- •Основы электрохимии и электрохимических технологий
- •Введение
- •Окислительно-восстановительные реакции.
- •Правила уравнивания окислительно-восстановительных реакций.
- •Порядок уравнивания окислительно-восстановительных реакций, т.Е. Приведение их в форму, обеспечивающую закон сохранения энергии (баланс массы и заряда).
- •Демонстрация переноса электронов в окислительно-восстановительных реакциях. Гальванический элемент.
- •Лекция 2. Законы Фарадея и скорость электрохимического процесса Выход по току. Применение закона Фарадея к расчету скорости обработки металлов.
- •Скорость электрохимической обработки
- •Электрохимический эквивалент сплава и практический электрохимический эквивалент.
- •Лекция 3. Равновесный потенциал электрода Электрод, ячейка. Напряжение электрода и ячейки. Равновесный потенциал. Виды равновесных потенциалов.
- •Равновесный потенциал.
- •Виды равновесных потенциалов.
- •Лекция 4. Основы теории электролитической диссоциации Равновесные явления в растворах электролитов. Теория электролитической диссоциации. Ион - дипольное и ион - ионное взаимодействие в электролитах.
- •Теория Дюбая – Гюккеля и ион - ионное взаимодействие в растворах электролитов.
- •Гидролиз солей.
- •Буферные растворы.
- •Ионные равновесия при растворении. Произведение растворимости.
- •Лекция 6 Электропроводность электролитов
- •Экспериментальное определение электропроводности.
- •Особые случаи электропроводности электролитов.
- •Электроды первого рода. Потенциал ионно-металлического электрода.
- •Электроды второго рода.
- •Хлорсеребряный электрод.
- •Окислительно – восстановительные (redox) системы.
- •Водородный электрод.
- •Хингидронный электрод.
- •Мембранный потенциал или потенциал Донана.
- •Методы изучения двойного электрического слоя.
- •Модельные представления о строении двойного электрического слоя.
- •Форма поляризационной кривой при наличии стадии массопереноса.
- •Лекция 11 Теория замедленного разряда.
- •Свойства уравнения теории замедленного разряда.
- •Лекция 12 Поляризация (перенапряжение) при образовании новой фазы. Перенапряжение при лимитирующей стадии образования двумерных и трёхмерных зародышей.
- •Перенапряжение поверхностной диффузии при электроосаждении металлов.
- •Перенапряжение образования пузырьков газа и связь размеров пузырьков с потенциалом.
- •Предельные токи при электроосаждении. Эффект м.А.Лошкарёва.
- •Электрические процессы в условиях медленной гомогенной химической реакции.
- •Критерии определения природы лимитирующейстадии.
- •Лекция 14 Примеры механизмов некоторых электрохимических реакций.
- •Примеры механизмов различных электрохимических реакций. Реакция выделения водорода (водородный электрод).
- •Кинетическая теория коррозии.
- •Коррозия при кислородной деполяризации.
- •Роль локальных элементов в возникновении коррозии и достижении её скорости.
- •Методы защиты от коррозии.
- •Пассивность металлов.
- •Электрохимическая размерная обработка металлов и сплавов
- •Основы прикладной электрохимии и электрохимических технологий Лекция 1 Основные особенности электрохимических технологий.
- •Конструктивные принципы электрохимических реакторов
- •Межэлектродный зазор
- •Токовые нагрузки
- •Сепараторы
- •Подвод и отвод компонентов реакции
- •Корректировка состава электролита
- •Масштабный фактор
- •Подбор коррозионностойких материалов
- •Экономические показатели
- •Классификация основных процессов переноса при химической и электрохимической технологии
- •Лекция 2. Распределение тока и рассеивающая способность электролитов Распределение тока. Виды распределения тока. Параметр Вагнера. Рассеивающая (локализующая) способность электролитов
- •Первичное распределение тока.
- •Вторичное распределение тока.
- •Третичное распределение тока.
- •Распределение тока при высоких плотностях тока (при наличии поверхностного тепловыделения)
- •Распределение скоростей осаждения или растворения при наличии зависимости выхода по току от плотности тока
- •Методы расчёта распределения тока.
- •Методы экспериментального определения рассеивающей (локализующей) способности электролита
- •Лекция 3. Химические источники тока (хит). Основные характеристики хит
- •Лекция 4 Первичные хит (хит первого рода, элементы)
- •Сухие марганцево-цинковые (мц) элементы
- •Первичные хит с магниевыми и литиевыми анодами
- •Первичные хит с литиевыми анодами
- •Хит с твердым электролитом
- •Лекция 5 Вторичные хит (аккумуляторы).
- •Свинцовые кислотные аккумуляторы
- •Основные неисправности свинцовых кислотных аккумуляторов.
- •Щелочные аккумуляторы
- •Лекция 6 Топливные элементы.
- •Лекция 7. Электролиз водных растворов без выделения металлов Производство водорода и кислорода
- •Производство тяжелой воды
- •Интенсификация электрохимических методов получения водорода
- •Лекция 8. Электрохимическое производство хлора, щелочи и гипохлотрта натрия
- •Теоретические основы электролиза растворов хлоридов
- •Электролиз с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой
- •Электролиз с ртутным катодом.
- •Перспективы развития хлорной промышленности
- •Электросинтез гипохлорита натрия
- •Лекция 9 Электрохимические покрытия металлами и сплавами. Теоретические основы.
