Методические рекомендации Форма и указания ф со пгу



бет4/13
Дата19.01.2023
өлшемі0.6 Mb.
#417257
түріМетодические рекомендации
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
Байланысты:
62715-1
А. С. Пушкин. Моцарт и Сальери
Контрольные вопросы

  1. Что называется электролизом?

  2. Сформулировать I-й закон Фарадея

  3. Сформулировать II-й закон Фарадея

  4. Что происходит в ходе электролиза на аноде?

  5. Что происходит в ходе электролиза на катоде?

  6. Что называется катодной плотностью тока?

  7. Как влияет температура на ход электролитических процессов?

2 Электролитическое осаждение цинка из сернокислых растворов его соли


Лабораторная работа №2


Цель работы: определение влияния кислотности электролита на выход по току для цинка и на удельный расход электроэнергии.
Теоретическая часть
На ряду напряжений цинк находится значительно ниже водорода. Его нормальный электродный потенциал равен - 0,762 В, поэтому при электроосаждении цинка из водного раствора его сернокислой соли, содержащего свободную серную кислоту, возможно протекание на катоде следующих электрохимических реакций:


Выделение цинка из кислого сульфатного раствора его соли оказывается возможным только потому, что выделение водорода на цинке сопровождается очень высоким перенапряжением ( ). Выход по току для цинка определяется соотношением потенциалов восстановления ионов цинка ( ) и водорода ( )в конкретных условиях.
= -0,763 + 0,030 · lg · -
= -0,059 • lg pH -
где: lg · - активность ионов цинка в электролите;
рН - водородный показатель электролита, зависящий от концентрации ионов водорода; и - поляризация катода при выделении на нем цинка и водорода соответственно.
Из практики известно, что поляризация катода при разряде ионов цинка из сернокислых растворов невелика и при плотности тока выше 100 А/м2 имеет место только концентрационная поляризация [1]
Поляризация катода при разряде ионов водорода связана с его высоким перенапряжением.
Величины перенапряжения, выраженные через ток обмена, для реакций восстановления ионов цинка и водорода равны:
Для цинка: -
Для водорода: -
где:
- и - - перенапряжение восстановления на катоде соответственно ионов цинка и водорода;
R - универсальная газовая постоянная (R = 8,31441 Дж/(моль·К) );
Т- абсолютная температура, К;
z - число электронов, принимающих участие в электродном процессе;
F- число Фарадея (F = 96500 Кл/моль );
а - коэффициент переноса катодной реакции.
и - соответственно ток обмена для цинкового и водородного электродов.
Сравнение этих величин показывает, что с повышением плотности тока (до предельной) потенциал восстановления ионов водорода становится значительно более электроотрицательным, чем потенциал цинка, который изменяется с изменением плотности тока сравнительно мало. Поэтому с повышением плотности тока повышается выход по току для цинка.
С повышением температуры снижается поляризация, и если для малополяризующегося процесса восстановления ионов цинка это снижение мало, то для процесса перенапряжения водорода оно более значительно. Поэтому повышение температуры должно приводить к понижению выхода по току для цинка.
Из сопоставления потенциалов этих двух конкурирующих реакций (см. формулы 1 и 2 ) следует, что с повышением концентрации ионов цинка в электролите выход по току для цинка должен повышаться, а с повышение кислотности - понижаться.
В качестве катодной основы при выделении цинка из сульфатных растворов применяют алюминий, т.к. перенапряжение выделения на нем водорода высокое. Кроме того, поверхность алюминия всегда покрыта пленкой окиси, с которой выделяющийся цинк слабо связан и при нормально протекающем процессе легко отделяется. В месте с тем пленка окиси алюминия обладает достаточно хорошей электропроводностью. Она проницаема для электронов, идущих на восстановление.
В качестве нерастворимого анода применяют свинец или сплав свинца с серебром, что обусловлено его пассивацией в сернокислом электролите в следствии образования на его поверхности нерастворимой пленки оксида свинца.
Механизм ее образования можно представить следующим образом. В первое время анодной поляризации свинцовый анод работает как растворимый и на нем протекает процесс:

Когда концентрация ионов Рb2+ у анода превышает произведение растворимости сульфата свинца (II), которое очень мало, начинается образование на поверхности анода твердого PbS . При этом плотность тока из-за уменьшения активной поверхности анода заметно возрастает, соответственно увеличивается и анодный потенциал и становится возможным процесс дальнейшего окисления ионов Рb2+ по реакции:

Накапливающаяся у анода сернокислая соль Рb ( IV ) легко гидролизуется, образуя малорастворимый оксид Pb (IV).

