- •Затверджено на засіданні
- •Окисно – відновні реакції у розділі…….
- •Ступінь окиснення елементів
- •Поняття про окисно–відновні реакції
- •Вправи Метод електронного балансу
- •Окисні властивості кислот
- •Гальванічні елементи
- •Основні поняття
- •Механізм виникнення електродних потенціалів
- •Стандартний електродний потенціал і ряд напруги металів
- •Електроліз Загальні поняття про електроліз
- •Послідовність електродних процесів
- •Електроліз розчину Na2sо4 з інертним анодом
- •Електроліз розчину NiSo4 з нікелевим анодом
- •За певних умов на катоді відбувається здебільше розряд
- •3. Закони електролізу
- •4. Практичне застосування електролізу
- •Хімічні джерела струму
- •І. Гальванічні первинні елементи
- •Ртутно-цинкові елементи мають високу питому енергію та довго зберігаються в робочому стані. Напруга елемента 1,0 - 1,3 в, питома енергія 50 - 130 Вт∙год/кг.
- •Акумулятори
- •Свинцевий акумулятор
- •Залізо-нікелевий лужний акумулятор
- •Паливні елементи та електрохімічні генератори
- •Киснево-водневий паливний елемент
- •Електрохімічні генератори
- •Хімічна корозія Хімічна корозія – це процес руйнування металів в агресивних середовищах, що не проводять електричний струм, за рахунок хімічної взаємодії з оточуючим середовищем.
- •Корозія сталі у вологому повітрі
- •Види корозії в залежності від середовища
- •Фактори, що впливають на швидкість корозії
- •Методи захисту металу від корозії
- •Захисні покриття
- •Зміна складу металу
- •Зміна складу середовища
- •Електрохімічний захист
- •Катодний захист.
- •Загальні властивості металів Метали
- •Фізичні властивості металів
- •Хімічні властивості металів Відновна здатність
- •Реакція протікає з виділенням водню:
- •Форми знаходження металів у природі
- •Отримання металів
4. Практичне застосування електролізу
Найважливіше застосування електроліз знаходить в металургійній, хімічній промисловості та в гальванотехніці.
Електролізом розчинів солей (гідрометалургія) одержують мідь цинк, кадмій, нікель, кобальт, манган та інші метали.
На катоді відбувається розряд іонів металу із розчинів, що утворюються при фізичній та хімічній обробці руд. Електроліз проводять з нерозчинним анодом.
Метод електролізу використовують для очистки (рафінування) металів: міді, золота, срібла, свинцю, олова та ін. При цьому анодом служить очищувальний метал (електроліз з розчинним анодом). На аноді розчиняються основний метал і домішки, потенціал яких більш негативний. Домішки з більш позитивним потенціалом випадають з аноду у вигляді шламу. На катоді в першу чергу буде виділятися метал з більш позитивним потенціалом (Cu, Au, Pb, Sn), а домішки будуть залишатися в розчині.
Електролізом розплавів сполук одержують метали й сплави, які з водних розчинів отримати неможливо: алюміній, літій, натрій, магній, берилій, кальцій.
Електроліз використовується для нанесення металевих покрить на метали й пластмаси (гальванічні покриття) з метою придання поверхні твердості, захисту від корозії, а також в декоративних цілях.
В хімічній промисловості методом електролізу одержують різні продукти. До їх числа відносяться, наприклад, флуор, хлор, їдкий натр, водень високого ступеня чистоти, пероксид водню.
Хімічні джерела струму
Одним з найбільш перспективних способів одержання електричної енергії в сучасній енергетиці являється електрохімічне перетворення хімічної енергії в електричну у хімічних джерелах струму. До переваг останніх слід віднести високий ККД, безшумність, нешкідливість, можливість використовування у космосі, під водою, в переносних устроях, на транспорті та ін.
До хімічних джерел струму (ХДС) відносять гальванічні елементи, акумулятори та паливні елементи.
І. Гальванічні первинні елементи
Гальванічними первинними елементами називають устрої для прямого перетворення хімічної енергії вміщених реагентів в електричну енергію. Реагенти (окисник і відновник) витрачаються повністю й необоротно в процесі роботи елемента. Тому такі елементи являються джерелами струму одноразової дії.
Гальванічний елемент характеризується ЕРС, напругою, ємністю та енергією, яку він може віддати у зовнішній ланцюг. ЕРС елемента визначається термодинамічними функціями процесів, що протікають в ньому. Напруга елемента U менша ЕРС внаслідок поляризації електродів і омічних втрат:
U = E - IRвн - ΔЕ,
де E - ЕРС елемента; I - сила струму; Rвн.- внутрішній опір елемента; ΔЕ - поляризація елемента.
Ємність елемента - це кількість електрики, що джерело струму віддає при розряді.
Вона визначається кількістю запасених в елементі реагентів, їх еквівалентом і ступенем їх перетворення.
Питома енергія - енергія, віднесена до одиниці маси або об’єму елемента.
Високу питому енергію можна одержувати в елементі з великим значенням ЕРС, малою поляризацією, незначним електрохімічним еквівалентом й високим ступенем перетворення реагентів. З цією метою в елементах як аноди застосовуються електроди з оксидів металів (мангану, міді, ртуті, срібла) і хлоридів (міді і свинцю) на графіті.
Розглянемо роботу сухого марганцево-цинкового елемента, який застосовують для живлення радіоапаратури, апаратури зв’язку, кишенькових ліхтариків та ін.
Анодом служить цинковий електрод (стакан), а катодом - електрод із суміші манган оксиду MnO2 з графітом С. Струмовідводом катода є графітовий стержень. Як електроліт використовується паста, що складається з розчину амоній хлориду NH4Cl з домішкою загусника (мука або крохмаль). Схема елемента
(-) Zn |NH4Cl | (MnO2), C(+).
На аноді відбувається окислення цинку з утворенням диамінцинкат хлориду:
Zn - 2ē + 2NH4Cl=[Zn(NH3)2]СІ2+2H+.
На катоді Mn+4 відновлюється до Mn+3 з утворенням манган гідрооксиду:
MnO2 + ē + H+ = MnO(OH).
Сумарне рівняння струмоутворюючої реакції:
Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl = [Zn(NH3)2]Cl2 + 2MnO(OH).
Напруга елемента 1,4 – І,6 В, питома енергія 10 – 15 Вт∙год/кг. В елементах з такими ж електродами, але з лугом як електролітом (КОН), одержують більш високу питому енергію - 20 - 80 Вт∙год/кг.