- •Два метода нанесения покрытий при электролизе
- •Назначение металлических покрытий металлами и сплавами
- •Управление свойствами и размерами покрытий
- •Использование нестационарного электролиза
- •Лекция 10 Электролитическое осаждение железа.
- •Катодный процесс при электроосаждении железа.
- •Электролиты железнения и режимы электролиза
- •Анодный процесс.
- •Лекция 11. Хромирование. Свойства и области применения хромовых покрытий
- •Некоторые особенности процесса хромирования
- •Электролиты и режимы электролиза.
- •Физико-механические свойства хромовых покрытий
- •Лекция 12. Меднение Область применения
- •Сравнительная характеристика медных электролитов.
- •Борфтористоводородные электролиты
- •Цианистые электролиты
- •Пирофосфатные электролиты
- •Лекция 13. Анодная и химическая обработка металлов Оксидирование
- •Электрохимическое и химическое полирование
- •Лекция 14. Электролиз расплавов. Общие сведения.
- •Строение расплавленных солей
- •Электропроводность расплавленных солей
- •Выход по току и удельный расход энергии при электролизе расплавов
- •Влияние физико-химических свойств электролита на процесс электролиза
- •Некоторые специфические явления при электролизе расплавов
- •Лекция 15. Производство алюминия
- •Переработка алюминиевых руд
- •Получение криолита
- •Электроды и другие материалы
- •Электролиз криолит-глиноземного расплава
- •Состав электролита
- •Конструкция и эксплуатация электролизеров
- •Рафинирование алюминия
- •Электролиз хлорида алюминия
- •Лекция 16. Гидроэлектрометаллургия
- •Лекция 17. Электролиз в металлургии благородных металлов
- •Вопросы для самопроверки, задачи и упражнения
- •Заключение Основные направления современного этапа развития электрохимии и электрохимических технологий
- •Литература
Ионные равновесия при растворении. Произведение растворимости.
Ниже на основе теории электролитической диссоциации будет осуществлена количественная трактовка процессов растворения различных соединений. Запишем уравнение электролитичекой диссоциации малорастворимого соединения, например сульфата бария:
BaSO4(тв.) + (5.k)
Тогда . Учитывая, что величина [BaSO4] практически постоянна, можно записать [BaSO4]Kd = = ПР, т.е. произведение постоянно. Чем оно меньше, тем меньше растворимость соответствующего соединения.
Эта константа носит название произведения растворимости (ПР)
ПР = (5.18)
В общем случае можно записать, что для реакции:
(5.л)
величина произведения растворимости может быть выражена соотношением:
(5.19)
Если произведение , то вещество будет находиться в растворе. Если же , то вещество будет выпадать в осадок до тех пор, пока не будет установлено равновесие (достигнуто произведение растворимости). Чем ниже произведение растворимости, тем труднее растворимо вещество.
Значения произведения растворимости находятся в справочных таблицах.
Таблица. 5.2
Значения произведения растворимости для некоторых труднорастворимых соединений
Уравнение диссоциации |
ПР |
BaSO4Ba2+ + |
110-10 |
Ag2CrO42Ag+ + |
210-12 |
Ag2CO32Ag+ + |
810-12 |
Al(OH)3Al+3 +3OH- |
110-34 |
Cd(OH)2Cd2+ + 2OH- |
310-14 |
Из значения произведения растворимости легко вычислить растворимость (S) соответствующего соединения .
(5.20)
Запишем для Ag2CrO4 произведение растворимости , тогда . Откуда получаем уравнение для растворимости Ag2CrO4:
(5.21)
Аналогичным образом можно рассчитать произведение растворимости для Al(OH)3
ПР = S(3S)3 = 27S4
(5.22)
Таким образом можно из значения произведения растворимости рассчитать растворимость любого соединения.
Вопросы и задачи
-
pH раствора сильной кислоты равно 4,4. Определить концентрацию ионов водорода.
-
Вычислить pH 0,01М раствора гидроксида серебра.
-
Вычислить pH 0,01М раствора азотной кислоты.
-
Определить pH 0,1М раствора натриевой соли синильной кислоты.
-
Вычислить pH 0,1М раствора метаборнокислого натрия (формула метаборной кислоты HBO2).
-
Вычислить pH 0,1М раствора синильной кислоты.
-
Вычислить концентрацию ионов водорода и гидроксила раствора сильной кислоты, если его pH равно 0,3.
-
Вычислить концентрацию ионов водорода и гидроксила в 110-3М растворе KOH.
-
Электроосаждение цинка проходит из водного раствора сульфата цинка при pH = 10. Что необходимо добавлять в раствор этой соли, чтобы достичь требуемого значения pH?
-
При электрохимической обработке меди скорость обработки ограничивается растворимостью образующейся при этом соли. Раствор какой соли целесообразно использовать, чтобы достичь максимальной скорости обработки?
-
Пользуясь табличными данными определить, какая соль в большей степени растворима в воде: AgCl или Ag2CrO4?
-
Растворимость гидроксида цинка составляет 2,210-5 г в 100 г воды. Вычислить .
-
Произведение растворимости гидроксида кальция = 5,510-6. Вычислить pH раствора, содержащего 0,01 моль/л Ca(OH)2.
-
Рассчитать растворимость карбоната серебра (= 8,210-12).