Кальци ба түүний хайлшийн электролитийн үйлдвэрлэл. Кальцийн сахарыг бэлтгэх, зэврэлтээс хамгаалах бодис болгон ашиглах

ЭЛЕКТРОЛИЗ

Металл үйлдвэрлэх аргуудын нэг бол электролиз юм. Идэвхтэй металлууд байгальд зөвхөн химийн нэгдлүүдийн хэлбэрээр байдаг. Эдгээр нэгдлүүдийг чөлөөт төлөвт хэрхэн тусгаарлах вэ?

Электролитийн уусмал ба хайлмал нь цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг. Гэсэн хэдий ч электролитийн уусмалаар гүйдэл дамжих үед химийн урвал үүсч болно. Хоёр металл хавтанг электролитийн уусмал эсвэл хайлмалд хийж, тус бүр нь одоогийн эх үүсвэрийн аль нэг туйлтай холбогдсон бол юу болохыг авч үзье. Эдгээр хавтанг электрод гэж нэрлэдэг. Цахилгаан гүйдэл нь электронуудын хөдөлгөөнт урсгал юм. Хэлхээн дэх электронууд нэг электродоос нөгөөд шилжих үед нэг электрод дээр илүүдэл электронууд гарч ирдэг.

Электронууд сөрөг цэнэгтэй тул энэ электрод сөрөг цэнэгтэй болдог. Үүнийг катод гэж нэрлэдэг. Нөгөө электрод дээр электроны дутагдал үүсч, эерэг цэнэгтэй болдог. Энэ электродыг анод гэж нэрлэдэг. Уусмал эсвэл хайлмал дахь электролит нь эерэг цэнэгтэй ионууд - катионууд ба сөрөг цэнэгтэй ионууд - анионууд болж хуваагддаг.

Катионууд сөрөг цэнэгтэй электрод - катод руу татагддаг. Анионууд эерэг цэнэгтэй электрод - анод руу татагддаг. Электродуудын гадаргуу дээр ион ба электронуудын харилцан үйлчлэл үүсч болно.

Электролиз гэдэг нь электролитийн уусмал эсвэл хайлмалаар цахилгаан гүйдэл дамжих үед үүсдэг процессыг хэлнэ.

Уусмал ба электролитийн хайлмал электролизийн явцад тохиолддог процессууд нь огт өөр юм. Эдгээр тохиолдлуудыг хоёуланг нь нарийвчлан авч үзье.Хайлмалуудын электролиз
Жишээлбэл, натрийн хлоридын хайлмал электролизийг авч үзье. Хайлмал дахь натрийн хлорид нь ион болгон задалдаг

Na+Хайлмалуудын электролиз натрийн атом болж хувирдаг, өөрөөр хэлбэл катионуудын бууралт үүсдэгХайлмалуудын электролиз .

Процессын тэгшитгэл:

Na + + e - = Na Хлоридын ионууд Cl -эерэг цэнэгтэй электродын гадаргуу руу шилжих - анод. Анодын гадаргуу дээр электрон дутагдал үүсч, анионуудаас электронууд шилждэг Cl-эерэг цэнэгтэй электродын гадаргуу руу шилжих - анод. Анодын гадаргуу дээр электрон дутагдал үүсч, анионуудаас электронууд шилждэг электродын гадаргуу дээр. Үүний зэрэгцээ сөрөг цэнэгтэй ионууднь хлорын атом болж хувирдаг бөгөөд тэдгээр нь нэн даруй нэгдэж хлорын молекул С үүсгэдэг

л 2:

2С l - -2е - = Cl 2

Хлоридын ионууд электроноо алддаг, өөрөөр хэлбэл исэлддэг.

Катод ба анод дээр явагдах процессуудын тэгшитгэлийг хамтдаа бичье

Na + + e - = Na

2 C l - -2 e - = Cl 2

Нэг электрон нь натрийн катионыг багасгахад, 2 электрон хлорын ионыг исэлдүүлэхэд оролцдог. Гэхдээ цахилгаан цэнэгийн хадгалагдах хуулийг дагаж мөрдөх ёстой, өөрөөр хэлбэл уусмал дахь бүх бөөмсийн нийт цэнэг тогтмол байх ёстой тул натрийн катионыг багасгахад оролцдог электронуудын тоо электронуудын тоотой тэнцүү байх ёстой. хлоридын ионуудын исэлдэлтэнд оролцдог тул эхний тэгшитгэлийг 2-оор үржүүлнэ.

Na + + e - = Na 2

2С l - -2е - = Cl 2 1

Хоёр тэгшитгэлийг хамтад нь нэмээд ерөнхий урвалын тэгшитгэлийг гаргая. 2 Na + + 2С l - = 2 Na + Cl 2

(ионы урвалын тэгшитгэл), эсвэл 2 NaCl = 2 Na + Cl 2

(молекулын урвалын тэгшитгэл)

Тиймээс авч үзсэн жишээн дээр бид электролиз нь исэлдэлтийн урвал гэдгийг харж байна. Катод дээр эерэг цэнэгтэй ионууд - катионууд, анод дээр сөрөг цэнэгтэй ионууд - анионуудын исэлдэлт үүсдэг. "T дүрэм" -ийг ашиглах үед ямар процесс явагддагийг санаж болно:

катод - катион - бууралт.Жишээ 2.

Хайлсан натрийн гидроксидын электролиз.

Уусмал дахь натрийн гидроксид нь катион ба гидроксидын ион болгон задалдаг.<-- Na + + OH - à Анод (+)

Катод (-)

Катодын гадаргуу дээр натрийн катионууд буурч, натрийн атомууд үүсдэг.

катод (-) Na + +e à Na

Анодын гадаргуу дээр гидроксидын ионууд исэлдэж, хүчилтөрөгч ялгарч, усны молекулууд үүсдэг.

катод (-) Na + + e à Na

анод (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2

Натрийн катионыг багасгах урвал болон гидроксидын ионуудын исэлдэлтийн урвалд оролцох электронуудын тоо ижил байх ёстой. Тиймээс эхний тэгшитгэлийг 4-өөр үржүүлье.

катод (-) Na + + e à Na 4

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

4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2

Жишээ 3.Хайлмалын электролизийг авч үзье Al2O3

Энэхүү урвалыг ашиглан хөнгөн цагааныг маш их хөнгөн цагаан исэл агуулсан байгалийн нэгдэл болох бокситоос гаргаж авдаг. Хөнгөн цагааны ислийн хайлах цэг нь маш өндөр (2000ºС-ээс дээш) тул хайлах цэгийг 800-900ºС хүртэл бууруулахын тулд түүнд тусгай нэмэлтүүд нэмдэг. Хайлмал дахь хөнгөн цагаан исэл нь ион болон хуваагддаг. Al 3+ ба O 2- . Х катод дээр катионууд буурдагАль 3+ , хөнгөн цагаан атом болж хувирах:

Al +3 e à Al

Анионууд нь анод дээр исэлддэг O2- , хүчилтөрөгчийн атом болж хувирдаг. Хүчилтөрөгчийн атомууд нэн даруй O2 молекулуудад нэгддэг.

2 O 2- – 4 e à O 2

Хөнгөн цагааны катионыг багасгах, хүчилтөрөгчийн ионыг исэлдүүлэх процесст оролцож буй электронуудын тоо тэнцүү байх ёстой тул эхний тэгшитгэлийг 4, хоёр дахь тэгшитгэлийг 3-аар үржүүлье.

Al 3+ +3 e à Al 0 4

2 O 2- – 4 e à O 2 3

Хоёр тэгшитгэлийг нэмээд олж авъя

4 Al 3+ + 6 O 2- à 4 Al 0 +3 O 2 0 (ионы урвалын тэгшитгэл)

2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2

Уусмалын электролиз

Усан электролитийн уусмалаар цахилгаан гүйдэл дамжуулах тохиолдолд уусмал нь электронуудтай харилцан үйлчлэлцэх боломжтой усны молекулуудыг агуулдаг тул асуудал төвөгтэй байдаг. Усны молекул дахь устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн атомууд нь туйлын ковалент холбоогоор холбогддог гэдгийг санаарай.

δ+

Хүчилтөрөгчийн электрон сөрөг чанар нь устөрөгчийнхээс их байдаг тул хуваалцсан электрон хосууд нь хүчилтөрөгчийн атом руу чиглэсэн байдаг. Хүчилтөрөгчийн атом дээр δ- гэж тэмдэглэгдсэн хэсэгчилсэн сөрөг цэнэг, устөрөгчийн атомууд дээр δ+ гэж тэмдэглэгдсэн хэсэгчилсэн эерэг цэнэг үүсдэг.

