Контрольные задания и тесты по курсу «Технология электрохимических производств». Методические указания

Расчетная часть

1.После 1 ч 10 мин катодного осаждения свинца из

борфтористоводородного электролита с Рb(ВF4)2 при плотности тока Dк = 3,0 А/дм2 на детали поверхностью 1,2 дм2 осадилось 14,7 г свинца. Рассчитать: а) выход по току; б) объем выделившегося на детали водорода, приведенный к нормальным условиям; в) среднюю толщину свинцового покрытия.

2.Одной из областей применения гальванопластики является изготовление тонких металлических листов и лент. По одному из гальванопластических способов медную ленту получают на непрерывно вращающемся барабане из нержавеющей стали, который

служит катодом ванны. Диаметр барабана равен 1,5 м, длина его

рабочей поверхности равна 2/3 всей длины окружности барабана, электролит сернокислый. Катодная плотность тока Dк = 10 А/дм2, выход по току Вт ≈ 100%. Какова должна быть скорость вращения

катодного барабана, чтобы получить медную ленту толщиной

0,20 мм?

Вариант №7

Теоретическая часть

1.Очистка поверхности металлов перед гальванопокрытием в органических растворителях.

2.Цинкование. Кислые электролиты. Составы, режимы использования. Катодный и анодный процессы.

3.Технология печатных плат. Операции сверления отверстий.

Расчетная часть

1. Какова продолжительность электролитического осаждения слоя олова толщиной 15 мкм в стационарных ваннах: а) из станнатных электролитов при катодной плотности тока Dк = 3,0 А/дм2 и выходе по току Вт ≈ 65%; б) из сернокислых электролитов при Dк = 4,0 А/дм2 и

Вт ≈ 90%.

2. В цианистую ванну исправления брака нагрузкой 500 А в качестве анодов завешены бракованные омедненные стальные детали с общей поверхностью 522 дм2 и средней толщиной медного покрытия 17 мкм. Сколько времени необходимо для полного снятия медного слоя с деталей, если анодный выход по току Вт(а) = 95% (с учетом выделения О2 в конце процесса)?

21

Вариант №8

Теоретическая часть

1.Очистка поверхности стальных деталей перед гальванопокрытием в парах органических растворителей.

2.Кадмирование. Составы электролитов и режимы их использования. Токсикологическая характеристика процесса.

3.Технология печатных плат. Операция химической металлизации.

Расчетная часть

1.Рассчитать удельный расход цианида на 1 м2 медного покрытия толщиной 2 мкм и долю проектных потерь цианида на разложение в его общем расходе при электролитическом меднении деталей в стационарной цианистой ванне. Параметры электролиза и расходные коэффициенты: Электролит стационарной ванны цианистого меднения содержит 33 г/л общего цианида в пересчете на

NaCN. Ванна работает при 60° С с выходом по току Вт = 75%. Проектная норма расхода цианида на разложение равна 0,9 г/(А·ч).

2.Нанесение на детали слоя золота толщиной 3 мкм

производится в цианистом электролите на основе КАu(CN)2 при катодной плотности тока Dк =0,3 А/дм2 с выходом по току Вт ≈ 70%. Рассчитайте продолжительность процесса золочения и удельный расход золота на 1 дм2 покрытия (без учета его потерь).

Вариант №9

Теоретическая часть

1.Описать особенности процессов очистки поверхности металлов разной природы перед гальванохимической обработкой.

2.Цинкование. Щелочные и комплексные электролиты. Катодный и анодный процессы.

3.Технология печатных плат. Операции гальванической металлизации.

Расчетная часть

1. Какова продолжительность электролитического осаждения слоя меди толщиной 25 мкм: а) из медно-цианистых ванн при плотности тока Dк = 3,0 А/дм2 и выходе по току Вт = 75%; б) из сернокислых медных электролитов при Dк = 3,0 А/дм2 и Вт = 99%?

22

2. При индировании детали поверхностью 31 см2 в борфтористоводородном электролите, содержащем индий в виде In(ВF4)3, за 35,5 мин процесса при Dк = 2,0 А/дм2 получено индиевое покрытие общей массой 0,165 г. Каковы выход по току для индия и его средняя толщина на детали?

23

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 4 Вариант №0

Теоретическая часть

1.Модули промывки деталей в технологии гальванопокрытий. Требования к качеству промывной воды.

