Elektrolitska proizvodnja kalcija in njegovih zlitin. Priprava kalcijevih saharatov in njihova uporaba kot inhibitorjev korozije

ELEKTROLIZA

Eden od načinov pridobivanja kovin je elektroliza. Aktivne kovine se v naravi pojavljajo le v obliki kemičnih spojin. Kako izolirati te spojine v prostem stanju?

Raztopine in taline elektrolitov prevajajo električni tok. Ko pa tok teče skozi raztopino elektrolita, lahko pride do kemičnih reakcij. Razmislimo, kaj se bo zgodilo, če v raztopino ali talino elektrolita postavimo dve kovinski plošči, od katerih je vsaka povezana z enim od polov tokovnega vira. Te plošče imenujemo elektrode. Električni tok je premikajoči se tok elektronov. Ko se elektroni v vezju premikajo z ene elektrode na drugo, se na eni od elektrod pojavi presežek elektronov.

Elektroni imajo negativen naboj, zato ta elektroda postane negativno nabita. Imenuje se katoda. Na drugi elektrodi se ustvari pomanjkanje elektronov in ta postane pozitivno nabita. Ta elektroda se imenuje anoda. Elektrolit v raztopini ali talini disociira na pozitivno nabite ione – katione in negativno nabite ione – anione.

Katione privlači negativno nabita elektroda – katoda. Anione privlači pozitivno nabita elektroda – anoda. Na površini elektrod lahko pride do interakcij med ioni in elektroni.

Elektroliza se nanaša na procese, ki nastanejo, ko električni tok teče skozi raztopine ali taline elektrolitov.

Procesi, ki potekajo med elektrolizo raztopin in talin elektrolitov, so precej različni. Oglejmo si oba primera podrobno. Elektroliza talin
Kot primer upoštevajte elektrolizo taline natrijevega klorida. V talini natrijev klorid disociira na ione

Na+ Elektroliza talin spremenijo v atome natrija, kar pomeni, da pride do redukcije kationov Elektroliza talin .

Enačba procesa:

Na + + e - = Na Kloridni ioni Cl - premakniti na površino pozitivno nabite elektrode - anode. Na površini anode nastane pomanjkanje elektronov in elektroni se prenesejo iz anionov Cl- premakniti na površino pozitivno nabite elektrode - anode. Na površini anode nastane pomanjkanje elektronov in elektroni se prenesejo iz anionov na površino elektrode. Hkrati pa negativno nabiti ioni se pretvorijo v atome klora, ki se takoj združijo in tvorijo molekule klora C

l 2:

2С l - -2е - = Cl 2

Kloridni ioni izgubijo elektrone, to pomeni, da oksidirajo.

Skupaj zapišimo enačbe procesov, ki potekajo na katodi in anodi

Na + + e - = Na

2 C l - -2 e - = Cl 2

En elektron sodeluje pri redukciji natrijevih kationov, 2 elektrona pa pri oksidaciji klorovih ionov. Vendar je treba upoštevati zakon o ohranitvi električnega naboja, to je, da mora biti skupni naboj vseh delcev v raztopini konstanten, zato mora biti število elektronov, ki sodelujejo pri redukciji natrijevih kationov, enako številu elektronov sodelujejo pri oksidaciji kloridnih ionov. Zato prvo enačbo pomnožimo z 2:

Na + + e - = Na 2

2С l - -2е - = Cl 2 1

Seštejmo obe enačbi in dobimo splošno reakcijsko enačbo. 2 Na + + 2С l - = 2 Na + Cl 2

(enačba ionske reakcije), oz 2 NaCl = 2 Na + Cl 2

(enačba molekularne reakcije)

Torej, v obravnavanem primeru vidimo, da je elektroliza redoks reakcija. Na katodi pride do redukcije pozitivno nabitih ionov - kationov, na anodi pa do oksidacije negativno nabitih ionov - anionov. S pomočjo "pravila T" si lahko zapomnite, kateri proces se kje zgodi:

katoda - kation - redukcija.Primer 2.

Elektroliza staljenega natrijevega hidroksida.

Natrijev hidroksid v raztopini disociira na katione in hidroksidne ione.<-- Na + + OH - à Анод (+)

katoda (-)

Na površini katode se natrijevi kationi reducirajo in nastanejo natrijevi atomi:

katoda (-) Na + +e à Na

Na površini anode pride do oksidacije hidroksidnih ionov, sproščanja kisika in tvorbe molekul vode:

katoda (-) Na + + e à Na

anoda (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2

Število elektronov, vključenih v reakcijo redukcije natrijevih kationov in v reakcijo oksidacije hidroksidnih ionov, mora biti enako. Zato prvo enačbo pomnožimo s 4:

katoda (-) Na + + e à Na 4

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

4 NaOH do 4 Na + 2 H 2 O + O 2

Primer 3.Razmislite o elektrolizi taline Al2O3

S to reakcijo pridobivajo aluminij iz boksita, naravne spojine, ki vsebuje veliko aluminijevega oksida. Tališče aluminijevega oksida je zelo visoko (več kot 2000º C), zato mu dodajajo posebne dodatke, ki znižajo tališče na 800-900º C. V talini aluminijev oksid disociira na ione Al 3+ in O 2-. H kationi pa se reducirajo na katodi Al 3+ , ki se spremenijo v atome aluminija:

Al +3 e à Al

Anioni se oksidirajo na anodi O2- , ki se spremenijo v atome kisika. Atomi kisika se takoj povežejo v molekule O2:

2 O 2- – 4 e à O 2

Število elektronov, ki sodelujejo v procesih redukcije aluminijevih kationov in oksidacije kisikovih ionov, mora biti enako, zato prvo enačbo pomnožimo s 4, drugo pa s 3:

Al 3+ +3 e à Al 0 4

2 O 2- – 4 e à O 2 3

Seštejmo obe enačbi in dobimo

4 Al 3+ + 6 O 2- à 4 Al 0 +3 O 2 0 (enačba ionske reakcije)

2 Al 2 O 3 do 4 Al + 3 O 2

Elektroliza raztopin

V primeru prehajanja električnega toka skozi vodno raztopino elektrolita se zadeva zaplete, ker so v raztopini molekule vode, ki lahko medsebojno delujejo tudi z elektroni. Spomnimo se, da sta v molekuli vode atoma vodika in kisika povezana s polarno kovalentno vezjo.

δ+

Elektronegativnost kisika je večja kot pri vodiku, zato so skupni elektronski pari nagnjeni k atomu kisika. Na kisikovem atomu se pojavi delni negativni naboj, označen z δ-, delni pozitivni naboj pa na atomih vodika, označen z δ+.

