Electroliza topiturii și soluțiilor de substanțe. Electroliza topiturii si solutiilor de substante Electroliza apelor termale
Alegeți opțiunea corectă.
91. Dintr-un amestec de cationi: Ag + , Cu 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ se vor reduce mai întâi următorii cationi:
92. Pentru a acoperi metalul cu nichel, electroliza se efectuează folosind:
93. În timpul electrolizei unei soluții de clorură de sodiu, mediul soluției la catod este:
neutru
alcalin
94. Calciul poate fi obținut din clorura de calciu prin:
1) electroliza soluției
2) electroliza topiturii
3) reducerea hidrogenului
4) descompunere termică.
95. În timpul electrolizei unei soluții de clorură de cupru (anod de cupru), următoarele se vor oxida la anod:
2) oxigen
3) hidrogen
96. În timpul electrolizei unei soluții de carbonat de sodiu cu electrozi de grafit la anod, se întâmplă următoarele:
1) eliberarea de CO2
2) eliberarea de oxigen
3) degajarea hidrogenului
4) precipitarea sodiului.
Partea B
Oferiți soluții complete sarcinilor.
1. Creați o formulă electronică pentru atomii de fier, indicați grafic electronii de valență în starea normală și excitată. Ce stări de oxidare poate prezenta un atom de fier? Dați exemple de oxizi și hidroxizi de fier în stările de oxidare corespunzătoare, indicați natura lor.
kJ/mol a y a (-285,84)
căldura de formare a amoniacului (N 0 arr.(N.H. 3 )) este egal cu:
92,15 kJ/mol;
92,15 kJ/mol;
46,76 kJ/mol;
46,76 kJ/mol.
4. Este posibilă reacția de reducere a oxidului de cupru (II) cu aluminiu
G 0 arr.. 2 3CuO + 2Al = Al 3 O
+ 3Cu
kJ/mol -129,8 -1582GEnergie liberă Gibbs (
x.r.) este egal cu:
5. Când 1 mol de acid ortofosforic reacţionează cu 1 mol de hidroxid de sodiu, se formează:
1) ortofosfat de sodiu 3) ortofosfat dihidrogen de sodiu
2) hidrogen ortofosfat de sodiu 4) fosfat de sodiu Scrieți ecuațiile reacțiilor ionice moleculare. Pe scurt, suma tuturor coeficienților ecuația ionică
egal...
6. Portocaliul de metil devine galben atunci când fiecare dintre cele două săruri este dizolvată în apă:
1) K2S și K3PO4 3) LiCI și FeSO4
2) KNO 3 și K 3 PO 4 4) CH 3 COOK și K 2 SO 4
Scrieți ecuații ionice moleculare pentru reacțiile de hidroliză.
1) 10 2) 12 3) 13 4) 9
7. Când soluțiile apoase de sulfat de aluminiu și săruri de carbonat de sodiu interacționează, suma coeficienților din ecuația ionică scurtă este egală cu:
Un mediu acid se formează atunci când fiecare dintre cele două săruri este dizolvată în apă:
1) BaCl2 și AlCl3 3) CuCl2 și LiCl
2) K 2 S și K 3 PO 4 4) NH 4 NO 3 și Zn(NO 3) 2
Compuneți ecuații de hidroliză ionică moleculară și obțineți constanta de hidroliză folosind prima etapă.
FeSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
Suma coeficienților din fața formulelor substanțelor inițiale este egală cu:
Oferiți o soluție completă problemei (utilizați metoda ion-electronică).
Stabiliți succesiunea corectă de acțiuni la determinarea tipului de hibridizare CA.
într-o particulă:
Meci:
Hibridare tip C.A. Particulă
1) sp2 a) H2O
2) sp 3 b) VN 3
3) sp 3 d c) SCl 6
4) sp 3 d 2 g) CO
Folosind algoritmul, luați în considerare acele particule în care C.A. în hibridizarea sp 3 și sp 3 d.ÎN. GE 3 .:Ag | AgNO 3 ) 2 | | Fe (NR
| Fe
Calculați f.e.m. la nr.
Oferiți soluții complete sarcinilor
4. 3. Chitanță. Calciul se obține prin electroliza clorurii topite. Proprietăți fizice . Calciul este un metal argintiu alb
, foarte usoare (ρ = 1,55 g/cm 3), precum metalele alcaline, dar incomparabil mai dure decat acestea si are un punct de topire mult mai mare, egal cu 851 0 C.
5. Proprietăți chimice. Ca și metalele alcaline, calciul este un agent reducător puternic, care poate fi reprezentat schematic după cum urmează:
Compușii de calciu colorează flacăra roșu cărămidă. Ca și metalele alcaline, calciul metalului este de obicei depozitat sub un strat de kerosen.
calciu obtinut in industrie.
Oxidul de calciu este produs industrial prin calcinarea calcarului:
CaCO 3 → CaO + CO 2 Oxidul de calciu este o substanță albă refractară (se topește la o temperatură de 2570 0 C), are proprietățile chimice inerente oxizilor bazici. metale active
(I, tabelul II, p. 88) .
Reacția oxidului de calciu cu apa eliberează o cantitate mare de căldură:
CaO + H2O = Ca (OH)2 + Q
Oxidul de calciu este componenta principală a varului nestins, iar hidroxidul de calciu este componenta principală a varului stins.
Reacția oxidului de calciu cu apa se numește stingerea calcarului.
Oxidul de calciu este folosit în principal pentru a produce var stins.