2.Гальваническое никелирование. Назначение покрытия. Характеристика катодных и анодных процессов. Современные промышленные электролиты и назначение компонентов. Влияние pH

среды и температуры на процесс. Рассчитать время для нанесения слоя никеля толщиной 15 мкм на пластину 50 см2 при плотности тока

0,2 кА/м2, если ВТNi равен 98%, атомная масса никеля - 58,71 , плотность металла - 8,7 г/см3.

3.Хроматирование. Назначение, применяемые растворы. Компонентный состав и режимы ведения процесса хроматирования. Химические реакции, протекающие при хроматировании. Объяснять, почему при хроматировании происходит понижение кислотности раствора? Привести примерный состав хроматных пленок.

Расчетная часть

1. Разрядная емкость окисно-никелевого электрода щелочного аккумулятора должна равняться 1,5 А-ч. Положительная активная масса, из которой изготавливается электрод, содержит 45,6% никеля в пересчете на металлический; коэффициент использования никеля при разряде равен 60%. Какое количество активной массы необходимо заложить в электрод? Напишите основную электродную реакцию.

2.Гарантийный максимум саморазряда свинцового аккумулятора составляет 21% за месяц. Какой минимальной емкостью может обладать свинцовый аккумулятор типа СТ-80, фактической емкостью 84 А-ч после месяца бездействия в заряженном состоянии?

Вариант №1

Теоретическая часть

1.Модули технологических схем гальванопокрытий. Модули приготовления и корректирования электролитов.

2.Дать определение понятия «рассеивающая способность» электролитов. Перечислить показатели рассеивающей способности на основе результатов опыта осаждения металла на разноудаленных катодах в прямоугольной ячейке с отношением токов в первичном

24

поле, равном 5, и отношением привесов металла на ближнем и дальнем катодах, равном 5.

3. Анодное оксидирование алюминия и его сплавов, назначение, применяемые электролиты, компонентный состав и режимы процесса. Условия получения толстой рыхлой и тонкой плотной оксидных пленок при электрохимическом оксидировании.

Как приготовить сернокислый электролит оксидирования (20 %-ый по серной кислоте)? Плотность 98%-ной H2SO4 равна 1,84 г/см3. Произвести расчет.

Расчетная часть

1.Окисно-никелевый электрод щелочного аккумулятора содержит 16,2 г активной массы. В составе активной массы 47,2% никеля в пересчете на металлический. Коэффициент использования активного вещества при разряде равен 63%. Какой разрядной емкостью обладает электрод?

2.Батарея свинцовых аккумуляторов типа ЗСТ-70 имеет габариты 194 × 257 × 230 мм и массу 19,2 кг. При разряде током 7,0 А батарея должна работать не менее 10 ч; при этом среднее разрядное напряжение батареи равно 6,0 В. Каковы удельные емкость и энергия батареи на этом режиме?

Вариант №2

Теоретическая часть

1.Модели рекуперации металлов из прошеных вод и технологии гальванопокрытий.

2.Дать определение понятия «микрорассеивающая способность» электролитов. Вычислить значение показателя микрорассеивающей способности электролита по металлографическим данным после осаждения металла на синусоидальном микропрофиле: амплитуда исходного микропрофиля 100 мкм, электроосажденного - 120 мкм.

3.Назначение и сущность химической металлизации диэлектриков. Перечислить операции, из которых складывается процесс металлизации без наложения тока.

Назвать металлы, которые не являются каталитически активными. По какой формуле определяется стабильность растворов химической металлизации? Какие эффективные восстановители применяются при химическом меднении, никелировании?

25

Расчетная часть

1.Электродная ламель, внутрь которой запрессовано 7 г железной активной массы с содержанием 69,8% «общего» железа, отдала емкость 1,18 А·ч. Каков коэффициент использования железа? Напишите основную электродную реакцию.

2.Отрицательная паста для электродов свинцовых аккумуляторов имеет следующий состав: 100 кг «свинцового»

порошка (на 60% окисленного до PbO), 13 л воды, 5 л раствора H2SO4 (пл. 1,32), «расширитель» - 3,5 кг. Какое количество воды должно быть заложено в отрицательные электроды, чтобы последние

обладали фактической емкостью 140 А·ч (Кисп свинца 65%)? Напишите основную и побочную электродные реакции.

Вариант №3

Теоретическая часть

1.Модули промывки в технологии гальванопокрытий.

