Электролиз. Применение электролиза в технике и с/х технологиях

Автор: Пользователь скрыл имя, 19 Декабря 2011 в 21:17, реферат

Описание работы

Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, аналитической химии, биохимии, металлургии и химической промышленности. Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов.

Содержание

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА

3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА

4.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Работа содержит 1 файл

реферат по физике.doc

— 61.00 Кб (Скачать)

Министерство  сельского хозяйства РФ

ФГОУ  ВПО Пензенская государственная  сельскохозяйственная

академия

Кафедра физики 
 
 
 
 

Реферат:

Электролиз. Применение электролиза  в технике и  с/х технологиях. 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент 321 гр.

Муравлев  В. А.

                                     

 Проверил:  Согуренко 
 
 
 
 
 

Пенза, 2010

 

      СОДЕРЖАНИЕ 
 

     1. ВВЕДЕНИЕ

     2. ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА

     3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА

     4.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

      1. ВВЕДЕНИЕ 

     Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, аналитической химии, биохимии, металлургии и химической промышленности. Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов. В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд и их очистки. Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, и другие. Актуальность электролиза объясняется тем, что многие вещества получают именно этим способом. Например, такие металлы как никель, натрий, чистый водород, получают только с помощью этого метода. Кроме того, с его помощью электролиза относительно легко можно получить чистые металлы, массовая доля самого элемента в которых стремиться к ста процентам. Преимущество этого способа в относительной дешевизне и простоте.

     На  сегодняшний день большой популярностью  пользуются различные предметы, покрытые драгоценными металлами, (позолоченные или посеребренные вещи). К тому же металлические изделия покрывают слоем другого металла электролитическим способом с целью защитить его от коррозии.

     Таким образом, исследование электрохимических  процессов, определение факторов, влияющих на них, установление новых способов использования процессов электролиза  в промышленных условиях сохранило свою актуальность и востребованность в наши дни.

     В данном реферате определены следующие  задачи:

  • ознакомление с теоретическими основами электролиза;
  • рассмотрение электродов и электролитов с происходящими в них процессами;
  • выделить области практического применения электролиза.

 

      2. ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА 

     Электролизом называют окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита.

     Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод, а к положительному полюсу — анод, после чего погружают их в электролизер с раствором или расплавом электролита. Электроды, как правило, бывают металлические, но применяются и неметаллические, например графитовые (проводящие ток). 
На поверхности электрода, подключенного к отрицательному полюсу источника постоянного тока (катоде), ионы, молекулы или атомы присоединяют электроны, т. е. протекает реакция электрохимического восстановления. На положительном электроде (аноде) происходит отдача электронов, т. е. реакция окисления. Таким образом, сущность электролиза состоит в том, что на катоде происходит процесс восстановления, а на аноде — процесс окисления. В результате электролиза на электродах (катоде и аноде) выделяются соответствующие продукты восстановления и окисления, которые в зависимости от условий могут вступать в реакции с растворителем, материалом электрода и т. п., — так называемые вторичные процессы. Описывая процессы электролиза нельзя не упоянуть о законах Фарадея.

     Первый  закон Фарадея - масса вещества, выделившегося на электроде при прохождении по раствору электролита электрического тока, прямо пропорциональна количеству электричества. 

     ∆m=kэQ 

     где ∆m – количество прореагировавшего вещества; Q – количество электричества; kэ – коэффициент пропорциональности, показывающий, сколько вещества прореагировало при прохождении единицы количества электричества. Величина, k называется электрохимическим эквивалентом. 

     k=M/(NAz│e│) 

     где z – валентность иона; M – молярная масса вещества, выделившегося на электроде; NA—постоянная Авогадро. │e│= 1,6• 10-19Кл.

     Второй  закон Фарадея - согласно второму закону Фарадея, при определённом количестве прошедшего электричества отношения масс прореагировавших веществ равно отношению их химических эквивалентов: 

     ∆m1/A1 =∆m2/A2=∆m3/A3=const 

     Химический  эквивалент элемента, равен отношению  части массы элемента, которая  присоединяет или замещает в химических соединениях одну атомную массу  водорода или половину атомной массы кислорода, к 1/12 массы атома С12. Понятие “ химический эквивалент” применимо и к соединениям. Так, химический эквивалент кислоты численно равен ее молярной массе, деленной на основность (число ионов водорода), химический эквивалент основания – его молярная массе, деленной на кислотность (у неорганического основания – на число гидроксильных групп), химический эквивалент соли – ее молярной массе, деленной на сумму зарядов катионов или анионов.

     Законы  Фарадея справедливы как для растворов, так и для расплавов и применимы к обоим электродам. Количество электричества, необходимое для образования 1 экв. любого вещества, одинаково для всех веществ; оно равно 96 485 Кл и называется числом Фарадея или постоянной Фарадея (фундаментальная физическая константа). Эта закономерность широко применяется на практике. Исходя из количества затраченного электричества, можно рассчитать массу или толщину металлического покрытия, образующегося при гальваностегии, и наоборот, задав толщину покрытия, можно оценить, какое количество электричества для этого потребуется. Законы Фарадея лежат в основе работы вольтметра и приборов, предназначенных для измерения силы постоянного тока.  