Hidroxidul de calciu Ca(OH)2 este de mare importanță practică. Se foloseste sub forma de var stins, lapte de var si apa de var. Varul stins este o pulbere fină, liberă, de obicei(o componentă a hidroxidului de calciu), ușor solubilă în apă (1,56 g se dizolvă în 1 litru de apă la 20 0 C). În construcții se folosește un amestec asemănător aluat de var stins cu ciment, apă și nisip. Treptat amestecul se intareste:
Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O
Laptele de var este o suspensie (suspensie) asemănătoare cu laptele. Se formează atunci când excesul de var stins este amestecat cu apă. Laptele de tei este folosit la producerea de albire, la producerea zahărului, la prepararea amestecurilor necesare luptei împotriva bolilor plantelor, și la văruirea trunchiurilor de copaci.
Apa de var este o soluție limpede de hidroxid de calciu obținută prin filtrarea laptelui de var. Este utilizat în laborator pentru a detecta monoxidul de carbon (IV):
Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O
Cu trecerea prelungită a monoxidului de carbon (IV), soluția devine transparentă:
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
Dacă soluția limpede rezultată de bicarbonat de calciu este încălzită, apare din nou tulburări:
Procese similare apar și în natură. Dacă apa conține monoxid de carbon dizolvat (IV) și acționează asupra calcarului, o parte din carbonatul de calciu este transformat în bicarbonat de calciu solubil. La suprafață, soluția se încălzește și carbonatul de calciu precipită din nou din ea.
* Înălbitorul are o mare importanță practică. Se obține prin reacția varului stins cu clorul:
2 Ca(OH) 2 + 2 Cl 2 → Ca(ClO) 2 + CaCl 2 + 2H 2 O
Componenta activă a înălbitorului este hipocloritul de calciu. Hipocloriții suferă hidroliză. Aceasta eliberează acid hipocloros. Acidul hipocloros poate fi deplasat chiar și din sarea sa acid carbonic:
Ca(ClO) 2 + CO 2 + H 2 O → CaCO 3 ↓+ 2 HClO
2 HCIO → 2 HCI + O 2
Această proprietate a înălbitorului este utilizată pe scară largă pentru albire, dezinfecție și degazare.
8. Tencuiala. Se disting următoarele tipuri de gips: natural - CaSO 4 ∙ 2H 2 O, ars - (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O, anhidru - CaSO 4.
Gipsul ars (semihidru) sau alabastru, (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O se obține prin încălzirea gipsului natural la 150–180 0 C:
2 → (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O + 3H 2 O
Dacă amestecați pudra de alabastru cu apă, se formează o masă de plastic semi-lichid, care se întărește rapid. Procesul de întărire este explicat prin adăugarea de apă:
(CaSO 4) 2 ∙ H 2 O + 3H 2 O → 2
Proprietatea gipsului ars de a se întări este folosită în practică. De exemplu, alabastrul amestecat cu var, nisip și apă este folosit ca tencuială. Alabastrul pur este folosit pentru a face obiecte artistice, iar în medicină este folosit pentru aplicarea gipsului.
Dacă gipsul natural CaSO 4 ∙ 2H 2 O este încălzit la mai mult temperatură ridicată, apoi se eliberează toată apa:
CaSO 4 ∙ 2H 2 O → CaSO 4 + 2H 2 O
Gipsul anhidru rezultat CaSO 4 nu mai poate adăuga apă și, prin urmare, a fost numit gips mort.
Duritatea apei și modalități de a o elimina.
Toată lumea știe că săpunul face spumă bine în apa de ploaie (apa moale), dar în apa de izvor de obicei spumează slab (apa dură). Analiza apei dure arată că aceasta conține cantități semnificative de săruri solubile de calciu și magneziu. Aceste săruri formează compuși insolubili cu săpunul. O astfel de apă nu este potrivită pentru răcirea motoarelor cu ardere internă și pentru alimentarea cazanelor cu abur, deoarece atunci când apa dură este încălzită, se formează calcar pe pereții sistemelor de răcire. Scara nu conduce bine căldura; Prin urmare, este posibilă supraîncălzirea motoarelor și cazanelor cu abur, în plus, uzura acestora este accelerată.
Ce tipuri de duritate există?
Carbonatul, sau duritatea temporară, este cauzată de prezența bicarbonaților de calciu și magneziu. Poate fi eliminată în următoarele moduri:
1) fierbere:
Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + H2O + CO2
Mg(HCO3)2 → MgCO3 ↓ + H2O + CO2
2) acțiunea laptelui de var sau a sifonului:
Ca(OH) 2 + Ca(HCO 3) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O
Ca(HCO 3) 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + 2NaHCO 3
Ca 2+ + 2 HCO 3 - + 2 Na + + CO 3 2- → CaCO 3 ↓ + 2 Na + + 2HCO 3 -
Ca 2+ + CO 3 2- → CaCO 3 ↓
Duritatea non-carbonată sau permanentă se datorează prezenței sulfaților și clorurilor de calciu și magneziu.
Se elimină prin acțiunea sifonului:
CaSO 4 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
MgSO 4 + Na 2 CO 3 → MgCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
Mg 2+ + SO 4 2- + 2Na + + CO 3 2- → MgCO 3 ↓ + 2Na + + SO 4 2-
Mg2+ + CO32- → MgC03↓
Duritatea carbonatică și non-carbonată se adaugă la duritatea totală a apei.
IV. Consolidarea cunoștințelor (5 min.)
1. Pe baza tabel periodicși teoriile structurii atomice, explică ce proprietăți ale magneziului și calciului sunt comune. Scrieți ecuațiile pentru reacțiile corespunzătoare.
2. Ce minerale conțin calciu și cum sunt ele utilizate?
3. Explicați cum să distingeți un mineral natural de altul.
V. Teme pentru acasă(3 min.)
Răspundeți la întrebări și finalizați exercițiile 1–15, § 48,49, rezolvați exercițiile 1–4, pp. 132–133.
Exact așa arată un plan de lecție la școală pe tema „Calciul și compușii săi”.
Pe baza celor de mai sus, necesitatea de a umple curs şcolar chimie cu conţinut de mediu. Rezultatele muncii depuse vor fi prezentate în al treilea capitol.