│

N-O δ-

H δ+

Zaradi tega premika nabojev ima molekula vode pozitivne in negativne "pole". Zato lahko molekule vode privlačimo s pozitivno nabitim polom k negativno nabiti elektrodi - katodi in z negativnim polom - k pozitivno nabiti elektrodi - anodi. Na katodi lahko pride do redukcije molekul vode in sprošča vodik:

Na anodi lahko pride do oksidacije molekul vode, pri čemer se sprosti kisik:

Zato se lahko na katodi reducirajo kationi elektrolitov ali molekule vode. Zdi se, da ta dva procesa tekmujeta drug z drugim. Kakšen proces dejansko poteka na katodi, je odvisno od narave kovine. Ali se bodo kovinski kationi ali molekule vode reducirali na katodi, je odvisno od položaja kovine v .

razpon kovinskih napetosti

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

Če je kovina v nizu napetosti desno od vodika, se kovinski kationi reducirajo na katodi in sprosti se prosta kovina. Če je kovina v nizu napetosti levo od aluminija, se molekule vode reducirajo na katodi in sprošča vodik. Nazadnje, v primeru kovinskih kationov od cinka do svinca lahko pride do razvoja kovine ali vodika, včasih pa lahko pride do razvoja vodika in kovine hkrati. Na splošno je to precej zapleten primer; veliko je odvisno od reakcijskih pogojev: koncentracije raztopine, električnega toka in drugih. Na anodi se lahko zgodi tudi eden od dveh procesov – bodisi oksidacija elektrolitskih anionov bodisi oksidacija vodnih molekul. Kateri proces se dejansko zgodi, je odvisno od narave aniona. Pri elektrolizi soli brezkisikovih kislin ali kislin samih pride do oksidacije anionov na anodi. Edina izjema je fluoridni ion

F-.

Pri kislinah, ki vsebujejo kisik, pride do oksidacije molekul vode na anodi in sproščanja kisika. Primer 1.

Oglejmo si elektrolizo vodne raztopine natrijevega klorida.

Vodna raztopina natrijevega klorida bo vsebovala natrijeve katione

Na +, klorovi anioni Cl - in molekule vode.

2 NaCl à 2 Na + + 2 Cl -

2H 2 O à 2 H + + 2 OH -

katoda (-) 2 Na + ; 2H+; 2Н + + 2е à Н 0 2 anoda (+) 2 Cl - ;

katoda - kation - redukcija.2 OH - ; 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0 2NaCl + 2H 2 O do H 2 + Cl 2 + 2NaOH Kemični dejavnost Kemični anioni so malo verjetni zmanjša.

In če sol vsebuje

SO 4 2-

? Oglejmo si elektrolizo raztopine nikljevega sulfata ( II

).

Nikeljev sulfat ( ) disociira na ione Ni 2+ in SO 4 2-:

NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-

Zapišimo skupaj enačbe procesov, ki potekajo na katodi in anodi:

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

).

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

V redukcijskih procesih sodelujejo 4 elektroni, v oksidacijskih pa tudi 4 elektroni. Seštejmo te enačbe in dobimo splošno reakcijsko enačbo:

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

Na desni strani enačbe sta H + in OH- , ki se združijo v molekule vode:

H + + OH - à H 2 O

Zato je na desni strani enačbe namesto 4 H + ionov in 2 iona OH- Zapišimo 2 molekuli vode in 2 H + iona:

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

Zmanjšajmo dve molekuli vode na obeh straneh enačbe:

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

To je kratka ionska enačba. Če želite dobiti celotno ionsko enačbo, morate na obe strani dodati sulfatni ion 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0 , ki nastane med disociacijo nikljevega sulfata ( Kemični ) in ne sodelujejo pri reakciji:

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

Tako med elektrolizo raztopine nikljevega sulfata ( Kemični ) na katodi se sproščata vodik in nikelj, na anodi pa kisik.

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

Primer 3. Napišite enačbe za procese, ki potekajo med elektrolizo vodne raztopine natrijevega sulfata z inertno anodo.

Standardni potencial sistema elektrod Na + + e = Na 0 je bistveno bolj negativen kot potencial vodne elektrode v nevtralnem vodnem mediju (-0,41 V), zato bo na katodi prišlo do elektrokemične redukcije vode, ki jo spremlja sproščanje vodika

2H 2 O à 2 H + + 2 OH -

in Na ioni +, ki pride do katode, se bo kopičila v delu raztopine, ki meji nanjo (katodni prostor).

Na anodi bo prišlo do elektrokemične oksidacije vode, kar bo povzročilo sproščanje kisika

2 H 2 O – 4е à O 2 + 4 H +

saj ustreza temu sistemu standardni potencial elektrode (1,23 V) je znatno nižji od standardnega potenciala elektrode (2,01 V), ki je značilen za sistem

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

SO 4 2- ioni ki se med elektrolizo premika proti anodi, se bo kopičila v anodnem prostoru.

Če enačbo katodnega procesa pomnožimo z dvema in jo seštejemo z enačbo anodnega procesa, dobimo skupno enačbo procesa elektrolize:

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

Ob upoštevanju, da pride do hkratnega kopičenja ionov v katodnem prostoru in ionov v anodnem prostoru, lahko celotno enačbo procesa zapišemo v naslednji obliki:

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

Tako se hkrati s sproščanjem vodika in kisika tvorita natrijev hidroksid (v katodnem prostoru) in žveplova kislina (v anodnem prostoru).

Primer 4.Elektroliza raztopine bakrovega sulfata ( II) CuSO 4 .

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

katoda (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

anoda (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H + 1

Ioni H+ ostanejo v raztopini 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0 , ker se kopiči žveplova kislina.

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

Primer 5. Elektroliza raztopine bakrovega klorida ( II) CuCl 2.

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

katoda (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

anoda (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

Obe enačbi vključujeta dva elektrona.

Cu 2+ + 2e à Cu 0 1

2Cl - --– 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (ionska enačba)

CuCl 2 do Cu + Cl 2 (molekularna enačba)

Primer 6. Elektroliza raztopine srebrovega nitrata AgNO3.

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

katoda (-) Ag + + e à Ag 0

anoda (+) 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 (ionska enačba)

4 Ag + + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 H + + O 2 + 4 št 3 - (polna ionska enačba)

4 AgNO 3 + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 HNO 3 + O 2 (molekularna enačba)

Primer 7. Elektroliza raztopine klorovodikove kislineHCl.

Natrijev hidroksid v raztopini disociira na katione in hidroksidne ione.<-- H + + Cl - à anoda (+)

katoda (-) 2H + + 2 eà H 2

anoda (+) 2Cl - – 2 eà Cl 2

2 H + + 2 Cl - à H 2 + Cl 2 (ionska enačba)

2 HClà H 2 + Cl 2 (molekularna enačba)

Primer 8. Elektroliza raztopine žveplove kislineH 2 SO 4 .

katoda (-) <-- 2H + + SO 4 2- à anoda (+)

katoda (-)2H+ + 2eà H 2

anoda(+) 2H 2 O – 4eà O2 + 4H+

2H+ + 2eà H 2 2

2H 2 O – 4eà O2 + 4H+1

4H+ + 2H2Oà 2H2 + 4H+ +O2

2H2Oà 2H2 + O2

Primer 9. Elektroliza raztopine kalijevega hidroksidaKOH.