     3.ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА 

     Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, в аналитической химии, биохимии в химической промышленности. При этом одни вещества получают путем восстановления на катоде, другие электроокислением на. аноде. 

     В металлургическом производстве электролизом из растворов получают многие химически чистые металлы: медь, цинк, никель, кобальт, кадмий, марганец. При этом катод изготавливается из металла, который будет восстанавливаться из раствора и наращивать электрод, или из инертного материала (для получения металлического порошка). Анод изготавливают из графита. Раствор электролита представляет собой продукт физической и химической переработки полиметаллических руд. Электрохимические процессы на электродах: 

     (К): Меn+ + nē = Me; (A): 2H2O – 4ē = O2 + 4H+. 

     Этот  метод также широко используется при электрорафинировании металлов. Например, рафинирование черного никеля, содержащего примеси цинка и меди, осуществляют в электролизере, содержащем в качестве электролита слабый раствор поваренной соли (хороший проводник, обеспечивает низкое сопротивление прохождению тока через раствор). Анодом служит болванка черного никеля с примесями, катодом – электрод из химически чистого никеля. Поскольку φ0Zn/Zn2+ < φ0Ni/Ni2+ < φ0Cu/Cu2+, то первым на аноде окисляется (растворяется и переходит в раствор в виде ионов) металлический цинк: Zn – 2ē = Zn2+, затем никель Ni – 2ē = Ni2+. Примесь меди (металл с положительным электрохимическим потенциалом) не будет окисляться при значениях тока, при которых работает электролизер, и в виде порошка (шлама) выпадает на дно сосуда.

     На  никелевом катоде катионы цинка Zn2+ восстанавливаться не будут из-за высокого перенапряжения электрода по отношению к этим ионам (см. потенциал Zn2+/Zn) и останутся в растворе. На катоде будет идти процесс восстановления катионов никеля: Ni2+ + 2ē = Ni. Химически чистый металл осаждается на поверхности электрода, образуя с ним единое целое.

     Гидроэлектрометаллургия - это способ получения металлов путем электролиза водных растворов соединений этих металлов, включающий специальные этапы подготовки электролита. Поскольку электролизу подвергаются только очищенные от вредных примесей водные растворы электролитов, то схема готовки электролита включает следующие этапы:

     - подготовка руды или концентрата  к растворению содержащегося  в них металла;

     - растворение, или выщелачивание,  руды;

     - определение вредных для электролиза  примесей и очистка от них  раствора;

     - моделирование состава электролита  для более эффективного протекания  электролиза.

     Если  все перечисленные этапы входят в схему .получения металла, то данный процесс можно без колебаний  отнести к гидрометаллургическим, в отличие от пирометаллургических процессов, которые для извлечения металлов или концентратов используют высокотемпературные операции. Гидрометаллургия отличается тем, что извлечение металлов происходит методами растворения

     Электролизом из расплавов на графитовых электродах получают щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий. Однако такое производство металлов относится к экологически вредным, т.к. продуктами окисления на аноде являются отравляющие вещества - диоксин, фтор, хлор (сопутствующие примеси в рудах металлов). В последние годы аноды изготавливают из сплавов металлов или из полупроводников во избежание негативных процессов и обеспечения безопасности производства.

     В химической промышленности электролизом раствора хлорида натрия на графитовых электродах получают химически чистый водород Н2 (К); хлор Сl2 (A); и раствор щелочи NaOH, электролизом расплава смеси фторида водорода НF и фторида натрия NaF получают газообразный фтор F2 (А), электролизом воды получают химически чистые газы водород Н2 (К) и кислород О2 (А).

     Электролизом  получают в промышленных количествах пероксиды водорода и металлов, такие соли, как гипохлориты, хлораты, хроматы, перманганаты, органические вещества (например, анилин из нитробензола).

     Получение гальванопокрытий. Гальванотехника – область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику. ¨ Гальваностегия (от греч. покрывать) – это электроосаждение на поверхность металла другого металла, который прочно связывается (сцепляется) с покрываемым металлом (предметом), служащим катодом электролизера. Перед покрытием изделия необходимо его поверхность тщательно очистить (обезжирить и протравить), в противном случае металл будет осаждаться неравномерно, а кроме того, сцепление (связь) металла покрытия с поверхностью изделия будет непрочной. Способом гальваностегии можно покрыть деталь тонким слоем золота или серебра, хрома или никеля. С помощью электролиза можно наносить тончайшие металлические покрытия на различных металлических поверхностях. При таком способе нанесения покрытий, деталь используют в качестве катода, помещенного в раствор соли того металла, покрытие из которого необходимо получить. В качестве анода используется пластинка из того же металла. ¨ Гальванопластика – получение путем электролиза точных, легко отделяемых металлических копий относительно значительной толщины с различных как неметаллических, так и металлических предметов, называемых матрицами. Гальванопластика используется для нанесения сравнительно толстых металлических покрытий на другие металлы (например, образование "накладного" слоя никеля, серебра, золота и т. д.).

Информация о работе Электролиз. Применение электролиза в технике и с/х технологиях