5,610-3Моль Cl2 - qCl2

Масса меди, образовавшейся на катоде:

q_K = q_A , q_A = q_O2 + q_Cl2

г

выход по току B_j :

► Задача

Электролиз водного раствора CuCl₂ на Cu - электродах

Решение.

Ионный состав раствора – без изменения

[- K]: - те же процессы:

Cu²⁺ + 2 → Cu

2Н⁺ + 2е → Н₂↑ из за большой

поляризации при больших

токах процесс не идет.

[+ А]: Cl^- , OH^- , Cu - анод - растворимый

В, В,

материала анода: В.



  1 процесс - окисление

Cu- электрода.

Преимущественно: [- K]: Cu²⁺ + 2е → Cu

[+ А]: Cu → Cu²⁺ + 2е

При больших напряжениях U электролизера могут

быть достигнуты , и :

тогда:

[- K]: Cu²⁺ + 2 → Cu

2Н⁺ + 2е  Н₂

[+A]: Cu → Cu²⁺ + 2е

4ОН^- → О₂ ↑ + 2Н₂О + 4е

2Cl^- → Cl₂ + 2е

Поляризационные кривые:

Гальваника

- K

+A

Гальваническая ванна

Мe - покрываемое изделие

Mt - металл-покрытие

на катоде в результате: ..█.

Назначение гальванических покрытий:

● Защита от коррозии

● Защитно-декоративное

● Повышение электропроводности

● Повышение твердости и износостойкости

● Получение магнитных пленок

● Уменьшение коэффициента трения

● Улучшение способности к пайке

● Улучшение отражательной способности поверхности

▲ Задача

Рассчитайте толщину никелевого покрытия на стальном изделии поверхностью 1 м² и изменение толщины Ni анода поверхностью 1 м² при э/х никелировании в течение 1 ч из водного раствора на основе Ni₂SO₄, если катодная плотность тока – 100 А/м², а анодная – 50 А/м². Выход по току Ni на катоде – 0,8, а на аноде – 0,9. Плотность Ni ρ=8,9 г/см³. (рН=5).

Решение.

Сравнивая значения электродных потенциалов, записываем последовательность возможных электродных процессов:

[+A, Ni]: Ni → Ni²⁺ + 2e

4ОН^- → О₂ ↑ + 2Н₂О + 4е

[- K]: Ni²⁺ + 2e → Ni

2Н⁺ + 2е → Н₂↑

Е^р_Н+/Н2 = - 0,295 В (т.к. рН=5)

Е^р_О2/ОН- =1,23-0,059рН = +0,935 В

Е⁰_Ni2+/Ni = - 0,250В

По закону Фарадея:

Масса Ni - покрытия на изделии (на катоде):

Толщина Ni покрытия на изделии равна:

Масса растворившегося никелевого анода:

Изменение толщины Ni анода:

=5,5 мкм

Электролиз в металлургии – рафинированиe

-K

инертный

электрод

+А

Металл c

примесями

РастворН₂SO₄

Пример: Имеется металл состава: Со – Zn – Cu

основной Ме – Со; примеси – Zn и Cu.

Как провести очистку в растворе H₂SO₄?

Ионный состав раствора:

H₂SO₄ → H⁺ + SO₄^2-

H₂O ↔ H⁺ + OH^- рН=1

На аноде: SO₄^2-, OH^-, Со, Zn, Cu

Выписываем все потенциалы:

Е⁰_Н+/Н2 = 0 В (т.к. рН=1)

Е^р_О2/ОН- =1,23-0,059рН = +1,17В

Е⁰_Co2+/Co = - 0,277В

Е⁰_Zn2+/Zn = - 0,76В

Е⁰_Сu2+/Cu = + 0,337В

Þ [+A]: Zn → Zn²⁺ + 2е (1) – т.к. Е⁰_Zn2+/Zn< Е⁰_Co2+/Co

Co → Co²⁺ + 2е

Cu не растворяется и выпадает в шлам, а затем ее

собирают со дна.

На катоде: H⁺; Co²⁺; Zn²⁺

[- K]: 2Н⁺ + 2е → Н₂↑ сначала, пока с_Со2+ =0

Cо²⁺ + 2е → Cо затем

а ионы Zn²⁺ остались в растворе.

Так получают очень чистые Ме.

▼ Задача

Рассмотрите процесс рафинирования Ni,

содержащего примеси Zn и Cu в растворе H₂SO₄.

Какое время τ нужно для проведения рафинирования

при токе I = 500А для выделения никеля m _Ni = 5 кг

при выходе по току В_i ( Ni) = 98%?

Решение.

Ионный состав раствора:

H₂SO₄ → H⁺ + SO₄^2-

H₂O ↔ H⁺ + OH^- рН=2

Потенциалы возможных электродных процессов:

Е^р_О2/ОН- =1,23-0,059рН = +1,112В;

Е^р_Н+/Н2 = -0,059рН = -0,118В

Е⁰_Ni2+/Ni = - 0,250В

Е⁰_Zn2+/Zn = -0,76В;

Е⁰_Сu2+/Cu = + 0,337В

Т.к. Е⁰_Zn2+/Zn < Е⁰_Ni2+/Ni < Е⁰_Cu2+/Cu < E^p_O2/OH-

Þ на аноде: 1) - окисляется Zn,

2) – окисляется очищаемый Ме – Ni,

примеси Cu не растворяются Þ шлам.

Т.к. Е⁰_Ni2+/Ni > Е⁰_Zn2+/Zn

Þ на катоде осаждается чистый никель Ni .

В начале процесса в растворе отсутствуют ионы Ni²⁺ и на катоде выделяется Н₂.

Þ [+A]: Zn → Zn²⁺ + 2е

Ni → Ni²⁺ + 2е

[- K]: 2Н⁺ + 2е → Н₂↑

Ni²⁺ + 2е → Ni

по закону Фарадея Þ время для рафинирования

(М_{Э, Ni} = 29,5 г/моль):

сек, τ = 9,27 час