Задание.

Вычислите, при какой силе тока надо проводить электролиз хлорида меди, чтобы в течение 20 минут получить примерно 2 г меди.

Опыт 4. (опыт 4 – продолжение опыта 3).

Электролиз с растворимым анодом.

Поменяйте полярность внешнего источника тока: катод присоедините к положительному источнику тока, анод – к отрицательному полюсу. Пропустите ток в течение 5 –8 мин.

Результаты наблюдения:

1. Что наблюдается на электродах?

2. Напишите уравнения электродных реакций.

3. Составьте ЭХС внутреннего гальваноэлемента, который образуется в процессе электролиза.

Задание.

С какой целью проводят электролиз с растворимым анодом в промышленности? Приведите примеры.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ.

Вариант 1

1. Напряжения разложения расплавов MgCI₂, KCI равны соответственно 2,7 и 3,5 В. Можно ли получить магний или калий электролизом карналлита MgCI₂ · KCI · 6H₂O, предварительно обезводив этот минерал? Запишите уравнения электродных реакций. Вычислите массу карналлита, содержащего 32 % MgCI₂, расходуемого на получение 1 т магния.

2. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе водного раствора ZnSO₄ (электроды графитовые). Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется? Какова его роль? Рассчитайте напряжение разложения.

3. Неочищенный никель содержит примеси Cu, Fe, Co, и небольшое количество металлов платиновой группы. Учитывая, что окисление никеля идет с большой анодной поляризацией (∆ Еa = 0,3 – 0,5 В), укажите, что произойдет с указанными примесями при электролитическом рафинировании никеля. Напишите уравнения электродных реакций при рафинировании.

4. Определите время, необходимое для нанесения платинового покрытия толщиной 3,6 мкм. Плотность осаждаемого металла 21,47 · 10³ кг/м³, выход по току 100%, рекомендуемая плотность тока 10 А/м². Напишите уравнение электрокристаллизации платины из водного раствора H₂[PtCI₆].

5. Какова сущность электрохимического полирования? Когда целесообразно его применять?

Вариант 2.

1.Укажите раствор или расплав CaCI₂ применяется при электролитическом получении кальция? Запишите уравнения электродных реакций и вычислите, сколько времени потребуется для получения 1 кг металла. Сила тока 2000 А, выход по току 70 %.

2. Напишите электродные уравнения при электролизе водного раствора KCI (электроды графитовые). Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется? Какова его роль? Рассчитайте напряжения разложения.

3. При выплавке из руд получается черновая медь, в которой 4 % составляют примеси (Ni, Fe, Ag, Pb, Zn, Au). Напишите уравнения электродных реакций при электролитическом рафинировании меди, которое ведут в растворе CuSO₄ c добавкой H₂SO₄. Что происходит с примесями? Для чего добавляют H₂SO₄? Ответ обоснуйте.

4. Серебрение используется для уменьшения сопротивления электрических контактов. Определите время, необходимое для нанесения слоя серебра толщиной 5 мкм. Плотность серебра 10,49 ^. 10³ кг/м³, выход по току 98%, рекомендуемая плотность тока 10 А/м². Электролит К[Аg(СN)₂]. Напишите уравнения электродных реакций.

5. Какова сущность электрохимического метода получения копий металлических изделий?

Вариант 3.

1.Натрий получают электролизом расплава NaCl. Раньше ее получали из расплава NaOH. Напишите уравнения электродных реакций для обоих случаев. Укажите причины, из-за которых прежний метод экономически нецелесообразен.

2. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе водного раствора NiSO₄. Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется и какова его роль? Рассчитайте напряжение разложения.

3. Неочищенное серебро содержит примеси Au ,Cu, Pb, Pt, Pd. Процесс рафинирования серебра ведут в растворе AgNO₃, с добавкой НNO_3. Напишите уравнения основной реакции на катоде и возможных побочных процессов, которые снижают катодный выход по току, отравляют атмосферу и уменьшают содержание кислоты в электролите. Что происходит с примесями? Ответ обоснуйте.

4. Рассчитайте толщину отложившегося при электролизе на железной проволоке слоя олова. Плотность олова 7,29 ^. 10³ кг/м³, длина проволоки 2 м, ее диаметр 0,0004м, ток силой 2,5 А в течение 30 мин пропускали через раствор SnCl₂. Выход по току 93%. Напишите уравнения электродных реакций.

5. В чем заключается сущность анодного и катодного электрохимического травления металлов.

Вариант 4.

1. Лантаноиды имеют значения стандартных электродных потенциалов: Е⁰ _La3+/La= -2,4В, Е _Се3+/Cе= -2,2 В.

Е⁰ _Pr3+/Pr= -2,3 В и т.п. Электролизом галидов лантаноидов (расплавов или растворов?) не удается выделить на катоде индивидуальный металл, а получают «мишметалл», содержащий все лантаноиды. Дайте объяснение указанному факту.

2. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе раствора CoSO_4. Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется и какова его роль? Рассчитайте напряжение разложения.