O singură dată) – 0,01%. 4 Cuprins Introducere.............................................................. .... ................................................. .......... ....................4 Capitolul 1. Legături interdisciplinare în cursul disciplinei școlare de chimie folosind exemplul carbonului și compușii săi.......................................................................... ..................... .........5 1.1 Utilizarea conexiunilor interdisciplinare pentru dezvoltarea elevilor...
Activitate. Căutați metode și forme de predare care contribuie la educație personalitate creativă, a dus la apariția unor metode de predare specifice, dintre care una este metodele de joc. Implementarea metodelor de predare a jocului în studiul chimiei cu respectarea trăsăturilor didactice și psihologice-pedagogice crește nivelul de pregătire a elevilor. Cuvântul „joc” în rusă...
și cerințe igienice); conformitatea activității educaționale și fizice cu capacitățile de vârstă ale copilului; mod motor necesar, suficient și organizat rațional. Sub salvarea sănătății tehnologie educațională(Petrov) înțelege un sistem care creează condițiile maxime posibile pentru păstrarea, întărirea și dezvoltarea spirituală, emoțională, intelectuală,...
Introducere
CAPITOLUL I. Revizuirea literaturii
1.1. Metode de obținere și reciclare a clorurii de calciu 7
1.1.1 Metode chimice 7
1.1.2. Metode electrochimice 10
1.2. Prepararea zaharaților de calciu și utilizarea lor ca inhibitori de coroziune 12
1.3 Sinteza electrochimică a clorului gazos 13
1.4. Sinteza dioxidului de carbon 16
1.5. Modele de procese electrochimice în apele naturale care conțin ioni de calciu 17
1,5 L. Electroliza apelor termale 17
1.5.2. Electroliza apei de mare 20
1.6. Concluzii din revizuirea literaturii 23
CAPITOLUL II. Procedura experimentală 24
2.1. Măsurători de polarizare 24
2.2- Sinteze electrochimice 25
2.3. Metodologia de analiză și identificare a produselor 26
2.4. Prelucrarea matematică a rezultatelor obţinute 33
Capitolul III. Date experimentale și discuții
3.1. Modele de reacții ale electrozilor într-o soluție de clorură de calciu pe diferite materiale pentru electrozi 39
3.1.1. Proces anodic - cinetica și mecanismul de formare a clorului gazos în timpul electrolizei soluției de clorură de calciu 39
3.1.2. Procesul catodic - cinetica formării hidrogenului gazos în timpul electrolizei unei soluții de clorură de calciu 45
3.1.3. Aspecte pregătitoare ale electrolizei soluție apoasă clorură de calciu 48
3.2. Caracteristici ale apariției reacțiilor electrozilor în soluții apoase (CAC12 + SUCAROZ) pe diferite materiale pentru electrozi 50
3.2.1. Procesul catodic 50
3.2.2. Aspecte pregătitoare ale producției electrochimice de zaharoză de calciu 58
3.2.3. Modele de reacții ale electrozilor în sistem: (CaC12 + zaharoză + Ca(OH)2) 61
3.2.3.1 Proces anodic 61
3.2.3.2 Procesul catodic 62
3.3. Modele de reacții ale electrozilor în sistem [CaCl2+NIII3+Ca(III3)2] 65
3.3.1. Proces anodic 65
3.3.2. Procesul catodic. 68
3.3.3. Aspecte pregătitoare ale sintezei electrochimice a nitratului de calciu 74
3.3.4. Aspecte pregătitoare ale producției electrochimice de dioxid de carbon 75
3.4 Producția electrochimică de acetat de calciu 78
3.4.1. Caracteristicile procesului catodic în electrosinteza acetatului de calciu pe diverse materiale pentru electrozi 79
3.4.2. Aspecte pregătitoare ale electrosintezei acetatului de calciu 87
Literatură
Introducere în lucrare
Relevanța subiectului. Aproape toate apele naturale conțin compuși de calciu în concentrații diferite. Cantități mari de clorură de calciu se formează ca deșeuri în timpul producerii de sifon, hidrolizei care conțin clor. compuși organiciși în alte procese de producție.
Cunoscut chimic si metode electrochimice prelucrarea clorurii de calciu are dezavantaje semnificative: descompunerea clorurii
calciul la o temperatură de 950-1000 C necesită utilizarea materialelor de construcție speciale și costuri energetice ridicate în timpul electrolizei soluțiilor de clorură de calciu, pe catod se depune un precipitat insolubil (tCa(OH)2* iCaCI2) iar în timp trecerea curent electric prin sistem se oprește.
Procesarea clorurii de calciu în produse mai valoroase, folosind-o ca un nou tip de materie primă pentru producerea de acid clorhidric, clor, acizi clorosulfonici și clorură de aluminiu în producția organică și farmaceutică, este o problemă urgentă.
Deosebit de promițătoare pentru aceste scopuri sunt metodele electrochimice care permit sinteza produselor chimice fără utilizarea de reactivi, folosind procese electro-oxidative și electro-reductoare.
Alegerea obiectelor de cercetare în lucrarea de disertație a fost determinată, pe de o parte, de valoarea produselor finale, iar pe de altă parte, de posibilitatea utilizării ca materie primă a clorurii de calciu - deșeuri industriale de mari dimensiuni, a căror prelucrare contribuie la protejarea mediu de la emisiile industriale nocive.
Scopul și obiectivele studiului. Scopul lucrării a fost studiul dreptului
dimensiunile reacțiilor electrozilor și producția de calciu care conțin
compuși lichizi din soluții apoase de clorură de calciu.