Поверхность анода покрывается оксидом Рb (IV), анод почти не растворяется и его потенциал возрастает до значений, при которых идет процесс разложения воды с выделением кислорода:
Н2О-2ё=
Однако, полностью подавить процесс растворения свинца не удается, поэтому происходит загрязнение им катодного цинка. Добавка ионов марганца ( Мп2+ ) в электролит понижает коррозию свинцовых анодов [1]. Они окисляются на аноде с образованием различных соединений:


Образовавшиеся на аноде перманганат-ионы реагируют с ионами Мп2+ по реакции:

Образующийся оксид Мп ( IV), осаждаясь на поверхность нерастворимого анода, не снижая общей его коррозии, уменьшает количество свинца, переходящего с анода в электролит и, следовательно, снижает загрязнение катодного цинка свинцом.
Повышение содержания марганца более 3 г/л уже не оказывает существенного влияния на характеристики анода
Удельный расход электроэнергии ( W) описывается уравнением:
W = , кВт·час/m
Где: U - напряжение на ванне, В;
η - выход по току;
- электрохимический эквивалент цинка ( = 1,219 г/А·ч ).
Из этого уравнения видно, что чем выше выход по току и чем ниже напряжение, тем меньше расход электроэнергии.
Напряжение на ванне равно:
где:
- потенциалы под током анода и катода соответственно, В;
— падение напряжения в шламовой корке анода и в металлических проводниках и контактах соответственно, В;
р - удельное сопротивление электролита (уменьшается с увеличением кислотности электролита), Ом;
i - плотность тока, А;
l - расстояние между анодом и катодом, см.
Для практических целей имеет значение не только выход по току, но также расход электроэнергии на единицу получаемого металла.
С повышением плотности тока растет выход по току, а также напряжение на ванне, а с повышением кислотности падает и выход по току и напряжение на ванне. Т.е. зависимость удельного расхода электроэнергии от указанных факторов имеет сложный характер, кривая удельного расхода электроэнергии дает минимум, являющийся оптимальным режимом работы.
При лабораторном получении цинка из сернокислых растворов с применением нерастворимых анодов, расход электроэнергии непрерывно меняется; концентрация цинка снижается, а концентрация кислоты увеличивается. В этих условиях выход по току, напряжение на ванне и расход электроэнергии непрерывно меняются. При постоянной силе тока ( в ванне без циркуляции раствора ) изменение содержания цинка и кислоты при теоретическом выходе по току описывается следующим уравнением:

∆С- изменение концентрации цинка (кислоты) в г/л;
I- сила тока в амперах;
- продолжительность электролиза в часах;
q - электрохимический эквивалент цинка, равный 65,318/2 ∙ 26,8 = 1,22 г/А∙час или в соответствии с суммарной реакцией электролиза цинка:
ZnSO4 + H2O = Zn + H2SO4 +½О2
регистрируется изменение кислотности. Электрохимический эквивалент серной кислоты - 98,08 : 26,8 = 1,83 г/А-час (при выделении на катоде 65,38 г цинка на аноде регенерируется стехиометрические 98,08 г серной кислоты. В обоих случаях расчет дает одни и те же результаты, но аналитическое определение кислотности проще и точнее определения содержания цинка).


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13




©melimde.com 2023
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет
Сабақтың тақырыбы
бойынша жиынтық
жиынтық бағалау
Сабақ тақырыбы
Сабақтың мақсаты
бағдарламасына сәйкес
ғылым министрлігі
тоқсан бойынша
Реферат тақырыбы
бағалауға арналған
сәйкес оқыту
Сабақ жоспары
оқыту мақсаттары
жиынтық бағалауға
арналған тапсырмалар
білім беретін
бағалау тапсырмалары
Қазақстан республикасы
Қазақстан тарихы
жиынтық бағалаудың
мерзімді жоспар
тоқсанға арналған
республикасы білім
Жалпы ережелер
бекіту туралы
нтізбелік тақырыптық
арналған жиынтық
жалпы білім
болып табылады
Қазақстан республикасының
Зертханалық жұмыс
арналған әдістемелік
рсетілетін қызмет
оқыту әдістемесі
Мектепке дейінгі
Қазақ әдебиеті
бағалаудың тапсырмалары
Инклюзивті білім
Қысқа мерзімді
білім берудің
пәнінен тоқсанға
тақырыптық жоспар
қызмет стандарты
туралы жалпы
атындағы жалпы
пайда болуы
әдістемелік ұсыныстар
Жұмыс бағдарламасы
қарым қатынас
емтихан сұрақтары
пәнінен тоқсан