2.Применение меди в гальванотехнике. Электрохимическая характеристика медного покрытия. Сравнительная характеристика электролитов меднения. Характеристика катодных процессов в кислых и цианидных электролитах. В каком из этих электролитов при пропускании одного и того же количества электричества выделится металла в 2 раза больше?

3.Перечислить основные стадии электроэкстракционного способа получения металлов. Назвать основные металлы, получаемые

вметаллургии с помощью электролиза.

Рассчитать суточную производительность по металлу ванны электроэкстракции цинка, работающей непрерывно с током 2 кА при ВТZn= 0,85 (атомная масса цинка 65,37).

Расчетная часть

1.Отрицательный (железный) электрод щелочного аккумулятора должен иметь разрядную емкость 3,2 А·ч. Активная масса электрода содержит 70,2% «общего» железа. Коэффициент использования железа при разряде электрода равен 23%. Определить разрядную емкость электрода.

2.Батарея из 70 марганцево-цинковых элементов типа 100 АМГЦ-у-2,0, габаритами 218 × 138 × 73 мм имеет массу 3,35 кг. При

ееполном разряде на сопротивление 7000 Ом батеарея имела среднее напряжение Vср = 78 В. Каковы удельные характеристики батареи,

26

если за время разряда на катоде медного кулонометра, последовательно включенного в электрическую схему, выделилось

2,43 г меди?

Вариант №4

Теоретическая часть

1. Модули регенерации электролитов хромирования.

2. Назначение цинкования. Электрохимическая характеристика цинка. Состав и назначение компонентов кислых электролитов цинкования, их характеристика. Катодные и анодные процессы. Сущность антикоррозионной обработки цинковых покрытий.

3. Перечислить основные типы электролизеров промышленного электролиза раствора хлорида натрия для производства хлора. Назвать основные элементы электролизера с твердым катодом, используемого при производстве хлора. Определить, сколько электролизеров, работающих с нагрузкой 50 кА, должно быть установлено в цехе с годовой производительностью 1000 т хлора в год (молекулярная масса хлора 70,9).

Расчетная часть

1.Железный электрод щелочного аккумулятора содержит 22,8 г активной массы. В ее состав входит 69,3% «общего» железа: коэффициент использования железа при разряде электрода равен 23%. Определить разрядную емкость электрода.

2.Сухой марганцево-цинковый элемент типа 1,6 ФМЦ-у-3,2 диаметром 34 и высотой 64 мм имеет массу 105 г. При разряде на сопротивление 10 Ом элемент проработал 34 ч при среднем напряжении Vср = 1,1 В. Каковы удельные характеристики элемента?

Вариант №5

Теоретическая часть

1.Модели технологических схем нанесения гальванических

покрытий.

2.Свойства хрома и назначение хромовых покрытий в гальванотехнике. Особенности процессов хромирования. Состав стандартного электролита и режим ведения процесса. Виды хромовых покрытий. На основе поляризационной кривой дать характеристику происходящих на электродах электрохимических реакций. Рассчитать

27

электрохимический эквивалент хрома, если атомная масса хрома равна 51,996.

3. Дать определение топливного элемента (ТЭ). Назвать

кислородного ТЭ с кислым электролитом (= 1,23 В; 0).

Расчетная часть

1.Отрицательный электрод щелочного аккумулятора, содержащий 7,2 г чисто кадмиевой (без железа) активной массы с 79,2% «общего» кадмия, обладает разрядной емкостью 1,7 А·ч. Каков коэффициент использования кадмия?

2.Батарея свинцовых аккумуляторов типа ЗСТ-70 имеет габариты 194 × 257 × 230 мм и массу 19,2 кг. При разряде током 7 А батарея должна работать не менее 10 ч; при этом среднее разрядное напряжение батареи равно 6 В. Каковы удельные емкость и энергия батареи на этом режиме?

Вариант №6

Теоретическая часть

1.Технология хромирования поршневых колец.

2.Процессы фосфатирования черных и цветных металлов. Назначение, применяемые растворы, компонентный состав. Электрохимические реакции, протекающие на поверхности металла при фосфатировании. Зависимость скорости процесса от температуры. Ускорители фосфатирования для черных металлов и оцинкованных металлов.