Atingerea acestui obiectiv a necesitat rezolvarea următoarelor sarcini:
studiază reacția anodică a eliberării de clor din soluții apoase de clorură de calciu pe diverse materiale electrozi;
stabiliți cinetica și mecanismul reacțiilor electrozilor în soluții apoase de clorură de calciu, azotat de calciu, acetat de calciu și un amestec de clorură de calciu cu zaharoză;
Determinați parametrii optimi pentru sinteza electrochimică a calciului
F compuși care conțin ci: densitatea curentului, concentrațiile de electroliți,
ieșirile curente ale produselor țintă.
Obiectele de studiu au fost procese electrochimice, prote
pătrunzând pe diverse materiale de electrozi în soluții apoase de clorură
calciu cu diverși aditivi. Alegerea obiectului de cercetare a fost determinată cu
pe de o parte, lipsa de cunoștințe și complexitatea proceselor cu electrozi în curse
sistemele în curs de revizuire și, pe de altă parte, posibilitatea utilizării deșeurilor
Sh
producția pe scară largă de clorură de calciu pentru a obține valoroase
produse.
Noutate științifică:
S-a creat o bază științifică pentru tehnologia și soluțiile tehnologice avansate pentru electroliza soluțiilor apoase care conțin ioni de calciu;
Modelele de apariție a reacțiilor anodice și catodice conform
radiația compușilor care conțin calciu pe diferite materiale ale electrozilor
Semnificație practică fabrică:
Pentru prima dată, folosind clorură de calciu ca materie primă, atât de valoroasă compuși chimici, cum ar fi acetat de calciu, zaharoză de calciu, azotat de calciu, dioxid de carbon, clor și hidrogen gazos.
Aprobare lucru. Principalele rezultate au fost raportate și discutate la reuniunea a XIV-a privind electrochimia compușilor organici „Noutățile electrochimiei compușilor organici” (Novocherkassk, 1998), la conferința științifică și practică din toată Rusia „Chimie în tehnologie și medicină” (Makhachkala). , 2002), la conferința științifico-tehnică internațională dedicată aniversării a 70 de ani de la Sankt Petersburg. universitate de stat tehnologii de temperatură scăzută și alimentare (Sankt Petersburg, 2001), Conferința internațională " Probleme contemporane chimie organică, ecologie și biotehnologie” (Luga, 2001), la conferințele finale panrusene „Ecologie și managementul mediului” (Sankt. Petersburg, 2001 și 2002).
Domeniul și structura disertației. Teza constă dintr-o introducere, trei capitole, concluzii și o listă de referințe, inclusiv 111 titluri. Lucrarea este prezentată pe 100 de pagini de text dactilografiat, include 36 de figuri și 6 tabele.
Lucrarea a fost realizată în cadrul unui grant de la Ministerul Educației al Federației Ruse în cadrul programului „ Cercetare științifică liceuîn domeniile prioritare ale științei și tehnologiei”, subprogramul – „Ecologie și utilizarea rațională a resurselor naturale”, secțiunea – „Problemele formațiunilor antropice și utilizarea deșeurilor industriale și menajere 2001-2002”.
Prepararea zaharaților de calciu și utilizarea lor ca inhibitori de coroziune
Clorul este folosit în cantități importante pentru prepararea înălbitorilor (hipoclorit de calciu și înălbitor). Prin arderea clorului în atmosferă de hidrogen se obține acid clorhidric pur. Clorurile corespunzătoare sunt utilizate în producția de titan, niobiu și siliciu. Clorurile de fosfor de fier și aluminiu sunt, de asemenea, utilizate în industrie.
Peste 60% din tot clorul produs este folosit pentru sinteza compușilor organoclorați. Marii consumatori de clor includ producția de tetraclorură de carbon, cloroform, clorură de metilen, dicloroetan, clorură de vinil și clorbenzen. Cantități semnificative de clor sunt consumate în sinteza glicerolului și etilenglicolului prin metode cu clor, precum și în sinteza disulfurei de carbon.
Pentru dezinfecția apei, dioxidul de clor, obținut prin electroliza unei soluții de clorură de sodiu, este mai promițător.
Potrivit estimărilor preliminare, producția de clor în 1987 în Statele Unite s-a ridicat la 10,4 milioane de tone. Costul unei tone de clor este de 195 USD. Clorul este obținut prin electroliza unei soluții de NaCl. Fundamente teoretice iar modelele electrolizoarelor industriale sunt descrise în monografie.
Stăpânirea tehnologiei de electroliză a saramurilor NaCl folosind membrane schimbătoare de ioni face posibilă reducerea (în comparație cu electroliza cu diafragmă sau mercur) a costurilor echipamentelor (cu 15-25%) și a costurilor energetice (cu 20-35%). Rentabilitatea electrolizei membranare este asociată cu posibilitatea producerii alcaline cu o concentrație de 40% cu un consum de energie electrică de 200 kWh/t produs. Membranele cu dublu strat permit funcționarea la densități de curent de până la 4 kA/m, ceea ce oferă mai mult utilizare eficientă electricitate ieftină noaptea. Aceste avantaje compensează pe deplin costul relativ ridicat al membranelor noi (500-700 $/m2).
Se discută eficiența utilizării catozilor activați pentru a reduce supratensiunea de degajare a hidrogenului. O reducere suplimentară a tensiunii celulei poate fi realizată prin creșterea presiunii de funcționare la 5 bari, în același timp cu creșterea temperaturii. Utilizarea oxigenului (aerului), care depolarizează catodul, înlocuind procesul de degajare a hidrogenului cu procesul de reducere a oxigenului, reduce costurile energetice la 1600 kWh/t alcalin (dacă nu se ia în considerare intensitatea energetică pierdută a hidrogenului) . O cale alternativă este electrooxidarea hidrogenului într-o pilă de combustibil.
