37. Законы Фрадея. Выход по току.Электрическое получение и рафинирование металлов.
С количественной стороны процесс электролиза впервые был изучен в 30-х годах 19 века выдающимся английским физиком Фарадеем, который в результате своих исследований установил законы электролиза:
1.
Количество вещества, выделяющееся на
электродах, пропорционально количеству
пропущенного электричества и не зависит
от других причин:
,
где k- электрохимический эквивалент.
2. При
электролизе различных химических
соединений равные количества электричества
приводят к электрохимическому превращению
эквивалентных количеств вещества:
,
где Мэ - молярная масса эквивалента
вещества, F- число Фарадея (F=96500 Кл=26,8
А*ч);
,
где V- объём выделяющегося газа при н.у.
в литрах, Vэ - объём моля эквивалентов
газа.
Для учета той части электричества, которая расходуется на получение продукта, введено понятие – выход по току (ВТ) ВТ=mпр/mтеор *100% (масса практически/масса теоретически) Выход по току катодный и анодный различаются, поэтому ВТк и ВТа
Важнейшее применение электролиз находит в металлургической и химической промышленности м в гальванотехнике. В металлургической промышленности электролизом расплавленных соединений получают металлы, а также производят электролитичесок рафинирование - очистку металлов от вредных примесей и извлечение ценных компонентов.
Электрорафинирование Металла (Ме), т.е. очистка рассмотрим н примере Al. Черновой Алюминий содержит в своем составе примеси. В рез-те электрорафинирования получ чистый Al. Электролитическая ванна состоит из 3 слоев. Нижний слой – анод ( черновой Al) + 30% меди(дл яутяжеления) Ср. слой – электролит, содерж фториды и хлориды Al и Na. Верхний слой – Al (анод). Анодную плотность тока выбирают такой, чтобы происходило окисление Ме с более электроотрицательным значением потенциала. Al, металл с более положит значением потенциала и углерод остаются на аноде. Катодную плотность токавыбирают такой, чтобы происходило восстан-ние Al.
К гальванотехнике относятся гальваностегия и гальванопластика. Процессы гальваностегии представлюят собой нанесение путём электролиза на поверхность металлических изделий слоёв других металлов для предохранения этих изделий от коррозии, для придания их поверхностьи твёрдости, а также в декоративных целях. Важнейшими являются хромирование, цинкование и никелирование. Гальванопластикой называются процессы получения точных металлических копий с рельефных предметов электроосаждением металла. Путём гальванопластики изготовляют матрицы для прессования различных изделий, для тиснения кожи и бумаги; печатные радиотехнические схемы и др. К гальванопластике относятся также другие виды электрохимической обработки: электрополирование стали, оксидирование аллюминия, магния. Это приводит к повышению коррозиционной стойкости металла, а также металл преобретает красивый внешний вид.
В химической промышленности методом электролиза получают различные вещества.
38.Катодное выделение цинка, никеля из водных растворов. Перенапряжение водорода.
Поверхность этих металлов тормозит реакцию выделения водорода, что проявляется в большей величине перенапряжения водорода.
Ni2+ +2e=Ni 1
2H2O + 2e=H2 + 2OH- 2 Начиная с плотности тока i потенциал реакции 1 стал больше потенциала реакции 2. В этом случае на катоде протекают обе реакции. Ряд стандартных потенциалов разделен на 3 группы. Из водных растворов металл не выделяется. От Al – H2 –совместное выделение металла и водорода, после H2 – выделение только металла.
2H+ + 2e=H2 pH<7
2H2O + 2e=H2 + 2OH pH>=7
2H2O – 4e = O2+ 4H pH <=7
4OH – 4e = O + 2H2O pH>7 1 закон Фарадея.
Масса прореагировавшего на электроде вещества прямо-пропорциональна количеству электричества.
k-электро-химический эквивалент.
Q-количество электричества.
Mn-молярная масса эквивалента.
I-сила тока.
τ-время.
F-число Фарадея 26,8 А/ч моль.
M-молярная атомная масса. z-число электронов.