Elektrolitinis kalcio ir jo lydinių gamyba. Kalcio sacharatų paruošimas ir naudojimas kaip korozijos inhibitoriai

ELEKTROLIZE

Vienas iš metalų gamybos būdų yra elektrolizė. Aktyvūs metalai gamtoje randami tik cheminių junginių pavidalu. Kaip išskirti šiuos junginius laisvoje būsenoje?

Elektrolitų tirpalai ir lydalai praleidžia elektros srovę. Tačiau kai srovė praeina per elektrolito tirpalą, gali įvykti cheminės reakcijos. Pasvarstykime, kas atsitiks, jei į elektrolito tirpalą arba lydalą bus įdėtos dvi metalinės plokštės, kurių kiekviena yra prijungta prie vieno iš srovės šaltinio polių. Šios plokštės vadinamos elektrodais. Elektros srovė yra judantis elektronų srautas. Elektronams grandinėje judant nuo vieno elektrodo prie kito, viename iš elektrodų atsiranda elektronų perteklius.

Elektronai turi neigiamą krūvį, todėl šis elektrodas įkraunamas neigiamai. Jis vadinamas katodu. Kitame elektrode susidaro elektronų trūkumas ir jis įkraunamas teigiamai. Šis elektrodas vadinamas anodu. Elektrolitas tirpale arba lydaloje disocijuoja į teigiamo krūvio jonus – katijonus ir neigiamo krūvio jonus – anijonus.

Katijonus traukia neigiamai įkrautas elektrodas – katodas. Anijonus traukia teigiamai įkrautas elektrodas – anodas. Elektrodų paviršiuje gali atsirasti jonų ir elektronų sąveika.

Elektrolizė reiškia procesus, vykstančius, kai elektros srovė praeina per elektrolitų tirpalus arba tirpalus.

Tirpalų ir elektrolitų lydalo elektrolizės metu vykstantys procesai yra gana skirtingi. Panagrinėkime abu šiuos atvejus išsamiai. Lydalų elektrolizė
Kaip pavyzdį apsvarstykite natrio chlorido lydalo elektrolizę. Lydelyje natrio chloridas disocijuoja į jonus

Na+ Lydalų elektrolizė virsta natrio atomais, tai yra, vyksta katijonų redukcija Lydalų elektrolizė .

Proceso lygtis:

Na + + e - = Na Chlorido jonai Cl - pereiti prie teigiamai įkrauto elektrodo – anodo – paviršiaus. Ant anodo paviršiaus susidaro elektronų trūkumas ir elektronai perkeliami iš anijonų Cl- pereiti prie teigiamai įkrauto elektrodo – anodo – paviršiaus. Ant anodo paviršiaus susidaro elektronų trūkumas ir elektronai perkeliami iš anijonų prie elektrodo paviršiaus. Tuo pačiu metu neigiamo krūvio jonai paverčiami chloro atomais, kurie iš karto susijungia ir sudaro chloro molekules C

l 2:

2С l - -2е - = Cl 2

Chlorido jonai praranda elektronus, tai yra, jie oksiduojasi.

Kartu užrašykime katode ir anode vykstančių procesų lygtis

Na + + e - = Na

2 C l - -2 e - = Cl 2

Vienas elektronas dalyvauja redukuojant natrio katijonus, o 2 elektronai dalyvauja oksiduojant chloro jonus. Tačiau reikia laikytis elektros krūvio tvermės dėsnio, tai yra, bendras visų dalelių krūvis tirpale turi būti pastovus, todėl natrio katijonų redukcijoje dalyvaujančių elektronų skaičius turi būti lygus elektronų skaičiui dalyvaujančių chlorido jonų oksidacijoje, todėl pirmąją lygtį padauginame iš 2:

Na + + e - = Na 2

2С l - -2е - = Cl 2 1

Sudėkime abi lygtis ir gaukime bendrąją reakcijos lygtį. 2 Na + + 2С l - = 2 Na + Cl 2

(joninės reakcijos lygtis), arba 2 NaCl = 2 Na + Cl 2

(molekulinės reakcijos lygtis)

Taigi nagrinėjamame pavyzdyje matome, kad elektrolizė yra redokso reakcija. Prie katodo vyksta teigiamo krūvio jonų – katijonų – redukcija, o prie anodo – neigiamo krūvio jonų – anijonų oksidacija. Galite prisiminti, kuris procesas vyksta naudojant „T taisyklę“:

katodas – katijonas – redukcija.2 pavyzdys.

Išlydyto natrio hidroksido elektrolizė.

Natrio hidroksidas tirpale disocijuoja į katijonus ir hidroksido jonus.<-- Na + + OH - à Анод (+)

Katodas (-)

Katodo paviršiuje redukuojami natrio katijonai ir susidaro natrio atomai:

katodas (-) Na + +e à Na

Anodo paviršiuje oksiduojasi hidroksido jonai, išsiskiria deguonis ir susidaro vandens molekulės:

katodas (-) Na + + e à Na

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

Natrio katijonų redukcijos reakcijoje ir hidroksido jonų oksidacijos reakcijoje dalyvaujančių elektronų skaičius turi būti vienodas. Todėl padauginkime pirmąją lygtį iš 4:

katodas (-) Na + + e à Na 4

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

4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2

3 pavyzdys.Apsvarstykite lydalo elektrolizę Al2O3

Naudojant šią reakciją, aliuminis gaunamas iš boksito – natūralaus junginio, kuriame yra daug aliuminio oksido. Aliuminio oksido lydymosi temperatūra yra labai aukšta (daugiau nei 2000º C), todėl į jį dedama specialių priedų, kurie sumažina lydymosi temperatūrą iki 800-900º C. Lyde aliuminio oksidas disocijuoja į jonus. Al3+ ir O2-. H o katijonai redukuojami prie katodo Al 3+ , virsta aliuminio atomais:

Al +3 e à Al

Anijonai oksiduojami anode O2- , virsta deguonies atomais. Deguonies atomai iš karto susijungia į O2 molekules:

2 O 2 – 4 e à O 2

Aliuminio katijonų redukcijos ir deguonies jonų oksidacijos procesuose dalyvaujančių elektronų skaičius turi būti lygus, todėl pirmąją lygtį padauginkime iš 4, o antrąją – iš 3:

Al 3+ +3 ir Al 0 4

2 O 2- – 4 e à O 2 3

Sudėkime abi lygtis ir gaukime

4 Al 3+ + 6 O 2- à 4 Al 0 +3 O 2 0 (joninės reakcijos lygtis)

2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2

Tirpalų elektrolizė

Elektros srovės praleidimo per vandeninį elektrolito tirpalą atveju reikalą apsunkina tai, kad tirpale yra vandens molekulių, kurios taip pat gali sąveikauti su elektronais. Prisiminkite, kad vandens molekulėje vandenilio ir deguonies atomai yra sujungti poliniu kovalentiniu ryšiu.

δ+

Deguonies elektronegatyvumas yra didesnis nei vandenilio, todėl bendros elektronų poros yra nukreiptos į deguonies atomą. Ant deguonies atomo atsiranda dalinis neigiamas krūvis, žymimas δ-, o dalinis teigiamas krūvis atsiranda ant vandenilio atomų, žymimų δ+.