│

Үгүй δ-

H δ+

Энэ цэнэгийн шилжилтийн улмаас усны молекул эерэг ба сөрөг "туйл"-тай байдаг. Тиймээс усны молекулууд эерэг цэнэгтэй туйлаар сөрөг цэнэгтэй электрод - катод, сөрөг туйл нь эерэг цэнэгтэй электрод - анод руу татагдаж болно. Катод дахь усны молекулын бууралт үүсч, устөрөгч ялгардаг.

Анод дээр усны молекулуудын исэлдэлт үүсч, хүчилтөрөгч ялгаруулж болно.

Тиймээс катодын электролитийн катионууд эсвэл усны молекулуудын аль нэгийг багасгаж болно. Энэ хоёр үйл явц хоорондоо өрсөлдөж байх шиг байна. Катод дээр яг ямар процесс явагдах нь металлын шинж чанараас хамаарна. Металлын катионууд эсвэл усны молекулууд катод дээр буурах эсэх нь металлын байрлалаас хамаарна. .

металлын стрессийн хүрээ

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

Хэрэв метал нь устөрөгчийн баруун талд хүчдэлийн цуваатай байвал катод дахь металлын катионууд буурч, чөлөөт металл ялгардаг. Хэрэв метал нь хөнгөн цагааны зүүн талд хүчдэлийн цуваатай байвал катод дахь усны молекулууд буурч, устөрөгч ялгардаг. Эцэст нь цайраас хар тугалга хүртэлх металлын катионуудын хувьд металлын хувьсал эсвэл устөрөгчийн хувьсал үүсч, заримдаа устөрөгч ба металлын хувьсал нэгэн зэрэг тохиолдож болно. Ерөнхийдөө энэ нь нэлээд төвөгтэй тохиолдол бөгөөд урвалын нөхцлөөс ихээхэн хамаардаг: уусмалын концентраци, цахилгаан гүйдэл болон бусад.Хоёр процессын аль нэг нь анод дээр тохиолдож болно - электролитийн анионуудын исэлдэлт эсвэл усны молекулуудын исэлдэлт. Ямар процесс явагдах нь анионы шинж чанараас хамаарна. Хүчилтөрөгчгүй хүчил эсвэл хүчлүүдийн давсны электролизийн үед анионууд нь анод дээр исэлддэг. Цорын ганц үл хамаарах зүйл бол фторын ион юм

F-.

Хүчилтөрөгч агуулсан хүчлүүдийн хувьд усны молекулууд анод дээр исэлдэж, хүчилтөрөгч ялгардаг.Жишээ 1.

Натрийн хлоридын усан уусмалын электролизийг авч үзье.

Натрийн хлоридын усан уусмал нь натрийн катионуудыг агуулна

Na +, хлорын анионууд Cl - ба усны молекулууд.

2 NaCl à 2 Na + + 2 Cl -

2H 2 O à 2 H + + 2 OH -

катод (-) 2 Na +; 2H+; 2Н + + 2е à Н 0 2 анод (+) 2 Cl - ;

катод - катион - бууралт.2 OH -; 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0 2NaCl + 2H 2 O à H 2 + Cl 2 + 2NaOHХимийн үйл ажиллагааХимийн анионууд магадлал багатайбуурдаг.

Мөн давс агуулсан бол

SO 4 2-

?Никелийн сульфатын уусмалын электролизийг авч үзье ( II

).

Никелийн сульфат ( ) ион болгон задалдаг Ni 2+ ба SO 4 2-:

NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-

Катод ба анод дахь процессуудын тэгшитгэлийг хамтдаа бичье.

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

).

анод (+) SO 4 2- ; OH - ;2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H +

4 электрон нь ангижруулах процесст, 4 электрон нь исэлдэлтийн процесст мөн оролцдог. Эдгээр тэгшитгэлийг нэгтгэж ерөнхий урвалын тэгшитгэлийг гаргацгаая.

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

Тэгшитгэлийн баруун талд H + ба хоёулаа байнаӨө- , усны молекул үүсгэхийн тулд:

H + + OH - à H 2 O

Тиймээс тэгшитгэлийн баруун талд 4 H + ион ба 2 ионы орондӨө- Усны 2 молекул ба 2 H + ионыг бичье.

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

Тэгшитгэлийн хоёр талд хоёр усны молекулыг багасгая:

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

Энэ бол богино ионы тэгшитгэл юм. Бүрэн ионы тэгшитгэлийг авахын тулд та хоёр талдаа сульфатын ион нэмэх хэрэгтэй 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0 , никель сульфатын задралын явцад үүссэн (Химийн ) болон урвалд оролцоогүй:

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

Тиймээс никель сульфатын уусмалын электролизийн явцад (Химийн ) катод дээр устөрөгч, никель, анод дээр хүчилтөрөгч ялгардаг.

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

Жишээ 3. Натрийн сульфатын усан уусмалыг идэвхгүй анодоор электролиз хийх явцад үүсэх процессын тэгшитгэлийг бич.

Стандарт электродын системийн боломж Na + + e = Na 0 нь төвийг сахисан усан орчинд (-0.41 В) усан электродын потенциалаас хамаагүй их сөрөг байдаг тул устөрөгч ялгарахтай зэрэгцэн катод дахь усны электрохимийн бууралт үүснэ.

2H 2 O à 2 H + + 2 OH -

болон Na ионууд + катод руу ирэх нь уусмалын зэргэлдээх хэсэгт (катодын орон зай) хуримтлагдана.

Анод дээр усны цахилгаан химийн исэлдэлт үүсч, хүчилтөрөгч ялгарахад хүргэдэг.

2 H 2 O – 4e à O 2 + 4 H +

энэ системд тохирсон учраас стандарт электродын потенциал (1.23 В) нь системийг тодорхойлдог стандарт электродын потенциалаас (2.01 В) хамаагүй бага байна.

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

SO 4 2- ионууд электролизийн үед анод руу шилжих нь анодын орон зайд хуримтлагдана.

Катодын процессын тэгшитгэлийг хоёроор үржүүлж, анод процессын тэгшитгэлээр нэмснээр электролизийн процессын нийт тэгшитгэлийг олж авна.

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

Катодын орон зайд ион ба анодын орон зайд ионууд нэгэн зэрэг хуримтлагддагийг харгалзан процессын ерөнхий тэгшитгэлийг дараах хэлбэрээр бичиж болно.

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

Ийнхүү устөрөгч ба хүчилтөрөгч ялгарахтай зэрэгцэн натрийн гидроксид (катодын орон зайд), хүхрийн хүчил (анодын орон зайд) үүсдэг.

Жишээ 4.Зэсийн сульфатын уусмалын электролиз ( II) CuSO 4 .

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

катод (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

анод (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H + 1

H+ ионууд уусмалд үлддэг 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0 , учир нь хүхрийн хүчил хуримтлагддаг.

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

Жишээ 5. Зэсийн хлоридын уусмалын электролиз ( II) CuCl 2.

Катод (-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)

катод (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

анод (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

Хоёр тэгшитгэл нь хоёр электроныг агуулна.

Cu 2+ + 2e à Cu 0 1

2Cl - --– 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (ионы тэгшитгэл)

CuCl 2 à Cu + Cl 2 (молекулын тэгшитгэл)

Жишээ 6. Мөнгөний нитратын уусмалын электролиз AgNO3.

Катод (-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)

катод (-) Ag + + e à Ag 0

анод (+) 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 + + О 2 (ионы тэгшитгэл)

4 Аг + + 2 Х 2 Оà 4 Аг 0 + 4 Х + + О 2 + 4 ҮГҮЙ 3 - (бүрэн ионы тэгшитгэл)

4 AgNO 3 + 2 Х 2 Оà 4 Аг 0 + 4 HNO 3 + О 2 (молекулын тэгшитгэл)

Жишээ 7. Давсны хүчлийн уусмалын электролизHCl.

Уусмал дахь натрийн гидроксид нь катион ба гидроксидын ион болгон задалдаг.<-- Х + + Cl - à анод (+)

катод (-) 2Х + + 2 дà Х 2

анод (+) 2Cl - – 2 дà Cl 2

2 Х + + 2 Cl - à Х 2 + Cl 2 (ионы тэгшитгэл)

2 HClà Х 2 + Cl 2 (молекулын тэгшитгэл)

Жишээ 8. Хүхрийн хүчлийн уусмалын электролизХ 2 SO 4 .

