Методические рекомендации Форма и указания ф со пгу



бет6/13
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. Почему возможно получение электроотрицательного цинка ( ) и кислых сульфатных растворов?
2. Охарактеризуйте электродные процессы, протекающие на катоде и аноде.
3. Как происходит пассивация свинцовых анодов в сернокислом электролите?

4. Почему при электролизе цинка применяют алюминиевые катодные основы?


5. Как изменяется выход по току для цинка с изменением:

  • кислотности;

  • катодной плотности по току;

  • температуры.

6. От каких факторов зависит удельный расход электроэнергии?
7. Влияние содержания ионов марганца (Мп2+ ) на анодный и катодный процессы.
8. Напишите суммарную окислительно-восстановительную реакцию.


3 Электролиз раствора хлорида натрия


Лабораторная работа №3

Теоретическая часть


Электролиз раствора NaCl – наиболее типичный пример электрохимического процесса в водном растворе. Это также наиболее простой и экономичный метод одновременного получения трех ценных продуктов - хлора, водорода и едкого натра из дешевого и широко распространенного сырья – поваренной соли. В настоящее время производство хлора, водорода и едкого натра электролизом водных растворов производится двумя способами: диафрагменным, со стальными катодами и бездиафрагменным с ртутным (жидким) катодом. Газообразные продукты электролиза раствора NaCl - хлор и водород - при любом способе электролиза отличаются высокой концентрацией и чистотой. При проведении электролиза с ртутным катодом, третий продукт – едкий натр получается также высококонцентрированным и химически чистым. Все эти преимущества способствовали широкому развитию электрохимического метода производства хлора, который полностью вытеснил химические методы.
Основные процессы на электродах.
При электролизе водного раствора NaCl теоретически возможен разряд катионов и на катоде, анионов и на аноде. Какие из этих ионов и в какой последовательности будут разряжаться на электродах зависит в первую очередь, от величины и соотношения потенциалов разряда ионов. На катоде происходит образование водорода по уравнению реакции
(а)
Разряд ионов натрия из водных растворов на твердом стальном катоде невозможен из-за более электроотрицательного потенциала их разряда, чем ионов водорода ( ; )
Остающиеся в растворе гидроксильные ионы образуют с ионами натрия раствор гидроокиси натрия
(б)
На аноде происходит образование хлора по уравнению реакции
(в)
хотя равновесный обратимый потенциал разряда ионов хлора в насыщенном растворе NaCl выше, чем гидроксильных ионов ( ; . Однако на угольных и графитовых анодах перенапряжение разрядов ионов много выше, чем ионов , поэтому происходит в основном выделение газообразного хлора по реакции (в). Выделению хлора способствует повышение концентрации NaCl в исходном растворе вследствие уменьшения при этом величины равновесного потенциала разряда . Суммарный процесс электролиза

Побочные реакции на аноде – выделение кислорода
(г)
образование двуокиси углерода (при взаимодействии выделяющегося кислорода с углеродом анода)
(д)
образование хлората натрия
(е)
В растворе протекают вторичные химические реакции образования гипохлорита, хлората и хлорита натрия




