezet III. Kísérleti adatok és megbeszélés

3.1.2. Katód eljárás – a hidrogéngáz képződésének kinetikája kalcium-klorid oldat elektrolízise során 45

3.1.3. A kalcium-klorid vizes oldatának elektrolízisének előkészítési szempontjai 48

3.2. Az elektróda reakcióinak jellemzői vizes oldatokban (CAC12 + SZUKARÓZ) különböző elektródaanyagokon 50

3.2.1. Katód eljárás 50

3.2.2. A kalcium-szacharóz elektrokémiai előállításának előkészítő vonatkozásai 58

3.2.3. Az elektróda reakcióinak mintázata a rendszerben: (CaC12 + szacharóz + Ca(OH)2) 61

3.2.3.1 Anódos folyamat 61

3.2.3.2 Katód eljárás 62

3.3. Az elektród reakciók mintázata a rendszerben [CaCl2+NIII3+Ca(III3)2] 65

3.3.1. Anódos folyamat 65

3.3.2. Katód eljárás. 68

3.3.3. A kalcium-nitrát elektrokémiai szintézisének előkészítő vonatkozásai 74

3.3.4. A szén-dioxid elektrokémiai előállításának előkészítő szempontjai 75

3.4 Kalcium-acetát elektrokémiai előállítása 78

3.4.1. A katódos folyamat jellemzői a kalcium-acetát elektroszintézisében különböző elektródanyagokon 79

3.4.2. A kalcium-acetát elektroszintézis előkészítő vonatkozásai 87

Irodalom

Bevezetés a műbe

A téma relevanciája. Szinte minden természetes víz tartalmaz kalciumvegyületeket változó koncentrációban. A szódagyártás, a klórozott szerves vegyületek hidrolízise és egyéb gyártási folyamatok során nagy mennyiségű kalcium-klorid keletkezik hulladékként.

A kalcium-klorid feldolgozásának ismert kémiai és elektrokémiai módszereinek jelentős hátrányai vannak: a klorid bomlása

kalcium 950-1000 C hőmérsékleten speciális építőanyagok felhasználását és magas energiaköltségeket igényel a kalcium-klorid oldatok elektrolízise során, a katódon oldhatatlan csapadék rakódik le (tCa(OH)2* iCaCI2), és idővel az elektromos áram áthaladása a rendszeren leáll.

Sürgős probléma a kalcium-klorid értékesebb termékekké történő feldolgozása, a sósav, a klór, a klórszulfonsavak és az alumínium-klorid gyártás új alapanyagaként történő felhasználása a szerves és gyógyszergyártásban.

Ezekre a célokra különösen ígéretesek azok az elektrokémiai eljárások, amelyek lehetővé teszik a vegyi termékek szintézisét reagensek használata nélkül, elektrooxidatív és elektroredukáló eljárásokkal.

A disszertációban a kutatási objektumok kiválasztását egyrészt a végtermékek értéke, másrészt a kalcium-klorid alapanyagként való felhasználásának lehetősége, nagy tonnás ipari hulladék, nagy tonnányi ipari hulladék, illetve a kalcium-klorid alapanyagként való felhasználásának lehetősége határozta meg. amelynek feldolgozása segít megóvni a környezetet a káros ipari kibocsátásoktól.

A tanulmány célja és célkitűzései. A munka célja a jog tanulmányozása volt
elektródreakciók méretei és kalcium tartalmú termelés
folyékony vegyületek kalcium-klorid vizes oldataiból.

A cél eléréséhez a következő feladatok megoldására volt szükség:

a kalcium-klorid vizes oldataiból a klór felszabadulása anódos reakciójának tanulmányozása különböző elektródanyagokon;

meghatározza az elektród reakciók kinetikáját és mechanizmusát kalcium-klorid, kalcium-nitrát, kalcium-acetát és kalcium-klorid és szacharóz keverék vizes oldataiban;

Határozza meg a kalcium elektrokémiai szintézisének optimális paramétereit!
F ci-tartalmú vegyületek: áramsűrűség, elektrolit koncentrációk,

a céltermékek jelenlegi kibocsátása.