3. В процессе электролитического рафинирования золота используют раствор соляной кислоты. Учитывая большую склонность золота к комплексообразованию, напишите уравнение основного анодного процесса. Что происходит с примесями Au ,Cu, Pb, Pt при рафинировании? Возможно ли соосаждение с золотом указанных примесей? Ответ обоснуйте.

4. Цинкование применяется для защиты деталей от коррозии. Рассчитайте время, в течение которого надо пропустить ток в 1,5 А через раствор цинковой соли, чтобы покрыть пластинку слоем цинка толщиной 2,5 · 10^-5 м, если общая площадь поверхности пластинки 0,1 м², выход по току 90,5%. Плотность цинка 7,13 · 10³ кг/м³.

5. Что называют гальваностегией? Приведите примеры.

Вариант 5.

1. Бериллий получают электролизом соли BeCI₂. Укажите, раствор или расплав соли подвергался электролизу. Дайте обоснование. Запишите электродные уравнения и вычислите выход по току металла, если при силе тока 2000 А в течение часа образуется 285 г металла.

2. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе водного раствора CdSO₄. Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется и какова его роль? Рассчитайте напряжение разложения.

3. Неочищенная медь содержит примеси Zn, Mn, Au, Ag. Что произойдет с этими примесями при электролитическом рафинировании меди? Ответ обоснуйте. Напишите уравнения электродных реакций. Укажите, к какому электроду присоединяют черновую медь.

4. Никелирование широко применяется для получения защитных и декоративных покрытий. С этой целью железное изделие общей площадью поверхности 0,08 м помещено в качестве катода в раствор соли никеля. Рассчитайте толщину отложившегося слоя никеля. Плотность никеля 8,90•10³ кг/м³. Сила тока 3,15 А. Время электролиза 42 мин. Выход по току 95%.

5. Как осуществляется электрохимическое оксидирование? Напишите уравнение электродной реакции при оксидировании стали.

Вариант 6.

1. Электролизом расплавов или растворов получают Sc, Y, La? Значения электродных потенциалов: Е⁰ _Sc3+/Sc = -2,08 В, Е⁰_Y3+/Y = -2,37 В, Е⁰ _La3+/La= -2,4 В. Запишите уравнения электродных реакций электролитического получения иттрия из его хлорида.

2. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе водного раствора КJ. Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется и какова его роль? Рассчитайте напряжение разложения.

3. Электролитический хром имеет следующий состав в %: Cr – 99,80, Fe – 0,001, Pb – 0,002, Аl – 0, Mn – 0. Почему хром, полученный электролитическим методом, содержит Аl и Mn, хотя ионы всех указанных металлов имелись в электролите, из которого металл был выделен? Ответ обоснуйте.

4. Кадмирование применяется для покрытия резьбовых деталей, а также для того, чтобы получить более прочную сборку и плотную притирку деталей. Для этой цели применяют аноды из чистого кадмия, электролит СdSO₄. За 40 мин работы электролизера анод потерял в массе 1,957 г. Чему равна сила тока?

5. В чем сущность электролитического рафинирования металлов?

Вариант 7.

1. Алюминий получают электролизом Аl₂О₃ в расплавленном криолите Na₃AlF_6. При температуре процесса 1200 К оксид алюминия диссоциирует на ионы :

2Аl₂О₃↔Аl³⁺ + АlО₃^3-;

2Аl₂О₃ ↔Аl³⁺ + АlО₂^-.

Запишите уравнение электродных реакций. Объясните причину сгорания графитовых электродов, с какой целью Аl₂О₃ перед электролизом тщательно очищают и обезвоживают?

2. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе водного раствора NaOH. Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется и какова его роль? Вычислите напряжение разложения.

3. Неочищенный свинец содержит примеси Zn, Fe, Ag, Cu. Что произойдет с этими примесями при электролитическом рафинировании свинца? Ответ обоснуйте. Напишите уравнения электродных реакций.

4. С целью защиты от коррозии деталь была оцинкована за 1 ч 40 мин. Электролит ZnSO_4. Масса металла покрытия составляет 7,85 г, выход по току 77,2%. Чему была равна сила тока? Напишите уравнения электродных реакций.

5. Какова сущность электрохимической обработки металлов? Когда целесообразно ее использовать?

Вариант 8.

1. Хлор может быть выделен при электролизе расплавов и растворов хлоридов. Можно ли таким же методом получить фтор? Дайте обоснование. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе раствора и расплава KF.

2. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора CoSO₄. Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется и какова его роль? Рассчитайте Е_разл.

3. При электролитическом рафинировании кобальта аноды, содержащие, помимо кобальта, никель, железо, медь, в условиях процесса полностью окисляются. Требуется ли очистка электролита от указанных примесей для получения чистого катодного кобальта? Ответ обоснуйте. Напишите уравнения соответствующих электродных реакций.

4. Деталь хромируется с защитно-декоративной целью. Сила тока 3А. Определите продолжительность электролиза для нанесения на поверхность детали 1,3 г хрома. Выход по току 40%.

5. Что называют гальванопластикой? Где она находит применение?

Вариант 9.

