Физическая химия. Лабораторный практикум

оксида никеля (при проведении процесса на постоянном токе никель пассивируется и вследствие этого не разрушается с заметной скоростью). Экспериментально установлено, что ростом концентрации и плотности тока скорость разрушения никеля увеличивается. Максимальная скорость образования нанодисперсного порошка оксида никеля наблюдается в 17 М растворе NaOH при плотности тока 2,5 А/см2 и температуре 70 °С.

Влияние частоты тока на скорость разрушения никеля в растворах гидроксида натрия показано на рис. 12.1.

Максимальная скорость разрушения никеля во всех исследованных нами растворах гидроксида натрия наблюдается при частоте переменного тока 20 Гц. При частотах более 100 Гц скорость разрушения никелевых электродовпрактическинезависитотчастотынакладываемоготока(рис. 12.1).

Нами замечено, что цвет продуктов разрушения никеля зависит от применяемой частоты переменного тока. Так, в 17 М NaOH при частотах переменного тока более 50 Гц цвет продуктов имеет зеленоватый оттенок, что является подтверждением образования при этих частотах тока двухвалентных соединений никеля. При меньших частотах образуются порошки чёрного цвета, характерные для трёхвалентных соединений никеля

(Ni2O3 и NiOOH).

Данные препаративного синтеза позволяют найти оптимальные условия препаративного электрохимического синтеза нанодисперсных порошков оксида никеля заданного состава.

K, мг/(см2 ч)

Рис. 12.1. Зависимость скорости разрушения никелевых электродов от частоты переменного тока, при различных

концентрациях гидроксида натрия, М:

1 – 1; 2 – 5; 3 −10; 4 – 13; 5 – 17

81

Порядок выполнения работы

1.Никелевые электроды зачистить наждачной бумагой с уменьшением степени зернистости до зеркального блеска.

2.Промыть зачищённые никелевые электроды дистиллированной водой, протереть этиловым спиртом.

3.Взвесить никелевые электроды на аналитических весах с точно-

стью, до 0,0001 г (m1).

4.Заполнить термостатируемую ячейку 17 М раствором гидроксида натрия до метки.

5.Закрепить взвешенные электроды во фторопластовой крышке

так, чтобы площадь погруженной в электролит части электрода составля-

ла 1 см2 (рис. 12.2).

3

2 1

Рис. 12.2. Электрохимическая ячейка

сникелевыми электродами (1, 2) и термометром (3)

6.Собрать установку, показанную на рис. 12.3.

7.Установить на генераторе 1 частоту переменного синусоидального тока (f), равную 10 Гц. Включить ЛАТР (3) в сеть переменного тока,

установить с помощью ручки ЛАТРа ток по амперметру (А), равный 2,5 А, соответствующий плотности тока 2,5 А/см2. Записать в лабораторный журнал время начала опыта. Продолжительность эксперимента составляет 30 минут.

8.Выключить ЛАТР из сети.

9.Извлечь электроды из ячейки, тщательно промыть их дистиллированной водой, протереть спиртом. Высушить электроды.

10.Высушенные электроды взвесить на аналитических весах с точ-

ностью до 0,0001 (m2).

82

12.1. Экспериментальные данные

10

20

50

70

80

100

Программа подготовки к защите лабораторной работы

1.Напишите уравнение Тафеля.

2.Напишите уравнения реакций, идущие на никелевых электродах

вкатодный и анодный полупериоды тока.

3.Напишите формулу для расчёта скорости разрушения никелевых электродов.

4.Расскажите о влиянии частоты переменного синусоидального тока на скорость разрушения никелевых электродов.

5.Расскажите об основных способах получения порошков металлов и их оксидов и, в частности, порошка оксида никеля.

6.Виды поляризации электродных процессов.

7.Диффузионное перенапряжение.

8.Перенапряжение кристаллизации.

9.Поляризуемость электродного процесса.

10.Основные понятия теории замедленного разряда.

11.Напишите формулу для расчёта поляризуемости электродного процесса.

12.Коэффициент перехода.

84

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполнение приведённых лабораторных работ позволит студентам усвоить теоретические положения физической химии и приобрести навыки проведения исследовательских работ.