3.Назвать наиболее распространенные электрохимические системы, используемые для аккумуляторов электрической энергии. Назвать основные элементы сернокислого (свинцового) аккумулятора. Вычислить, какое количество энергии нужно затратить при полном заряде свинцового аккумулятора емкостью 150 А·ч (в конце заряда напряжение на клеммах 2,2 В).

Расчетная часть

1. В разряженном окисно-никелевом электроде, отдавшем при разряде емкость 3,74 А·ч, аналитически обнаружено 11,9 г общего никеля и 0,88 г активного кислорода. Какой условной формуле вида

28

NiOm соответствует разряженная и заряженная активная масса электрода?

2. Батарея свинцовых аккумуляторов типа 3СТ-95 имеет номинальную разрядную емкость 95 А·ч. Какова должна быть длительность ее заряда током 9 А, если отдача батареи по току в этом режиме равна 80%?

Вариант №7

Теоретическая часть

1.Технология механохимического цинкования.

2.Перечислить основные неорганические вещества, производимые в промышленност электросинтезом. Назвать исходные вещества, используемые в электрохимическом производстве.

Искусственный МnО2 получают электрохимическим окислением ионов Мn в сернокислой среде с нерастворимыми анодами.

Рассчитать выделившийся МnО2 при электролизе током 200 А в течение 10 часов (ВТ = 80%, атомная масса Мn = 54,94).

3.Гальванопластика и электроформование. Области применения. Перечислить и кратко охарактеризовать последовательные операции, из которых состоит технология гальванопластики. Привести наиболее распространенные электролиты, применяемые в гальванопластике.

Расчетная часть

1.Отрицательный электрод щелочного аккумулятора содержит 18,2 г чисто кадмиевой массы с 80,1% «общего» кадмия; коэффициент использования кадмия при разряде равен 63%. Какова разрядная емкость электрода?

2.Заряд никелево-железного аккумулятора типа НЖ-60 проводился в течение 6 ч током 15 А при среднем зарядном напряжении 1,65 В. Какова отдача аккумулятора по току и по энергии, если его разряд током 7,5 А продолжается 8 ч 18 мин при среднем разрядном напряжении 1,18 В?

Вариант №8

Теоретическая часть

1.Обезвреживание сточных вод. Типы стоков. Очистка воды. Реагентные и безреагентные методы.

2.Перечислить основные стадии производства рафинированного (электролитически) металла. Назвать основные

29

электрорафинируемые металлы. Вычислить, какое количество ванн с нагрузкой 10 кА должно быть установлено в цехе с годовой производительностью 200 тыс.т/год катодной меди (машинное время

0,95; ВТCu = 0,95; атомная масса меди 63,54).

3. Перечислить наиболее распространенные электрохимические системы, используемые в гальванических элементах (ГЭ). Дать определение понятий «емкость ГЭ», «энергия ГЭ», «мощность ГЭ», «сохранность ГЭ».

Рассчитать массу отрицательного электрода элемента МЦсистемы, имеющего емкость 150 А·ч (коэффициент использования активной массы 0,2, атомная масса цинка 65,37).

Расчетная часть

1.Отрицательный электрод щелочного аккумулятора изготовлен из кадмиево-железной активной массы, содержащей 57,8% «общего» кадмия и 21,3% «общего» железа. При таком составе массы коэффициент использования кадмия 65%, железа – 18%.

Какова доля каждого компонента в токообразовании? Какой емкостью будет обладать электрод, содержащий 10,2 г активной массы?

2.Отрицательная паста для электродов свинцовых аккумуляторов имеет следующий состав: 100 кг «свинцового»

порошка (на 60% окисленного до PbO), 13 л воды, 5 л раствора H2SO4 (пл. 1,32), «расширитель» - 3,5 кг. Какое количество воды должно быть заложено в отрицательные электроды, чтобы последние

обладали фактической емкостью 140 А·ч (Кисп свинца 65%)? Напишите основную и побочную электродные реакции.

Вариант №9

Теоретическая часть

1.Источники загрязнения окружающей среды при эксплуатации гальванических цехов.

2.Перечислить металлы, получаемые в промышленности электролизом расплавов. Назвать основные компоненты расплавов, используемых для получения алюминия, магния, натрия. Определить годовую производительность цеха электролитического получения

алюминия, в котором 500 электролизеров с нагрузкой 100 кА (ВТ = 85%, машинное время 0,95, атомная масса алюминия 26,93).

30