катод (-) <-- 2H + + SO 4 2- à анод (+)

катод (-)2H+ + 2eà H 2

анод(+) 2H 2 O – 4дà O2 + 4H+

2H+ + 2eà H 2 2

2H 2 O – 4дà O2 + 4H+1

4H+ + 2H2Oà 2H 2 + 4H+ +O 2

2H2Oà 2H2 + O2

Жишээ 9. Калийн гидроксидын уусмалын электролизКОХ.

Уусмал дахь натрийн гидроксид нь катион ба гидроксидын ион болгон задалдаг.<-- К + + Өө - à анод (+)

Кали нь хөнгөн цагааны зүүн талд байгаа металлын хүчдэлийн цувралд байдаг тул калийн катионууд нь катод дээр буурахгүй, усны молекулуудын бууралт:

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

катод(-) 2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 2

анод(+) 4OH - - 4eà 2H 2 O +O 2 1

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

2 Х 2 Оà 2 Х 2 + О 2

Жишээ 10. Калийн нитратын уусмалын электролизҮГҮЙ 3 .

катод (-) <-- K + + NO 3 - à анод (+)

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

катод(-) 2H 2 O + 2eà H2+2OH-2

анод(+) 2H 2 O – 4дà O2 + 4H+1

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

2H2Oà 2H2 + O2

Хүчилтөрөгч агуулсан хүчил, шүлт, хүчилтөрөгч агуулсан хүчлүүдийн давсны уусмалаар цахилгаан гүйдэл нь хөнгөн цагааны зүүн талд байрлах металлын хүчдэлийн цувралд байрлах металуудаар дамжих үед усны электролиз бараг явагддаг. Энэ тохиолдолд катод дээр устөрөгч, анод дээр хүчилтөрөгч ялгардаг.

Дүгнэлт. Электролитийн усан уусмалын электролизийн бүтээгдэхүүнийг тодорхойлохдоо хамгийн энгийн тохиолдолд дараахь зүйлийг анхаарч үзэх хэрэгтэй.

1.Стандарт потенциалын бага алгебрийн утгатай металлын ионууд --аасЛи + рууАл 3+ багтаасан - электронуудыг дахин нэмэх хандлага маш сул, энэ талаараа ионуудаас доогуур байдаг.Х + (см. Катион үйл ажиллагааны цуврал). Эдгээр катионуудыг агуулсан нэгдлүүдийн усан уусмалын электролизийн явцад ионууд нь катод дахь исэлдүүлэгч бодисын үүргийг гүйцэтгэдэг.Х + , схемийн дагуу сэргээх:

2 Х 2 О+ 2 дà Х 2 + 2OH -

2. Стандарт потенциалын эерэг утгатай металлын катионууд (Cu 2+ , Аг + , Hg 2+ гэх мэт) нь ионуудтай харьцуулахад электрон нэмэх хандлагатай байдаг. Тэдний давсны усан уусмалыг электролиз хийх явцад катод дахь исэлдүүлэгч бодисын функцийг эдгээр катионууд ялгаруулж, схемийн дагуу металл болгон бууруулна, жишээлбэл:

Cu 2+ +2 дà Cu 0

3. Металл давсны усан уусмалын электролизийн үедZn, Fe, CD, Нигэх мэт, жагсаасан бүлгүүдийн хоорондох хүчдэлийн цувралд дунд байр суурь эзэлдэг тул катод дахь бууралтын процесс нь хоёр схемийн дагуу явагддаг. Суллагдсан металлын масс нь эдгээр тохиолдолд урсаж буй цахилгаан гүйдлийн хэмжээтэй тохирохгүй бөгөөд түүний нэг хэсэг нь устөрөгч үүсэхэд зарцуулагддаг.

4. Электролитийн усан уусмалд нэг атомт анион (Cl - , Br - , Ж - ), хүчилтөрөгч агуулсан анионууд (ҮГҮЙ 3 - , SO 4 2- , П.О. 4 3- болон бусад), түүнчлэн усны гидроксил ионууд. Эдгээрээс галидын ионууд нь илүү хүчтэй бууруулагч шинж чанартай байдагФ.ӨөИонуудHCl, тэдгээрийн болон олон атомт анионуудын хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг., Тиймээс усан уусмалын электролизийн үедHBr

2 Х.Ж. - -2 дà Х.Ж. 2 0

Анод дахь тэдгээрийн давс эсвэл галидын ионуудын исэлдэлт дараах схемийн дагуу явагдана.

4 X – 4 дà 2 Х 2 О + О 2 + 4 Х +

.

Сульфат, нитрат, фосфат гэх мэт усан уусмалын электролизийн үед.

Бууруулах бодисын үүргийг дараах схемийн дагуу исэлдүүлэх ионууд гүйцэтгэдэг. ХӨ Даалгаврууд.

ЗАзуслангийн байшин 1. Зэсийн сульфатын уусмалын электролизийн явцад катод дээр 48 г зэс ялгарсан.0 4 2 ".

Анодаас ялгарах хийн эзэлхүүн ба уусмалд үүссэн хүхрийн хүчлийн массыг ол.

Уусмал дахь зэсийн сульфат нь ионыг салгадаггүй

C 2+ ба12

С |1

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

Катод ба анод дээр явагдах процессуудын тэгшитгэлийг бичье. Катод дээр Cu катионууд буурч, анод дээр усны электролиз явагдана.

Зэсийн сульфатын диссоциацийн үед үүссэн тэгшитгэлийн хоёр тал дээр 2 сульфатын ионыг нэмээд бүрэн ионы тэгшитгэлийг гаргацгаая.

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

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

Анод дээр ялгардаг хий нь хүчилтөрөгч юм. Уусмал дахь хүхрийн хүчил үүсдэг.

Зэсийн молийн масс 64 г/моль, зэсийн бодисын хэмжээг тооцоолъё.

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу катод дээр 2 моль зэс ялгарахад анод дээр 1 моль хүчилтөрөгч ялгардаг. Катод дээр 0.75 моль зэс ялгарч, анод дээр x моль хүчилтөрөгч ялгаруулна. Пропорцийг гаргацгаая:

2/1=0.75/x, x=0.75*1/2=0.375моль

Анод дээр 0.375 моль хүчилтөрөгч ялгарсан.

v(O2) = 0.375 моль.

Гарч буй хүчилтөрөгчийн хэмжээг тооцоолъё.

V(O2) = v(O2) «VM = 0.375 моль «22.4 л/моль = 8.4 л

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу катод дээр 2 моль зэс ялгарахад уусмалд 2 моль хүхрийн хүчил үүсдэг бөгөөд энэ нь катод дээр 0.75 моль зэс ялгарвал 0.75 моль хүхрийн хүчил үүсдэг гэсэн үг юм. уусмал дахь v(H2SO4) = 0.75 моль .

Хүхрийн хүчлийн молийн массыг тооцоолъё.

M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98 г/моль.

Хүхрийн хүчлийн массыг тооцоолъё.

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0.75 моль «98 г/моль = 73.5 г.Хариулт:

Анод дээр 8.4 литр хүчилтөрөгч ялгарсан; Уусмалд 73.5 г хүхрийн хүчил үүссэн

Бодлого 2. 111,75 г калийн хлорид агуулсан усан уусмалын электролизийн үед катод ба анодаас ялгарах хийн эзэлхүүнийг ол. Уусмалд ямар бодис үүссэн бэ? Түүний массыг ол.

Уусмал дахь калийн хлорид нь K+ ба Cl ионуудад задардаг.

2КС1 =К+ + Сl

Калийн ионууд катод дээр багасдаггүй, харин усны молекулууд багасдаг. Анод дээр хлоридын ионууд исэлдэж, хлор ялгардаг.

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

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

2SG-2e" = C12|1

2СГl+ 2Н2О = Н2 + 2ОН" + С12 (богино ионы тэгшитгэл) Мөн уусмалд калийн хлоридын диссоциацийн үед үүссэн, урвалд оролцдоггүй K+ ионууд агуулагдана.

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

Тэгшитгэлийг молекул хэлбэрээр дахин бичье.

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

Катод дээр устөрөгч, анод дээр хлор ялгарч, уусмалд калийн гидроксид үүсдэг.

Уусмал нь 111.75 г калийн хлорид агуулдаг.

Калийн хлоридын молийн массыг тооцоолъё.

M(KS1) = 39+35,5 = 74,5 г/моль

Калийн хлоридын хэмжээг тооцоолъё.

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу 2 моль калийн хлоридын электролизийн үед 1 моль хлор ялгардаг. 1.5 моль калийн хлоридын электролизийн үр дүнд х моль хлор үүснэ.