Natrijev hidroksid v raztopini disociira na katione in hidroksidne ione.<-- K + + OH - à anoda (+)

Kalijevi kationi se ne bodo reducirali na katodi, ker je kalij v nizu napetosti kovin levo od aluminija, namesto tega bo prišlo do redukcije molekul vode:

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

katoda(-) 2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 2

anoda(+) 4OH - - 4eà 2H 2 O + 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

Primer 10. Elektroliza raztopine kalijevega nitrataKNO 3 .

katoda (-) <-- K + + NO 3 - à anoda (+)

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

katoda(-) 2H 2 O + 2eà H2+2OH-2

anoda(+) 2H 2 O – 4eà O2 + 4H+1

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

2H2Oà 2H2 + O2

Ko električni tok prehaja skozi raztopine kislin, ki vsebujejo kisik, alkalij in soli kislin, ki vsebujejo kisik, s kovinami, ki se nahajajo v nizu napetosti kovin levo od aluminija, praktično pride do elektrolize vode. V tem primeru se na katodi sprošča vodik, na anodi pa kisik.

Sklepi. Pri določanju produktov elektrolize vodnih raztopin elektrolitov se lahko v najpreprostejših primerih ravnamo po naslednjih premislekih:

1.Kovinski ioni z majhno algebraično vrednostjo standardnega potenciala - odLi + doAl 3+ vključno – imajo zelo šibko nagnjenost k ponovnemu dodajanju elektronov in so v tem pogledu slabši od ionovH + (cm. Niz aktivnosti kationov). Med elektrolizo vodnih raztopin spojin, ki vsebujejo te katione, opravljajo ioni funkcijo oksidanta na katodiH + , obnavljanje po shemi:

2 H 2 O+ 2 eà H 2 + 2OH -

2.Kovinski kationi s pozitivnimi vrednostmi standardnih potencialov (Cu 2+ , Ag + , Hg 2+ itd.) imajo večjo težnjo k dodajanju elektronov v primerjavi z ioni. Med elektrolizo vodnih raztopin njihovih soli ti kationi sprostijo funkcijo oksidanta na katodi, medtem ko se reducirajo v kovino po shemi, na primer:

Cu 2+ +2 eà Cu 0

3. Med elektrolizo vodnih raztopin kovinskih soliZn, Fe, Cd, Niitd., ki zasedajo srednji položaj v nizu napetosti med navedenimi skupinami, pride do redukcijskega procesa na katodi po obeh shemah. Masa sproščene kovine v teh primerih ne ustreza količini električnega toka, ki teče, del tega pa se porabi za tvorbo vodika.

4. V vodnih raztopinah elektrolitov so monoatomski anioni (Cl - , Br - , J - ), anioni, ki vsebujejo kisik (št 3 - , SO 4 2- , P.O. 4 3- in drugi), kot tudi hidroksilne ione vode. Od teh imajo halogenidni ioni močnejše redukcijske lastnosti, z izjemoF.OHIoniHCl, zasedajo vmesni položaj med njimi in poliatomskimi anioni., Zato med elektrolizo vodnih raztopinHBr

2 H.J. - -2 eà H.J. 2 0

ali njihovih soli na anodi poteka oksidacija halogenidnih ionov po naslednji shemi:

4 X – 4 eà 2 H 2 O + O 2 + 4 H +

.

Med elektrolizo vodnih raztopin sulfatov, nitratov, fosfatov itd.

Funkcijo reducenta opravljajo ioni, ki oksidirajo po naslednji shemi: HOH Naloge.

ZAkoča 1. Pri elektrolizi raztopine bakrovega sulfata se je na katodi sprostilo 48 g bakra.0 4 2 ".

Poiščite prostornino plina, ki se sprosti na anodi, in maso žveplove kisline, ki nastane v raztopini.

Bakrov sulfat v raztopini ne disociira ionov

C 2+ in12

S |1

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

Zapišimo enačbe procesov, ki potekajo na katodi in anodi. Cu kationi se reducirajo na katodi, na anodi pa pride do elektrolize vode:

Na obe strani enačbe dodamo 2 sulfatna iona, ki nastaneta pri disociaciji bakrovega sulfata in dobimo celotno ionsko enačbo:

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

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

Plin, ki se sprošča na anodi, je kisik. V raztopini nastane žveplova kislina.

Molska masa bakra je 64 g/mol, izračunajmo količino bakrove snovi:

V skladu z reakcijsko enačbo, ko se na katodi sprostita 2 mola bakra, se na anodi sprosti 1 mol kisika. Na katodi se sprosti 0,75 mola bakra, na anodi naj se sprosti x molov kisika. Naredimo razmerje:

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

Na anodi se je sprostilo 0,375 mol kisika,

v(O2) = 0,375 mol.

Izračunajmo količino sproščenega kisika:

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

Po reakcijski enačbi, ko se na katodi sprostita 2 mola bakra, nastaneta v raztopini 2 mola žveplove kisline, kar pomeni, da če se na katodi sprosti 0,75 mola bakra, potem nastane 0,75 mola žveplove kisline. v raztopini je v(H2SO4) = 0,75 mola.

Izračunajmo molsko maso žveplove kisline:

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

Izračunajmo maso žveplove kisline:

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

Na anodi se je sprostilo 8,4 litra kisika; V raztopini je nastalo 73,5 g žveplove kisline

Naloga 2. Poiščite prostornino plinov, ki se sproščajo na katodi in anodi med elektrolizo vodne raztopine, ki vsebuje 111,75 g kalijevega klorida. Katera snov je nastala v raztopini? Poišči njegovo maso.

Kalijev klorid v raztopini disociira na ione K+ in Cl:

2КС1 =К+ + Сl

Namesto tega se kalijevi ioni ne reducirajo na katodi; reducirajo se molekule vode. Na anodi pride do oksidacije kloridnih ionov in sproščanja klora:

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

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

2SG-2e" = C12|1

2СГl+ 2Н2О = Н2 + 2ОН" + С12 (kratka ionska enačba) Raztopina vsebuje tudi ione K+, ki nastanejo pri disociaciji kalijevega klorida in ne sodelujejo pri reakciji:

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

Prepišimo enačbo v molekularni obliki:

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

Na katodi se sprošča vodik, na anodi klor, v raztopini pa nastaja kalijev hidroksid.

Raztopina je vsebovala 111,75 g kalijevega klorida.

