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

3. Экологические проблемы электрохимических производств с точки зрения загрязнений окружающей среды промышленными отходами. Привести качественный состав сточных вод в гальванотехнике и перечислить способы их обезвреживания. Принципы химических и электрохимических методов очистки сточных вод.

Расчетная часть

1.В качестве положительной активной пасты для электродов свинцового аккумулятора применена масса следующего состава: 100 кг «свинцового» порошка (состоящего на 60% из PbO, остальное –

металлический свинец); 10 л воды и 7,5 л раствора Н2SO4. Какое количество пасты необходимо для изготовления положительных

электродов для 100 аккумуляторов емкостью каждый 120 Ач, если свинца в активной массе электродов равен 60%, потери пасты при изготовлении 0,7%? Каков удельный расход «свинцового»

порошка на 1 Ач емкости аккумуляторов? Напишите основную электродную реакцию.

2.Каково внутреннее сопротивление медно-окисного элемента типа МОЭ-1000: а) в начале его разряда, когда при токе 1 А разрядное напряжение элемента равно 0,68 В, а при токе 6,0 А – 0,63 В; б) после отдачи номинальной емкости, когда при тех же токах разрядные напряжения соответственно равны 0,62 и 0,53 В?

31

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ Электрохимические технологии

1.Дайте определение электрохимии как науки. Что изучает прикладная электрохимия?

2.Принцип отличия электрохимической технологии от химической.

3.Из каких элементов складывается электрохимическая система?

4.Сформулируйте закон сохранения вещества в электрохимических процессах.

5.Какие процессы имеют место в электрохимической системе?

6.Дайте определение следующим терминам: «технология», «химическая технология», «электрохимическая технология», «технологическая система», «технологический процесс».

7.По какому принципу можно классифицировать многочисленные электрохимические производства?

8.Что такое «параметры технологического режима»? Их классификация.

9.В каких областях промышленности применяются электрохимические методы?

10.Критерии выбора метода (физический, химический, электрохимический) производства продукта.

11.Как классифицируются производства, базирующиеся на принципах непосредственных взаимных превращений электрической и химической энергии на электродах?

12.Преимущества и недостатки электрохимической технологии. Привести конкретные примеры.

13.Какие производства базируются на гидроэлектрометаллургии?

14.Сущность электролитического рафинирования и электроэкстракции. Их отличие друг от друга.

15.Сущность гидрометаллургических процессов. Какие химические и электрохимические процессы играют важную роль в гидроэлектрометаллургии?

16.Основные особенности электрохимической технологии. Стадии электрохимического производства.

17.Примеры электрохимических производств в электротермии.

18.Дайте краткую характеристику производств при косвенном превращении электрической энергии в химическую энергию веществ.

19.Какие металлы и неорганические вещества получают восстановлением в электрических печах?

32

20.Как получают графитированные электроды и чистый графит?

21.Как получают алюминий?

22.Что из себя представляет «электросинтез»? (Конкретные примеры производств).

23.Примеры электрохимических производств в процессах, базирующихся на газовых реакциях в электрических разрядах. 24.Какие электрохимические методы используются при анализе вещества?

25.Классификация электрохимических методов анализа. Их сущность.

26.Краткая характеристика электрохимических методов анализа.

27.Сущность хронопотенциометрии и полярографического метода анализа.

28.Сущность весового электроанализа и кулонометрии.

29.Сущность кондуктометрического и потенциометрического методов анализа.

30.Чем отличаются следующие способы титрования: кондуктометрический, потенциометрический, кулонометрический, амперометрический?

31.Что такое электрохимические преобразователи? Область их применения.

32.Что такое хемотроника?

33.Какие электрохимические методы используют при очистке сточных вод в процессе водоподготовки? Их сущность.

34.Роль электрохимии в современной экологии.

35.Какие электрохимические методы и технологии позволяют решить проблему загрязнения окружающей среды?

36.Сущность методов электролиза, электрокоагуляции, электрофлотации в процессах и технологиях очистки воды и сточных вод.