0.75 моль хлор ялгарах болно, v(C!2) = 0.75 моль. Урвалын тэгшитгэлийн дагуу анод дээр 1 моль хлор ялгарахад катод дээр 1 моль устөрөгч ялгардаг. Иймд анод дээр 0.75 моль хлор ялгарвал катод дээр 0.75 моль устөрөгч ялгарна, v(H2) = 0.75 моль.

Анод дахь хлорын хэмжээг тооцоолъё.

V(C12) = v(Cl2)-VM = 0.75 моль «22.4 л/моль = 16.8 л.

Устөрөгчийн эзэлхүүн нь хлорын хэмжээтэй тэнцүү байна.

Y(H2) = Y(C12) = 16.8л.

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу 2 моль калийн хлоридын электролиз нь 2 моль калийн гидроксид үүсгэдэг бөгөөд энэ нь 0.75 моль калийн хлоридын электролиз нь 0.75 моль калийн гидроксид үүсгэдэг гэсэн үг юм. Калийн гидроксидын молийн массыг тооцоолъё.

M(KOH) = 39+16+1 - 56 г/моль.

Калийн гидроксидын массыг тооцоолъё.

m(KOH) = v(KOH>M(KOH) = 0.75 моль-56 г/моль = 42 г.

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0.75 моль «98 г/моль = 73.5 г.Катод дээр 16,8 литр устөрөгч, анод дээр 16,8 литр хлор, уусмалд 42 г калийн гидроксид үүссэн.

Бодлого 3. 19 г хоёр валент металл хлоридын уусмалыг электролиз хийх явцад анод дээр 8,96 литр хлор ялгарсан. Аль металл хлорид электролизэнд өртсөнийг тодорхойлно уу. Катодоос ялгарах устөрөгчийн хэмжээг тооцоол.

Үл мэдэгдэх M металлыг тэмдэглэе, түүний хлоридын томъёо нь MC12. Анод дээр хлоридын ионууд исэлдэж, хлор ялгардаг. Нөхцөл байдал нь катод дээр устөрөгч ялгардаг тул усны молекулын бууралт дараах байдалтай байна.

2Н20 + 2е- = Н2 + 2ОH|1

2Cl -2e" = C12! 1

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

2Cl + 2H2O = H2 + 2OH" + C12 (богино ионы тэгшитгэл)

Уг уусмалд мөн M2+ ионууд агуулагддаг бөгөөд энэ нь урвалын явцад өөрчлөгддөггүй.

Урвалын бүрэн ионы тэгшитгэлийг бичье.

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

Урвалын тэгшитгэлийг молекул хэлбэрээр дахин бичье.

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

Анодоос ялгарах хлорын хэмжээг олцгооё.

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу үл мэдэгдэх металлын 1 моль хлоридын электролизийн үед 1 моль хлор ялгардаг. Хэрэв 0.4 моль хлор ялгарсан бол 0.4 моль металл хлорид электролизэд хамрагдсан. Металл хлоридын молийн массыг тооцоолъё.

Үл мэдэгдэх металл хлоридын молийн масс нь 95 г / моль юм.

Хоёр хлорын атом тутамд 35.5"2 = 71 г/моль байна.

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0.75 моль «98 г/моль = 73.5 г.магнийн хлоридын уусмалыг электролизд оруулсан; Катод дээр 8.96 литр устөрөгч ялгарсан.

*Бодлого 4. 15%-ийн концентрацитай 200 г калийн сульфатын уусмалыг электролиз хийх явцад анод дээр 14,56 литр хүчилтөрөгч ялгарсан.

Электролизийн төгсгөлд уусмалын концентрацийг тооцоол.

Калийн сульфатын уусмалд усны молекулууд катод ба анодын аль алинд нь урвалд ордог.

2Н20 + 2е" = Н2 + 20Н-|2

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

Хоёр тэгшитгэлийг хамтад нь нэмье:

6H2O = 2H2 + 4OH" + 4H+ + O2, эсвэл

6H2O = 2H2 + 4H2O + O2, эсвэл

2H2O = 2H2 + 02

Үнэндээ калийн сульфатын уусмалын электролиз үүсэх үед усны электролиз үүсдэг.

Уусмал дахь ууссан бодисын концентрацийг дараах томъёогоор тодорхойлно.

С=m(ууссан) 100% / м(уусмал)

Электролизийн төгсгөлд калийн сульфатын уусмалын концентрацийг олохын тулд калийн сульфатын масс ба уусмалын массыг мэдэх шаардлагатай. Урвалын явцад калийн сульфатын масс өөрчлөгддөггүй. Анхны уусмал дахь калийн сульфатын массыг тооцоолъё. Анхны уусмалын концентрацийг С гэж тэмдэглэе

m(K2S04) = C2 (K2S04) m(уусмал) = 0.15 200 г = 30 гр.

Усны нэг хэсэг нь устөрөгч ба хүчилтөрөгч болж хувирдаг тул электролизийн явцад уусмалын масс өөрчлөгддөг. 2Гарч буй хүчилтөрөгчийн хэмжээг тооцоолъё.

(О

)=V(O2) / Vm =14.56л / 22.4л/моль=0.65моль

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу 2 моль уснаас 1 моль хүчилтөрөгч үүсдэг. Х моль ус задрах үед 0.65 моль хүчилтөрөгч ялгарна. Пропорцийг хийцгээе:

1.3 моль ус задарсан, v(H2O) = 1.3 моль.

Усны молийн массыг тооцоолъё.

M(H2O) = 1-2 + 16 = 18 г / моль.

Задарсан усны массыг тооцоолъё.

m(H2O) = v(H2O>M(H2O) = 1.3 моль* 18 г/моль = 23.4 г.

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0.75 моль «98 г/моль = 73.5 г.Калийн сульфатын уусмалын масс 23.4 г-аар буурч, 200-23.4 = 176.6 г болсон байна.

C2 (K2 SO4)=m(K2 SO4) 100% / м(уусмал)=30г 100% / 176.6г=17%

электролизийн төгсгөлд уусмалын концентраци 17% байна.

*Даалгавар 5. 188,3 г натри, калийн хлоридын хольцыг усанд уусгаж, үүссэн уусмалаар цахилгаан гүйдэл дамжуулсан.

Электролизийн явцад катод дээр 33.6 литр устөрөгч ялгарсан. Хольцын найрлагыг жингийн хувиар тооцно.

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

Холимогт агуулагдах калийн хлоридын хэмжээг х моль, натрийн хлоридын хэмжээг мольоор тэмдэглэе. Урвалын тэгшитгэлийн дагуу 2 моль натри эсвэл калийн хлоридын электролизийн үед 1 моль устөрөгч ялгардаг.

Иймд х моль хлоридын электролизийн үед х/2 буюу 0.5х моль устөрөгч, х моль натрийн хлоридын электролизийн үед 0.5у моль устөрөгч үүсдэг.

Хольцын электролизийн явцад ялгарах устөрөгчийн хэмжээг олъё.

Тэгшитгэлийг хийцгээе: 0.5x + 0.5y = 1.5

Кали ба натрийн хлоридын молийн массыг тооцоолъё.

M(KS1) = 39+35,5 = 74,5 г/моль

M(NaCl) = 23+35,5 = 58,5 г/моль

Калийн хлоридын масс x моль нь дараахь хэмжээтэй тэнцүү байна.

m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = x моль-74.5 г/моль = 74.5х г.

Нэг моль натрийн хлоридын масс нь:

m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = y моль-74,5 г/моль = 58,5 у г.

Хольцын масс 188.3 гр, хоёр дахь тэгшитгэлийг үүсгэе.

74.5x + 58.5y= 188.3

Тиймээс бид хоёр үл мэдэгдэх хоёр тэгшитгэлийн системийг шийддэг.

0.5(x + y)= 1.5

74.5x + 58.5y=188.3г

Эхний тэгшитгэлээс бид x-ийг илэрхийлнэ:

x + y = 1.5/0.5 = 3,

x = 3-y

Энэ x утгыг хоёр дахь тэгшитгэлд орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна.

74.5-(3-y) + 58.5y= 188.3

223.5-74.5ж + 58.5у= 188.3

-16у = -35.2

y = 2.2 100% / 188.3г = 31.65%

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0.75 моль «98 г/моль = 73.5 г.Натрийн хлоридын массын хувийг тооцоолъё.

w(NaCl) = 100% - w(KCl) = 68.35%

хольц нь 31.65% калийн хлорид, 68.35% натрийн хлорид агуулдаг.