A vizsgálat tárgyai elektrokémiai folyamatok, prote
vizes kloridoldatokban különböző elektródaanyagokra hatolva
kalcium különféle adalékokkal. A kutatási objektum kiválasztását a
egyrészt az ismerethiány és az elektródafolyamatok bonyolultsága a versenyeken
felülvizsgálat alatt álló rendszerek, másrészt a hulladék felhasználásának lehetősége
Sh kalcium-klorid nagyüzemi előállítása értékes beszerzéshez

termékek.

Tudományos újdonság:

Létrejöttek a kalciumionokat tartalmazó vizes oldatok elektrolízisének technológiájának és fejlett technológiai megoldásainak tudományos alapjai;

Az anódos és katódos reakciók előfordulási mintái szerint
kalciumtartalmú vegyületek sugárzása különböző elektródaanyagokon

Gyakorlati jelentősége művek:

A kalcium-kloridot alapanyagként használva először sikerült olyan értékes kémiai vegyületeket szintetizálni, mint a kalcium-acetát, kalcium-szacharóz, kalcium-nitrát, szén-dioxid, klór és hidrogéngázok.

Jóváhagyás munka. A fő eredményekről beszámoltak és megvitatták a szerves vegyületek elektrokémiájáról szóló XIV. ülésen "A szerves vegyületek elektrokémiájának hírei" (Novocherkassk, 1998), a "Kémia a technológiában és az orvostudományban" (Mahacskala) össz-oroszországi tudományos és gyakorlati konferencián. , 2002), a Szentpétervári Állami Alacsony hőmérsékletű és Élelmiszertechnológiai Egyetem 70. évfordulója alkalmából rendezett Nemzetközi Tudományos-műszaki Konferencián (Szentpétervár, 2001), a Nemzetközi Konferencia „A szerves kémia, ökológia és ökológia modern problémái biotechnológia” (Luga, 2001), az „Ökológia és a természeti erőforrások ésszerű felhasználása” (Szentpétervár, 2001 és 2002) záró összoroszországi konferenciákon.

A dolgozat terjedelme és felépítése. A dolgozat bevezetőből, három fejezetből, következtetésekből és irodalomjegyzékből áll, 111 címből. A mű 100 oldalnyi gépelt szövegben, 36 ábrát és 6 táblázatot tartalmaz.

A munkát az Orosz Föderáció Oktatási Minisztériumának támogatása keretében, a „Felsőoktatás tudományos kutatása a tudomány és technológia kiemelt területein” program „Ökológia és a természeti erőforrások ésszerű használata” alprogramja keretében végezték. szakasz - "Az ember alkotta képződmények és az ipari és háztartási hulladékok felhasználásának problémái 2001-2002."

Kalcium-szacharátok előállítása és korróziógátlóként való felhasználásuk

A klórt jelentős mennyiségben használják fehérítőszerek (kalcium-hipoklorit és fehérítő) előállítására. A klór hidrogénatmoszférában történő elégetésével tiszta hidrogén-kloridot kapunk. A megfelelő kloridokat titán, nióbium és szilícium előállításához használják. A vas- és alumínium-foszfor-kloridokat iparilag is használják.

Az összes előállított klór több mint 60%-át szerves klórvegyületek szintézisére használják fel. A klór nagy fogyasztói közé tartozik a szén-tetraklorid, kloroform, metilén-klorid, diklór-etán, vinil-klorid és klór-benzol gyártása. Jelentős mennyiségű klór fogy a glicerin és etilénglikol klóros módszerekkel történő szintézisében, valamint a szén-diszulfid szintézisében.

A vizes fertőtlenítéshez a nátrium-klorid oldat elektrolízisével nyert klór-dioxid ígéretesebb.

Az előzetes becslések szerint 1987-ben az Egyesült Államokban a klórtermelés 10,4 millió tonnát tett ki. 1 tonna klór ára 195 dollár A klórt NaCl-oldat elektrolízisével nyerik. Az ipari elektrolizátorok elméleti alapjait és kialakításait a monográfia ismerteti.