Izračunajmo molsko maso kalijevega klorida:

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

Izračunajmo količino kalijevega klorida:

Po reakcijski enačbi se med elektrolizo 2 molov kalijevega klorida sprosti 1 mol klora. Naj z elektrolizo 1,5 mola kalijevega klorida nastane x mol klora.

Pri tem se bo sprostilo 0,75 mol klora, v(C!2) = 0,75 mol. Po reakcijski enačbi, ko se na anodi sprosti 1 mol klora, se na katodi sprosti 1 mol vodika. Če se torej na anodi sprosti 0,75 mol klora, potem se na katodi sprosti 0,75 mol vodika, v(H2) = 0,75 mol.

Izračunajmo količino klora, ki se sprosti na anodi:

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

Prostornina vodika je enaka prostornini klora:

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

Po reakcijski enačbi nastane pri elektrolizi 2 molov kalijevega klorida 2 molov kalijevega hidroksida, kar pomeni, da pri elektrolizi 0,75 molov kalijevega klorida nastane 0,75 molov kalijevega hidroksida. Izračunajmo molsko maso kalijevega hidroksida:

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

Izračunajmo maso kalijevega hidroksida:

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. Na katodi se je sprostilo 16,8 l vodika, na anodi 16,8 l klora, v raztopini pa je nastalo 42 g kalijevega hidroksida.

Naloga 3. Pri elektrolizi raztopine 19 g dvovalentnega kovinskega klorida se je na anodi sprostilo 8,96 l klora. Ugotovite, kateri kovinski klorid je bil izpostavljen elektrolizi. Izračunajte količino vodika, ki se sprosti na katodi.

Označimo neznano kovino M, formula njenega klorida je MC12. Na anodi pride do oksidacije kloridnih ionov in sproščanja klora. Pogoj pravi, da se vodik sprošča na katodi, zato pride do redukcije molekul vode:

2Н20 + 2е- = Н2 + 2ОH|1

2Cl -2e" = C12! 1

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

2Cl + 2H2O = H2 + 2OH" + C12 (kratka ionska enačba)

Raztopina vsebuje tudi ione M2+, ki se med reakcijo ne spremenijo.

Zapišimo celotno ionsko enačbo reakcije:

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

Prepišimo reakcijsko enačbo v molekularni obliki:

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

Poiščimo količino klora, ki se sprosti na anodi:

Po reakcijski enačbi se med elektrolizo 1 mola klorida neznane kovine sprosti 1 mol klora. Če se je sprostilo 0,4 mol klora, je bilo 0,4 mol kovinskega klorida izpostavljeno elektrolizi. Izračunajmo molsko maso kovinskega klorida:

Molska masa neznanega kovinskega klorida je 95 g/mol.

Na dva atoma klora je 35,5"2 = 71 g/mol.

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0,75 mol «98 g/mol = 73,5 g. raztopino magnezijevega klorida smo podvrgli elektrolizi; Na katodi se je sprostilo 8,96 litra vodika.

*Naloga 4. Pri elektrolizi 200 g raztopine kalijevega sulfata s koncentracijo 15 % se je na anodi sprostilo 14,56 l kisika.

Izračunajte koncentracijo raztopine na koncu elektrolize.

V raztopini kalijevega sulfata molekule vode reagirajo tako na katodi kot na anodi:

2Н20 + 2е" = Н2 + 20Н-|2

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

Seštejmo obe enačbi skupaj:

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

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

2H2O = 2H2 + 02

Pravzaprav, ko pride do elektrolize raztopine kalijevega sulfata, pride do elektrolize vode.

Koncentracija topljenca v raztopini je določena s formulo:

С=m(topljenec) 100% / m(raztopina)

Če želite ugotoviti koncentracijo raztopine kalijevega sulfata na koncu elektrolize, morate poznati maso kalijevega sulfata in maso raztopine. Masa kalijevega sulfata se med reakcijo ne spremeni. Izračunajmo maso kalijevega sulfata v prvotni raztopini. Koncentracijo začetne raztopine označimo s C

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

Masa raztopine se med elektrolizo spreminja, saj se del vode pretvori v vodik in kisik. 2Izračunajmo količino sproščenega kisika:

(O

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

Po reakcijski enačbi 2 mola vode proizvedeta 1 mol kisika. Naj se pri razpadu x mol vode sprosti 0,65 mol kisika. Naredimo razmerje:

1,3 mol vode je razpadlo, v(H2O) = 1,3 mol.

Izračunajmo molsko maso vode:

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

Izračunajmo maso razkrojene vode:

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. Masa raztopine kalijevega sulfata se je zmanjšala za 23,4 g in postala enaka 200-23,4 = 176,6 g. Izračunajmo zdaj koncentracijo raztopine kalijevega sulfata na koncu elektrolize:

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

koncentracija raztopine na koncu elektrolize je 17 %.

*Naloga 5. 188,3 g zmesi natrijevega in kalijevega klorida smo raztopili v vodi in skozi nastalo raztopino spustili električni tok.

Pri elektrolizi se je na katodi sprostilo 33,6 litra vodika. Izračunajte sestavo zmesi v masnih odstotkih.

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

Količino kalijevega klorida v zmesi označimo z x mol, količino natrijevega klorida pa z mol. Po reakcijski enačbi se pri elektrolizi 2 molov natrijevega ali kalijevega klorida sprosti 1 mol vodika.

Zato pri elektrolizi x mola kalijevega klorida nastane x/2 ali 0,5x mola vodika, pri elektrolizi x mola natrijevega klorida pa 0,5y mola vodika.

Poiščimo količino vodika, ki se sprosti med elektrolizo zmesi:

Sestavimo enačbo: 0,5x + 0,5y = 1,5

Izračunajmo molske mase kalijevega in natrijevega klorida:

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

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

Masa x mol kalijevega klorida je enaka:

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

Masa mola natrijevega klorida je:

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

Masa zmesi je 188,3 g, sestavimo drugo enačbo:

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

Torej rešimo sistem dveh enačb z dvema neznankama:

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

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

Iz prve enačbe izrazimo x:

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

x = 3-y

Če nadomestimo to vrednost x v drugo enačbo, dobimo:

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

223,5-74,5y + 58,5y= 188,3

-16у = -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. Izračunajmo masni delež natrijevega klorida:

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

mešanica vsebuje 31,65 % kalijevega klorida in 68,35 % natrijevega klorida.