Танилцуулга

БҮЛЭГ I. Уран зохиолын тойм

1.1. Кальцийн хлоридыг олж авах, дахин боловсруулах арга 7

1.1.1 Химийн арга 7

1.1.2. Цахилгаан химийн аргууд 10

1.2. Кальцийн сахарат бэлтгэх, зэврэлтээс хамгаалах бодис болгон ашиглах 12

1.3 Хлорын хийн цахилгаан химийн синтез 13

1.4. Нүүрстөрөгчийн давхар ислийн синтез 16

1.5. Кальцийн ион агуулсан байгалийн усан дахь цахилгаан химийн процессын загвар 17

1.5л. Дулааны усны электролиз 17

1.5.2. Далайн усны электролиз 20

1.6. Уран зохиолын тоймоос гаргасан дүгнэлт 23

II БҮЛЭГ. Туршилтын журам 24

2.1. Туйлшралын хэмжилт 24

2.2- Цахилгаан химийн синтез 25

2.3. Бүтээгдэхүүнд дүн шинжилгээ хийх, тодорхойлох арга зүй 26

2.4. Хүлээн авсан үр дүнгийн математик боловсруулалт 33

III бүлэг. Туршилтын мэдээлэл ба хэлэлцүүлэг

3.1.2. Катодын процесс - кальцийн хлоридын уусмалын электролизийн үед устөрөгчийн хий үүсэх кинетик 45

3.1.3. Кальцийн хлоридын усан уусмалын электролизийн бэлтгэл ажил 48

3.2. Төрөл бүрийн электродын материал дээр усан уусмал дахь электродын урвал (CAC12+SUGAROSE) үүсэх онцлог 50

3.2.1. Катодын процесс 50

3.2.2. Кальцийн сахарозыг цахилгаан химийн аргаар үйлдвэрлэх бэлтгэл ажил 58

3.2.3. Систем дэх электродын урвалын загвар: (CaC12 + сахароз + Ca(OH)2) 61

3.2.3.1 Анодын процесс 61

3.2.3.2 Катодын процесс 62

3.3. Систем дэх электродын урвалын загвар [CaCl2+NIII3+Ca(III3)2] 65

3.3.1. Анод процесс 65

3.3.2. Катодын процесс. 68

3.3.3. Кальцийн нитратын цахилгаан химийн нийлэгжилтийн бэлтгэлийн талууд 74

3.3.4. Нүүрстөрөгчийн давхар ислийг цахилгаан химийн аргаар үйлдвэрлэх бэлтгэл ажил 75

3.4 Кальцийн ацетатыг цахилгаан химийн аргаар үйлдвэрлэх 78

3.4.1. Төрөл бүрийн электродын материал дээр кальцийн ацетатын электросинтезийн катодын процессын онцлог 79

3.4.2. Кальцийн ацетат электросинтезийн бэлтгэлийн талууд 87

Уран зохиол

Ажлын танилцуулга

Сэдвийн хамаарал. Бараг бүх байгалийн ус нь янз бүрийн концентрацитай кальцийн нэгдлүүдийг агуулдаг. Сод үйлдвэрлэх, хлоржуулсан органик нэгдлүүдийн гидролиз болон бусад үйлдвэрлэлийн явцад их хэмжээний кальцийн хлорид хаягдал хэлбэрээр үүсдэг.

Кальцийн хлоридыг боловсруулах химийн болон цахилгаан химийн аргууд нь мэдэгдэхүйц сул талуудтай: хлоридын задрал

950-1000 С-ийн температурт кальци нь тусгай барилгын материал ашиглах, кальцийн хлоридын уусмалыг электролиз хийх үед эрчим хүчний өндөр зардал шаарддаг тул катод дээр уусдаггүй тунадас хуримтлагддаг; (tCa(OH)2* iCaCI2) ба цаг хугацааны явцад системээр дамжин цахилгаан гүйдэл зогсдог.

Кальцийн хлоридыг илүү үнэ цэнэтэй бүтээгдэхүүн болгон боловсруулж, давсны хүчил, хлор, хлоросульфоны хүчил, хөнгөн цагаан хлоридыг органик болон эмийн үйлдвэрлэлд шинэ төрлийн түүхий эд болгон ашиглах нь тулгамдсан асуудал болоод байна.

Эдгээр зорилгын хувьд ялангуяа ирээдүйтэй зүйл бол урвалж ашиглахгүйгээр химийн бүтээгдэхүүнийг нийлэгжүүлэх, цахилгаан исэлдэлтийн болон цахилгаан бууруулагч процессыг ашиглах боломжийг олгодог цахилгаан химийн аргууд юм.

Диссертацийн ажлын судалгааны объектын сонголтыг нэг талаас эцсийн бүтээгдэхүүний үнэ цэнэ, нөгөө талаас кальцийн хлоридыг түүхий эд, том тонн үйлдвэрлэлийн хог хаягдал болгон ашиглах боломжоор тодорхойлсон. боловсруулалт нь байгаль орчныг үйлдвэрлэлийн хорт утаанаас хамгаалахад тусалдаг.

Судалгааны зорилго, зорилтууд. Ажлын зорилго нь хууль судлах явдал байв
электродын урвалын хэмжээ, кальци агуулсан үйлдвэрлэл
кальцийн хлоридын усан уусмалаас шингэн нэгдлүүд.

Энэ зорилгод хүрэхийн тулд дараахь ажлуудыг шийдвэрлэх шаардлагатай байна.

янз бүрийн электродын материал дээр кальцийн хлоридын усан уусмалаас хлор ялгарах анод урвалыг судлах;

кальцийн хлорид, кальцийн нитрат, кальцийн ацетат, кальцийн хлоридын сахарозын холимгийн усан уусмал дахь электродын урвалын кинетик ба механизмыг тогтоох;

Кальцийн цахилгаан химийн синтезийн оновчтой параметрүүдийг тодорхойлох
Ф ci агуулсан нэгдлүүд: одоогийн нягт, электролитийн концентраци,

зорилтот бүтээгдэхүүний одоогийн гарц.

Судалгааны объектууд нь цахилгаан химийн процессууд, проте
хлоридын усан уусмал дахь янз бүрийн электродын материалд нэвтрэн орох
янз бүрийн нэмэлтүүд бүхий кальци. Судалгааны объектын сонголтыг тодорхойлсон
нэг талаас, уралдаанд электродын үйл явцын талаархи мэдлэг дутмаг, нарийн төвөгтэй байдал
хянагдаж буй систем, нөгөө талаас хог хаягдлыг ашиглах боломж
Ш их хэмжээний кальцийн хлоридын үйлдвэрлэл үнэ цэнэтэй

бүтээгдэхүүн.

Шинжлэх ухааны шинэлэг зүйл:

Кальцийн ион агуулсан усан уусмалыг электролиз хийх технологи, дэвшилтэт технологийн шийдлүүдийн шинжлэх ухааны үндэслэлийг бий болгосон;

дагуу анод болон катод урвалын үүсэх хэв маяг
янз бүрийн электродын материал дээр кальци агуулсан нэгдлүүдийн цацраг

Практик ач холбогдолажил:

Анх удаа кальцийн хлоридыг түүхий эд болгон ашиглаж, кальцийн ацетат, кальцийн сахароз, кальцийн нитрат, нүүрстөрөгчийн давхар исэл, хлор, устөрөгчийн хий зэрэг химийн үнэ цэнэтэй нэгдлүүдийг гаргаж авсан.

Баталгаажуулалтажил. Үндсэн үр дүнг "Органик нэгдлүүдийн электрохимийн мэдээ" (Новочеркасск, 1998), "Технологи ба анагаах ухаан дахь хими" Бүх Оросын шинжлэх ухаан, практикийн бага хуралд (Махачкалад) органик нэгдлүүдийн цахилгаан химийн XIV хуралдаанд тайлагнаж, хэлэлцэв. , 2002), Санкт-Петербургийн Бага температур, хүнсний технологийн их сургуулийн 70 жилийн ойд зориулсан олон улсын эрдэм шинжилгээний бага хуралд (Санкт-Петербург, 2001), "Органик хими, экологи ба орчин үеийн асуудлууд" олон улсын бага хурал. биотехнологи" (Луга, 2001), "Экологи ба байгалийн нөөцийг зохистой ашиглах" Бүх Оросын эцсийн бага хурлын үеэр (Санкт-Петербург, 2001, 2002).

Диссертацийн хамрах хүрээ, бүтэц.Диссертаци нь удиртгал, гурван бүлэг, дүгнэлт, ашигласан ашигласан материалын жагсаалт, 111 нэрээс бүрдэнэ. Уг бүтээлийг 36 зураг, 6 хүснэгтээс бүрдсэн 100 хуудас бичгийн машинаар бичсэн болно.