A NaCl sóoldatok ioncserélő membránokkal történő elektrolízisének technológiájának elsajátítása lehetővé teszi (a membrános vagy higanyelektrolízishez képest) a berendezés költségének (15-25%-kal) és az energiaköltségeinek (20-35%-kal) csökkentését. A membránelektrolízis jövedelmezősége összefügg azzal a lehetőséggel, hogy 200 kWh/t termék villamosenergia-fogyasztás mellett 40%-os koncentrációjú lúgokat állítsanak elő. A kétrétegű membránok akár 4 kA/m áramsűrűség mellett is lehetővé teszik a működést, ami biztosítja az olcsó villamos energia hatékonyabb éjszakai felhasználását. Ezek az előnyök teljes mértékben kompenzálják az új membránok viszonylag magas költségét (500-700 $/m2).

Szóba kerül az aktivált katódok alkalmazásának hatékonysága a hidrogénfejlődés túlfeszültségének csökkentésére. A cella feszültségének további csökkentése az üzemi nyomás 5 bar-ra történő emelésével érhető el, miközben a hőmérsékletet egyidejűleg emeljük. A katódot depolarizáló oxigén (levegő) alkalmazása, a hidrogénfejlődés folyamatát az oxigénredukciós folyamattal helyettesítve, 1600 kWh/t lúgra csökkenti az energiaköltségeket (ha a hidrogén elveszett energiaintenzitását nem vesszük figyelembe) . Alternatív megoldás a hidrogén elektrooxidációja üzemanyagcellában.

Leírják a Hoechst cég 0,1 m2 membránfelületű klór membrán elektrolizátorral végzett kísérleteit. Megállapítást nyert, hogy a lúgkoncentráció növekedésével csökkenő áramhatásfok 30%-os koncentrációnál eléri a minimumot, majd 34%-os koncentrációra nő, ami után ismét csökken. A membránfolyamat megvalósításának és a membrántulajdonságok kiválasztásának különböző mechanizmusait és öregedési okait vizsgálják. Kimutatták, hogy a membránelektrolízis energiaköltségei csak alacsony gőzköltség mellett közelíthetik meg a higanymódszer költségét.

A munka során szisztematikus vizsgálatot végeztek az alkáli- és alkáliföldfém-klorid-oldatok membrán nélküli elektrolízisének folyamatáról. Kimutatták, hogy az anódos folyamat során a kiindulási elektrolit kationjának jellegétől függő különbségek az elektrolízis termékeinek eltérő oldhatóságából, elsősorban a megfelelő fémek hidroxidjainak oldhatóságából adódnak.

A klorid membrán elektrolizátorban a membrán legalább egyik oldalán porózus gáz- és folyadékáteresztő réteg van, amelynek nincs elektródaktivitása. A katód- és anódkamrában a nyomást előnyösen 15 kgf/cm2 értéken tartjuk, ami lehetővé teszi az elektrolízis feszültség csökkentését. A módszer víz és sósav elektrolízisére alkalmazható.

A cikk a klórgáz előállítási folyamatának modelljét tárgyalja egy nem áramlásos elektrolizátorban.

Termálvizek elektrolízise

Az utóbbi időben nátrium- vagy kalcium-hipokloritot használnak a víz tisztítására és különösen semlegesítésére. A hipoklorit iránti megnövekedett érdeklődés nagymértékben a felhasználásának nagy lehetőségeinek köszönhető. A tengervíz elektrolízisével nyert hipoklorit szennyvíztisztításra való felhasználása környezetbarát.

A hipoklorit oldatok konyhasó vagy természetes vizek vizes oldatának elektrolízisével történő előállításának elektrokémiai módszere lehetővé teszi, hogy ezt a termelést közvetlenül az oldatok fogyasztási helyén szervezzék meg, és nincs szükség a hipoklorit oldatok hosszú távú tárolására.