Все побочные процессы снижают выход по току по основным продуктам, особенно окисление NaClO до NaClO3, на которое затрачивается наиболее значительная доля электрического тока. Для предотвращения возникновения вторичных процессов или их уменьшения, необходимо, чтобы продукты электролиза не смешивались, поэтому применяют противоток электролита и пористую диафрагму, которая разделяет катодное и анодное пространства.
В промышленности применяются ванны с фильтрующей диафрагмой, плотно прилегающей к перфорированному (дырчатому) катоду. Насыщенный раствор NaCl подается в анодное пространство, фильтруется через пористую диафрагму под действием гидростатического давления и омывает катод. Таким образом, поток электролита направлен навстречу движению ионов к аноду, что затрудняет проникновение их в анодное пространство и протеканию побочных реакций. Катодный продукт, смесь растворов едкого натра с хлоридом натрия, непрерывно отводится из катодного пространства. Повышение выхода по току способствует также наиболее высокая концентрация NaCl в исходном электролите - насыщенный раствор 305 – 310 г/дм3. Повышение температуры до 70 - 80ºС позволяет снизить напряжение на ванне и уменьшить удельный расход электроэнергии, а также уменьшить побочные реакции за счет понижения растворимости хлора.
Цель работы
1 Ознакомится с технологией электрохимического получения едкого натра, хлора и водорода электролизом водных растворов хлорида натрия;
2 Научиться определять технологические показатели процесса: выход по току продуктов электролиза и расходные коэффициенты по электроэнергии.
Описание установки
Установка периодического действия для электролиза раствора хлорида натрия (рис. 1) состоит из источника постоянного тока, реостата (6) для поддержания постоянного тока, амперметра (5) со шкалой делений от 0 до 5 A и ценой деления 0,1 А, кулонометра (7), электролитической ванны (1), газометра присоединенного к отводу трехходового крана, для отбора проб анодного газа на анализы (газометр и газоанализатор на рисунке не показаны). Кулонометр представляет собой стеклянный прямоугольный сосуд, в котором подвешена медная пластинка, служащая катодом, она помещена между двумя другими медными пластинками – анодами. Кулонометр полностью заливают электролитом, который представляет собой водный раствор сульфата меди с добавкой серной кислоты для повышения электропроводности и этилового спирта для возможного окисления меди. Прибор служит для определения количества электричества, проходящего через всю цепь по увеличению массы медного катода, поскольку выход по току в кулонометре практически составляет 100%, ввиду отсутствия побочных процессов. При прохождении тока медь на аноде кулонометра переходит в раствор в виде ионов , а эквивалентное количество меди восстанавливается на медном катоде.
Электролитическая ванна состоит из стеклянного стакана, в который опущена керамическая диафрагма. Диафрагма позволяет отделить анодные продукты электролиза от катодных и частично устраняет побочные реакции, т.е. взаимодействие едкого натра с хлором. Вокруг диафрагмы расположен перфорированный стальной катод. Анодное и катодное пространство заполняют заданным количеством электролита- насыщенным раствором хлорида натрия. Анодное пространство плотно закрывают резиной пробкой со вставленным в нее угольным анодом, стеклянной трубкой с краном, служащей для отвода хлор-газа из анодного пространства и воронкой с краном для заливания электролита. К ванне следует подключить водоструйный насос, соединенный шлангом через буферную склянку, и трехходовой кран с отводом из анодного пространства.
Ход работы
1) рассчитать поверхность угольного анода (S, дм²), которая погружена в раствор NaCl;
2) рассчитать ток необходимый для получения заданной анодной плотности тока (Da, А/дм²)
I = Da S
где I- сила тока, А;
3) вычистить наждачной бумагой катод кулонометра, промыть его водой, высушить и взвесить с точностью до 0,1 г;
4)залить кулонометр полностью электролитом и погрузить в него медные электролиты;
5) залить в катодное и анодное пространства ванны заданное количество насыщенного раствора NaCl;
6) собрать установку и проверить ее вместе с преподавателем;
7) включить постоянный ток при полностью введенном реостате и установить по амперметру заданный ток;
8) после включения постоянного тока вести электролиз 60 минут.
В ходе электролиза отбирают в газометр или непосредственно в газоанализатор, пробы газа и анализируют его на содержание хлора, двуокиси углерода и кислорода. Каждые 15-20 минут замеряют напряжение на ванне. Через 30 минут и по окончании опыта отбирают 5-10 мл раствора из катодного пространства для определения фактического количества образовавшегося едкого натра титрованием 0,1 N раствором соляной кислоты с индикатором фенолфталеином. По количеству образовавшегося едкого натра рассчитывают выход по току (%)

где и - количества выделившихся веществ, г
Теоретическое количество рассчитывают по формуле
где I – сила тока, А; - время электролиза, ч; Е- электрохимический эквивалент.
Для этого определяют количество прошедшего электричества Q при помощи кулонометра (по увеличению массы медного катода) и сопоставляют эту величину с рассчитанной по силе тока и длительности электролиза. По этим и замеренному при помощи вольтметра фактическому напряжению на ванне рассчитывают расходный коэффициент по энергии (кВт ч) на 1 кг полученного продукта (едкого натра)

