chemistry / chemistry1 / ХимиЯ / 292-293

¹

§ 9.7. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА

Электролиз широко используется в различных областях про­мышленности. Практически нет ни одной отрасли техники, где бы он ни применялся. Остановимся на некоторых широко распростра­ненных областях применения электролиза.

Электролиз в металлургии. Электролизом водных растворов со­лей получают медь, цинк, кадмий, никель, кобальт, марганец и другие металлы. На катоде происходит разряд ионов металла из растворов, которые получают в результате физической и химиче­ской обработки руд

М"* + пе -» М

В этих процессах используют нерастворимые аноды, на кото­рых обычно выделяется кислород

2Н₂О - 4е -» О₂ + 4Н⁺

Метод электролиза используют для рафинирования (очистки) металлов: меди, серебра, золота, свинца, олова и др. Анодом при рафинировании служит очищаемый металл. На аноде растворяются основной металл и примеси, потенциал которых отрицательнее по­тенциала основного металла. Примеси, имеющие более положи­тельный потенциал, не растворяются и выпадают из анода в виде шлама. На катоде в первую очередь выделяется металл, имеющий наиболее положительный потенциал. Так как потенциалы золота, меди, серебра, свинца и олова положительнее, чем потенциалы других металлов (примесей), то эти металлы в первую очередь вы­деляются на катоде, а примеси остаются в растворе. При малой концентрации примесей их потенциалы в соответствии с уравнени­ем Нернста сдвигаются в сторону отрицательных значений, что способствует преимущественному вьщелению на катоде основного металла.

Рассмотрим, например, рафинирование чернового никеля, со­держащего примеси цинка и меди, и служащего анодом в электро­лизере. На аноде в первую очередь растворяется металл с наиболее отрицательным потенциалом. Поскольку £°zn²⁺/zn < ^Ni²⁺/Ni < Е°си²⁺/са, то первым растворяется цинк

Zn - 2е -» Zn²⁺ а затем основной металл — никель

Ni - 2е -> Ni²

292

Примесь меди, имеющая более положительный потенциал, не творяется и выпадает в осадок (шлам) в виде частиц металла. В астворе окажутся ионы Zn²⁺ и Ni²⁺, причем c_Nj2. ^"с^., так как инк является примесью.

На катоде в первую очередь осаждается металл с наиболее по­ложительным потенциалом, т.е. Ni, так как Е^.₂ . > Е°_п2. . По­эму на катоде осаждается чистый никель. Таким образом, в результате рафинирования никель осаждается катоде, медь — в шлам, а цинк переходит в раствор. Электролизом расплавов соединений получают алюминий, маг­ний, натрий, литий, бериллий, кальций, а также сплавы некоторых Металлов. При получении некоторых металлов электролизом рас­плавов возникают серьезные экологические трудности. Например, ри электролитическом получении алюминия из расплавов, содер-ащих фтор, в атмосферу могут улетучиваться токсичные соедине-— фтора. При использовании графитовых анодов, последние исляются с образованием некоторых токсичных соединений UO, синильная кислота и т. д.). При замене графитовых анодов на олупроводниковые оксидные на последних выделяется кислород соответственно производство становится менее вредным. При лектролитическом получении магния может образоваться очень рксичный диоксин, для предупреждения этого выделяющийся на ноде хлор не должен контактировать с ароматическими органиче-"ими соединениями.

Электролиз в химической промышленности. К наиболее крупно-асштабному электролитическому процессу в химической про-* ""ценности относится электролиз раствора NaCl с получением бразных хлора на аноде, водорода на катоде и раствора щело-в катодном пространстве (см. § 9.6). Кроме того, электролизом лучают фтор из расплава смеси HF и NaF, водород и кислород i воды (для снижения сопротивления электролиз ведут в растворе «1аОН), диоксид марганца из раствора MnSO₄, окислители: перок-"" водорода, перманганат калия, гипохлорит, хлораты, хроматы и |п., некоторые органические вещества, например анилин из нит-•"■бензола.

Получение гальванопокрытий. Гальваническими называются ме-ишческие покрытия, наносимые на поверхность какого-либо из-пия методом электролиза. Гальваническим способом можно по­чить покрытия всеми металлами и сплавами, которые могут вы-тяться на катоде. Толщина покрытий в зависимости от их назна-ения составляет 1—100 мкм.

293