Jelenleg a fertőtlenítőszerek elektrokémiai előállításának két módszerét alkalmazzák: tömény nátrium-klorid oldatok elektrolízisét, majd kezelt vízzel való összekeverését és a fertőtlenített víz közvetlen elektrolízisét. Az elektrolízis folyamata mind az egyik, mind a másik esetben függ az elektródák áramsűrűségétől, a nátrium-klorid koncentrációjától, a pH-tól, a hőmérséklettől és az elektrolit mozgásának természetétől, az elektródák anyagától és passzivációjától, valamint az elektródák áramellátásának módja.

A nátrium-hipoklorit elektrokémiai szintézisének folyamatát ORTA elektródával és szervetlen kerámia membránnal 2x0g alapú membránelektrolizátorban vizsgálták. Vizsgálták az áramsűrűség, a nátrium-klorid-oldat koncentrációjának, a nátrium-klorid-oldat betáplálási sebességének, az oldatok elektródakamrákba való betáplálási sebességének hatását. Kimutatták, hogy optimális körülmények között a nátrium-hipoklorit jelenlegi hatásfoka 77%, 2,4 kWh/kg fajlagos villamosenergia-fogyasztás mellett, a nátrium-kloridé pedig 3,1 kg/kg. Az anód korróziós képességét kísérleti körülmények között határoztuk meg.

Javasoljuk a klórtartalmú vegyületek vízkezelés közbeni monitorozására szolgáló eljárást és eszközt, amely elsősorban úszómedencék vizének fertőtlenítésére szolgál. A nátrium-hipoklorit fertőtlenítő oldatának előállítását elektrolitikus módszerrel végezzük, és feltételezzük, hogy a medencében lévő víz elegendő mennyiségű kloridot tartalmaz. A víz zárt körben kering, amelynek külső részében egy elektrolizátor, valamint egy víztisztító szűrő található.

Az ivóvíz fertőtlenítésére a szabadalom szerzői egy mini-elektrolizátor beépítését javasolják a csővezeték oldalfelületébe, amelyben híg klorid tartalmú oldatból elektrokémiai úton állítanak elő hipokloritot.

Vizsgálták a híg (0,89%-os) nátrium-klorid oldat áramlási körülmények között történő elektrolízisének jellemzőit. Megállapítást nyert, hogy az áramlási sebesség növelése a klorát hozamának éles csökkenéséhez vezet, és jelentősen növelheti az elektrolizátor termelékenységét és stabilitását. A legjobb eredményeket legalább 200-as érdességtényezővel diszpergált platinával bevont titánelektródákkal ellátott elektrolizátorban értük el, az anódok időszakos katódos aktiválásával.

Tanulmányozták a nátrium-hipoklorit nyomás alatti szintézisének elektrokémiai folyamatát. Az elektrolízist titánötvözetből készült, belül fluoroplasztanyaggal megerősített autoklávban, keverés közben végezzük. A katódos reakció során keletkező hidrogéngáz felhalmozódik a rendszerben, növelve annak nyomását. A vizsgálatok 100-150 atm nyomáson történtek. Mivel az oldat nagy nyomás alatt van, a klór oldhatósága megnő, ami a nátrium-hipoklorit nagyobb áramhozamához vezet. Katód anyagként titán alapú ruténium-dioxidot, grafitot és platinát használtak, katódként a titán szolgált.

Beszámoltak a természetes vizek elektrolízisével nyert nátrium-hipoklorit felhasználásáról a Makhachkala-Ternairskoe mező vizének fenoltól való tisztítására.

A tengervíz magas mineralizációjú. A tengervíz mineralizációja általában 3,5% vagy 35 000 ppm. "1. Ezek közül csak két komponens (klorid és nátrium) van jelen 1%-nál nagyobb mennyiségben, míg a másik kettő: a szulfát és a magnézium koncentrációja a kalcium, a kálium, a bikarbonát és a bróm körülbelül 0,001%-ot tesz ki. A fennmaradó elemek nagyon alacsony koncentrációban vannak jelen.