│

N-O δ-

H δ+

Dėl šio krūvių poslinkio vandens molekulė turi teigiamus ir neigiamus „polius“. Todėl vandens molekules teigiamai įkrautas polius gali pritraukti prie neigiamo krūvio elektrodo – katodo, o neigiamu – prie teigiamai įkrauto elektrodo – anodo. Ant katodo gali įvykti vandens molekulių redukcija ir išsiskiria vandenilis:

Ant anodo gali įvykti vandens molekulių oksidacija, išskiriant deguonį:

Todėl prie katodo gali būti redukuojami arba elektrolito katijonai, arba vandens molekulės. Atrodo, kad šie du procesai konkuruoja tarpusavyje. Koks procesas iš tikrųjų vyksta katode, priklauso nuo metalo pobūdžio. Ar katode bus redukuoti metalo katijonai ar vandens molekulės, priklauso nuo metalo padėties .

metalo įtempių diapazonas

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

Jei metalas yra įtampos serijoje į dešinę nuo vandenilio, katode sumažėja metalo katijonai ir išleidžiamas laisvas metalas. Jei metalas yra įtampos serijoje į kairę nuo aliuminio, vandens molekulės sumažėja katode ir išsiskiria vandenilis. Galiausiai, kai metalo katijonai yra iš cinko į šviną, gali vykti arba metalo, arba vandenilio išsiskyrimas, o kartais gali vykti ir vandenilio, ir metalo evoliucija vienu metu. Apskritai tai gana sudėtingas atvejis, daug kas priklauso nuo reakcijos sąlygų: tirpalo koncentracijos, elektros srovės ir kt. Anode taip pat gali vykti vienas iš dviejų procesų – arba elektrolitų anijonų oksidacija, arba vandens molekulių oksidacija. Kuris procesas iš tikrųjų vyksta, priklauso nuo anijono pobūdžio. Bedeguonių rūgščių druskų arba pačių rūgščių elektrolizės metu anode oksiduojasi anijonai. Vienintelė išimtis yra fluoro jonai

F-.

Deguonies turinčių rūgščių atveju prie anodo oksiduojasi vandens molekulės ir išsiskiria deguonis. 1 pavyzdys.

Pažvelkime į vandeninio natrio chlorido tirpalo elektrolizę.

Vandeniniame natrio chlorido tirpale bus natrio katijonų

Na +, chloro anijonai Cl - ir vandens molekulės.

2 NaCl à 2 Na + + 2 Cl -

2H 2 O à 2 H + + 2 OH -

katodas (-) 2 Na+; 2H+; 2Н + + 2е à Н 0 2 anodas (+) 2 Cl-;

katodas – katijonas – redukcija.2 OH-; 2 Cl – – 2е à 2 Cl 0 2NaCl + 2H 2O à H2 + Cl2 + 2NaOH Cheminis veikla Cheminis anijonai mažai tikėtini mažėja.

O jei druskoje yra

SO 4 2-

? Panagrinėkime nikelio sulfato tirpalo elektrolizę ( II

).

Nikelio sulfatas ( ) disocijuoja į jonus Ni 2+ ir SO 4 2-:

NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-

Kartu užrašykime katode ir anode vykstančių procesų lygtis:

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

).

anodas (+) SO42-; OH-;2H2O-4 e à O 2 + 4H +

4 elektronai dalyvauja redukcijos procesuose ir 4 elektronai taip pat dalyvauja oksidacijos procesuose. Sudėkime šias lygtis ir gaukime bendrąją reakcijos lygtį:

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

Dešinėje lygties pusėje yra ir H +, ir oi- , kurios susijungia ir sudaro vandens molekules:

H + + OH - à H 2 O

Todėl dešinėje lygties pusėje vietoj 4 H + jonų ir 2 jonų oi- Parašykime 2 vandens molekules ir 2 H + jonus:

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

Sumažinkime dvi vandens molekules abiejose lygties pusėse:

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

Tai trumpa joninė lygtis. Norėdami gauti visą joninę lygtį, į abi puses turite pridėti sulfato joną 2 Cl – – 2е à 2 Cl 0 , susidaręs nikelio sulfato disociacijos metu ( Cheminis ) ir nedalyvauja reakcijoje:

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

Taigi nikelio sulfato tirpalo elektrolizės metu ( Cheminis ) katode išsiskiria vandenilis ir nikelis, o anode – deguonis.

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

3 pavyzdys. Parašykite lygtis procesų, vykstančių elektrolizės metu natrio sulfato vandeniniam tirpalui su inertiniu anodu.

Standartinis elektrodų sistemos potencialas Na + + e = Na 0 yra žymiai neigiamas nei vandeninio elektrodo potencialas neutralioje vandeninėje terpėje (-0,41 V), todėl katode įvyks elektrocheminis vandens redukavimas, lydimas vandenilio

2H 2 O à 2 H + + 2 OH -

ir Na jonai + atėjus prie katodo susikaups greta esančioje tirpalo dalyje (katodo erdvėje).

Ant anodo įvyks elektrocheminė vandens oksidacija, dėl kurios išsiskirs deguonis

2 H 2 O – 4е à O 2 + 4 H +

kadangi atitinkantys šią sistemą standartinis elektrodo potencialas (1,23 V) yra žymiai mažesnis už standartinį elektrodo potencialą (2,01 V), apibūdinantį sistemą

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

SO 4 2- jonai elektrolizės metu judant link anodo kaupsis anodo erdvėje.

Padauginus katodinio proceso lygtį iš dviejų ir sudėjus ją su anodinio proceso lygtimi, gauname bendrą elektrolizės proceso lygtį:

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

Atsižvelgiant į tai, kad tuo pačiu metu vyksta jonų kaupimasis katodo erdvėje ir jonai anodo erdvėje, bendrą proceso lygtį galima parašyti tokia forma:

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

Taigi, kartu su vandenilio ir deguonies išsiskyrimu, susidaro natrio hidroksidas (katodo erdvėje) ir sieros rūgštis (anodo erdvėje).

4 pavyzdys.Vario sulfato tirpalo elektrolizė ( II) CuSO 4 .

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

katodas (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

anodas (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H + 1

H+ jonai lieka tirpale 2 Cl – – 2е à 2 Cl 0 , nes sieros rūgštis kaupiasi.

2CuSO4 + 2H2O à 2Cu + 2H2SO4 + O 2

5 pavyzdys. Vario chlorido tirpalo elektrolizė ( II) CuCl 2.

Katodas (-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)

katodas (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

anodas (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

Abi lygtys apima du elektronus.

Cu 2+ + 2e à Cu 0 1

2Cl - --- 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (joninė lygtis)

CuCl 2 à Cu + Cl 2 (molekulinė lygtis)

6 pavyzdys. Sidabro nitrato tirpalo elektrolizė AgNO3.

Katodas (-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)

katodas (-) Ag + + e à Ag 0

anodas (+) 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 + + O 2 (joninė lygtis)

4 Ag + + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 H + + O 2 + 4 NE 3 - (visa joninė lygtis)

4 AgNO 3 + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 HNO 3 + O 2 (molekulinė lygtis)

7 pavyzdys. Vandenilio chlorido rūgšties tirpalo elektrolizėHCl.