Механизмы протекания химических реакций и критерии самопроизвольности и равновесия реакций в различных условиях существования термодинамических систем могут быть использованы при проектировании технологического оборудования и определении эффективных режимов их осуществления. Применение принципа Ле Шателье – Брауна позволяет разработчику химико-технологического процесса установить влияние температуры и давления (концентрации) на выход целевого продукта и смещение равновесия термодинамически разрешённой реакции. Для решения проблем интенсификации химико-технологических процессов и сознательного управления ими полезно также использовать основные понятия и теории кинетики химических реакций.

Сведения о колебательных процессах в двойном электрическом слое при наложении переменного электрического тока в отсутствие стадии разряда – ионизации и методы раздельного определения реактивных составляющих импеданса и расчёта средних резонансных частот колебаний гидратированных ионов могут быть полезны при исследовании механизмов электродных реакций и определении концентрации растворов с помощью частотных кондуктометров.

Прикладное значение теоретических и практических основ электрохимической кинетики определяется возможностью их использования для разработки процессов переработки органических и неорганических веществ в очистных аппаратах систем жизнеобеспечения автономных объектов различного назначения. Кроме этого большие перспективы имеют разработки экологически чистых электрохимических процессов синтеза органических веществ с замкнутым циклом использования воды.

85

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Краткий справочник физико-химических величин / под ред. А.А. Равделя, А.М. Пономаревой. – 8-е изд., перераб. – Л. : Химия, 1983. – 232 с.

2.Физическая химия: Теоретическое и практическое руководство : учеб. пособие для вузов / под ред. В.П. Никольского. – 2-е изд., перераб. и

доп. – Л. : Химия, 1987. – 880 с.

3.Тарасевич, М.Р. Вращающийся дисковый электрод с кольцом / М.Р. Тарасевич, Е.И. Хрущёва, В.Ю. Филиновский. – М. : Наука, 1987. – 248 с.

4.Килимник, А.Б. Химическое сопротивление металлов и защита от коррозии : учеб. пособие / А.Б. Килимник. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос.

техн. ун-та, 1995. – 70 с.

5.Килимник, А.Б. Научные основы экологически чистых электрохимических процессов синтеза органических соединений на переменном токе : монография / А.Б. Килимник, Е.Э. Дегтярева. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. – 116 с.

6.Килимник, А.Б. Синтез производных фталоцианинов кобальта : монография / А.Б. Килимник, Е.Ю. Кондракова. – Тамбов : Изд-во Тамб.

гос. техн. ун-та, 2008. – 96 с.

7.Килимник, А.Б. Методы определения и расчёта реактивных составляющих импеданса и средних резонансных частот колебаний гидратированных ионов : монография / А.Б. Килимник, В.В. Ярмоленко. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. – 116 с.

8.Острожкова, Е.Ю. Кинетика и аппаратурное оформление процесса получения порошков оксида никеля на переменном токе : дис. … канд. техн. наук / Е.Ю. Острожкова. – Тамбов, 2011. – 177 с.

86

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………... 3

растворения соли …………………………………………………………... 11

Лабораторная работа 3. Определение теплового эффекта реакции растворения кислоты …………………………………………………….... 13

Лабораторная работа 4. Исследование зависимости теплового эффекта химической реакции от температуры ………………………….. 15

Лабораторная работа 5. Исследование термодинамических свойств растворов CH3COOH ………………………………..…………………….. 29

Лабораторная работа 6. Определение средних резонансных частот колебаний гидратированных ионов и реактивных составляющих импеданса кондуктометриической ячейки …………………………………. 37

Лабораторная работа 7. Исследование влияния температуры и концентрации на величину среднего ионного коэффициента активности растворов сульфата меди ………………………………………………….. 41

Лабораторная работа 8. Изучение кинетики разложения пероксида водорода ……………………………………………………………….…… 50

Лабораторная работа 9. Исследование кинетики разложения аниона триоксалатоманганата …………………………………………………….. 60

Лабораторная работа 10. Исследование кинетики электрокристалли-

зации меди …………………………………………………………………. 65

Лабораторная работа 11. Исследование влияния плотности тока на выход никеля по току ……………………………………………………... 75

Лабораторная работа 12. Исследование влияния частоты тока на скорость получения нано-дисперсного порошка оксида никеля ………. 79

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………. 85 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………… 86

87