Az egyes sók összegéhez viszonyított aránya szerint a Kaszpi-tenger vizeinek sótartalma eltér az óceáni és a Fekete-tenger vizeitől. A Kaszpi-tenger vizei az óceánihoz képest viszonylag szegényesek Na- és SG-ionokban, valamint gazdagok Ca- és SO4-ionokban. A Kaszpi-tenger vizeinek átlagos sótartalma 12,8-12,85% között változik. a Volga torkolata 20%-ra a Balkhan-öbölben Télen az Észak-Kaukázus vizeinek sótartalma magas, ami a jégképződéssel és a Volga vizeinek gyenge beáramlásával magyarázható.

Az elmúlt években megnövekedett a sók tengerbe áramlása, ami a folyók ionáramlásának növekedésével függ össze.

A tengervizekben található lebegő részecskék legnagyobb mennyisége ugyanazokat az ásványi anyagokat tartalmazza, mint a környező kőzetek (kaolinit, talkum, kvarc, földpát stb.). 1.1. táblázat. Bemutatjuk a Kaszpi-tenger vizének fő összetételét.

Elektrokémiai szintézisek

A klórtartalmú vegyületek elemzését az alábbi módszerekkel végeztük: HC meghatározása Pontius módszerrel. 10 ml elektrolitot (pH = 8) kis mennyiségű keményítő hozzáadásával kálium-jodid OD-oldattal titráltunk. SG meghatározása. Töltsön fel 1 ml elektrolitot 100 ml-re desztillált vízzel. Titráljon 10 ml mintát 0,1 N ezüst-nitrát oldattal néhány csepp CH3COOH + K2ClO4 jelenlétében.

A C1CV meghatározása. Adjunk hozzá 25 ml Mohr-sót 10 ml mintához. Melegítse, amíg buborékok nem jelennek meg, és élesen hűtsük le. Adjunk hozzá 5 ml Reinhart-keveréket, és titráljuk 0,1 N kálium-permanganát oldattal, amíg rózsaszínű nem lesz.

SY/ meghatározása. Adjunk 10 ml telített kálium-klorid oldatot 10 ml elektrolithoz. Ha nem képződik csapadék, akkor nincs CO/-k a rendszerben. A felszabaduló klór mennyiségének meghatározása Az elektrolízis során keletkező gázhalmazállapotú klórt kálium-jodid oldaton vezetjük át, és a felszabaduló jódot meghatározott koncentrációjú nátrium-tioszulfáttal titráljuk. A klór meghatározása jodometriás titrimetriás módszerrel történik.

Reagensek: nátrium-tioszulfát - 0,005 N oldat; KI - 10% -os oldat; acetát puffer keverék. A CH3COONa és a CH3COOH azonos térfogatú 1 N oldatának összekeverésével készítsük el; frissen készített keményítőoldat - 1% -os oldat.

Az elhatározás előrehaladása. Pipettázzunk 100 ml csapvizet egy 250 ml-es Erlenmeyer-lombikba, adjunk hozzá 5 ml 10%-os KI-oldatot, 5 ml acetát-pufferkeveréket és 1 ml keményítőoldatot. Titráljuk a mintát 0,005 N nátrium-tioszulfát-oldattal, amíg az oldat kék színe el nem tűnik.

A vizek kalciumtartalmának meghatározására trilonometrikus módszert alkalmaznak, amely lehetővé teszi 0,1 mg vagy több Ca meghatározását egy mintában. Ez a módszer a Trilon B használatán alapul mu-rexid indikátor jelenlétében. A módszer lényege, hogy a Ca2+ ionok lúgos közegben murexiddal komplex vegyületet képeznek, amely a Trilon B-vel végzett titrálás során egy stabilabb nátrium-komplexonát képződése következtében elpusztul. Murexid (a bíborsav ammóniumsója pH 12-nél kölcsönhatásba lép Ca-ionokkal, rózsaszín vegyületeket képezve.

A Murexid nem lép reakcióba Mg-ionokkal, de ha ez utóbbi a vizsgált vízben 30 mg/l-nél nagyobb, akkor Mg(OH)2 csapadék képződik, amely adszorbeálja az indikátort a felületén, ami megnehezíti a fixálást. egyenértékűségi pont. Ezután a vizsgálati oldatot 5-6-szorosra kell hígítani a magnéziumkoncentráció csökkentése érdekében.