37.Экологические проблемы в электрохимических производствах.

38.Электрохимические методы очистки воды и сточных вод.

39.Электрохимические методы утилизации вредных веществ.

Электролиз воды

1.В каких областях применяют водород?

2.Что такое «водородная энергетика»?

3.Какими способами получают водород?

4.Где могут применяться системы металл-водород?

33

5.Сравнительная характеристика способов производства водорода.

6.Критерии выбора того или иного способа производства водорода.

7.Преимущества и недостатки электрохимического способа получения водорода. В каких случаях его наиболее целесообразно использовать?

8.Как можно снизить затраты электроэнергии при электролизе воды?

9.Теоретический и фактический расход электроэнергии на производство 1 кубического метра водорода?

10.Почему для получения водорода и кислорода не подвергают электролизу чистую воду?

11.Почему в процессе разложения воды используют растворы щелочей?

12.Основные процессы на электродах в кислых и щелочных растворах при электролизе воды?

13.Как построить диаграмму «потенциал-pH» для процесса электролиза воды?

14.Значения равновесных потенциалов катода и анода процесса электролиза воды? Как их рассчитать.

15.Разъясните диаграмму «потенциал-pH». Что такое напряжение разложения воды. Зоны термодинамической устойчивости и неустойчивости воды?

16.Почему напряжение разложения воды не зависит от состава раствора?

17.Почему величина 1,23В является минимальным напряжением разложения воды? (Привести соответствующие расчеты). Почему при этом напряжении разложение воды в реальных условиях происходить не будет?

18.Как уменьшится величина напряжения разложения воды при значительных концентрационных изменениях у электродов?

( Показать на диаграмме «потенциал-pH»).

19.Разъясните поляризационную диаграмму электролиза воды.

20.Какие величины определяют баланс напряжения при электролизе воды?

21.На какие компоненты баланса напряжения электролизера для электролиза воды рост плотности тока и повышение температуры оказывают наибольшее влияние?

22.Для чего нужно знать напряжение на электролизере? Каковы пути снижения напряжения и расхода электроэнергии?

34

23.Как рассчитывают падение напряжения в электролите, в диафрагме, на электродах? Как определяют расход электроэнергии? 24.Для чего нужно стремиться уменьшить газонаполнение? Как определяется коэффициент газонаполнения?

25.Почему с ростом давления, напряжение на электролизере для электролиза воды снижается, хотя напряжение разложения воды при этом увеличивается?

26.Что определяет формула Тафеля? Физический смысл коэффициентов формулы Тафеля.

27.Какие металлы обладают низким перенапряжением выделения водорода, а какие металлы - высоким?

28.Принцип выбора катодных и анодных материалов в процессе электролиза воды.

29.От чего зависит величина водородного перенапряжения?

30.От чего зависит падение напряжения в электролите?

31. Для чего в электролизер ставят диафрагму. Какой материал используют при этом?

32.Как определяют падение напряжения в диафрагме?

33.Почему не может быть уменьшено напряжение разложения воды? 34.Пути снижения перенапряжения на электродах.

35.Требования к диафрагмам для процесса электролиза воды.

36.Классификация электролизеров для процесса электролиза воды.

37.Для чего рассчитывают тепловой баланс электролизера? Его составляющие.

38.Принципиальное отличие монополярного электролизера от биполярного (привести схемы).

39.Основные требования при конструировании электролизеров.

40.Принцип работы биполярного электрода.

41.Сохранит ли электрод биполярность, если в биполярном электролизере сплошной электрод заменить сетчатым? Зависит ли это от геометрических параметром сетки?

42.Причины появления утечки тока. Факторы, влияющие на значение утечки тока.

43.Пути снижения утечки тока.

44.Чем определяется утечка тока. Как рассчитывают утечку тока (приведите несколько способов).

45.Преимущества и недостатки биполярного электролизера.

46.Схема устройства монополярного электролизера.

35

47.Схема устройства биполярного электролизера.

48.Сравнительная характеристика традиционных электролизеров для электролиза воды.

49.Получение тяжелой воды.

