Электролиз. Применение электролиза в технике и с/х технологиях

метки: Электролиз, Применение, Промышленность, Техник, Процесс, Химический, Масса, Окисление

Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, аналитической химии, биохимии, металлургии и химической промышленности. Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов. В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд и их очистки. Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, и другие. Актуальность электролиза объясняется тем, что многие вещества получают именно этим способом. Например, такие металлы как никель, натрий, чистый водород, получают только с помощью этого метода. Кроме того, с его помощью электролиза относительно легко можно получить чистые металлы, массовая доля самого элемента в которых стремиться к ста процентам. Преимущество этого способа в относительной дешевизне и простоте.

На сегодняшний день большой популярностью пользуются различные предметы, покрытые драгоценными металлами, (позолоченные или посеребренные вещи).

К тому же металлические изделия покрывают слоем другого металла электролитическим способом с целью защитить его от коррозии.

Таким образом, исследование электрохимических процессов, определение факторов, влияющих на них, установление новых способов использования процессов электролиза в промышленных условиях сохранило свою актуальность и востребованность в наши дни.

В данном реферате определены следующие задачи:

• ознакомление с теоретическими основами электролиза;
• рассмотрение электродов и электролитов с происходящими в них процессами;
• выделить области практического применения электролиза.

ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА, Электролизом

Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод, а к положительному полюсу — анод, после чего погружают их в электролизер с раствором или расплавом электролита. Электроды, как правило, бывают металлические, но применяются и неметаллические, например графитовые (проводящие ток).

Технология изготовления изделия из металлических порошков

... д. 2. Технология производства металлических порошков Получение металлических порошков является важнейшей операцией технологического процесса изготовления деталей из порошковых ... электролизе получают плотные, но хрупкие продукты, которые затем размалывают. Наибольшее промышленное распространение получили методы изготовления порошков путем восстановления оксидов и других соединений металлов, ...

На поверхности электрода, подключенного к отрицательному полюсу источника постоянного тока (катоде), ионы, молекулы или атомы присоединяют электроны, т. е. протекает реакция электрохимического восстановления. На положительном электроде (аноде) происходит отдача электронов, т. е. реакция окисления. Таким образом, сущность электролиза состоит в том, что на катоде происходит процесс восстановления, а на аноде — процесс окисления. В результате электролиза на электродах (катоде и аноде) выделяются соответствующие продукты восстановления и окисления, которые в зависимости от условий могут вступать в реакции с растворителем, материалом электрода и т. п., — так называемые вторичные процессы. Описывая процессы электролиза нельзя не упоянуть о законах Фарадея.

Первый закон Фарадея —

∆m=k _э Q

где ∆m – количество прореагировавшего вещества; Q – количество электричества; k_э – коэффициент пропорциональности, показывающий, сколько вещества прореагировало при прохождении единицы количества электричества. Величина, k называется электрохимическим эквивалентом.

k=M/(N _A z│e│)

где z – валентность иона; M – молярная масса вещества, выделившегося на электроде; N_A —постоянная Авогадро. │e│= 1,6

• 10^-19 Кл.

Второй закон Фарадея —

∆m₁ /A₁ =∆m₂ /A₂ =∆m₃ /A₃ =const

Химический эквивалент элемента, равен отношению части массы элемента, которая присоединяет или замещает в химических соединениях одну атомную массу водорода или половину атомной массы кислорода, к 1/12 массы атома С¹² . Понятие “ химический эквивалент” применимо и к соединениям. Так, химический эквивалент кислоты численно равен ее молярной массе, деленной на основность (число ионов водорода), химический эквивалент основания – его молярная массе, деленной на кислотность (у неорганического основания – на число гидроксильных групп), химический эквивалент соли – ее молярной массе, деленной на сумму зарядов катионов или анионов.

Законы Фарадея справедливы как для растворов, так и для расплавов и применимы к обоим электродам. Количество электричества, необходимое для образования 1 экв. любого вещества, одинаково для всех веществ; оно равно 96 485 Кл и называется числом Фарадея или постоянной Фарадея (фундаментальная физическая константа).

Эта закономерность широко применяется на практике. Исходя из количества затраченного электричества, можно рассчитать массу или толщину металлического покрытия, образующегося при гальваностегии, и наоборот, задав толщину покрытия, можно оценить, какое количество электричества для этого потребуется. Законы Фарадея лежат в основе работы вольтметра и приборов, предназначенных для измерения силы постоянного тока.

3.ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА

Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, в аналитической химии, биохимии в химической промышленности. При этом одни вещества получают путем восстановления на катоде, другие электроокислением на. аноде.

Электролиз растворов и расплавов

... электролизе, пропорционально заряду, протекшему через электролит: где К- электрохимический эквивалент, зависящий от природы вещества. Второй закон Фарадея. Электрохимический эквивалент всех веществ пропорционален их химическому эквиваленту: где А - атомный вес, z - валентность химического элемента; число Фарадея. ...

В металлургическом производстве

(К): Ме ⁿ⁺ + nē = Me; (A): 2H₂ O – 4ē = O₂ + 4H⁺ .

Этот метод также широко используется при электрорафинировании металлов. Например, рафинирование черного никеля, содержащего примеси цинка и меди, осуществляют в электролизере, содержащем в качестве электролита слабый раствор поваренной соли (хороший проводник, обеспечивает низкое сопротивление прохождению тока через раствор).

Анодом служит болванка черного никеля с примесями, катодом – электрод из химически чистого никеля. Поскольку φ⁰ _Zn/Zn 2+ < φ⁰ _Ni/Ni 2+ < φ⁰ _Cu/Cu 2+, то первым на аноде окисляется (растворяется и переходит в раствор в виде ионов) металлический цинк: Zn – 2ē = Zn²⁺ , затем никель Ni – 2ē = Ni²⁺ . Примесь меди (металл с положительным электрохимическим потенциалом) не будет окисляться при значениях тока, при которых работает электролизер, и в виде порошка (шлама) выпадает на дно сосуда.

На никелевом катоде катионы цинка Zn²⁺ восстанавливаться не будут из-за высокого перенапряжения электрода по отношению к этим ионам (см. потенциал Zn²⁺ /Zn) и останутся в растворе. На катоде будет идти процесс восстановления катионов никеля: Ni²⁺ + 2ē = Ni. Химически чистый металл осаждается на поверхности электрода, образуя с ним единое целое.

Гидроэлектрометаллургия

— подготовка руды или концентрата к растворению содержащегося в них металла;

— растворение, или выщелачивание, руды;

— определение вредных для электролиза примесей и очистка от них раствора;

— моделирование состава электролита для более эффективного протекания электролиза.

пирометаллургических

Электролизом из расплавов, В химической промышленности

Электролизом получают в промышленных количествах пероксиды водорода и металлов, такие соли, как гипохлориты, хлораты, хроматы, перманганаты, органические вещества (например, анилин из нитробензола).

Получение гальванопокрытий.