1. Сплав кальция с литием может быть получен электролитическим методом. Исходный электролит из солей LiCl и CaCl₂. Раствор или расплав этих солей подвергается электролизу? Ответ обоснуйте. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе.

2. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе раствора серной кислоты. Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется и какова его роль? Рассчитайте напряжение разложения.

3. Черновое олово, поступающее на рафинирование, содержит примеси Fe и Cu. Что происходит с этими примесями при электролитическом рафинировании олова? Ответ обоснуйте. Напишите уравнения электродных реакций. Выделяется ли наряду с оловом водород, если перенапряжение олово водорода на олове при средних плотностях тока составляет около 0,5 В?

4. Определите время, необходимое для нанесения на деталь слоя меди толщиной 3 мкм. Плотность меди 8,93^.10³ кг/м³, выход по току 70%, плотность по току 100 А/м³, электролит-

Na [Cu(CN)₂]. Напишите уравнения электродных реакций.

5. При зарядке или разрядке аккумулятор работает как электролизер?

Вариант 10.

1. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе расплава едкого натра. Учитывая возможность перемешивания электродных продуктов, напишите уравнение их взаимодействия, снижающее выход по току катодного продукта на 50%. В анодной или катодной зоне взаимодействие продуктов наиболее опасно? В какой - благоприятно? Ответ обоснуйте.

2. Напишите уравнения электродных реакций, протекающих при электролизе раствора KJ. Какой внутренний гальваноэлемент при этом образуется и какова его роль? Рассчитайте напряжение разложения.

3. Железо, получаемое пирометаллургическим методом, всегда содержит углерод. Чистое железо (99,95% и выше) удается получить только электролитическим способом. Анодом при этом служит мягкая мартеновская сталь. Дайте обоснование, почему для получения высокочистого катодного железа электролит не должен содержать металлов, менее активных, чем железо (Cu, Ni, и др.). Напишите уравнения электродных реакций при электролитическом рафинировании железа.

4. Золотые покрытия применяют для защиты от коррозии точных приборов или отдельных деталей. Электролит- водный раствор K[Ag(CN)₂] c добавкой KCN. Сила тока 1 А. Вычислите выход по току металла покрытия, если в течение 30 мин на поверхности детали выкристаллизовалось 288 г чистого золота. Напишите уравнения катодной реакции электрокристаллизации золота.

5. Какой процесс называют электрохимическим оксидированием? Напишите уравнение электродной реакции, протекающей при оксидировании алюминия.

Вариант 11.

1. Напишите уравнения реакций, происходящих при получении магния электролизом расплава соли MgCl₂. Почему перед электролизом электролит тщательно обезвоживают?

2. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе раствора HBr. Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется и какова его роль? Рассчитайте напряжение разложения.

3. Стальную деталь никелируют с защитно-декоративной целью. Электролит NiSO₄. Сила тока 5 А. Вычислите выход по току металла покрытия, если в течение 1 ч на поверхности детали выкристаллизовалось 3,4 г чистого никеля. Напишите уравнения электродных реакций. К какому полюсу источника тока следует присоединить деталь?

4. При электролитическом рафинировании кадмия в электролите содержатся ионы Cu²⁺, Zn²⁺. От каких ионов требуется тщательная очистка электролита? К какому электроду присоединяют черновой кадмий? Напишите уравнения электродных процессов.

5. Укажите, с какой целью используются процессы электролиза в металлургии.

Вариант 12.

1. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе расплава CaCl_2. Можно ли выделить металлический кальций из водного раствора этой соли? Ответ мотивируйте.

2. Напишите уравнения реакций при электролизе раствора CuCl₂. Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется и какова его роль? Рассчитайте напряжение разложения.

3. К какому электроду присоединяют черновой никель при рафинировании? Что произойдет с примесями железа и меди? Напишите уравнения электродных реакций.

4. Железнение применяют для восстановления размеров изношенных деталей. Электролит - FeSO₄. Анод – малоуглеродистая сталь. Напишите уравнения электродных реакций. Рассчитайте массу железа, выделившегося электрокристаллизацией на детали, если электролиз проводился в течение часа при силе тока 10 А. Выход по току металла 85%.

5. Какие устройства называются электрохимическими преобразователями (хемотронами)?

Вариант 13.

1. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе расплава CaCl₂. С какой целью электролит перед электролизом тщательно обезвоживают?

2. Напишите уравнения электродных реакций при электролизе раствора HCl. Какой внутренний гальванический элемент при этом образуется и какова его роль? Рассчитайте напряжение разложения.

3. К какому полюсу источника тока присоединяют черновую медь при рафинировании? Что происходит с примесями (Zn, Fe, Ni, Ag, Au) в процессе рафинирования? Напишите уравнения электродных процессов.

4. Для увеличения электропроводности стальную проволоку подвергают меднению. Определите продолжительность электролиза, если электрокристаллизацией на проволоку необходимо нанести 6,4 г меди. Сила тока 5 А. Выход по току 96%. Электролит – раствор CuSO₄ c добавкой H₂SO₄ для повышения электропроводности раствора. Напишите уравнения электродных процессов.

5. Какова сущность электромеханического шлифования и заточки инструмента?