Sunt descrise experimente ale companiei Hoechst cu un electrolizor cu membrană de clor cu o suprafață a membranei de 0,1 m2. S-a constatat că randamentul curent, care scade odată cu creșterea concentrației alcaline, atinge un minim la o concentrație de 30% și apoi crește până la o concentrație de 34%, după care scade din nou. Sunt luate în considerare diferite mecanisme pentru implementarea procesului membranar și selectarea proprietăților membranei și motivele îmbătrânirii acestora. S-a demonstrat că doar la un cost scăzut al aburului costul costurilor energetice în electroliza cu membrană se poate apropia de cel al metodei cu mercur.
Lucrarea a efectuat un studiu sistematic al procesului de electroliză a soluțiilor de cloruri ale metalelor alcaline și alcalino-pământoase fără diafragmă. S-a demonstrat că diferențele în cursul procesului anodic, în funcție de natura cationului electrolitului inițial, se datorează solubilităților diferite ale produselor de electroliză, în principal solubilității hidroxizilor metalelor corespunzătoare.
Într-un electrolizor cu membrană clorură, cel puțin pe o parte a membranei există un strat poros permeabil la gaz și lichid, care nu are activitate de electrod. În camerele catodice și anodice, presiunea este de preferință menținută la până la 15 kgf/cm2, ceea ce face posibilă reducerea tensiunii de electroliză. Metoda poate fi aplicată la electroliza apei și acidului clorhidric.
Lucrarea discută un model al procesului de producere a clorului gazos într-un electrolizor fără flux.
Electroliza apelor termale
Recent, hipocloritul de sodiu sau de calciu a fost folosit pentru purificarea și mai ales neutralizarea apei. Interesul crescut pentru hipoclorit se datorează în mare măsură posibilităților mari de utilizare a acestuia. Aplicarea hipocloritului obținut prin electroliza apei de mare pentru tratare apa reziduala, prietenos cu mediul.
Metoda electrochimică de producere a soluțiilor de hipoclorit prin electroliza soluțiilor apoase de sare de masă sau ape naturale face posibilă organizarea acestei producții direct la locurile în care se consumă soluțiile, nefiind necesară depozitarea pe termen lung a soluțiilor de hipoclorit.
În prezent, s-au folosit două metode de producere electrochimică a unui dezinfectant: electroliza soluțiilor concentrate de clorură de sodiu urmată de amestecarea cu apă tratată și electroliza directă a apei dezinfectate. Procesul de electroliză, atât în unul cât și în celălalt caz, depinde de densitatea de curent la electrozi, de concentrația de clorură de sodiu, pH, temperatură și natura mișcării electrolitului, materialul electrozilor și pasivizarea acestora, ca precum și metoda de alimentare cu curent a electrozilor.
A fost studiat procesul de sinteză electrochimică a hipocloritului de sodiu într-un electrolizor cu membrană cu un electrod ORTA și o membrană ceramică anorganică pe bază de 2x0g. A fost studiată influența densității curentului, concentrația soluției de clorură de sodiu, viteza de alimentare cu soluție de clorură de sodiu, viteza de alimentare cu soluții la camerele electrozilor. S-a demonstrat că, în condiții optime, eficiența actuală a hipocloritului de sodiu este de 77% cu un consum specific de energie electrică de 2,4 kWh/kg și clorură de sodiu de 3,1 kg/kg. Capacitatea de coroziune a anodului a fost determinată în condiții experimentale.
Se propune o metodă și un dispozitiv de monitorizare a compușilor care conțin clor în timpul tratării apei, destinate în principal dezinfectării apei din piscine. Generarea unei soluții dezinfectante de hipoclorit de sodiu se realizează prin metoda electrolitică și se presupune că apa din piscină conține o cantitate suficientă de cloruri. Apa circulă într-un circuit închis, în partea exterioară a căruia există un electrolizor, precum și un filtru pentru purificarea apei.
Autorii brevetului propun să construiască suprafata laterala mini-electrolizor pentru conducte, în care hipocloritul este produs electrochimic dintr-o soluție diluată care conține clorură.
Au fost studiate caracteristicile electrolizei unei soluții diluate (0,89%) de clorură de sodiu în condiții de curgere. S-a stabilit că creșterea debitului duce la o scădere bruscă a randamentului de clorat și poate crește semnificativ productivitatea și stabilitatea electrolizatorului. Cele mai bune rezultate obtinut intr-un electrolizor cu electrozi de titan acoperiti cu platina dispersata cu un factor de rugozitate de cel putin 200, cu activare catodica periodica a anozilor.
A fost studiat procesul electrochimic de sinteză a hipocloritului de sodiu sub presiune. Electroliza se realizează într-o autoclavă din aliaj de titan, întărită în interior cu fluoroplastic cu agitare. Hidrogenul gazos format în timpul reacției catodice se acumulează în sistem, crescând presiunea acestuia. Studiile au fost efectuate la o presiune de 100-150 atm. Datorită faptului că soluția este sub presiune ridicată, solubilitatea clorului crește, ceea ce duce la randamente mai mari ale hipocloritului de sodiu. Dioxidul de ruteniu pe bază de titan, grafitul și platina au fost folosite ca materiale catodice, iar titanul a servit ca catod.
Utilizarea hipocloritului de sodiu, obținut prin electroliza apelor naturale, este raportată pentru a purifica apa din câmpul Makhachkala-Ternair din fenol.
Apa de mare are o mineralizare ridicată. Mineralizarea apei de mare în general este de 3,5% sau 35.000 ppm „1. Dintre acestea, doar două componente (cloruri și sodiu) sunt prezente în cantități mai mari de 1%, în timp ce concentrația celorlalte două: sulfat și magneziu. aproximativ OD% calciul, potasiul, bicarbonatul și bromul constituie aproximativ 0,001%.