Энэхүү ажил нь ОХУ-ын Боловсролын яамны буцалтгүй тусламжийн хүрээнд "Шинжлэх ухаан, технологийн тэргүүлэх чиглэлүүдийн дээд боловсролын судалгаа" дэд хөтөлбөрийн хүрээнд "Экологи, байгалийн нөөцийг зохистой ашиглах", хэсэг - "Хүний бүтэц, үйлдвэрлэлийн болон ахуйн хог хаягдлын ашиглалтын асуудал 2001-2002 ."

Кальцийн сахарыг бэлтгэх, зэврэлтээс хамгаалах бодис болгон ашиглах

Хлорыг цайруулагч (кальцийн гипохлорит ба цайруулагч) бэлтгэхэд их хэмжээгээр хэрэглэдэг. Устөрөгчийн агаар мандалд хлорыг шатаах замаар цэвэр устөрөгчийн хлоридыг гаргаж авдаг. Холбогдох хлоридыг титан, ниоби, цахиур үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Төмөр, хөнгөн цагаан фосфорын хлоридыг мөн үйлдвэрт ашигладаг.

Үйлдвэрлэсэн нийт хлорын 60 гаруй хувийг хлорорганик нэгдлүүдийг нийлэгжүүлэхэд ашигладаг. Хлорын томоохон хэрэглэгчдэд нүүрстөрөгчийн дөрвөн хлорид, хлороформ, метилен хлорид, дихлорэтан, винил хлорид, хлорбензол зэрэг үйлдвэрлэл орно. Хлорын аргыг ашиглан глицерол ба этилен гликолыг нийлэгжүүлэх, мөн нүүрстөрөгчийн дисульфидын нийлэгжилтэнд их хэмжээний хлор зарцуулагддаг.

Усны халдваргүйжүүлэлтийн хувьд натрийн хлоридын уусмалын электролизээр олж авсан хлорын давхар исэл нь илүү ирээдүйтэй байдаг.

Урьдчилсан тооцоогоор 1987 онд АНУ-д хлорын үйлдвэрлэл 10.4 сая тонн байжээ. 1 тонн хлорын өртөг нь 195 ам.доллар. Хлорыг NaCl уусмалаар электролизээр гаргаж авдаг. Үйлдвэрлэлийн электролизерын онолын үндэслэл, дизайныг монографид тайлбарласан болно.

Ион солилцооны мембран ашиглан NaCl давсны уусмалын электролизийн технологийг эзэмшсэнээр (диафрагм эсвэл мөнгөн усны электролизтэй харьцуулахад) тоног төхөөрөмжийн өртөг (15-25%), эрчим хүчний зардлыг (20-35%) бууруулах боломжтой болно. Мембран электролизийн ашигт ажиллагаа нь 200 кВт.ц/т бүтээгдэхүүн цахилгаан зарцуулснаар 40% -ийн концентрацитай шүлт үүсгэх боломжтой байдаг. Хоёр давхар мембран нь 4 кА / м хүртэлх гүйдлийн нягттай ажиллах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь шөнийн цагаар хямд цахилгаан эрчим хүчийг илүү үр ашигтай ашиглах боломжийг олгодог. Эдгээр давуу талууд нь шинэ мембраны харьцангуй өндөр өртөгийг (500-700 $ / м2) бүрэн нөхдөг.

Устөрөгчийн хувьслын хэт хүчдэлийг бууруулахын тулд идэвхжүүлсэн катодыг ашиглах үр дүнтэй байдлын талаар ярилцав. Температурыг нэгэн зэрэг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ ажлын даралтыг 5 бар хүртэл нэмэгдүүлэх замаар эсийн хүчдэлийг цаашид бууруулж болно. Катодыг деполяризаци хийдэг хүчилтөрөгч (агаар) -ийг ашиглах нь устөрөгчийн ялгарах процессыг хүчилтөрөгчийг бууруулах процессоор сольж, эрчим хүчний зардлыг 1600 кВт.ц шүлтлэг хүртэл бууруулна (хэрэв устөрөгчийн алдагдсан энергийн эрчмийг тооцохгүй бол) . Альтернатив арга бол түлшний эс дэх устөрөгчийг цахилгаан исэлдүүлэх явдал юм.

Hoechst компанийн 0.1 м2 мембран талбай бүхий хлорын мембран электролизер бүхий туршилтуудыг тайлбарлав. Шүлтийн агууламж нэмэгдэх тусам буурдаг одоогийн үр ашиг нь 30% -ийн концентрацид хамгийн багадаа хүрч, дараа нь 34% -ийн концентраци хүртэл нэмэгдэж, дараа нь дахин буурдаг болохыг тогтоожээ. Мембраны процессыг хэрэгжүүлэх янз бүрийн механизм, мембраны шинж чанарыг сонгох, тэдгээрийн хөгшрөлтийн шалтгааныг авч үздэг. Зөвхөн уурын бага өртөгтэй үед мембраны электролизийн эрчим хүчний зардал мөнгөн усны аргынхтай ойртож болохыг харуулсан.

Уг ажил нь диафрагмгүй шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металлын хлоридын уусмалын электролизийн үйл явцыг системтэй судалжээ. Анхны электролитийн катионын шинж чанараас хамааран анод процессын явцын ялгаа нь электролизийн бүтээгдэхүүний янз бүрийн уусах чадвар, голчлон харгалзах металлын гидроксидын уусах чадвараас шалтгаална.

Хлоридын мембран электролизерт мембраны ядаж нэг талд электродын идэвхжилгүй сүвэрхэг хий, шингэн нэвчүүлэх давхарга байдаг. Катод ба анодын камерт даралтыг 15 кгс / см2 хүртэл байлгах нь зүйтэй бөгөөд энэ нь электролизийн хүчдэлийг бууруулах боломжтой болгодог. Энэ аргыг ус ба давсны хүчлийн электролизэд хэрэглэж болно.

Уг нийтлэлд урсгалгүй электролизерт хлорын хий гаргах үйл явцын загварыг авч үзсэн болно.

Дулааны усны электролиз

Сүүлийн үед натри эсвэл кальцийн гипохлоритыг усыг цэвэршүүлэх, ялангуяа саармагжуулах зорилгоор ашиглаж байна. Гипохлоритын сонирхол нэмэгдэж байгаа нь түүнийг ашиглах асар их боломжуудтай холбоотой юм. Далайн усыг электролизээр гаргаж авсан гипохлоритыг бохир ус цэвэршүүлэхэд ашиглах нь байгаль орчинд ээлтэй.

Хүснэгтийн давс эсвэл байгалийн усны усан уусмалыг электролизээр гипохлоритын уусмал үйлдвэрлэх цахилгаан химийн арга нь уусмалыг хэрэглэж буй газарт шууд зохион байгуулах боломжийг олгодог бөгөөд гипохлоритын уусмалыг удаан хугацаагаар хадгалах шаардлагагүй болно.

Одоогийн байдлаар ариутгагч бодисыг цахилгаан химийн аргаар үйлдвэрлэх хоёр аргыг хэрэглэж байна: натрийн хлоридын төвлөрсөн уусмалыг электролиз, дараа нь цэвэршүүлсэн устай холих, ариутгасан усыг шууд электролиз хийх. Нэг ба нөгөө тохиолдолд электролизийн процесс нь электрод дахь гүйдлийн нягт, натрийн хлоридын концентраци, рН, электролитийн температур, хөдөлгөөний шинж чанар, электродын материал, тэдгээрийн идэвхгүй байдал, түүнчлэн электродуудад гүйдэл өгөх арга.

ORTA электрод болон 2х0г дээр суурилсан органик бус керамик мембран бүхий мембран электролизерт натрийн гипохлоритын цахилгаан химийн синтезийн процессыг судалсан. Гүйдлийн нягтрал, натрийн хлоридын уусмалын концентраци, натрийн хлоридын уусмалын нийлүүлэлтийн хурд, электродын камерт уусмал нийлүүлэх хурдны нөлөөллийг судалсан. Хамгийн оновчтой нөхцөлд натрийн гипохлоритын одоогийн үр ашиг нь 2.4 кВт.цаг/кг, натрийн хлорид 3.1 кг/кг цахилгаан эрчим хүчний хувийн зарцуулалтаар 77% байгаа нь батлагдсан. Анодын зэврэлтээс хамгаалах чадварыг туршилтын нөхцөлд тодорхойлсон.

Ус цэвэршүүлэх явцад хлор агуулсан нэгдлүүдийг хянах арга, төхөөрөмжийг санал болгож байна, голчлон усан сан дахь усыг халдваргүйжүүлэхэд зориулагдсан. Натрийн гипохлоритын ариутгах уусмалыг электролитийн аргаар хийдэг бөгөөд усан сан дахь ус хангалттай хэмжээний хлорид агуулдаг гэж үздэг. Ус нь хаалттай хэлхээнд эргэлддэг бөгөөд түүний гадна хэсэгт электролизер, түүнчлэн ус цэвэршүүлэх шүүлтүүр байдаг.