Natrio hidroksidas tirpale disocijuoja į katijonus ir hidroksido jonus.<-- H + + Cl - à anodas (+)

katodas (-) 2H + + 2 eà H 2

anodas (+) 2Cl - – 2 eà Cl 2

2 H + + 2 Cl - à H 2 + Cl 2 (joninė lygtis)

2 HClà H 2 + Cl 2 (molekulinė lygtis)

8 pavyzdys. Sieros rūgšties tirpalo elektrolizėH 2 TAIP 4 .

Katodas (-) <-- 2H + + SO 4 2- à anodas (+)

katodas (-)2H+ + 2eà H 2

anodas(+) 2H2O – 4eà O2 + 4H+

2H+ + 2eà H 2 2

2H 2 O – 4eà O2 + 4H+1

4H+ + 2H2Oà 2H2 + 4H+ +O2

2H2Oà 2H2 + O2

Pavyzdys 9. Kalio hidroksido tirpalo elektrolizėKOH.

Natrio hidroksidas tirpale disocijuoja į katijonus ir hidroksido jonus.<-- K + + Oi - à anodas (+)

Kalio katijonai prie katodo nesumažės, nes kalis yra metalų įtampos serijoje, esančioje kairėje nuo aliuminio, vandens molekulės sumažės:

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

katodas(-) 2H2O + 2eà H2 +2OH - 2

anodas(+) 4OH - - 4eà 2H 2O +O 2 1

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

2 H 2 Oà 2 H 2 + O 2

10 pavyzdys. Kalio nitrato tirpalo elektrolizėKNO 3 .

Katodas (-) <-- K + + NO 3 - à anodas (+)

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

katodas(-) 2H2O + 2eà H2+2OH-2

anodas(+) 2H2O – 4eà O2 + 4H+1

4H2O + 2H2Oà 2H2 + 4OH - + 4H++ O2

2H2Oà 2H2 + O2

Kai elektros srovė praeina per deguonies turinčių rūgščių, šarmų ir deguonies turinčių rūgščių druskų tirpalus su metalais, esančiais metalų įtampos serijoje į kairę nuo aliuminio, praktiškai vyksta vandens elektrolizė. Šiuo atveju katode išsiskiria vandenilis, o anode – deguonis.

Išvados. Nustatant vandeninių elektrolitų tirpalų elektrolizės produktus, paprasčiausiais atvejais galima vadovautis šiais svarstymais:

1.Metalo jonai su maža standartinio potencialo algebrine verte - nuoLi + įAl 3+ imtinai - turi labai silpną polinkį iš naujo pridėti elektronų, būdami prastesni už jonusH + (cm. Katijonų veiklos serija). Šių katijonų turinčių junginių vandeninių tirpalų elektrolizės metu jonai atlieka oksiduojančio agento funkciją prie katodo.H + , atkuriant pagal schemą:

2 H 2 O+ 2 eà H 2 + 2OH -

2. Metalo katijonai su teigiamomis standartinių potencialų reikšmėmis (Cu 2+ , Ag + , Hg 2+ ir tt) turi didesnę tendenciją pridėti elektronų, palyginti su jonais. Elektrolizuojant jų druskų vandeninius tirpalus, šie katijonai atpalaiduoja oksiduojančio agento funkciją katode, o redukuojasi į metalą pagal schemą, pavyzdžiui:

Cu 2+ +2 eà Cu 0

3. Elektrolizės metu metalų druskų vandeniniams tirpalamsZn, Fe, Cd, Niir tt, užimantys vidurinę padėtį įtampos serijoje tarp išvardytų grupių, redukcijos procesas prie katodo vyksta pagal abi schemas. Išsiskiriančio metalo masė šiais atvejais neatitinka tekančios elektros srovės, kurios dalis išleidžiama vandenilio susidarymui, kiekio.

4. Vandeniniuose elektrolitų tirpaluose monoatominiai anijonai (Cl - , Br - , J - ), deguonies turintys anijonai (NE 3 - , TAIP 4 2- , P.O. 4 3- ir kiti), taip pat vandens hidroksilo jonai. Iš jų halogenidų jonai turi stipresnes redukcines savybes, išskyrusF.OiJonaiHCl, užima tarpinę padėtį tarp jų ir poliatominių anijonų., Todėl vandeninių tirpalų elektrolizės metuHBr

2 H.J. - -2 eà H.J. 2 0

arba jų druskos prie anodo, halogenidų jonų oksidacija vyksta pagal šią schemą:

4 X – 4 eà 2 H 2 O + O 2 + 4 H +

.

Elektrolizės metu vandeniniai sulfatų, nitratų, fosfatų ir kt.

Redukuojančio agento funkciją atlieka jonai, oksiduojantys pagal šią schemą: HOH Užduotys.

ZAkotedžas 1. Elektrolizės metu vario sulfato tirpalui prie katodo išsiskyrė 48 g vario.0 4 2 ".

Raskite prie anodo išsiskyrusių dujų tūrį ir tirpale susidariusios sieros rūgšties masę.

Vario sulfatas tirpale nedisociuoja jonų

C 2+ ir12

S |1

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

Užrašykime katode ir anode vykstančių procesų lygtis. Katijonai sumažinami prie katodo, o vandens elektrolizė vyksta ant anodo:

Prie abiejų lygties pusių pridėkime po 2 sulfato jonus, kurie susidaro disociuojant vario sulfatui, ir gausime pilną joninę lygtį:

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

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

Ant anodo išsiskiriančios dujos yra deguonis. Tirpale susidaro sieros rūgštis.

Vario molinė masė yra 64 g/mol, apskaičiuokime vario medžiagos kiekį:

Pagal reakcijos lygtį, kai prie katodo išsiskiria 2 moliai vario, ant anodo išsiskiria 1 molis deguonies. Prie katodo išsiskiria 0,75 molio vario, o prie anodo išsilaisvina x molio deguonies. Padarykime proporciją:

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

prie anodo išsiskyrė 0,375 mol deguonies,

v(O2) = 0,375 mol.

Apskaičiuokime išleisto deguonies tūrį:

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

Pagal reakcijos lygtį, kai katode išsiskiria 2 moliai vario, tirpale susidaro 2 moliai sieros rūgšties, o tai reiškia, kad jei katode išsiskiria 0,75 molio vario, tai susidaro 0,75 molio sieros rūgšties. tirpale v(H2SO4) = 0,75 molio .

Apskaičiuokime sieros rūgšties molinę masę:

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

Apskaičiuokime sieros rūgšties masę:

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

prie anodo išsiskyrė 8,4 litro deguonies; Tirpale susidarė 73,5 g sieros rūgšties

2 uždavinys. Raskite dujų, išsiskiriančių prie katodo ir anodo, tūrį elektrolizės metu vandeniniam tirpalui, kuriame yra 111,75 g kalio chlorido. Kokia medžiaga susidarė tirpale? Raskite jo masę.

Kalio chloridas tirpale disocijuoja į K+ ir Cl jonus:

2КС1 =К+ + Сl

Kalio jonai nėra redukuojami prie katodo, sumažinamos vandens molekulės. Anode oksiduojasi chloro jonai ir išsiskiria chloras:

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

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

2SG-2e" = C12|1

2СГl+ 2Н2О = Н2 + 2ОН" + С12 (trumpoji joninė lygtis) Tirpale taip pat yra K+ jonų, susidarančių disociuojant kalio chloridui ir nedalyvaujančių reakcijoje:

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

Perrašykime lygtį molekuline forma:

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

Prie katodo išsiskiria vandenilis, prie anodo – chloras, tirpale susidaro kalio hidroksidas.