Uvod

POGLAVJE I. Pregled literature

1.1. Metode za pridobivanje in recikliranje kalcijevega klorida 7

1.1.1 Kemijske metode 7

1.1.2. Elektrokemijske metode 10

1.2. Priprava kalcijevih saharatov in njihova uporaba kot zaviralcev korozije 12

1.3 Elektrokemijska sinteza plinastega klora 13

1.4. Sinteza ogljikovega dioksida 16

1.5. Vzorci elektrokemijskih procesov v naravnih vodah, ki vsebujejo kalcijeve ione 17

1,5 L. Elektroliza termalnih voda 17

1.5.2. Elektroliza morske vode 20

1.6. Sklepi iz pregleda literature 23

POGLAVJE II. Eksperimentalni postopek 24

2.1. Polarizacijske meritve 24

2.2- Elektrokemijske sinteze 25

2.3. Metodologija analize in identifikacije izdelkov 26

2.4. Matematična obdelava dobljenih rezultatov 33

Poglavje III. Eksperimentalni podatki in razprava

3.1.2. Katodni proces - kinetika nastajanja vodikovega plina med elektrolizo raztopine kalcijevega klorida 45

3.1.3. Preparativni vidiki elektrolize vodne raztopine kalcijevega klorida 48

3.2. Značilnosti poteka elektrodnih reakcij v vodnih raztopinah (CAC12 + SUKAROZA) na različnih elektrodnih materialih 50

3.2.1. Katodni postopek 50

3.2.2. Preparativni vidiki elektrokemične proizvodnje kalcijeve saharoze 58

3.2.3. Vzorci elektrodnih reakcij v sistemu: (CaC12 + saharoza + Ca(OH)2) 61

3.2.3.1 Anodni postopek 61

3.2.3.2 Katodni postopek 62

3.3. Vzorci elektrodnih reakcij v sistemu [CaCl2+NIII3+Ca(III3)2] 65

3.3.1. Anodni postopek 65

3.3.2. Katodni postopek. 68

3.3.3. Preparativni vidiki elektrokemijske sinteze kalcijevega nitrata 74

3.3.4. Preparativni vidiki elektrokemične proizvodnje ogljikovega dioksida 75

3.4 Elektrokemična proizvodnja kalcijevega acetata 78

3.4.1. Značilnosti katodnega procesa pri elektrosintezi kalcijevega acetata na različnih elektrodnih materialih 79

3.4.2. Preparativni vidiki elektrosinteze kalcijevega acetata 87

Literatura

Uvod v delo

Relevantnost teme. Skoraj vse naravne vode vsebujejo kalcijeve spojine v različnih koncentracijah. Velike količine kalcijevega klorida nastanejo kot odpadki pri proizvodnji sode, hidrolizi kloriranih organskih spojin in v drugih proizvodnih procesih.

Znane kemične in elektrokemične metode predelave kalcijevega klorida imajo precejšnje pomanjkljivosti: razgradnja klorida

kalcij pri temperaturi 950-1000 C zahteva uporabo posebnih konstrukcijskih materialov in visoke stroške energije med elektrolizo raztopin kalcijevega klorida, na katodi se odlaga netopna oborina; (tCa(OH)2* iCaCI2) in sčasoma se prehod električnega toka skozi sistem ustavi.

Predelava kalcijevega klorida v dragocenejše produkte, ki se uporablja kot nova vrsta surovine za proizvodnjo klorovodikove kisline, klora, klorosulfonskih kislin in aluminijevega klorida v ekološki in farmacevtski proizvodnji, je pereč problem.

Posebej obetavne za te namene so elektrokemijske metode, ki omogočajo sintezo kemičnih produktov brez uporabe reagentov z uporabo elektrooksidativnih in elektroreduktivnih procesov.

Izbira predmetov raziskovanja v disertaciji je bila določena na eni strani z vrednostjo končnih izdelkov, na drugi strani pa z možnostjo uporabe kalcijevega klorida kot surovine, velikotonskega industrijskega odpadka, katerih predelava pomaga varovati okolje pred škodljivimi industrijskimi izpusti.

Namen in cilji študije. Namen dela je bil študij prava
razsežnosti elektrodnih reakcij in proizvodnje kalcij vsebujočih
tekoče spojine iz vodnih raztopin kalcijevega klorida.

Za dosego tega cilja je bilo treba rešiti naslednje naloge:

proučevati anodno reakcijo sproščanja klora iz vodnih raztopin kalcijevega klorida na različnih elektrodnih materialih;

ugotoviti kinetiko in mehanizem elektrodnih reakcij v vodnih raztopinah kalcijevega klorida, kalcijevega nitrata, kalcijevega acetata in zmesi kalcijevega klorida s saharozo;

Določite optimalne parametre za elektrokemijsko sintezo kalcija
F spojine, ki vsebujejo ci: gostota toka, koncentracije elektrolitov,

trenutne proizvodnje ciljnih izdelkov.

Predmet proučevanja so bili elektrokemijski procesi, prote
prodiranje v različne materiale elektrod v vodnih kloridnih raztopinah
kalcij z raznimi dodatki. Izbira raziskovalnega predmeta je bila določena z
na eni strani nepoznavanje in kompleksnost elektrodnih procesov pri dirkah
sistemov v pregledu, na drugi strani pa možnost uporabe odpadkov
Š obsežno proizvodnjo kalcijevega klorida za pridobitev dragocenega

izdelkov.

Znanstvena novost:

Izdelane so znanstvene podlage za tehnologijo in napredne tehnološke rešitve za elektrolizo vodnih raztopin, ki vsebujejo kalcijeve ione;

Vzorci poteka anodnih in katodnih reakcij po
sevanje spojin, ki vsebujejo kalcij, na različnih materialih elektrod

Praktični pomen dela:

Prvič so bile z uporabo kalcijevega klorida kot surovine sintetizirane tako dragocene kemične spojine, kot so kalcijev acetat, kalcijev saharoza, kalcijev nitrat, ogljikov dioksid, klor in vodikovi plini.

Odobritev delo. O glavnih rezultatih so poročali in razpravljali na XIV srečanju o elektrokemiji organskih spojin "Novice elektrokemije organskih spojin" (Novocherkassk, 1998), na Vseslovenski znanstveni in praktični konferenci "Kemija v tehnologiji in medicini" (Mahačkala). , 2002), na Mednarodni znanstveno-tehnični konferenci, posvečeni 70. obletnici Sankt Peterburške državne univerze za nizkotemperaturne in prehrambene tehnologije (Sankt Peterburg, 2001), Mednarodna konferenca "Sodobni problemi organske kemije, ekologije in biotehnologija" (Luga, 2001), na zaključnih vse-ruskih konferencah "Ekologija in racionalna raba naravnih virov" (Sankt Peterburg, 2001 in 2002).

Obseg in struktura disertacije. Disertacija je sestavljena iz uvoda, treh poglavij, zaključkov in seznama literature, ki obsega 111 naslovov. Delo je predstavljeno na 100 straneh tipkanega besedila, vključuje 36 slik in 6 tabel.

Delo je potekalo v okviru štipendije Ministrstva za izobraževanje Ruske federacije v okviru programa "Znanstvene raziskave visokega šolstva na prednostnih področjih znanosti in tehnologije", podprogram - "Ekologija in racionalna raba naravnih virov", razdelek - "Problematika umetnih tvorb in uporabe industrijskih in gospodinjskih odpadkov 2001-2002."

