ХИМИЯ Лекция 08 Электрохимические системы. Электролиз

ХИМИЯ
Лекция 08
Электрохимические системы.
Электролиз. Коррозия
Е.А. Ананьева, к.х.н., доцент,
кафедра «Общая Химия» НИЯУ МИФИ
Электролиз
Электролиз
Электролиз
Схема электролиз расплава
NaCl
Электролиз
Электролиз раствора электролита
Электролиз
Электролиз
Электролиз
Электролиз
Электролиз
растворов с инертными электродами
На аноде (+)
анионы карбоновых кислот
по схеме:
2R-COO – 2e —> R-R + 2CO2
Электролиз
Электролиз
растворов с инертными электродами
На катоде (-)
на катоде восстанавливается вода и выделяется водород, если
металл расположен левее марганца,
восстанавливается металл, если металл расположен правее
водорода;
если металл находится между марганцем и водородом, то в
зависимости от среды реакции могут восстанавливаться металл и
водород.
Электролиз
Электролиз
Электролиз
Пример 8.1. Какие процессы протекают при электролизе водного
раствора NaCl? Среда нейтральная, рН =7, электроды инертные.
Решение:
Электролиз
Электролиз
Пример 8.2. Какие процессы протекают при электролизе водного
раствора ZnCl2 в кислой среде (рН < 7, HCl)? Электроды инертные.
Решение:
Электролиз
Пример 8.3. Какие процессы протекают при электролизе водного раствора
CuCl2 в кислой среде (рН < 7, HCl)? Катод – инертный , анод – медный.
Решение:
Электролиз
Пример 8.4. Электролиз водного раствора нитрата серебра протекает по
следующей схеме:
Решение:
Электролиз
Пример 8.5. Установите соответствие между формулой соли и продуктом,
образующимся на инертном аноде при электролизе еѐ водного раствора.
Решение:
ФОРМУЛА СОЛИ
ПРОДУКТ, ОБРАЗУЮЩИЙСЯ НА АНОДЕ
1. RbSO4
a) метан
2.CH3COOK
b) сернистый газ
3. BaBr2
c) кислород
4. CuSO4
d) бром
e) этан и углекислый газ
Ответ: 1с, 2е, 3d, 4c
Электролиз
На катоде
из ряда конкурирующих процессов
идет тот потенциал которого (с учетом
перенапряжения,
ηкатод) больше
На аноде
из ряда конкурирующих процессов
идет тот потенциал которого (с учетом
перенапряжения,
ηанод) меньше
Екатод = Е˚кат – ηкатод
Еанод = Е˚анод + ηанод
Электролиз
Пример 8.6.
Определите продукты электролиза водного раствора соли CuSO4 в кислой
среде, если катод и анод изготовлены из меди.
= 0,48B;
Решение:
I. Исходная система:
CuSO4Cu2+ + SO42–;
H2SO4 2H+ + SO42–;

H2O  H+ + OH–, Кв = 10–14.
= 0,81B.
Электролиз
Электролиз
Электролиз
Электролиз
Электролиз
Электролиз
Электролиз
Задачи на закон Фарадея
M
(В
)It
m
(В
)
nF
M
(В
)It
m
(В
)
nF
M
(В
)It
m
(В
)
nF
M f (В)
Электролиз
Пример 8.7. При никелировании детали в течении 50 минут сила тока,
проходящего через ванну, была равна 2 А. Какова масса, выделившегося
вещества на детали, если электрохимический эквивалент никеля k = 0,0003
г/Кл
Электролиз
Пример 8.8. При пропускании тока через раствор серебряной соли на катоде
выделилось за 10 мин 1 г серебра. Определите силу тока.
Электролиз
Практическое применение электролиза
В химической промышленности электролизом получают хлор и фтор,
щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты,
химически чистые водород и кислород и т. д.
Гидроэлектрометаллургия - получение цветных металлов (Сu, Bi, Sb, Sn,
Pb, Ni, Co, Cd, Zn), благородных и рассеянных металлов, Мn, Сr . Электролиз
используют непосредственно для катодного выделения металла после того,
как он переведен из руды в р-р, а р-р подвергнут очистке (электроэкстракции).
Электролиз расплавов используют для получения щелочных и щел.-зем.
металлов, Mg, Be, Ti, W, Mo, Zr, U и др
Гальванотехника (гальваностегия и гальванопластика), электросинтез,
электрохимическая обработка металлов, защита от коррозии
Электролиз
Практическое применение электролиза
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.
Электролиз
Практическое применение электролиза
Гальваностегия (от греч. покрывать) – это электроосаждение на
поверхность металла другого металла, который прочно связывается
(сцепляется) с покрываемым металлом (предметом), служащим катодом
электролизера.