Tirpale buvo 111,75 g kalio chlorido.

Apskaičiuokime kalio chlorido molinę masę:

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

Apskaičiuokime kalio chlorido kiekį:

Pagal reakcijos lygtį elektrolizės metu 2 mol kalio chlorido išsiskiria 1 molis chloro. Elektrolizuojant 1,5 molio kalio chlorido susidaro x mol chloro.

Išsiskirs 0,75 mol chloro, v(C!2) = 0,75 mol. Pagal reakcijos lygtį, kai prie anodo išsiskiria 1 molis chloro, katode išsiskiria 1 molis vandenilio. Todėl jei prie anodo išsiskiria 0,75 mol chloro, tai prie katodo išsiskiria 0,75 mol vandenilio, v(H2) = 0,75 mol.

Apskaičiuokime anode išsiskiriančio chloro tūrį:

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

Vandenilio tūris lygus chloro tūriui:

Y(H2) = Y(C12) = 16,8 l.

Pagal reakcijos lygtį elektrolizuojant 2 mol kalio chlorido susidaro 2 mol kalio hidroksido, tai reiškia, kad elektrolizuojant 0,75 mol kalio chlorido susidaro 0,75 mol kalio hidroksido. Apskaičiuokime kalio hidroksido molinę masę:

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

Apskaičiuokime kalio hidroksido masę:

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. Prie katodo išsiskyrė 16,8 litro vandenilio, prie anodo – 16,8 litro chloro, o tirpale susidarė 42 g kalio hidroksido.

3 uždavinys. Elektrolizuojant 19 g dvivalenčio metalo chlorido tirpalą, prie anodo išsiskyrė 8,96 litro chloro. Nustatykite, kuris metalo chloridas buvo elektrolizuojamas. Apskaičiuokite ant katodo išsiskiriančio vandenilio tūrį.

Pažymime nežinomą metalą M, jo chlorido formulė yra MC12. Prie anodo oksiduojasi chlorido jonai ir išsiskiria chloras. Sąlyga teigia, kad katode išsiskiria vandenilis, todėl vyksta vandens molekulių redukcija:

2Н20 + 2е- = Н2 + 2ОH|1

2Cl -2e" = C12! 1

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

2Cl + 2H2O = H2 + 2OH" + C12 (trumpoji joninė lygtis)

Tirpale taip pat yra M2+ jonų, kurie reakcijos metu nekinta.

Parašykime visą joninę reakcijos lygtį:

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

Perrašykime reakcijos lygtį molekuline forma:

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

Raskime ant anodo išsiskiriančio chloro kiekį:

Pagal reakcijos lygtį elektrolizės metu 1 moliui nežinomo metalo chlorido išsiskiria 1 molis chloro. Jei išsiskyrė 0,4 molio chloro, tada elektrolizė buvo atlikta 0,4 molio metalo chlorido. Apskaičiuokime metalo chlorido molinę masę:

Nežinomo metalo chlorido molinė masė yra 95 g/mol.

Dviem chloro atomams yra 35,5"2 = 71 g/mol.

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0,75 mol «98 g/mol = 73,5 g. magnio chlorido tirpalas buvo elektrolizuojamas; Prie katodo išsiskyrė 8,96 litro vandenilio.

*Problema 4. Elektrolizės metu 200 g 15% koncentracijos kalio sulfato tirpalo prie anodo išsiskyrė 14,56 litro deguonies.

Apskaičiuokite tirpalo koncentraciją elektrolizės pabaigoje.

Kalio sulfato tirpale vandens molekulės reaguoja ir prie katodo, ir prie anodo:

2Н20 + 2е" = Н2 + 20Н-|2

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

Sudėkime abi lygtis kartu:

6H2O = 2H2 + 4OH" + 4H+ + O2 arba

6H2O = 2H2 + 4H2O + O2 arba

2H2O = 2H2 + 02

Tiesą sakant, kai vyksta kalio sulfato tirpalo elektrolizė, įvyksta vandens elektrolizė.

Tirpalo koncentracija tirpale nustatoma pagal formulę:

С=m (tirpusi medžiaga) 100 % / m (tirpalas)

Norėdami sužinoti kalio sulfato tirpalo koncentraciją elektrolizės pabaigoje, turite žinoti kalio sulfato masę ir tirpalo masę. Kalio sulfato masė reakcijos metu nekinta. Apskaičiuokime kalio sulfato masę pradiniame tirpale. Pradinio tirpalo koncentraciją pažymėkime C

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

Tirpalo masė keičiasi elektrolizės metu, nes dalis vandens virsta vandeniliu ir deguonimi. 2Apskaičiuokime išleisto deguonies kiekį:

(O

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

Pagal reakcijos lygtį 2 moliai vandens gamina 1 molį deguonies. Tegul skylant x mol vandens išsiskiria 0,65 mol deguonies. Padarykime proporciją:

1,3 mol vandens suiro, v(H2O) = 1,3 mol.

Apskaičiuokime molinę vandens masę:

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

Apskaičiuokime suirusio vandens masę:

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. Kalio sulfato tirpalo masė sumažėjo 23,4 g ir tapo lygi 200-23,4 = 176,6 g Dabar apskaičiuokime kalio sulfato tirpalo koncentraciją elektrolizės pabaigoje:

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

tirpalo koncentracija elektrolizės pabaigoje yra 17%.

*5 užduotis. Vandenyje ištirpinta 188,3 g natrio ir kalio chloridų mišinio ir per gautą tirpalą praleidžiama elektros srovė.

Elektrolizės metu prie katodo išsiskyrė 33,6 litro vandenilio. Apskaičiuokite mišinio sudėtį masės procentais.

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

Kalio chlorido kiekį mišinyje pažymėkime x mol, o natrio chlorido kiekį – mol. Pagal reakcijos lygtį elektrolizės metu 2 mol natrio arba kalio chlorido išsiskiria 1 molis vandenilio.

Todėl elektrolizės metu x molio kalio chlorido susidaro x/2 arba 0,5x molio vandenilio, o elektrolizės metu x molio natrio chlorido - 0,5y molio vandenilio.

Raskime mišinio elektrolizės metu išsiskyrusio vandenilio kiekį:

Padarykime lygtį: 0,5x + 0,5y = 1,5

Apskaičiuokime kalio ir natrio chloridų molines mases:

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

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

Masė x molio kalio chlorido yra lygi:

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

Natrio chlorido molio masė yra:

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

Mišinio masė 188,3 g, sudarykime antrą lygtį:

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

Taigi, mes išsprendžiame dviejų lygčių sistemą su dviem nežinomaisiais:

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

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

Iš pirmosios lygties išreiškiame x:

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

x = 3-y

Pakeitę šią x reikšmę į antrąją lygtį, gauname:

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

223,5–74,5 m + 58,5 m = 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. Apskaičiuokime natrio chlorido masės dalį:

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

mišinyje yra 31,65% kalio chlorido ir 68,35% natrio chlorido.