Reagensek: Trilon B - 0,05 N oldat. A pontos normalitás megállapítása standard 0,05 N MgS04 oldattal vagy fix-sanalból készült; NaOH - 10% -os oldat; murexid - száraz keverék (1 rész murexid és 99 rész NaCl).

Az elemzés előrehaladása. Pipettázzunk 100 ml tesztvizet egy 250 ml-es Erlenmeyer-lombikba, adjunk hozzá 5 ml 10%-os nátrium-hidroxid-oldatot, és adjunk hozzá egy kevés száraz indikátorkeveréket. Az oldat pirosra vált. A mintát erőteljes keverés közben titráljuk Trilon B-vel, amíg a lila szín meg nem jelenik, ami 3-5 percig stabil. A Trilon B további hozzáadásával a szín nem változik. A titrált minta használható „tanúként”, de ne feledjük, hogy a titrált minta viszonylag rövid ideig megőrzi stabil színét. Ezért új „tanút” kell készíteni, ha a korábban elkészített színe megváltozik.

Katód eljárás - a hidrogéngáz képződésének kinetikája kalcium-klorid oldat elektrolízise során

Tekintettel arra, hogy a platina drága elektródaanyag, a klór felszabadulásának folyamatát egy olcsóbb anyag - grafit - felhasználásával tanulmányozták. Füge. A 3.3. ábra anódos áram-feszültség görbéket mutat be grafiton 0,1-2,0 M koncentrációjú kalcium-klorid vizes oldatában. A platinaelektródokhoz hasonlóan a kalcium-klorid koncentrációjának növekedésével a klór felszabadulási lehetősége eltolódik. az anódos oldalra átlagosan 250 - 300 mV-tal.

A platinából, grafitból és ORTA-ból készült elektródaanyagokon a fent bemutatott klórfelszabadulás áram-feszültség görbéiből az következik, hogy a kalcium-klorid koncentrációjának növekedésével a molekuláris klórfelszabadulás folyamata a folyamat diffúziós komponensének csökkenése miatt könnyebbé válik. .

A klórfelszabadulás kinetikai paramétereinek összehasonlítása az ábrán. A 3.4. ábra a túlfeszültség (n) megfelelő Tafel-függését mutatja az áramsűrűség logaritmusától (lg і) platinán, grafitelektródán és ORTA-n.

A megfelelő egyenes egyenletek az a és b együtthatók kiszámítása után a következő formában adhatók meg: A számított a és b együtthatók felhasználásával megtaláltuk a folyamat jellemzőit - i0 csereáram és a átviteli együttható

A klór 2 M kalcium-klorid oldatból történő elektrokémiai elválasztásának paraméterei az alábbiak:

ábrán. 3.5. Az összehasonlító elemzéshez platina, grafit és ORTA anódos áram-feszültség görbéit mutatjuk be 2 M kalcium-klorid oldatban. Amint az ábrán látható, az ORTA anódon a kalcium-klorid oldatból a legalacsonyabb potenciálokon klór szabadul fel, és a grafiton az áram-feszültség görbe az ORTA görbéhez képest 250 - 300 mV-tal eltolódik az anódos oldalra. Ezért nyilvánvaló, hogy az ORTA-t előnyösebb anódanyagként használni a kalcium-klorid vizes oldatainak elektrolíziséhez. A grafiton az energiafogyasztás magasabb lesz, és ez utóbbi tartósságban rosszabb, mint az ORTA, különösen nagy anódos terhelések esetén.

Tekintettel arra, hogy az elektrolízis során felmerülő energiaköltségek a katódos folyamat kinetikájától is függnek, megvizsgáltuk a kalcium-klorid vizes oldataiból a hidrogénfejlődés mintázatait különböző elektródanyagokon.