Priprava kalcijevih saharatov in njihova uporaba kot inhibitorjev korozije

Klor se v znatnih količinah uporablja za pripravo belil (kalcijevega hipoklorita in belila). S sežiganjem klora v vodikovi atmosferi dobimo čisti vodikov klorid. Ustrezni kloridi se uporabljajo pri proizvodnji titana, niobija in silicija. Železov in aluminijev fosforjev klorid se uporabljata tudi industrijsko.

Več kot 60 % vsega proizvedenega klora se porabi za sintezo organoklorovih spojin. Veliki porabniki klora so proizvodnja ogljikovega tetraklorida, kloroforma, metilen klorida, dikloroetana, vinil klorida in klorobenzena. Znatne količine klora se porabijo pri sintezi glicerola in etilenglikola z uporabo klorovih metod, pa tudi pri sintezi ogljikovega disulfida.

Za dezinfekcijo vode je bolj obetaven klorov dioksid, pridobljen z elektrolizo raztopine natrijevega klorida.

Po predhodnih ocenah je proizvodnja klora leta 1987 v ZDA znašala 10,4 milijona ton. Cena 1 tone klora je 195 $. Klor se pridobiva z elektrolizo raztopine NaCl. V monografiji so opisane teoretične osnove in zasnove industrijskih elektrolizerjev.

Obvladovanje tehnologije elektrolize slanic NaCl z uporabo ionsko izmenjevalnih membran omogoča zmanjšanje (v primerjavi z diafragmo ali živosrebrno elektrolizo) stroškov opreme (za 15-25%) in stroškov energije (za 20-35%). Donosnost membranske elektrolize je povezana z možnostjo proizvodnje alkalij s koncentracijo 40 % s porabo električne energije 200 kWh/t proizvoda. Dvoslojne membrane omogočajo delovanje pri gostotah toka do 4 kA/m, kar zagotavlja učinkovitejšo rabo poceni električne energije ponoči. Te prednosti v celoti kompenzirajo relativno visoke stroške novih membran (500-700 $/m2).

Razpravlja se o učinkovitosti uporabe aktiviranih katod za zmanjšanje prenapetosti sproščanja vodika. Nadaljnje zmanjšanje napetosti celice lahko dosežete s povečanjem delovnega tlaka na 5 barov ob hkratnem zvišanju temperature. Uporaba kisika (zraka), ki depolarizira katodo in nadomešča proces evolucije vodika s procesom redukcije kisika, zniža stroške energije na 1600 kWh/t alkalije (če ne upoštevamo izgubljene energijske intenzivnosti vodika) . Alternativna pot je elektrooksidacija vodika v gorivni celici.

Opisani so poskusi podjetja Hoechst s klorovim membranskim elektrolizerjem s površino membrane 0,1 m2. Ugotovljeno je bilo, da tokovni izkoristek, ki pada z naraščajočo koncentracijo alkalij, doseže minimum pri koncentraciji 30 % in nato naraste do koncentracije 34 %, nato pa ponovno pade. Obravnavani so različni mehanizmi za izvedbo membranskega procesa ter izbor lastnosti membran in vzrokov za njihovo staranje. Dokazano je bilo, da se le pri nizkih stroških pare lahko stroški energije pri membranski elektrolizi približajo stroškom pri metodi z živim srebrom.

Delo je izvedlo sistematično študijo procesa elektrolize raztopin kloridov alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin brez diafragme. Dokazano je, da so razlike v poteku anodnega procesa, odvisno od narave kationa začetnega elektrolita, posledica različnih topnosti produktov elektrolize, predvsem topnosti hidroksidov ustreznih kovin.

V elektrolizerju s kloridno membrano je vsaj na eni strani membrane porozna plast, prepustna za pline in tekočine, ki nima elektrodne aktivnosti. V katodnih in anodnih komorah se tlak prednostno vzdržuje do 15 kgf / cm2, kar omogoča zmanjšanje napetosti elektrolize. Metodo lahko uporabimo za elektrolizo vode in klorovodikove kisline.

Prispevek obravnava model procesa proizvodnje plinastega klora v nepretočnem elektrolizerju.

Elektroliza termalnih voda

V zadnjem času se za čiščenje in predvsem nevtralizacijo vode uporablja natrijev ali kalcijev hipoklorit. Povečano zanimanje za hipoklorit je v veliki meri posledica velikih možnosti njegove uporabe. Uporaba hipoklorita, pridobljenega z elektrolizo morske vode, za čiščenje odpadnih voda je okolju prijazna.

Elektrokemična metoda za proizvodnjo raztopin hipoklorita z elektrolizo vodnih raztopin kuhinjske soli ali naravnih voda omogoča organizacijo te proizvodnje neposredno na mestih, kjer se raztopine porabijo, in ni potrebe po dolgotrajnem skladiščenju raztopin hipoklorita.

Trenutno se uporabljata dve metodi elektrokemične proizvodnje dezinfekcijskega sredstva: elektroliza koncentriranih raztopin natrijevega klorida, ki ji sledi mešanje z obdelano vodo in neposredna elektroliza dezinficirane vode. Postopek elektrolize je tako v enem kot v drugem primeru odvisen od gostote toka na elektrodah, koncentracije natrijevega klorida, pH, temperature in narave gibanja elektrolita, materiala elektrod in njihove pasivizacije, kot tudi način dovoda toka na elektrode.

Proučevali smo proces elektrokemijske sinteze natrijevega hipoklorita v membranskem elektrolizerju z ORTA elektrodo in anorgansko keramično membrano na osnovi 2x0g. Proučevali smo vpliv gostote toka, koncentracije raztopine natrijevega klorida, hitrosti dovajanja raztopine natrijevega klorida, hitrosti dovajanja raztopin v elektrodne komore. Dokazano je, da je v optimalnih pogojih trenutni izkoristek natrijevega hipoklorita 77 % s specifično porabo električne energije 2,4 kWh/kg in natrijevega klorida 3,1 kg/kg. Korozijsko sposobnost anode smo določili v eksperimentalnih pogojih.

Predlagana je metoda in naprava za spremljanje klor vsebujočih spojin med pripravo vode, namenjena predvsem dezinfekciji vode v bazenih. Priprava dezinfekcijske raztopine natrijevega hipoklorita poteka z elektrolitsko metodo, pri čemer se predpostavlja, da voda v bazenu vsebuje zadostno količino kloridov. Voda kroži v zaprtem krogu, v zunanjem delu katerega je elektrolizator, pa tudi filter za čiščenje vode.

Za dezinfekcijo pitne vode avtorji patenta predlagajo vgradnjo minielektrolizerja v stransko površino cevovoda, v katerem hipoklorit elektrokemično proizvajajo iz razredčene raztopine, ki vsebuje klorid.