Įvadas

I SKYRIUS. Literatūros apžvalga

1.1. Kalcio chlorido gavimo ir perdirbimo būdai 7

1.1.1 Cheminiai metodai 7

1.1.2. Elektrocheminiai metodai 10

1.2. Kalcio sacharatų paruošimas ir naudojimas kaip korozijos inhibitoriai 12

1.3 Elektrocheminė chloro dujų sintezė 13

1.4. Anglies dioksido sintezė 16

1.5. Elektrocheminių procesų dėsniai natūraliuose vandenyse, kuriuose yra kalcio jonų 17

1,5 l. Terminių vandenų elektrolizė 17

1.5.2. Jūros vandens elektrolizė 20

1.6. Literatūros apžvalgos išvados 23

II SKYRIUS. 24 eksperimentinė procedūra

2.1. Poliarizacijos matavimai 24

2.2- Elektrocheminė sintezė 25

2.3. Produktų analizės ir identifikavimo metodika 26

2.4. Matematinis gautų rezultatų apdorojimas 33

III skyrius. Eksperimentiniai duomenys ir diskusija

3.1.2. Katodinis procesas – vandenilio dujų susidarymo kinetika elektrolizės metu kalcio chlorido tirpalui 45

3.1.3. Vandeninio kalcio chlorido tirpalo elektrolizės paruošiamieji aspektai 48

3.2. Elektrodų reakcijų atsiradimo vandeniniuose tirpaluose (CAC12+CUKRŪZĖ) ant įvairių elektrodų medžiagų ypatumai 50

3.2.1. Katodinis procesas 50

3.2.2. Parengiamieji kalcio sacharozės elektrocheminės gamybos aspektai 58

3.2.3. Elektrodų reakcijų schemos sistemoje: (CaC12 + sacharozė + Ca(OH)2) 61

3.2.3.1 Anodinis procesas 61

3.2.3.2 Katodinis procesas 62

3.3. Elektrodų reakcijų schemos sistemoje [CaCl2+NIII3+Ca(III3)2] 65

3.3.1. Anodinis procesas 65

3.3.2. Katodinis procesas. 68

3.3.3. Parengiamieji kalcio nitrato elektrocheminės sintezės aspektai 74

3.3.4. Parengiamieji elektrocheminės anglies dioksido gamybos aspektai 75

3.4 Elektrocheminė kalcio acetato gamyba 78

3.4.1. Katodinio proceso ypatumai vykstant kalcio acetato elektrosintezei ant įvairių elektrodų medžiagų 79

3.4.2. Parengiamieji kalcio acetato elektrosintezės aspektai 87

Literatūra

Įvadas į darbą

Temos aktualumas. Beveik visuose natūraliuose vandenyse yra įvairios koncentracijos kalcio junginių. Dideli kalcio chlorido kiekiai susidaro kaip atliekos gaminant sodą, hidrolizuojant chlorintus organinius junginius ir kituose gamybos procesuose.

Žinomi cheminiai ir elektrocheminiai kalcio chlorido apdorojimo metodai turi didelių trūkumų: chlorido skaidymas

kalcio 950-1000 C temperatūroje reikia naudoti specialias statybines medžiagas ir didelius energijos sąnaudas vykstant kalcio chlorido tirpalų elektrolizei, ant katodo nusėda netirpios nuosėdos (tCa(OH)2* iCaCI2) ir laikui bėgant elektros srovė per sistemą nutrūksta.

Kalcio chlorido perdirbimas į vertingesnius produktus, naudojant jį kaip naujos rūšies žaliavą druskos rūgšties, chloro, chlorosulfono rūgščių ir aliuminio chlorido gamybai organinėje ir farmacinėje gamyboje, yra neatidėliotina problema.

Ypač perspektyvūs šiems tikslams yra elektrocheminiai metodai, leidžiantys sintetinti cheminius produktus nenaudojant reagentų, naudojant elektrooksidacinius ir elektroredukcijos procesus.

Tyrimo objektų pasirinkimą disertaciniame darbe lėmė, viena vertus, galutinių produktų vertė, kita vertus, galimybė kaip žaliavą panaudoti kalcio chloridą, didelio tonažo pramonines atliekas, t. kurių apdorojimas padeda apsaugoti aplinką nuo kenksmingų pramoninių išmetamųjų teršalų.

Tyrimo tikslas ir uždaviniai. Darbo tikslas – teisės studijos
elektrodų reakcijų matmenys ir kalcio turinčios gamybos
skysti junginiai iš vandeninių kalcio chlorido tirpalų.

Norint pasiekti šį tikslą, reikėjo išspręsti šias užduotis:

tirti chloro išsiskyrimo iš kalcio chlorido vandeninių tirpalų ant įvairių elektrodų medžiagų anodinę reakciją;

nustatyti elektrodų reakcijų kinetiką ir mechanizmą vandeniniuose kalcio chlorido, kalcio nitrato, kalcio acetato ir kalcio chlorido mišinio su sacharoze tirpaluose;

Nustatyti optimalius elektrocheminės kalcio sintezės parametrus
F ci turintys junginiai: srovės tankis, elektrolitų koncentracija,

dabartinė tikslinių produktų produkcija.

Tyrimo objektai buvo elektrocheminiai procesai, prote
prasiskverbia į įvairias elektrodų medžiagas vandeniniuose chlorido tirpaluose
kalcio su įvairiais priedais. Tyrimo objekto pasirinkimą lėmė su
viena vertus, žinių trūkumas ir elektrodų procesų sudėtingumas lenktynėse
peržiūrimos sistemos ir, kita vertus, galimybė panaudoti atliekas
Sh didelio masto kalcio chlorido gamyba, siekiant gauti vertingų

produktų.

Mokslinė naujovė:

Sukurtas mokslinis pagrindas vandeninių tirpalų, turinčių kalcio jonų, elektrolizės technologijai ir pažangiems technologiniams sprendimams;

Anodinių ir katodinių reakcijų atsiradimo modeliai pagal
kalcio turinčių junginių spinduliavimas ant įvairių elektrodų medžiagų

Praktinė reikšmė veikia:

Pirmą kartą, kaip žaliavą naudojant kalcio chloridą, buvo susintetinti tokie vertingi cheminiai junginiai kaip kalcio acetatas, kalcio sacharozė, kalcio nitratas, anglies dioksidas, chloras ir vandenilio dujos.

Patvirtinimas dirbti. Pagrindiniai rezultatai buvo pranešti ir aptarti XIV organinių junginių elektrochemijos posėdyje „Organinių junginių elektrochemijos naujienos“ (Novočerkaskas, 1998), visos Rusijos mokslinėje ir praktinėje konferencijoje „Chemija technologijose ir medicinoje“ (Machačkala). , 2002), tarptautinėje mokslinėje-techninėje konferencijoje, skirtoje Sankt Peterburgo valstybinio žemos temperatūros ir maisto technologijų universiteto 70-mečiui (Sankt Peterburgas, 2001), vyko tarptautinė konferencija „Šiuolaikinės organinės chemijos, ekologijos ir biotechnologija“ (Luga, 2001), baigiamose visos Rusijos konferencijose „Ekologija ir racionalus gamtos išteklių naudojimas“ (Sankt Peterburgas, 2001 ir 2002).

Disertacijos apimtis ir struktūra. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, išvados ir literatūros sąrašas, įskaitant 111 pavadinimų. Darbas pateiktas 100 puslapių spausdinto teksto, 36 paveikslai ir 6 lentelės.

Darbas buvo atliktas gaunant Rusijos Federacijos švietimo ministerijos dotaciją pagal programą „Aukštojo mokslo moksliniai tyrimai prioritetinėse mokslo ir technologijų srityse“, paprogramę „Ekologija ir racionalus gamtos išteklių naudojimas“, skyrius - "Dirbtinių darinių ir pramoninių bei buitinių atliekų naudojimo problemos 2001-2002".

