Задача 157.
Составьте схему процесса электрорафинирования (очистки) никеля, содержащего примеси цинка, железа, свинца, меди. Запишите схему электролиза и уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде.
Ответ:
φ0 (Ni/Ni2+) = - 0,25 В
φ0 (Zn/Zn2+) = - 0,763 В
φ0 (Cu/Cu2+) = + 0,337 В
φ0 (Fe/Fe2+) = - 0,44 В
φ0 (Pb/Pb2+) = - 0,126 В
При рафинировании анодом служит очищаемый металл (в нашем случае никель). На аноде растворяются основной металл и примеси, потенциал которых отрицательнее потенциала основного металла (в нашем случае, это цинк и железо). Примеси, имеющие более положительный потенциал, выпадают из анода в виде шлама (в нашем случае, это свинец и медь).
На катоде в первую очередь выделяется металл, имеющий наиболее положительный потенциал.
Так как потенциал никеля положительнее, чем потенциалы цинка и железа, то в первую очередь на катоде выделяется никель, а примеси (т.е. цинк и железо) остаются в растворе. При малой концентрации примесей их потенциалы в соответствии с уравнением Нернста сдвигаются в сторону отрицательных значений, что способствует преимущественному выделению на катоде никеля.
К (-) С Ni
(Zn,
Cu,
Fe,
Pb)
Ni
А (+)
Ni (Zn, Cu, Fe, Pb)
K: Ni2+ + 2 е = Ni А: Ni - 2 е = Ni2+
Zn – 2 e = Zn2+
Fe – 2 e = Fe2+
Задача 175.
Элементарные полупроводники V группы периодической таблицы. Охарактеризуйте их физические и химические свойства и применение в полупроводниковой технике.
Ответ:
Из элементов 5-ой группы периодической системы при определенных условиях полупроводниковые свойства проявляют фосфор, мышьяк и сурьма. Однако полупроводниковые модификации названных элементов малодоступны и не представляют интереса с точки зрения их применения. Но фосфор, мышьяк и сурьма являются важнейшими полупроводникобразующими элементами, на основе которых можно синтезировать соединения с нужными для практики свойствами, например, перспективные полупроводники типа АIIIВV. Кроме того, эти вещества часто применяются для легирования полупроводников, чтобы придать им нужный тип проводимости.
У полупроводниковых модификаций простых веществ 5-ой группы – Р, As, Sb – координационное число равно 3, что способствует формированию слоистых структур.
Черный фосфор - полимерное вещество с металлическим блеском, по виду он похож на графит, без запаха, жирен на ощупь и тяжелее других видоизменений. Его плотность равна 2,7 г/см3. Нерастворим в воде и в органических растворителях. Не ядовит. Атомная кристаллическая решетка, полупроводник. Ткип = 453 0С (возгонка), Тпл = 1000 0С (при 1,8·109 Па), устойчив. Черный фосфор образуется из белого при нагревании его до 200-220 0С под очень высоким давлением. В химическом отношении черный фосфор наименее реакционоспособен, воспламеняется лишь при нагревании выше 400 0С.
Черный мышьяк – аморфное вещество с плотностью 4,7 г/см3. Образуется при возгонке As в струе водорода. Он не окисляется на воздухе, но выше 270 0С переходит в серую форму. Нерастворим в воде. Реагирует с азотной кислотой, царской водкой и горячими щелочами:
As + 3 HCl(конц) + HNO3(конц) = AsCl3 + NO ↑ + 2 H2O
As + HNO3(конц) = H3AsO4 + 5 NO2 + H2O
2 As + 2 NaOH (20 %-ный) + 2 H2O = 2 NaAsO2 + 3 H2↑ (реакция идет при нагревании)
Черная сурьма образуется при нагревании, а также освещении видимым светом желтой сурьмы. Плотность равна 5,3 г/см3. При нагревании выше 400 0С превращается в металлическую сурьму. Реагирует с концентрированной серной кислотой, царской водкой:
3 Sb + 18 HCl(конц) + 5 HNO3(конц) = 3 H[SbCl6] + 5 NO ↑ + 10 H2O
2 Sb + HNO3(конц) = Sb2O5 + 10 NO2 + 5 H2O (при кипении)
Использованная литература:
1.Глинка Н.Л. Общая химия, 1983
2.Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия, 1988
3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия, 2001
4. Лидин Р.А., Молочко В.А. Химические свойства неорганических веществ, 2000
5. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия, 1997
6. Угай Я.А. Введение в химию полупроводников, 1965