În funcție de raportul dintre sărurile individuale și suma lor, salinitatea apelor Mării Caspice diferă de cea oceanică și cea a Mării Negre. Apele Mării Caspice sunt relativ sărace, comparativ cu cele oceanice, în ioni de Na și SG și bogate în ioni de Ca și SO4 Salinitatea medie a apelor Mării Caspice este de 12,8-12,85%, variind de la 3% la. gura Volga la 20% în Golful Balkhan Iarna, salinitatea apelor din Caucazul de Nord este ridicată, ceea ce se explică prin formarea gheții și afluxul slab al apelor Volga.
ÎN ultimii ani Există o creștere a debitului de săruri în mare, care este asociată cu o creștere a debitului ionic al râurilor.
Cea mai mare cantitate de particule în suspensie prezentă în ape marii, conțin aceleași minerale ca și rocile din jur (caolinit, talc, cuarț, feldspat etc.). Tabelul 1.1. Este prezentată compoziția principală a apei Mării Caspice.
Sinteze electrochimice
Analiza compuşilor care conţin clor a fost efectuată conform următoarele metode: Determinarea SY prin metoda Pontius. 10 ml de electrolit (pH = 8) cu adăugarea unei cantități mici de amidon au fost titrați cu o soluție OD de iodură de potasiu. Definiţia SG. Aduceți 1 ml de electrolit la 100 ml cu apă distilată. Se titrează 10 ml de probă cu o soluție de azotat de argint 0,1 N în prezența câtorva picături de CH3COOH + K2ClO4.
Determinarea C1CV. Adăugați 25 ml de sare Mohr la 10 ml de probă. Se încălzește până când apar bule și se răcește brusc. Se adaugă 5 ml de amestec Reinhart și se titrează cu soluție de permanganat de potasiu 0,1 N până când apare o culoare roz.
Definiţia SY/. Se adaugă 10 ml de soluție saturată de clorură de potasiu la 10 ml de electrolit. Dacă nu se formează un precipitat, atunci nu există CO/s în sistem. Determinarea cantităţii de clor eliberat Clorul gazos format în timpul electrolizei este trecut printr-o soluţie de iodură de potasiu iar iodul eliberat este titrat cu tiosulfat de sodiu de o anumită concentraţie. Clorul se determină prin metoda titrimetrică iodometrică.
Reactivi: tiosulfat de sodiu - solutie 0,005 N; KI - soluție 10%; amestec tampon de acetat. Se prepară amestecând volume egale de soluții 1 N de CH3COONa și CH3COOH; soluție de amidon proaspăt preparată - soluție 1%.
Progresul hotărârii. Se pipetează 100 ml într-un balon conic de 250 ml apa de la robinet, se adaugă 5 ml soluție KI 10%, 5 ml amestec tampon acetat și 1 ml soluție amidon. Se titrează proba cu soluție de tiosulfat de sodiu 0,005 N până când culoarea albastră a soluției dispare.
Pentru determinarea conținutului de calciu din ape se utilizează metoda trilonometrică, care face posibilă determinarea a 0,1 mg sau mai mult de Ca într-o probă. Această metodă se bazează pe utilizarea Trilon B în prezența indicatorului mu-rexid. Esența metodei este că ionii de Ca2+ într-un mediu alcalin formează un compus complex cu murexida, care este distrus în timpul titrarii cu Trilon B ca urmare a formării unui complexonat de sodiu mai stabil. Murexida (sarea de amoniu a acidului violet la pH 12 interacționează cu ionii de Ca, formând compuși roz.
Murexida nu reacționează cu ionii de Mg, dar dacă acesta din urmă în apa studiată este mai mare de 30 mg/l, se va forma un precipitat de Mg(OH)2, adsorbând indicatorul pe suprafața sa, ceea ce face dificilă fixarea punct de echivalență. Apoi, soluția de testat trebuie diluată de 5-6 ori pentru a reduce concentrația de magneziu.
Reactivi: Trilon B - solutie 0,05 N. Normalitatea exactă se stabilește folosind o soluție standard 0,05 N de MgS04 sau preparată din fix-sanal; NaOH - soluție 10%; murexid - amestec uscat (1 parte murexid și 99 părți NaCl).
Progresul analizei. Se pipetează 100 ml de apă de testat într-un balon conic de 250 ml, se adaugă 5 ml dintr-o soluție de hidroxid de sodiu 10% și se adaugă puțin amestec indicator uscat. Soluția devine roșie. Proba este titrată cu Trilon B cu agitare puternică până când apare o culoare violet, care este stabilă timp de 3-5 minute. Cu adăugarea suplimentară de Trilon B, culoarea nu se schimbă. O probă titrată poate fi folosită ca „martor”, dar trebuie amintit că o probă titrată păstrează culoarea stabilă pentru un timp relativ scurt. Prin urmare, este necesar să se pregătească un nou „martor” dacă se observă o schimbare de culoare a celui pregătit anterior.
Procesul catodic - cinetica formării hidrogenului gazos în timpul electrolizei unei soluții de clorură de calciu
Având în vedere că platina este un material scump pentru electrozi, procesul de eliberare a clorului a fost studiat folosind un material mai ieftin - grafitul. Smochin. Figura 3.3 prezintă curbele anodice curent-tensiune pe grafit în soluții apoase de clorură de calciu la o concentrație de 0,1 - 2,0 M. Ca și în cazul unui electrod de platină, cu o creștere a concentrației de clorură de calciu, potențialul de eliberare a clorului se modifică la partea anodică cu o medie de 250 - 300 mV.
Din curbele curent-tensiune ale eliberării clorului prezentate mai sus pe materialele electrozilor din platină, grafit și ORTA, rezultă că odată cu creșterea concentrației de clorură de calciu, procesul de eliberare a clorului molecular este facilitat datorită scăderii componentei de difuzie a procesului. .
Pentru a compara parametrii cinetici ai eliberării de clor din Fig. Figura 3.4 prezintă dependențele Tafel corespunzătoare ale supratensiunii (n) de logaritmul densității de curent (lg і) pe electrozii de platină, grafit și ORTA.