Kalcio sacharatų paruošimas ir naudojimas kaip korozijos inhibitoriai

Didelis chloro kiekis naudojamas balikliams (kalcio hipochloritui ir balikliui) gaminti. Deginant chlorą vandenilio atmosferoje, gaunamas grynas vandenilio chloridas. Atitinkami chloridai naudojami titano, niobio ir silicio gamyboje. Geležies ir aliuminio fosforo chloridai taip pat naudojami pramonėje.

Daugiau nei 60 % viso pagaminamo chloro sunaudojama organinių chloro junginių sintezei. Dideli chloro vartotojai yra anglies tetrachlorido, chloroformo, metileno chlorido, dichloretano, vinilo chlorido ir chlorbenzeno gamyba. Nemažai chloro sunaudojama glicerolio ir etilenglikolio sintezėje chloro metodais, taip pat anglies disulfido sintezėje.

Vandens dezinfekcijai chloro dioksidas, gaunamas elektrolizės būdu iš natrio chlorido tirpalo, yra perspektyvesnis.

Preliminariais skaičiavimais, chloro gamyba 1987 metais JAV siekė 10,4 mln. 1 tonos chloro kaina yra 195 USD. Chloras gaunamas elektrolizės būdu iš NaCl tirpalo. Pramoninių elektrolizatorių teoriniai pagrindai ir konstrukcijos aprašyti monografijoje.

NaCl sūrymų elektrolizės technologijos įvaldymas naudojant jonų mainų membranas leidžia sumažinti (palyginti su diafragma ar gyvsidabrio elektrolize) įrangos savikainą (15-25%) ir energijos sąnaudas (20-35%). Membraninės elektrolizės pelningumas siejamas su galimybe gaminti 40% koncentracijos šarmą su 200 kWh/t produkto elektros sąnaudomis. Dvisluoksnės membranos leidžia veikti esant iki 4 kA/m srovės tankiui, o tai užtikrina efektyvesnį pigios elektros naudojimą naktį. Šie pranašumai visiškai kompensuoja palyginti didelę naujų membranų kainą (500–700 USD/m2).

Aptariamas aktyvuotų katodų panaudojimo efektyvumas siekiant sumažinti vandenilio išsiskyrimo viršįtampą. Tolesnį elemento įtampą galima sumažinti padidinus darbinį slėgį iki 5 bar, tuo pačiu didinant temperatūrą. Naudojant deguonį (orą), kuris depoliarizuoja katodą, pakeičiant vandenilio išsiskyrimo procesą deguonies redukcijos procesu, energijos sąnaudos sumažėja iki 1600 kWh/t šarmo (jei neatsižvelgiama į prarastą vandenilio energijos intensyvumą) . Alternatyvus būdas yra vandenilio elektrooksidacija kuro elemente.

Aprašyti Hoechst kompanijos eksperimentai su chloro membraniniu elektrolizatoriumi, kurio membranos plotas 0,1 m2. Nustatyta, kad srovės efektyvumas, kuris mažėja didėjant šarmų koncentracijai, pasiekia minimumą esant 30 % koncentracijai, o vėliau padidėja iki 34 %, po to vėl krenta. Nagrinėjami įvairūs membraninio proceso įgyvendinimo mechanizmai ir membranų savybių parinkimas bei jų senėjimo priežastys. Įrodyta, kad tik esant mažoms garo sąnaudoms, membranos elektrolizės energijos sąnaudos gali priartėti prie gyvsidabrio metodo.

Darbe atliktas sisteminis šarminių ir šarminių žemės metalų chloridų tirpalų be diafragmos elektrolizės tyrimas. Įrodyta, kad anodinio proceso eigos skirtumai, priklausomai nuo pradinio elektrolito katijono pobūdžio, atsiranda dėl skirtingo elektrolizės produktų tirpumo, daugiausia dėl atitinkamų metalų hidroksidų tirpumo.

Chlorido membranos elektrolizatoriuje bent vienoje membranos pusėje yra akytas dujoms ir skysčiams pralaidus sluoksnis, kuris neturi elektrodo aktyvumo. Katodo ir anodo kamerose pageidautina palaikyti 15 kgf/cm2 slėgį, o tai leidžia sumažinti elektrolizės įtampą. Metodas gali būti taikomas vandens ir druskos rūgšties elektrolizei.

Straipsnyje aptariamas chloro dujų gamybos netekančiame elektrolizatoriuje proceso modelis.

Terminių vandenų elektrolizė

Pastaruoju metu natrio arba kalcio hipochloritas buvo naudojamas vandeniui išvalyti ir ypač neutralizuoti. Didesnį susidomėjimą hipochloritu daugiausia lemia didelės jo panaudojimo galimybės. Hipochlorito, gauto elektrolizės būdu iš jūros vandens, naudojimas nuotekoms valyti yra ekologiškas.

Elektrocheminis hipochlorito tirpalų gamybos būdas, elektrolizuojant valgomosios druskos vandeninius tirpalus arba natūralų vandenį, leidžia organizuoti šią gamybą tiesiogiai tirpalų vartojimo vietose ir nereikia ilgai laikyti hipochlorito tirpalų.

Šiuo metu naudojami du dezinfekavimo priemonės elektrocheminės gamybos būdai: koncentruotų natrio chlorido tirpalų elektrolizė, po to maišoma su apdorotu vandeniu ir tiesioginė dezinfekuoto vandens elektrolizė. Elektrolizės procesas tiek vienu, tiek kitu atveju priklauso nuo srovės tankio prie elektrodų, natrio chlorido koncentracijos, pH, temperatūros ir elektrolito judėjimo pobūdžio, elektrodų medžiagos ir jų pasyvumo, taip pat nuo srovės tiekimo į elektrodus būdas.

Ištirtas natrio hipochlorito elektrocheminės sintezės procesas membraniniame elektrolizatoriuje su ORTA elektrodu ir neorganine keramine membrana 2x0g pagrindu. Tirta srovės tankio, natrio chlorido tirpalo koncentracijos, natrio chlorido tirpalo tiekimo greičio, tirpalų tiekimo į elektrodų kameras įtaka. Įrodyta, kad optimaliomis sąlygomis dabartinis natrio hipochlorito efektyvumas yra 77%, kai specifinis elektros suvartojimas yra 2,4 kWh/kg, o natrio chlorido – 3,1 kg/kg. Anodo atsparumas korozijai buvo nustatytas eksperimentinėmis sąlygomis.

Siūlomas chloro turinčių junginių stebėjimo vandens valymo metu metodas ir prietaisas, daugiausia skirtas baseinų vandeniui dezinfekuoti. Dezinfekuojantis natrio hipochlorito tirpalas generuojamas elektrolitiniu metodu ir daroma prielaida, kad baseino vandenyje yra pakankamai chloridų. Vanduo cirkuliuoja uždara grandine, kurios išorinėje dalyje yra elektrolizatorius, taip pat filtras vandens valymui.

Geriamajam vandeniui dezinfekuoti patento autoriai siūlo į dujotiekio šoninį paviršių pastatyti mini elektrolizatorių, kuriame iš skiesto chlorido turinčio tirpalo elektrocheminiu būdu gaminamas hipochloritas.