Ундны усыг халдваргүйжүүлэхийн тулд патентын зохиогчид шингэрүүлсэн хлорид агуулсан уусмалаас гипохлоритыг электрохимийн аргаар гаргаж авах хоолойн хажуугийн гадаргуу дээр мини-электролизер барихыг санал болгож байна.

Шингэрүүлсэн (0.89%) натрийн хлоридын уусмалын урсгалын нөхцөлд электролизийн онцлогийг судалсан. Урсгалын хурдыг нэмэгдүүлэх нь хлоратын гарц огцом буурч, электролизерын бүтээмж, тогтвортой байдлыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх боломжтой болохыг тогтоосон. Хамгийн сайн үр дүнг 200-аас доошгүй барзгар байдлын коэффициент бүхий дисперс цагаан алтаар бүрсэн титан электродтой электролизер, анодыг үе үе катодын идэвхжүүлэлтээр олж авсан.

Даралтын дор натрийн гипохлоритын синтезийн цахилгаан химийн процессыг судалсан. Электролизийг дотор нь фторопластикаар бэхжүүлж, хутгах замаар титан хайлшаар хийсэн автоклавт хийдэг. Катодын урвалын үед үүссэн устөрөгчийн хий системд хуримтлагдаж, түүний даралтыг нэмэгдүүлдэг. Судалгааг 100-150 атм даралтын дор явуулсан. Уусмал нь өндөр даралтын дор байгаа тул хлорын уусах чадвар нэмэгдэж, энэ нь натрийн гипохлоритын одоогийн гарцыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Титан дээр суурилсан рутений давхар исэл, бал чулуу, цагаан алт зэргийг катодын материал болгон, титаныг катод болгон ашигласан.

Байгалийн усны электролизийн аргаар гаргаж авсан натрийн гипохлоритын хэрэглээ нь Махачкала-Тернайрын талбайн усыг фенолоос цэвэршүүлэхэд тусалдаг.

Далайн ус эрдэсжилт ихтэй. Далайн усны эрдэсжилт ерөнхийдөө 3.5% буюу 35000 ppm байна "1. Эдгээрээс зөвхөн хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг (хлорид ба натри) 1% -иас их хэмжээгээр агуулагддаг бол бусад хоёрын агууламж: сульфат, магни. ойролцоогоор OD% кальци, кали, бикарбонат ба бром нь 0.001% орчим байдаг.

Бие даасан давсны нийлбэрт харьцуулсан харьцаагаар Каспийн тэнгисийн усны давсжилт нь далай ба Хар тэнгисээс ялгаатай байдаг. Каспийн тэнгисийн ус нь далайн устай харьцуулахад харьцангуй ядуу, Na, SG ионоор баялаг бөгөөд Ca, SO4 ионоор баялаг Каспийн тэнгисийн усны дундаж давсжилт 12.8-12.85% байна. Ижил мөрний амнаас Балхан буланд 20% хүртэл байдаг Өвлийн улиралд Хойд Кавказын усны давсжилт өндөр байдаг бөгөөд энэ нь мөс үүсэх, Волга усны сул урсгалтай холбоотой юм.

Сүүлийн жилүүдэд далайд давсны урсгал нэмэгдэж байгаа нь гол мөрний ионы урсгал ихэссэнтэй холбоотой.

Далайн усанд агуулагдах хамгийн их хэмжээний түдгэлзүүлсэн тоосонцор нь хүрээлэн буй чулуулаг (каолинит, тальк, кварц, хээрийн жонш гэх мэт) ижил эрдэс бодис агуулдаг. Хүснэгт 1.1. Каспийн тэнгисийн усны үндсэн найрлагыг танилцуулж байна.

Электрохимийн синтез

Хлор агуулсан нэгдлүүдийн шинжилгээг дараах аргуудыг ашиглан хийсэн: Понтиусын аргаар HC тодорхойлох. Бага хэмжээний цардуул нэмсэн 10 мл электролитийг (рН = 8) калийн иодидын OD уусмалаар титрлэв. SG-ийн тодорхойлолт. 1 мл электролитийг нэрмэл усаар 100 мл хүртэл авчирна. 10 мл дээжийг CH3COOH + K2ClO4-ийн хэдэн дусал байлцуулан 0.1 Н мөнгөний нитратын уусмалаар титрлэнэ.

C1CV-ийг тодорхойлох. 10 мл дээжинд 25 мл Морын давс нэмнэ. Бөмбөлөг гарч иртэл халааж, огцом хөргөнө. 5 мл Рейнхартын хольц нэмээд 0.1 н калийн перманганатын уусмалаар ягаан өнгөтэй болтол титрлэнэ.

SY/-ийн тодорхойлолт. 10 мл электролит дээр 10 мл ханасан калийн хлоридын уусмал нэмнэ. Хэрэв тунадас үүсэхгүй бол системд CO/s байхгүй болно. Суллагдсан хлорын хэмжээг тодорхойлох Электролизийн явцад үүссэн хийн хлорыг калийн иодидын уусмалаар дамжуулж, ялгарсан иодыг тодорхой концентрацитай натрийн тиосульфатаар титрлэнэ. Хлорыг иодометрийн титриметрийн аргаар тодорхойлно.

Урвалж: натрийн тиосульфат - 0.005 N уусмал; KI - 10% -ийн уусмал; ацетат буфер хольц. CH3COONa ба CH3COOH-ийн 1 N уусмалыг тэнцүү хэмжээгээр хольж бэлтгэнэ; шинэхэн бэлтгэсэн цардуулын уусмал - 1% -ийн уусмал.

Шийдвэрлэх явц. 250 мл конус колбонд 100 мл цоргоны усыг соруулж, 5 мл 10%-ийн KI уусмал, 5 мл ацетат буферийн хольц, 1 мл цардуулын уусмал нэмнэ. Дээжийг 0.005 Н натрийн тиосульфатын уусмалаар уусмалын цэнхэр өнгө арилтал титрлэнэ.

Усан дахь кальцийн агууламжийг тодорхойлохын тулд трилонометрийн аргыг ашигладаг бөгөөд энэ нь дээжинд 0.1 мг ба түүнээс дээш Ca-г тодорхойлох боломжийг олгодог. Энэ арга нь му-рексидын индикаторын дэргэд Trilon B-ийг ашиглахад суурилдаг. Аргын мөн чанар нь шүлтлэг орчинд Ca2+ ионууд нь мурексидтэй нийлмэл нэгдэл үүсгэдэг бөгөөд энэ нь илүү тогтвортой натрийн комплексонат үүссэний үр дүнд Трилон В-тэй титрлэх явцад устдаг. Мурексид (рН 12 дахь нил ягаан хүчлийн аммонийн давс нь Ca ионуудтай харилцан үйлчилж, ягаан өнгийн нэгдлүүдийг үүсгэдэг.

Мурексид нь Mg ионтой урвалд ордоггүй боловч хэрэв судалж буй усанд сүүлийнх нь 30 мг/л-ээс их байвал түүний гадаргуу дээр индикаторыг шингээж Mg(OH)2-ийн тунадас үүсэх бөгөөд энэ нь түүнийг засахад хэцүү болгодог. эквивалент цэг. Дараа нь магнийн концентрацийг бууруулахын тулд шинжилгээний уусмалыг 5-6 удаа шингэлнэ.

Урвалж: Trilon B - 0.05 N уусмал. Яг хэвийн байдлыг MgS04-ийн 0.05 N-ийн стандарт уусмал эсвэл фикс-саналаас бэлтгэсэн уусмалаар тогтооно; NaOH - 10% -ийн уусмал; мурексид - хуурай хольц (мурексидын 1 хэсэг ба 99 хэсэг NaCl).

Шинжилгээний явц. Туршилтын 100 мл усыг 250 мл конус колбонд хийж, 5 мл 10%-ийн натрийн гидроксидын уусмал нэмж, бага зэрэг хуурай индикатор хольц нэмнэ. Уусмал нь улаан болж хувирна. Дээжийг 3-5 минутын турш тогтворжсон нил ягаан өнгөтэй болтол хүчтэй хутгах замаар Trilon B-ээр титрлэнэ. Цаашид Trilon B нэмсэнээр өнгө нь өөрчлөгдөхгүй. Титрлэгдсэн дээжийг "гэрч" болгон ашиглаж болох боловч титрлэсэн дээж нь харьцангуй богино хугацаанд тогтвортой өнгийг хадгалдаг гэдгийг санах нь зүйтэй. Тиймээс өмнө нь бэлтгэсэн өнгөний өөрчлөлт ажиглагдвал шинэ "гэрч" бэлтгэх шаардлагатай.