Ecuațiile drepte corespunzătoare, după calcularea coeficienților a și b, pot fi prezentate sub următoarea formă: Cu ajutorul coeficienților a și b calculați s-au găsit caracteristicile procesului - curent de schimb i0 și coeficient de transfer a
Parametrii pentru separarea electrochimică a clorului dintr-o soluție de clorură de calciu 2M sunt dați mai jos:
În fig. 3.5. Pentru analiză comparativă, sunt prezentate curbele anodice curent-tensiune pentru platină, grafit și ORTA într-o soluție de clorură de calciu 2M. După cum se poate observa din figură, clorul este eliberat dintr-o soluție de clorură de calciu la potențialele cele mai scăzute la anodul ORTA, iar curba curent-tensiune pe grafit este deplasată cu 250 - 300 mV în raport cu curba ORTA către partea anodică. Prin urmare, este evident că este de preferat să se utilizeze ORTA ca material anodic în electroliza soluțiilor apoase de clorură de calciu. Pe grafit, consumul de energie va fi mai mare, iar acesta din urmă este inferior ca durabilitate față de ORTA, mai ales la sarcini anodice mari.
Având în vedere că costurile energetice în timpul electrolizei depind și de cinetica procesului catodic, am studiat modelele de degajare a hidrogenului din soluții apoase de clorură de calciu pe diverse materiale electrozi.
În fig. 3.6. Sunt prezentate curbele curent-tensiune ale degajării hidrogenului catodic din soluții de clorură de calciu cu o concentrație de 0,5 - 2,0 M pe un electrod de platină. Analiza curbelor curent-tensiune arată că odată cu creșterea concentrației de clorură de calciu, supratensiunea de degajare a hidrogenului crește (cu 30-40 mV). O explicație probabilă poate fi formarea unui precipitat puțin solubil de săruri de calciu, care protejează suprafața electrodului de platină și a cărui cantitate crește odată cu creșterea concentrației de ioni de Ca+. În acest sens, există o creștere vizibilă a tensiunii la electrolizor, observată mai devreme în lucrarea în timpul producției electrochimice de hipoclorit de calciu.
Curbele curent-tensiune catodică luate pe materiale electrozi mai accesibile pentru electroliza practica- grafit, oțel, cupru și titan - sunt prezentate în figurile 3.7 și 3.8. Curbele curent-tensiune arată că pe electrodul de grafit se observă o supratensiune scăzută a degajării hidrogenului după platină (Fig. 3.7, curba 2)? în timp ce electroreducerea ionilor de hidrogen pe catodul de titan (Fig. 3.8, curba 2) are loc cu cea mai mare supratensiune. Acest comportament este tipic pentru metalele acoperite cu oxizi de fază în regiunea potențialelor de degajare a hidrogenului și care au un efect inhibitor asupra procesului. Prin urmare, cel mai mult material adecvat Catodul pentru electroliza soluției de clorură de calciu este grafitul.
Electroliza este o reacție redox care are loc pe electrozi atunci când un curent electric direct trece printr-o topitură sau o soluție de electrolit.
Catodul este un agent reducător și dă electroni cationilor.
Anodul este un agent oxidant și acceptă electroni din anioni.
|
Seria de activități a cationilor: |
Na + , Mg 2+ , Al 3+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ , H+ , Cu2+, Ag+ _____________________________→ Capacitate oxidativă crescută |
|
Seria de activități anionice: |
I - , Br - , CI - , OH - , NO 3 - , CO 3 2- , SO 4 2- ←__________________________________ Capacitate de recuperare crescută |
Procese care au loc pe electrozi în timpul electrolizei topiturii
(nu depind de materialul electrozilor și de natura ionilor).
1. Anionii sunt descărcați la anod ( A m -; OH-
A m - - m ē → A °; 4 OH - - 4ē → O 2 + 2 H 2 O (procesele de oxidare).
2. Cationii sunt descărcați la catod ( Me n + , H + ), transformându-se în atomi sau molecule neutre:
Me n + + n ē → Me ° ; 2 H + + 2ē → H 2 0 (procese de recuperare).
Procese care au loc pe electrozi în timpul electrolizei soluțiilor
|
CATOD (-) Nu depinde de materialul catodului; depind de poziția metalului în seria de tensiuni |
ANOD (+) Depinde de materialul anodului și de natura anionilor. |
|
|
Anodul este insolubil (inert), adică. realizat din cărbune, grafit, platină, aur. |
Anodul este solubil (activ), adică realizat dinCu, Ag, Zn, Ni, Feși alte metale (cu excepțiaPt, Au) |
|
|
1.În primul rând, se reduc cationii metalici care se află în seria tensiunilor dupăH 2 : Me n+ +nē → Me° |
1. În primul rând, anionii acizilor fără oxigen sunt oxidați (cu excepțiaF - ): A m- - mē → A° |
Anionii nu se oxidează. Atomii de metal ai anodului sunt oxidați: Me° - nē → Me n+ Bărbați + cationi intra in solutie. Masa anodului scade. |
|
2.Cationii metalici activitate medie, stând întreAl Şi H 2 , sunt restaurate simultan cu apa: Me n+ + nē →Me° 2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH - |
2. Anionii oxoacizi (AŞA 4 2- , CO 3 2- ,..) Și F - nu se oxidează, moleculele se oxideazăH 2 O : 2H2O - 4ē → O2 +4H + |
|
|
3. Cationii metalelor active dinLi la Al (inclusiv) nu sunt reduse, ci moleculele sunt reduseH 2 O : 2 H2O + 2ē →H2 + 2OH - |
3. În timpul electrolizei soluțiilor alcaline, ionii sunt oxidațiOH- : 4OH - - 4ē → O2 +2H2O |
|
|
4. În timpul electrolizei soluţiilor acide se reduc cationii H+: 2H + + 2ē → H20 |
||
ELECTROliza topiturii
Sarcina 1. Întocmește o schemă pentru electroliza bromurii de sodiu topit. (Algoritmul 1.)