Ištirtos praskiesto (0,89%) natrio chlorido tirpalo elektrolizės tekėjimo sąlygomis ypatumai. Nustatyta, kad padidinus srautą smarkiai sumažėja chlorato išeiga ir gali žymiai padidėti elektrolizatoriaus našumas ir stabilumas. Geriausi rezultatai buvo gauti naudojant elektrolizatorių su titano elektrodais, padengtais dispersine platina, kurios šiurkštumo koeficientas ne mažesnis kaip 200, periodiškai įjungiant anodus katodiniu būdu.

Ištirtas elektrocheminis natrio hipochlorito sintezės veikiant slėgiui procesas. Elektrolizė atliekama autoklave, pagamintame iš titano lydinio, sutvirtinto viduje fluoroplastu, maišant. Katodinės reakcijos metu susidariusios vandenilio dujos kaupiasi sistemoje, padidindamos jos slėgį. Tyrimai buvo atliekami esant 100-150 atm slėgiui. Dėl to, kad tirpale yra aukštas slėgis, padidėja chloro tirpumas, o tai lemia didesnį natrio hipochlorito išeigą. Titano pagrindu pagamintas rutenio dioksidas, grafitas ir platina buvo naudojami kaip katodo medžiagos, o titanas buvo katodas.

Pranešama apie natrio hipochlorito, gauto natūralių vandenų elektrolizės būdu, naudojimą Makhachkala-Ternairskoe lauko vandeniui iš fenolio išvalyti.

Jūros vanduo pasižymi didele mineralizacija. Jūros vandens mineralizacija apskritai yra 3,5% arba 35 000 ppm. „1. Iš jų tik dviejų komponentų (chloridų ir natrio) yra daugiau nei 1%, o kitų dviejų: sulfato ir magnio koncentracija yra tokia. apie OD% kalcio, kalio, bikarbonato ir bromo yra apie 0,001%.

Pagal atskirų druskų ir jų sumos santykį Kaspijos jūros vandenų druskingumas skiriasi nuo vandenyno ir Juodosios jūros. Kaspijos jūros vandenys, palyginti su okeaniniais, yra gana prasti Na ir SG jonų, daug Ca ir SO4 jonų. Vidutinis Kaspijos jūros vandenų druskingumas yra 12,8–12,85%, svyruoja nuo 3% Volgos žiotys iki 20% Balchano įlankoje. Žiemą Šiaurės Kaukazo vandenų druskingumas yra didelis, o tai paaiškinama ledo formavimu ir silpnu Volgos vandenų antplūdžiu.

Pastaraisiais metais į jūrą padaugėjo druskų, o tai siejama su padidėjusiu upių jonų srautu.

Didžiausias kiekis suspenduotų dalelių, esančių jūros vandenyje, turi tų pačių mineralų, kaip ir aplinkinėse uolienose (kaolinitas, talkas, kvarcas, lauko špatas ir kt.). 1.1 lentelėje. Pateikiama pagrindinė Kaspijos jūros vandens sudėtis.

Elektrocheminė sintezė

Chloro turinčių junginių analizė atlikta šiais metodais: HC nustatymas Poncijaus metodu. 10 ml elektrolito (pH = 8), pridėjus nedidelį kiekį krakmolo, titruojama OD kalio jodido tirpalu. SG apibrėžimas. Įpilkite 1 ml elektrolito iki 100 ml distiliuoto vandens. 10 ml mėginio titruokite 0,1 N sidabro nitrato tirpalu, kai yra keli lašai CH3COOH + K2ClO4.

C1CV nustatymas. Į 10 ml mėginio įpilkite 25 ml Mohro druskos. Kaitinkite, kol pasirodys burbuliukai, ir smarkiai atvėsinkite. Įpilkite 5 ml Reinharto mišinio ir titruokite 0,1 N kalio permanganato tirpalu, kol pasirodys rausva spalva.

SY/ apibrėžimas. Į 10 ml elektrolito įpilkite 10 ml prisotinto kalio chlorido tirpalo. Jei nuosėdos nesusidaro, sistemoje CO/-ų nėra. Išsiskyrusio chloro kiekio nustatymas Elektrolizės metu susidaręs dujinis chloras praleidžiamas per kalio jodido tirpalą, o išsiskyręs jodas titruojamas tam tikros koncentracijos natrio tiosulfatu. Chloras nustatomas jodometriniu titrimetriniu metodu.

Reagentai: natrio tiosulfatas - 0,005 N tirpalas; KI - 10% tirpalas; acetato buferio mišinys. Paruoškite sumaišydami vienodus kiekius 1 N CH3COONa ir CH3COOH tirpalų; šviežiai paruoštas krakmolo tirpalas - 1% tirpalas.

Apsisprendimo eiga. Į 250 ml kūginę kolbą pipete įpilkite 100 ml vandentiekio vandens, įpilkite 5 ml 10 % KI tirpalo, 5 ml acetato buferinio mišinio ir 1 ml krakmolo tirpalo. Mėginys titruojamas 0,005 N natrio tiosulfato tirpalu, kol išnyks mėlyna tirpalo spalva.

Kalcio kiekiui vandenyse nustatyti naudojamas trilonometrinis metodas, leidžiantis nustatyti 0,1 mg ar daugiau Ca mėginyje. Šis metodas pagrįstas Trilon B naudojimu, kai yra mu-reksido indikatorius. Metodo esmė ta, kad Ca2+ jonai šarminėje terpėje sudaro kompleksinį junginį su mureksidu, kuris titruojant Trilonu B sunaikinamas, susidarant stabilesniam natrio kompleksonatui. Murexidas (violetinės rūgšties amonio druska, esant pH 12, sąveikauja su Ca jonais, sudarydama rausvus junginius.

Mureksidas nereaguoja su Mg jonais, tačiau jei pastarųjų tiriamame vandenyje yra daugiau nei 30 mg/l, susidaro Mg(OH)2 nuosėdos, kurios adsorbuoja indikatorių ant jo paviršiaus, todėl sunku fiksuoti lygiavertiškumo taškas. Tada tiriamąjį tirpalą reikia atskiesti 5-6 kartus, kad sumažėtų magnio koncentracija.

Reagentai: Trilon B - 0,05 N tirpalas. Tikslus normalumas nustatomas naudojant standartinį 0,05 N MgS04 tirpalą arba paruoštą iš fix-sanalo; NaOH - 10% tirpalas; mureksidas – sausas mišinys (1 dalis mureksido ir 99 dalys NaCl).

Analizės eiga. Į 250 ml kūginę kolbą pipete įpilkite 100 ml tiriamojo vandens, įpilkite 5 ml 10 % natrio hidroksido tirpalo ir įpilkite šiek tiek sauso indikatoriaus mišinio. Tirpalas pasidaro raudonas. Mėginys titruojamas Trilon B, intensyviai maišant, kol atsiranda purpurinė spalva, kuri išlieka stabili 3-5 minutes. Toliau pridėjus Trilon B, spalva nesikeičia. Titruotas mėginys gali būti naudojamas kaip „liudytojas“, tačiau reikia atsiminti, kad titruotas mėginys išlaiko stabilią spalvą palyginti trumpą laiką. Todėl būtina paruošti naują „liudytoją“, jei pastebimas anksčiau paruošto spalvos pasikeitimas.