Катодын процесс - кальцийн хлоридын уусмалын электролизийн үед устөрөгчийн хий үүсэх кинетик.

Платинум нь үнэтэй электродын материал гэдгийг харгалзан хлорыг ялгаруулах үйл явцыг хямд материал болох бал чулуу ашиглан судалжээ. Зураг. 3.3-т кальцийн хлоридын усан уусмал дахь графит дээрх анод гүйдэл-хүчдэлийн муруйг 0.1 - 2.0 М-ийн концентрацид үзүүлэв. Платин электродын нэгэн адил кальцийн хлоридын концентраци ихсэх тусам хлорын ялгарах боломж өөрчлөгддөг. анод тал руу дунджаар 250 - 300 мВ.

Платин, бал чулуу, ORTA-аар хийсэн электродын материал дээр үзүүлсэн хлорын ялгаралтын одоогийн хүчдэлийн муруйгаас үзэхэд кальцийн хлоридын концентраци нэмэгдэхийн хэрээр үйл явцын тархалтын бүрэлдэхүүн хэсэг буурч байгаатай холбоотойгоор хлорын молекулын ялгарах үйл явц хөнгөвчилдөг. .

Хлор ялгарах кинетик параметрүүдийг Зураг дээр харьцуулах. Зураг 3.4-т цагаан алт, бал чулуу электрод ба ORTA дээрх гүйдлийн нягтын (lg і) логарифмаас хэт хүчдэлийн (n) харгалзах Тафелийн хамаарлыг үзүүлэв.

a ба b коэффициентийг тооцоолсны дараа харгалзах шулуун шугамын тэгшитгэлийг дараах хэлбэрээр гаргаж болно: Тооцоолсон a ба b коэффициентүүдийг ашиглан үйл явцын шинж чанарыг олсон - солилцооны гүйдэл i0 ба шилжүүлгийн коэффициент a.

2М кальцийн хлоридын уусмалаас хлорыг цахилгаан химийн аргаар ялгах параметрүүдийг доор өгөв.

Зураг дээр. 3.5. Харьцуулсан шинжилгээний хувьд 2М кальцийн хлоридын уусмал дахь цагаан алт, бал чулуу, ORTA-ийн анод гүйдлийн хүчдэлийн муруйг үзүүлэв. Зургаас харахад хлор нь кальцийн хлоридын уусмалаас ORTA анод дахь хамгийн бага потенциалаар ялгарч, бал чулуун дээрх гүйдлийн хүчдэлийн муруй нь ORTA муруйтай харьцуулахад 250 - 300 мВ-аар анод тал руу шилждэг. Тиймээс кальцийн хлоридын усан уусмалыг электролиз хийхэд ORTA-г анодын материал болгон ашиглах нь илүү дээр байх нь ойлгомжтой. Бал чулуун дээр эрчим хүчний хэрэглээ илүү өндөр байх бөгөөд сүүлийнх нь ORTA-аас бага, ялангуяа анодын ачаалал ихтэй байдаг.

Электролизийн үеийн эрчим хүчний зардал нь катодын үйл явцын кинетикээс хамаардаг гэдгийг харгалзан бид янз бүрийн электродын материал дээр кальцийн хлоридын усан уусмалаас устөрөгчийн ялгарлын хэв маягийг судалсан.

Зураг дээр. 3.6. Платин электрод дээр 0.5 - 2.0 М-ийн концентрацитай кальцийн хлоридын уусмалаас катодын устөрөгч ялгарах одоогийн хүчдэлийн муруйг үзүүлэв. Гүйдлийн хүчдэлийн муруйн дүн шинжилгээ нь кальцийн хлоридын агууламж нэмэгдэхийн хэрээр устөрөгчийн задралын хэт хүчдэл (30-40 мВ-аар) нэмэгддэг болохыг харуулж байна. Боломжит тайлбар нь цагаан алтны электродын гадаргууг хамгаалж, кальцийн давсны бага зэрэг уусдаг тунадас үүсгэж, Ca+ ионы агууламж нэмэгдэх тусам түүний хэмжээ нэмэгддэг. Үүнтэй холбогдуулан кальцийн гипохлоритын цахилгаан химийн үйлдвэрлэлийн явцад өмнө нь тэмдэглэсэн электролизер дээрх хүчдэл мэдэгдэхүйц нэмэгдэж байна.

Графит, ган, зэс, титан зэрэг практик электролизийн хувьд илүү боломжийн электродын материал дээр авсан катодын гүйдэл-хүчдэлийн муруйг Зураг 3.7 ба 3.8-д үзүүлэв. Гүйдлийн хүчдэлийн муруйгаас харахад цагаан алтны дараа устөрөгчийн хувьсалын хэт хүчдэл бага байгаа нь бал чулууны электрод дээр ажиглагдаж байна (Зураг 3.7, муруй 2)? харин титаны катод дээр устөрөгчийн ионуудын цахилгаан бууралт (Зураг 3.8, муруй 2) хамгийн их хэт хүчдэлтэй явагддаг. Энэ зан үйл нь устөрөгчийн хувьслын потенциалын бүсэд фазын ислээр бүрсэн металлын хувьд ердийн зүйл бөгөөд үйл явцад дарангуйлах нөлөө үзүүлдэг. Тиймээс кальцийн хлоридын уусмалыг электролиз хийхэд хамгийн тохиромжтой катодын материал бол бал чулуу юм.

Электролиз нь хайлмал эсвэл электролитийн уусмалаар шууд цахилгаан гүйдэл дамжуулах үед электродууд дээр үүсдэг исэлдэлтийн урвал юм.

Катод нь бууруулагч бодис бөгөөд катионуудад электрон өгдөг.

Анод нь исэлдүүлэгч бодис бөгөөд анионуудаас электрон хүлээн авдаг.

Хайлмал электролизийн үед электродууд дээр үүсэх процессууд

(электродуудын материал болон ионуудын шинж чанараас хамаарахгүй).

1. Анионууд нь анод дээр ялгардаг ( A m -; Өө-

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

2. Катодууд нь катодоор ялгардаг.Би n +, H + ), төвийг сахисан атом эсвэл молекул болж хувирах:

Me n + + n ē → Me ° ; 2 H + + 2ē → H 2 0 (сэргээх үйл явц).

Уусмалын электролизийн явцад электродууд дээр тохиолддог процессууд

ХАЙЛМАЛЫН ЭЛЕКТРОЛИЗ

Даалгавар 1. Хайлсан натрийн бромидын электролизийн схемийг зур. (Алгоритм 1.)

Даалгавар 2. Хайлсан натрийн гидроксидын электролизийн схемийг зур. (Алгоритм 2.)

Даалгавар 3.Хайлсан натрийн сульфатын электролизийн схемийг зур. (Алгоритм 3.)

УСИСНЫ ЭЛЕКТРОЛИЗ

Даалгавар 1.Инерцийн электродуудыг ашиглан натрийн хлоридын усан уусмалыг электролиз хийх схемийг зур. (Алгоритм 1.)

Даалгавар 2.Зэсийн сульфатын усан уусмалын электролизийн схемийг зур.Химийн ) идэвхгүй электродыг ашиглан. (Алгоритм 2.)

Даалгавар 3.Инерцийн электродуудыг ашиглан натрийн гидроксидын усан уусмалын усан уусмалыг электролиз хийх схемийг зур. (Алгоритм 3.)

Санаж байна уу.Хүчилтөрөгч агуулсан хүчлүүдийн электролизийн үед (H 2 SO 4 гэх мэт), суурь (NaOH, Ca (OH) 2 гэх мэт) , идэвхтэй металлын давс, хүчилтөрөгч агуулсан хүчлүүдийн давс(K 2 SO 4 гэх мэт) Усны электролиз нь электродууд дээр явагддаг. 2 H 2 O = 2 H 2 + O 2

Даалгавар 4.Мөнгөөр ​​хийсэн анод ашиглан мөнгөний нитратын усан уусмалыг электролиз хийх схемийг зур. анод нь уусдаг. (Алгоритм 4.)

Электролитийн физик-химийн шинж чанар

E = 3.38 - 1.4*10v-3 (t°-700°)

Ca/CaCl/CaCl2/Cl2.

Мэдрэгч катодтой электролиз

Үндсэн онол

Электролизийн дадлага

Шингэн катодын электролиз ба кальцийн хайлш үйлдвэрлэх

Үндсэн онол

Электролизийн дадлага