|
Secvența de acțiuni |
Efectuarea Acțiunilor |
|
NaBr → Na + + Br - |
|
|
K- (catod): Na+, A+ (anod): Br - |
|
|
K + : Na + + 1ē → Na 0 (recuperare), A + : 2 Br - - 2ē → Br 2 0 (oxidare). |
|
|
2NaBr = 2Na +Br 2 |
Sarcina 2. Întocmește o schemă pentru electroliza hidroxidului de sodiu topit. (Algoritmul 2.)
|
Secvența de acțiuni |
Efectuarea Acțiunilor |
|
NaOH → Na + + OH - |
|
|
2.Arătați mișcarea ionilor către electrozii corespunzători |
K- (catod): Na+, A + (anod): OH -. |
|
3. Întocmește diagrame ale proceselor de oxidare și reducere |
K - : Na + + 1ē → Na 0 (recuperare), A + : 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2 (oxidare). |
|
4. Creați o ecuație pentru electroliza alcalinelor topite |
4NaOH = 4Na + 2H2O + O2 |
Sarcina 3.Întocmește o schemă pentru electroliza sulfatului de sodiu topit. (Algoritmul 3.)
|
Secvența de acțiuni |
Efectuarea Acțiunilor |
|
1. Creați o ecuație pentru disocierea sării |
Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2- |
|
2.Arătați mișcarea ionilor către electrozii corespunzători |
K- (catod): Na+ A+ (anod): SO 4 2- |
|
K - : Na + + 1ē → Na 0 , A + : 2SO 4 2- - 4ē → 2SO 3 + O 2 |
|
|
4. Creați o ecuație pentru electroliza sării topite |
2Na 2 SO 4 = 4Na + 2SO 3 + O 2 |
ELECTROLIZA SOLUȚIILOR
Sarcina 1.Întocmește o schemă pentru electroliza unei soluții apoase de clorură de sodiu folosind electrozi inerți. (Algoritmul 1.)
|
Secvența de acțiuni |
Efectuarea Acțiunilor |
|
1. Creați o ecuație pentru disocierea sării |
NaCl → Na + + Cl - |
|
Ionii de sodiu din soluție nu sunt reduceți, astfel încât apa este redusă. Ionii de clor sunt oxidați. |
|
|
3. Întocmește diagrame ale proceselor de reducere și oxidare |
K - : 2H2O + 2ē → H2 + 2OH - A + : 2Cl - - 2ē → Cl 2 |
|
2NaCI + 2H2O = H2 + CI2 + 2NaOH |
Sarcina 2.Întocmește o schemă pentru electroliza unei soluții apoase de sulfat de cupru ( II ) folosind electrozi inerți. (Algoritmul 2.)
|
Secvența de acțiuni |
Efectuarea Acțiunilor |
|
1. Creați o ecuație pentru disocierea sării |
CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 2- |
|
2. Selectați ionii care vor fi descărcați la electrozi |
Ionii de cupru sunt redusi la catod. La anod într-o soluție apoasă, ionii de sulfat nu sunt oxidați, deci apa este oxidată. |
|
3. Întocmește diagrame ale proceselor de reducere și oxidare |
K - : Cu 2+ + 2ē → Cu 0 A+: 2H20-4ē → O2+4H+ |
|
4. Creați o ecuație pentru electroliza unei soluții apoase de sare |
2CuSO 4 +2H 2 O = 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4 |
Sarcina 3.Întocmește o schemă pentru electroliza unei soluții apoase a unei soluții apoase de hidroxid de sodiu folosind electrozi inerți. (Algoritmul 3.)
|
Secvența de acțiuni |
Efectuarea Acțiunilor |
|
1. Creați o ecuație pentru disocierea alcalinelor |
NaOH → Na + + OH - |
|
2. Selectați ionii care vor fi descărcați la electrozi |
Ionii de sodiu nu pot fi reduceți, astfel încât apa este redusă la catod. Ionii de hidroxid sunt oxidați la anod. |
|
3. Întocmește diagrame ale proceselor de reducere și oxidare |
K - : 2 H 2 O + 2ē → H 2 + 2 OH - A + : 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2 |
|
4. Întocmește o ecuație pentru electroliza unei soluții alcaline apoase |
2H2O = 2H2 + O2 , adică Electroliza unei soluții alcaline apoase se reduce la electroliza apei. |
Ține minte.În timpul electrolizei acizilor care conțin oxigen (H2SO4, etc.), baze (NaOH, Ca (OH)2, etc.) , săruri ale metalelor active și acizi care conțin oxigen(K 2 SO 4 etc.) Electroliza apei are loc pe electrozi: 2H2O = 2H2 + O2
Sarcina 4.Întocmește o schemă pentru electroliza unei soluții apoase de nitrat de argint folosind un anod din argint, adică anodul este solubil. (Algoritmul 4.)
|
Secvența de acțiuni |
Efectuarea Acțiunilor |
|
1. Creați o ecuație pentru disocierea sării |
AgNO 3 → Ag + + NO 3 - |
|
2. Selectați ionii care vor fi descărcați la electrozi |
Ionii de argint se reduc la catod, iar anodul de argint se dizolvă. |
|
3. Întocmește diagrame ale proceselor de reducere și oxidare |
K - : Ag + + 1ē→ Ag0; A+: Ag 0 - 1ē→ Ag + |
|
4. Creați o ecuație pentru electroliza unei soluții apoase de sare |
Ag + + Ag 0 = Ag 0 + Ag + electroliza se reduce la transferul argintului de la anod la catod. |