Katodinis procesas – vandenilio dujų susidarymo kinetika elektrolizės metu kalcio chlorido tirpalui

Atsižvelgiant į tai, kad platina yra brangi elektrodų medžiaga, chloro išsiskyrimo procesas buvo tiriamas naudojant pigesnę medžiagą – grafitą. Fig. 3.3 paveiksle pavaizduotos anodinės srovės ir įtampos kreivės ant grafito vandeniniuose kalcio chlorido tirpaluose, kurių koncentracija 0,1–2,0 M. Kaip ir platinos elektrodo atveju, didėjant kalcio chlorido koncentracijai, chloro išsiskyrimo potencialas pasislenka. į anodinę pusę vidutiniškai 250 - 300 mV.

Iš aukščiau pateiktų chloro išsiskyrimo srovės ir įtampos kreivių ant elektrodų medžiagų, pagamintų iš platinos, grafito ir ORTA, darytina išvada, kad didėjant kalcio chlorido koncentracijai, molekulinio chloro išsiskyrimo procesas palengvėja dėl sumažėjusio proceso difuzijos komponento. .

Palyginti chloro išsiskyrimo kinetinius parametrus pav. 3.4 paveiksle parodytos atitinkamos viršįtampio (n) Tafel priklausomybės nuo srovės tankio (lg і) logaritmo ant platinos, grafito elektrodų ir ORTA.

Atitinkamas tiesiąsias lygtis, apskaičiavus koeficientus a ir b, galima pateikti tokia forma: Naudojant apskaičiuotus koeficientus a ir b, buvo rastos proceso charakteristikos - mainų srovė i0 ir perdavimo koeficientas a.

Toliau pateikiami elektrocheminio chloro išsiskyrimo iš 2M kalcio chlorido tirpalo parametrai:

Fig. 3.5. Lyginamajai analizei pateikiamos platinos, grafito ir ORTA anodinės srovės ir įtampos kreivės 2M kalcio chlorido tirpale. Kaip matyti iš paveikslo, chloras išsiskiria iš kalcio chlorido tirpalo esant mažiausiems potencialams prie ORTA anodo, o srovės ir įtampos kreivė ant grafito pasislenka 250 - 300 mV ORTA kreivės atžvilgiu į anodinę pusę. Todėl akivaizdu, kad ORTA geriau naudoti kaip anodo medžiagą vandeninių kalcio chlorido tirpalų elektrolizei. Ant grafito energijos suvartojimas bus didesnis, o pastarasis ilgaamžiškumu prastesnis nei ORTA, ypač esant didelėms anodinėms apkrovoms.

Atsižvelgiant į tai, kad energijos sąnaudos elektrolizės metu taip pat priklauso nuo katodinio proceso kinetikos, ištyrėme vandenilio išsiskyrimo iš kalcio chlorido vandeninių tirpalų ant įvairių elektrodų medžiagų modelius.

Fig. 3.6. Pateikiamos katodinio vandenilio išsiskyrimo iš kalcio chlorido tirpalų, kurių koncentracija 0,5 - 2,0 M ant platinos elektrodo, srovės ir įtampos kreivės. Srovės ir įtampos kreivių analizė rodo, kad didėjant kalcio chlorido koncentracijai, didėja vandenilio išsiskyrimo viršįtampa (30-40 mV). Tikėtinas paaiškinimas gali būti mažai tirpių kalcio druskų nuosėdų susidarymas, ekranuojantis platinos elektrodo paviršių ir kurių kiekis didėja didėjant Ca+ jonų koncentracijai. Šiuo atžvilgiu pastebimas elektrolizatoriaus įtampos padidėjimas, kuris buvo pastebėtas anksčiau darbe gaminant elektrocheminį kalcio hipochloritą.

Katodinės srovės ir įtampos kreivės, paimtos iš pigesnių elektrodų medžiagų, skirtų praktinei elektrolizei – grafito, plieno, vario ir titano – pateiktos 3.7 ir 3.8 paveiksluose. Srovės-įtampos kreivės rodo, kad ant grafito elektrodo stebimas mažas vandenilio išsiskyrimo viršįtampa po platinos (3.7 pav., 2 kreivė)? tuo tarpu vandenilio jonų elektroredukcija ant titano katodo (3.8 pav., 2 kreivė) vyksta esant didžiausiai viršįtampai. Toks elgesys būdingas metalams, padengtiems faziniais oksidais vandenilio išsiskyrimo potencialo srityje ir turintiems slopinamąjį poveikį procesui. Todėl tinkamiausia katodo medžiaga kalcio chlorido tirpalo elektrolizei yra grafitas.

Elektrolizė yra redokso reakcija, kuri vyksta ant elektrodų, kai per lydalo ar elektrolito tirpalą teka nuolatinė elektros srovė.

Katodas yra reduktorius ir suteikia elektronus katijonams.

Anodas yra oksidatorius ir priima elektronus iš anijonų.

Procesai, vykstantys ant elektrodų lydalo elektrolizės metu

(nepriklauso nuo elektrodų medžiagos ir jonų pobūdžio).

1. Anijonai išleidžiami ant anodo ( A m - ; oi-

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

2. Katijonai išleidžiami ant katodo ( Me n + , H + ), virsta neutraliais atomais arba molekulėmis:

Me n + + n ē → Me ° ; 2 H + + 2ē → H 2 0 (atkūrimo procesai).

Procesai, vykstantys ant elektrodų tirpalų elektrolizės metu

LYDYMO ELEKTROLIZE

1 užduotis. Sudarykite išlydyto natrio bromido elektrolizės schemą. (Algoritmas 1.)

2 užduotis. Sudarykite išlydyto natrio hidroksido elektrolizės schemą. (Algoritmas 2.)

3 užduotis.Sudarykite išlydyto natrio sulfato elektrolizės schemą. (3 algoritmas.)

TIRPALŲ ELEKTROLIZE

1 užduotis.Nubraižykite vandeninio natrio chlorido tirpalo elektrolizės schemą naudojant inertinius elektrodus. (Algoritmas 1.)

2 užduotis.Sudarykite vario sulfato vandeninio tirpalo elektrolizės schemą ( Cheminis ) naudojant inertinius elektrodus. (Algoritmas 2.)

3 užduotis.Nubraižykite vandeninio natrio hidroksido tirpalo elektrolizės schemą naudojant inertinius elektrodus. (3 algoritmas.)

Prisimink.Deguonies turinčių rūgščių elektrolizės metu (H 2 SO 4 ir kt.), bazės (NaOH, Ca (OH) 2 ir kt.) , aktyvių metalų druskos ir deguonies turinčios rūgštys(K 2 SO 4 ir kt.) Ant elektrodų vyksta vandens elektrolizė: 2 H 2 O = 2 H 2 + O 2

4 užduotis.Nubraižykite vandeninio sidabro nitrato tirpalo elektrolizės schemą, naudojant anodą iš sidabro, t.y. anodas yra tirpus. (Algoritmas 4.)

Fizikinės ir cheminės elektrolito savybės

E = 3,38 – 1,4*10v-3 (t°-700°)

Ca/CaCl/CaCl2/Cl2.

Elektrolizė su jutikliniu katodu

Pagrindinė teorija

Elektrolizės praktika

Skystojo katodo elektrolizė ir kalcio lydinių gamyba

Pagrindinė teorija

Elektrolizės praktika