Выход хлора по току определяют по данным анализа газа из анодного пространства. Газ анодной ячейки содержит компоненты:
1) хлор, образующийся в результате основного анодного процесса –
разряда ионов.
2) кислород, образующийся за счет разряда на аноде -ионов.
3) двуокись углерода, получающуюся при взаимодействии угольных
анодов с кислородом.
Анализ газа состоит из двух основных операций: отбора пробы и ее исследование. Анализ данной газовой смеси, образующейся в анодном пространстве электролизной ванны, производится при помощи газоанализатора, состоящего из трех поглотительных сосудов: 1-й сосуд заполнен раствором гипосульфита натрия для поглощения хлора, 2-й сосуд – 33%-ным раствором едкого калия для поглощения двуокиси углерода; 3-й сосуд –щелочным раствором пирогаллола для поглощения кислорода. При анализе газа необходимо соблюдать последовательность поглощения, т. е. газ из измерительной бюретки переводят (не менее 6-8 раз) первоначально в 1-й сосуд для поглощения хлора, далее во 2-й сосуд (6-8 раз) для поглощения двуокиси углерода, затем в третий сосуд для поглощения кислорода (не менее 15-18 раз). Нарушение данной последовательности дает неправильные результаты, так как щелочной раствор пирогаллола поглощает и двуокись углерода.
Чтобы произвести отбор пробы газа, газометр, заполненный насыщенным раствором NaCl , при помощи трехходового крана и шланга присоединяют к отводной трубке из анодного пространства. Открывают средний и нижний краны газометра таким образом, чтобы из последнего вытекала жидкость каплями в подставленный стакан. Отбирают не менее 250 см³ газа. Если отбор ведется непосредственно в газоанализаторе, то первые 100 см³ газа, используют для продувки гребенки газоанализатора и шланга от остатков предыдущей пробы.
Подготовка прибора к анализу заключается в том, что при помощи уравнительной склянки жидкость в поглотительных сосудах поднимают до меток на каппилярах. Далее измерительную бюретку заполняют жидкостью при помощи трехходового крана до верхней метки, находящейся на каппиляре. Прибор проверяют на герметичность всех соединений и кранов. Перед отбором газов на анализ необходимо промыть распределительную гребенку анализируемым газом для вытеснения имеющегося в ней воздуха. Для этого забирают в измерительную бюретку 15-20 см³ газа, из газометра и выпускают в атмосферу через отросток в трехходовом кране, доводя вновь уровень запирающей жидкости в измерительной бюретке до верхней метке на каппиляре (до нуля).
Далее измерительную бюретку трехходовым краном соединяют с газометром (уравнительная склянка при этом поднята до верхней метки измерительной бюретки) и при медленном опускании уравнительной склянки с жидкостью газ из газометра вытесняют в измерительную бюретку (100 см³ газа). При отборе более 100 см³ газа избыток его осторожно отпускают в атмосферу, после чего измерительную бюретку отсоединяют от атмосферы и от газометра при помощи трехходового крана. Для определения содержания хлора газ переводят в сосуд с гипосульфитом натрия и обратно в бюретку при открытом кране данного сосуда. Газ переводят медленным поднятием и опусканием уравнительной склянки. Такое перекачивание производится 6-8 раз, после чего уровень поглотительного раствора доводят до метки, кран перекрывают и при одинаковом уровне жидкости в измерительной бюретке и в уравнительной склянке замеряют объем оставшегося газа. Эта операция повторяется до тех пор, пока объем оставшегося газа не перестанет изменяться. Объем хлора (V) вычисляют по разности между объемом газа взятого на анализ ( ) и объемом оставшегося газа после поглощения хлора ( )

После этого аналогично определяют содержание двуокиси углерода и кислорода в газе.
Необходимо следить, чтобы ни один из поглотительных растворов не попал в гребенку или измерительную бюретку. При загрязнении следует немедленно отсоединить и промыть гребенку и бюретку, а запирающую жидкость в уравнительной склянке заменить свежим раствором. По окончании работы остаток газа выпускают в тягу. Поглотительные растворы и запирающую жидкость доводят до соответствующих меток на капилляре, и газоанализатор сдают лаборанту, в состоянии, подготовленном для следующего анализа. Катод кулонометра промывают струей воды, сушат в сушильном шкафу и взвешивают. Электролит кулонометра сливают в специальную бутыль и сдают лаборанту.


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