50.Пути и способы интенсификации процесса электролиза воды.

51.Сравнительная характеристика поляризационных диаграмм в монополярной и биполярной ванне.

52.Что такое газонаполнение электролита. От чего оно зависит? Как его рассчитать?

53.Для чего нужен баланс напряжения электролизера?

54.Методики измерения и расчета баланса напряжения.

55.За счет каких параметров увеличивается напряжение на электролизере с повышением плотности тока в процессе электролиза воды? Какие параментры влияют в большей степени, а какие – в меньшей? Объясните.

56.Влияет ли материал электродов на значение напряжения на электролизере? Если да, то каким образом.

57.Классификация электролизеров (процесс электролиза воды). 58.Как измерить, а также рассчитать падение напряжения в диафрагме?

59.Почему значение электродных потенциалов с точки зрения оценки вклада в баланс напряжения не имеют реального смысла?? А какая величина нет?

60.Каким образом плотность тока влияет на величину газонаполнения?

61.Как изменится баланс напряжения, если гладкие никелевые электроды заменить на перфорированные?

62.Почему в биполярных электролизерах утечки тока выше, чем в монополярных?

63.Причины возникновения утечки тока.

64.Чем определяется утечка тока?

65.От чего зависит утечка тока?

66.На какие технологические параметры влияет утечка тока и каким образом?

67.Технологические и конструктивные факторы, влияющие на утечку тока?

68.Как влияет на утечку тока повышение температуры и давления? Поясните.

36

69.Электрохимическое поведение биполярного электрода?

70.Чем отличается баланс напряжения в биполярной ванне от баланса в монополярной?

71.Графический метод определения утечки тока.

72.Экспериментальный метод определения утечки тока.

73.Метод сдвоенного электрода для определения утечки тока.

74.Какое напряжение называют напряжением разложения? От чего оно зависит?

75.Почему минимальное напряжение, необходимое для начала электролиза, выше величины 1,23В.

76.Почему величина перенапряжения является решающей при выборе электродного материала?

77.Достоинства и недостатки электродных материалов для промышленного электролиза.

78.Зависимость перенапряжения от плотности тока, температуры, состояния поверхности электродов.

79.Пути и способы снижения перенапряжения?

80.Способы уменьшения сопротивления, вызываемого газовыми пузырьками.

81.Критерии выбора материала диафрагмы.

82.Конструкции электролизеров.

83.Сравнительная характеристика монополярных и биполярных электролизеров.

84.Основные принципы получения тяжелой воды.

85.Процессы на электродах при электролизе воды.

86.Из каких параметров складывается напряжение на электролизере для электролиза воды.

87.Почему стремятся снизить перенапряжение на электродах?

88.Пути и способы снижения перенапряжения на электродах.

89.Какую величину составляет падение напряжения в электролите в балансе напряжения на ванне?

90.От чего зависит газонаполнение электролита?

91.Тепловой режим электролизера.

92.Основные требования при конструировании аппаратов для электролиза воды.

93.Каким способом достигается разделение газов при электролизе воды?

94.Основные типы диафрагм?

37

95.Преимущества и недостатки монополярных и биполярных электролизеров.

Электролиз в производстве хлора и щелочи.

1.Способы производства хлора.

2.Области использования хлора и щелочи.

3.Принципиальное различие трех типов электролизеров при производстве хлора и щелочи (анодные и катодные процессы, продукты, расход электроэнергии).

4.Принцип выбора определенного типа электролизера в тех или иных условиях.

5.Чем отличается электролизер с твердым катодом от ртутного электролизера?

6.Чем отличается мембранный электролизер от ртутного электролизера?

7.Дайте сравнительную оценку показателей мембранного и диафрагменного электролизеров.

8.Какие преимущества и недостатки имеет метод получения хлора и щелоча в мембранном электролизере по сравнению с диафрагменным электролизером?

9.О чем свидетельствует повышение концентрации гидроксила натрия в щелоке при электролизе хлорида натрия в диафрагменном электролизере? Какие меры следует применять? (не менее трех вариантов ответов).