Proučevali smo značilnosti elektrolize razredčene (0,89 %) raztopine natrijevega klorida v pretočnih pogojih. Ugotovljeno je bilo, da povečanje pretoka povzroči močno zmanjšanje donosa klorata in lahko znatno poveča produktivnost in stabilnost elektrolizatorja. Najboljši rezultati so bili doseženi v elektrolizerju s titanovimi elektrodami, prevlečenimi z dispergirano platino s faktorjem hrapavosti najmanj 200, s periodično katodno aktivacijo anod.

Raziskan je bil elektrokemijski proces sinteze natrijevega hipoklorita pod pritiskom. Elektrolizo izvajamo v avtoklavu iz titanove zlitine, znotraj ojačene s fluoroplastiko z mešanjem. Plin vodik, ki nastane med katodno reakcijo, se kopiči v sistemu in povečuje njegov tlak. Študije so bile izvedene pod tlakom 100-150 atm. Zaradi dejstva, da je raztopina pod visokim pritiskom, se poveča topnost klora, kar vodi do večjih trenutnih izkoristkov natrijevega hipoklorita. Kot katodni materiali so bili uporabljeni rutenijev dioksid na osnovi titana, grafit in platina, titan pa je služil kot katoda.

Poročajo, da uporaba natrijevega hipoklorita, pridobljenega z elektrolizo naravnih voda, čisti vodo iz polja Makhachkala-Ternair iz fenola.

Morska voda ima visoko mineralizacijo. Mineralizacija morske vode je na splošno 3,5 % ali 35.000 ppm1. Od tega sta samo dve komponenti (kloridi in natrij) prisotni v količinah, večjih od 1 %, medtem ko je koncentracija drugih dveh: sulfata in magnezija. približno OD %; kalcij, kalij, bikarbonat in brom predstavljajo približno 0,001 %, preostali elementi so prisotni v zelo nizkih koncentracijah.

Glede na razmerje med posameznimi solmi in njihovo vsoto se slanost voda Kaspijskega morja razlikuje od oceanskega in Črnega morja. Vode Kaspijskega morja so v primerjavi z oceanskimi razmeroma revne z ioni Na in SG ter bogate z ioni Ca in SO4. Povprečna slanost voda Kaspijskega jezera je 12,8-12,85%, variira pa od 3% pri. ustja Volge do 20% v Balhanskem zalivu Pozimi je slanost voda Severnega Kavkaza visoka, kar je razloženo z nastankom ledu in šibkim dotokom vode Volge.

V zadnjih letih se je povečal dotok soli v morje, kar je povezano s povečanjem ionskega toka rek.

Največja količina suspendiranih delcev, ki so prisotni v morski vodi, vsebuje enake minerale kot okoliške kamnine (kaolinit, smukec, kremen, glinenec itd.). Tabela 1.1. Predstavljena je glavna sestava vode Kaspijskega morja.

Elektrokemijske sinteze

Analiza spojin, ki vsebujejo klor, je bila izvedena z naslednjimi metodami: Določanje HC po Pontiusovi metodi. 10 ml elektrolita (pH = 8) z dodatkom majhne količine škroba titriramo z OD raztopino kalijevega jodida. Opredelitev SG. 1 ml elektrolita dopolnite z destilirano vodo do 100 ml. Titriramo 10 ml vzorca z 0,1 N raztopino srebrovega nitrata v prisotnosti nekaj kapljic CH3COOH + K2ClO4.

Določanje C1CV. 10 ml vzorca dodajte 25 ml Mohrove soli. Segrevajte, dokler se ne pojavijo mehurčki, in močno ohladite. Dodamo 5 ml Reinhartove mešanice in titriramo z 0,1 N raztopino kalijevega permanganata, dokler se ne pojavi rožnata barva.

Opredelitev SY/. V 10 ml elektrolita dodajte 10 ml nasičene raztopine kalijevega klorida. Če se oborina ne tvori, potem v sistemu ni CO/s. Določanje količine sproščenega klora Plinasti klor, ki nastane pri elektrolizi, spustimo skozi raztopino kalijevega jodida in sproščeni jod titriramo z natrijevim tiosulfatom določene koncentracije. Klor se določa z jodometrično titrimetrično metodo.

Reagenti: natrijev tiosulfat - 0,005 N raztopina; KI - 10% raztopina; mešanica acetatnega pufra. Pripravite z mešanjem enakih volumnov 1 N raztopin CH3COONa in CH3COOH; sveže pripravljena raztopina škroba - 1% raztopina.

Napredek odločnosti. V 250 ml erlenmajerico odpipetiramo 100 ml vode iz pipe, dodamo 5 ml 10 % raztopine KI, 5 ml mešanice acetatnega pufra in 1 ml raztopine škroba. Vzorec titriramo z 0,005 N raztopino natrijevega tiosulfata, dokler modra barva raztopine ne izgine.

Za določanje vsebnosti kalcija v vodah se uporablja trilonometrična metoda, ki omogoča določanje 0,1 mg in več Ca v vzorcu. Ta metoda temelji na uporabi Trilona B v prisotnosti indikatorja mu-reksida. Bistvo metode je, da ioni Ca2+ v alkalnem mediju tvorijo kompleksno spojino z mureksidom, ki se med titracijo s Trilonom B uniči zaradi tvorbe stabilnejšega natrijevega kompleksonata. Murexide (amonijeva sol škrlatne kisline pri pH 12 medsebojno deluje z ioni Ca in tvori rožnate spojine.

Murexide ne reagira z Mg ioni, če pa je slednjih v proučevani vodi več kot 30 mg/l, bo nastala oborina Mg(OH)2, ki adsorbira indikator na svoji površini, kar oteži fiksiranje enakovrednostna točka. Nato je treba preskusno raztopino razredčiti 5- do 6-krat, da se zmanjša koncentracija magnezija.

Reagenti: Trilon B - 0,05 N raztopina. Natančna normalnost se ugotovi z uporabo standardne 0,05 N raztopine MgS04 ali pripravljene iz fix-sanala; NaOH - 10% raztopina; mureksid - suha mešanica (1 del mureksida in 99 delov NaCl).

Potek analize. V 250 ml erlenmajerico odpipetiramo 100 ml preskusne vode, dodamo 5 ml 10 % raztopine natrijevega hidroksida in dodamo malo suhe indikatorske mešanice. Raztopina se obarva rdeče. Vzorec titriramo s Trilonom B ob močnem mešanju, dokler se ne pojavi vijolična barva, ki je stabilna 3-5 minut. Z nadaljnjim dodajanjem Trilona B se barva ne spremeni. Titriran vzorec lahko uporabimo kot "pričo", vendar ne smemo pozabiti, da titriran vzorec relativno kratek čas ohrani stabilno barvo. Zato je treba pripraviti novo "pričo", če opazite spremembo barve predhodno pripravljene.