ábrán. 3.6. A platinaelektródon 0,5-2,0 M koncentrációjú kalcium-klorid oldatokból származó katódos hidrogénfejlődés áram-feszültség görbéit mutatjuk be. Az áram-feszültség görbék elemzése azt mutatja, hogy a kalcium-klorid koncentrációjának növekedésével a hidrogénfejlődés túlfeszültsége nő (30-40 mV-tal). Valószínű magyarázat lehet a platinaelektród felületét védő, nehezen oldódó kalciumsók csapadék képződése, amelynek mennyisége a Ca+ ionok koncentrációjának növekedésével növekszik. Ebben a tekintetben az elektrolizátor feszültségének észrevehető növekedése tapasztalható, amelyet korábban a kalcium-hipoklorit elektrokémiai előállítása során észleltek.

A gyakorlati elektrolízishez kedvezőbb árú elektródaanyagokon - grafit, acél, réz és titán - felvett katódos áram-feszültség görbéket a 3.7. és 3.8. ábra mutatja be. Az áram-feszültség görbék azt mutatják, hogy a platina utáni hidrogénfejlődés alacsony túlfeszültsége figyelhető meg a grafitelektródán (3.7. ábra, 2. görbe)? míg a hidrogénionok elektroredukciója a titán katódon (3.8. ábra, 2. görbe) a legnagyobb túlfeszültség mellett történik. Ez a viselkedés a hidrogénfejlődési potenciálok tartományában fázis-oxiddal bevont fémekre jellemző, és gátló hatással van a folyamatra. Ezért a kalcium-klorid oldat elektrolíziséhez a legmegfelelőbb katódanyag a grafit.

Az elektrolízis egy redox reakció, amely az elektródákon megy végbe, amikor egy olvadékon vagy elektrolitoldaton egyenáramot vezetnek át.

A katód redukálószer, és elektronokat ad a kationoknak.

Az anód oxidálószer, és elektronokat fogad el az anionoktól.

Az olvadékok elektrolízise során az elektródákon végbemenő folyamatok

(nem függ az elektródák anyagától és az ionok természetétől).

1. Anionok kisülnek az anódon ( A m - ; ó-

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

2. A kationok a katódon kisülnek ( Me n+, H+ ), semleges atomokká vagy molekulákká alakul:

Me n + + n ē → Me ° ; 2 H + + 2ē → H 2 0 (helyreállítási folyamatok).

Az elektródákon az oldatok elektrolízise során fellépő folyamatok

OLvadékok elektrolízise

1. feladat. Készítsen sémát az olvadt nátrium-bromid elektrolízisére! (1. algoritmus.)

2. feladat. Készítsen vázlatot az olvadt nátrium-hidroxid elektrolízisére! (2. algoritmus.)

3. feladat.Készítsen sémát az olvadt nátrium-szulfát elektrolízisére. (3. algoritmus.)

OLDATOK ELEKTROLIZE

1. feladat.Készítsen sémát nátrium-klorid vizes oldatának inert elektródákkal történő elektrolízisére. (1. algoritmus.)

2. feladat.Készítsen sémát a réz-szulfát vizes oldatának elektrolízisére ( Kémiai ) inert elektródákkal. (2. algoritmus.)

3. feladat.Készítsen vázlatot nátrium-hidroxid vizes oldatának elektrolízisére inert elektródák segítségével! (3. algoritmus.)

Emlékezz.Oxigéntartalmú savak elektrolízise során (H 2 SO 4 stb.), bázisok (NaOH, Ca (OH) 2 stb.) , aktív fémek sói és oxigéntartalmú savak(K 2 SO 4 stb.) A víz elektrolízise az elektródákon történik: 2 H 2 O = 2 H 2 + O 2

4. feladat.Készítsen egy sémát ezüst-nitrát vizes oldatának elektrolízisére, ezüstből készült anóddal, pl. az anód oldható. (4. algoritmus.)

Az elektrolit fizikai-kémiai tulajdonságai

E = 3,38-1,4*10v-3 (t°-700°)

Ca/CaCl/CaCl2/Cl2.

Elektrolízis érintéses katóddal

Alapvető elmélet

Elektrolízis gyakorlat

Folyékony katódos elektrolízis és kalciumötvözetek előállítása

Alapvető elmélet

Elektrolízis gyakorlat