10.От чего зависит оптимальность скорости циркуляции электролита (рассола) в диафрагменном хлорном электролизере?

11.Для каких целей применяется «разлагатель»? Принцип его устройства.

12.Принципиальные различия в устройстве трех типов электролизеров.

13.Чем отличаются схемы производства хлора и щелочи? (в диафрагменном и ртутном электролизерах).

14.Почему затраты на электроэнергию в диафрагменном электролизере выше, чем в ртутном?

15.ПД-портреты трех типов электролизеров. Различие и сходство. (Поляризационные диаграммы).

16.Пути снижения энергетических затрат в хлорном производстве.

38

17.Перспективы развития электрохимического производства получения хлора и щелочей.

18.Преимущества и недостатки электрохимического метода.

19.Требования к электродам, пути их усовершенствования.

20.Основные преимущества малоизнашиваемых анодов.

21.Для чего используют пористую диафрагму?

22.Какие электрохимические реакции происходят при электролизе водных растворов хлоридов щелочных металлов?

23.Каким образом образуются хлорноватистая и хлороводородная кислоты?

24.Каким образом предотвращают протекание побочных процессов в хлорном электролизе?

25.От каких параметров зависит выход по току хлора? 26.Принцип работы ионообменной мембраны.

27.Преимущества и недостатки анодных материалов в хлорных электролизерах?

28.Побочные процессы в хлорном электролизере.

29.Электрохимическое получение гипохлорита и хлората натрия.

30.Основные условия для достижения оптимальных выходов по току основных продуктов.

31.Критерии выбора материалов для изготовления анодов.

32.Преимущества и недостатки промышленных анодов.

33.Преимущества и недостатки анодов из искусственного графита. 34.Аноды из платины и искусственного магнетита. Преимущества и недостатки.

35.Способы уменьшения потерь выходов по току.

36.Способы повышения эффективного хлорного электролиза.

37.Пористые диафрагмы и их свойства.

38.Экономические и экологические различия при производстве хлора и щелочи в диафрагменных ваннах и в ваннах с ртутным катодом. 39.Способы получения побочных хлоропродуктов.

40.Способы получения кислородсодержащих соединений хлора.

41.Электрохимическое получение хлоратов.

42.Пути развития и усовершенствования новых составных малоизнашиваемых анодов.

43.Пути создания и разработки оптимальных конструктивных форм анодов.

44.Пути увеличения эффективности и срока службы электродов.

39

45.Критерии выбора малоизнашиваемыз анодов.

46. Преимущества платино – титановых анодов. 47.Преимущества МИА с активным слоем на основе Ru(IV). 48.Аноды типа ОРТА: их основные свойства.

49.Критерии выбора диафрагмы и основные требования к ним. 50.Пути совершенствования диафрагм.

51.Критерии выбора электролита.

52.Как температура влияет на газонаполнение анолита при производстве хлора.

53.Пути снижения влияния на газонаполнение электролита.

54.Влияние расстояния между электродами на газонаполнение.

55.Как происходит укрупнение мощности электролизеров.

56.Пути интенсификации хлорного производства.

57.Для чего нужен материальный баланс? Что он из себя представляет?

58.Анодные и катодные процессы в диафрагменном электролизере.

59.Анодные и катодные процессы в ртутном электролизере. 60.Результат взаимодействия выделяющегося на аноде хлора с водой. 61.Химические реакции в хлорном производстве.

62.Условия получения побочных продуктов с высоким выходом по току.

63.Основные требования к анодам.

64.Сравнительная характеристика анодных материалов: платина, графит, ОРТА.

65.Требования к катодам и контактам.

66.Основные направления развития электрохимического производства получения хлора и щелочей.

Гальванотехника

1.В каких случаях применяются бортовые отсосы у гальванических ванн?

2.Для решения каких технических задач применяется гальванопластика?

3.В чем отличие гальваностегии от гальванопластики?

4.В чем отличие защитных покрытий от защитно-декоративных?

5.В каких случаях наносят проводящий слой, а в каких разделительный?

40