Katodni proces - kinetika tvorbe vodikovega plina med elektrolizo raztopine kalcijevega klorida

Glede na to, da je platina drag elektrodni material, smo proces sproščanja klora proučevali s cenejšim materialom - grafitom. sl. Slika 3.3 prikazuje anodne tok-napetostne krivulje na grafitu v vodnih raztopinah kalcijevega klorida pri koncentraciji 0,1 - 2,0 M. Tako kot pri platinasti elektrodi se s povečanjem koncentracije kalcijevega klorida potencial za sproščanje klora premika. na anodno stran v povprečju za 250 - 300 mV.

Iz zgoraj predstavljenih tokovno-napetostnih krivulj sproščanja klora na elektrodnih materialih iz platine, grafita in ORTA sledi, da se s povečevanjem koncentracije kalcijevega klorida proces molekularnega sproščanja klora olajša zaradi zmanjšanja difuzijske komponente procesa .

Za primerjavo kinetičnih parametrov sproščanja klora na sl. Slika 3.4 prikazuje ustrezne Tafelove odvisnosti prenapetosti (n) od logaritma gostote toka (lg і) na platinastih, grafitnih elektrodah in ORTA.

Ustrezne enačbe premice po izračunu koeficientov a in b lahko predstavimo v naslednji obliki: Z izračunanima koeficientoma a in b smo ugotovili značilnosti procesa - izmenjevalni tok i0 in koeficient prenosa a

Parametri za elektrokemično sproščanje klora iz 2 M raztopine kalcijevega klorida so podani spodaj:

Na sl. 3.5. Za primerjalno analizo so predstavljene anodne tok-napetostne krivulje za platino, grafit in ORTA v 2M raztopini kalcijevega klorida. Kot je razvidno iz slike, se klor sprošča iz raztopine kalcijevega klorida pri najnižjih potencialih na anodi ORTA, krivulja tok-napetost na grafitu pa se premakne za 250 - 300 mV glede na krivuljo ORTA na anodno stran. Zato je očitno, da je bolje uporabiti ORTA kot anodni material pri elektrolizi vodnih raztopin kalcijevega klorida. Na grafitu bo poraba energije višja, slednji pa je v vzdržljivosti slabši od ORTA, zlasti pri visokih anodnih obremenitvah.

Glede na to, da so stroški energije pri elektrolizi odvisni tudi od kinetike katodnega procesa, smo proučevali vzorce sproščanja vodika iz vodnih raztopin kalcijevega klorida na različnih elektrodnih materialih.

Na sl. 3.6. Prikazane so tokovno-napetostne krivulje katodnega sproščanja vodika iz raztopin kalcijevega klorida s koncentracijo 0,5 - 2,0 M na platinasti elektrodi. Analiza tokovno-napetostnih krivulj kaže, da se z naraščajočo koncentracijo kalcijevega klorida poveča prenapetost sproščanja vodika (za 30-40 mV). Verjetna razlaga je lahko nastanek težko topne oborine kalcijevih soli, ki ščiti površino platinaste elektrode in katere količina narašča z naraščajočo koncentracijo Ca+ ionov. V zvezi s tem je opazno povečanje napetosti na elektrolizatorju, opaženo prej v delu med elektrokemično proizvodnjo kalcijevega hipoklorita.

Krivulje katodnega toka in napetosti, posnete na cenovno dostopnejših materialih elektrod za praktično elektrolizo - grafit, jeklo, baker in titan - so predstavljene na slikah 3.7 in 3.8. Krivulje tokovne napetosti kažejo, da je na grafitni elektrodi opaziti nizko prenapetost sproščanja vodika po platini (slika 3.7, krivulja 2)? medtem ko elektroredukcija vodikovih ionov na titanovi katodi (sl. 3.8, krivulja 2) poteka z največjo prenapetostjo. To vedenje je značilno za kovine, prevlečene s faznimi oksidi v območju potencialov za razvijanje vodika in imajo zaviralni učinek na proces. Zato je najprimernejši katodni material za elektrolizo raztopine kalcijevega klorida grafit.

Elektroliza je redoks reakcija, ki se pojavi na elektrodah, ko enosmerni električni tok teče skozi talino ali raztopino elektrolita.

Katoda je redukcijsko sredstvo in daje elektrone kationom.

Anoda je oksidant in sprejema elektrone od anionov.

Procesi na elektrodah med elektrolizo talin

(niso odvisni od materiala elektrod in narave ionov).

1. Anioni se izpraznijo na anodi ( A m - ; OH-

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

2. Kationi se izpraznijo na katodi ( Jaz n + , H + ), ki se spremenijo v nevtralne atome ali molekule:

Me n + + n ē → Me ° ; 2 H + + 2ē → H 2 0 (postopki okrevanja).

Procesi, ki potekajo na elektrodah med elektrolizo raztopin

ELEKTROLIZA TALIN

Naloga 1. Sestavite shemo za elektrolizo staljenega natrijevega bromida. (Algoritem 1.)

Naloga 2. Sestavite shemo za elektrolizo staljenega natrijevega hidroksida. (Algoritem 2.)

Naloga 3.Sestavite shemo za elektrolizo staljenega natrijevega sulfata. (Algoritem 3.)

ELEKTROLIZA RAZTOPIN

Naloga 1.Sestavite shemo za elektrolizo vodne raztopine natrijevega klorida z uporabo inertnih elektrod. (Algoritem 1.)

Naloga 2.Sestavite shemo za elektrolizo vodne raztopine bakrovega sulfata ( Kemični ) z uporabo inertnih elektrod. (Algoritem 2.)

Naloga 3.Sestavite shemo za elektrolizo vodne raztopine vodne raztopine natrijevega hidroksida z uporabo inertnih elektrod. (Algoritem 3.)

Ne pozabite.Med elektrolizo kislin, ki vsebujejo kisik (H 2 SO 4 itd.), baze (NaOH, Ca (OH) 2 itd.) , soli aktivnih kovin in kisline, ki vsebujejo kisik(K 2 SO 4 itd.) Na elektrodah pride do elektrolize vode: 2 H 2 O = 2 H 2 + O 2

Naloga 4.Sestavite shemo za elektrolizo vodne raztopine srebrovega nitrata z anodo iz srebra, tj. anoda je topna. (Algoritem 4.)

Fizikalno-kemijske lastnosti elektrolita

E = 3,38 - 1,4*10v-3 (t°-700°)

Ca/CaCl/CaCl2/Cl2.

Elektroliza s katodo na dotik

Osnovna teorija

Praksa elektrolize

Elektroliza s tekočo katodo in proizvodnja kalcijevih zlitin

Osnovna teorija

Praksa elektrolize