Гальванопластика – получение путем электролиза точных, легко
отделяемых металлических копий относительно значительной толщины с
различных как неметаллических, так и металлических предметов, называемых
матрицами.
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
процесс физико-химического взаимодействия
металла и среды, который приводит к разрушению
металла
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
Биохимическая коррозия
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
Биохимическая коррозия
Действие на металл сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)
является одним из главных факторов биокоррозии. СВБ анаэробны
и в системах охлаждения развиваются под рыхлыми отложениями,
накапливающимися вблизи подъемов и изгибов труб, в зонах
застоя воды. В условиях отсутствия кислорода активность этих
бактерий тем выше, чем больше в среде сульфатов и органических
соединений.
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
Биохимическая коррозия
Действие СВБ: СВБ облегчают катодный процесс, что приводит к
усилению коррозии металла и они вызывают сульфидную коррозию
металлов
(при
бактериальном
восстановлении
сульфатов
происходит накопление в среде сероводорода и сульфидов). В
присутствии СВБ протекают следующие реакции :
4Fe(OH)2 + O2 → 4FeO(OH) + 2H2O
Н2O → Н+ + ОН-,
Fe → Fe2+ + 2e,
2Н+ + 2е → 2Н.
SO42- + 8H (СВБ) → S2- + 4H2O,
Fe2+ + S2- → FeS,
2Fe2+ + 6OH- → 3Fe(OH)2,
4Fe + SO42- + 4H2O → FeS + 3Fe(OH)2 + 2OH-
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
Пример 8.8.
Указать вид коррозии, имеющей место при растворении технического цинка в
кислотах Zn + 2H+ = Zn2+ + H2
a. Химическая коррозия.
b. Электрохимическая коррозия.
c. Газовая.
d. Биохимическая.
Ответ: b - Электрохимическая коррозия.
Пример 8.9.
Указать вид коррозии, имеющей место при окислении железа кислородом сухого
воздуха 4Fe + 3O2 = 2Fe2O 3
a. Химическая коррозия.
b. Электрохимическая коррозия.
c. Газовая.
d. Биохимическая.
Ответ: a и c
a. Химическая коррозия.
b. Газовая.
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
Пример 8.10.
Как можно замедлить электрохимическую коррозию металлической
конструкции?
a) удалить из раствора газы
b) заменить металл на более активный
c) создать контакт с более активным металлом
d) повысить температуру
e) подкислить раствор
Ответ: a и c
a) удалить из раствора газы
c) создать контакт с более активным металлом
Пример 8.11.
В каком случае речь идет о химической коррозии металлов?
a) ржавление корпуса автомобиля во влажном воздухе
b) разрушение алюминиевой кастрюли при варке кислых щей
c) разъедание внутренних стенок металлического реактора для синтеза НС1
d) травление стекла фтороводородной кислотой
e) разрушение металла под действием механической нагрузки
Ответ: c
c) разъедание внутренних стенок реактора для синтеза хлороводорода НС1
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
Пример 8.12.
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
Пример 8.13.
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
8.14. Коррозия с выделением водорода при рН = 7
возможна для металлов:
1.Co
2.Ge
3.Zn
4.Fe
8.15. Коррозия с выделением кислорода при рН = 7
возможна для металлов:
1.Ni
2.Au
3.Co
4.Pt
Защита от коррозии
ХИМИЯ
Лекция 08
Домашнее задание
Электрохимические системы.
Электролиз. Коррозия
Е.А. Ананьева, к.х.н., доцент,
кафедра «Общая Химия» НИЯУ МИФИ
Домашнее задание 8.1
8.1.1. Электролиз - это
1. Химическое превращение веществ на электродах под
действием постоянного тока.
2. Прохождение постоянного тока через электролит, без
химического превращения веществ на электродах.
3. Прохождение постоянного тока через электролит, сопровождаемое химическим превращением веществ на электродах.
4. Прохождение постоянного тока через электролит, сопровождаемое химическим превращением веществ в объеме
электролита, а не на электродах.
8.1.2. При электролизе из нескольких катионов, содержащихся в
электролите, в первую очередь будет разряжаться на катоде …..
1.Катион с бόльшим потенциалом,
2.Катион с меньшим потенциалом,
3.Анион с меньшим потенциалом,
4.Анион с бόльшим потенциалом.
Домашнее задание 8.2
8.2.1. Для получения 54 г серебра электролизом водного раствора
нитрата серебра (выход по току 100% ) необходимо, чтобы
в растворе содержалось граммов чистой соли
1. 85
2. 42,5
3. 108
4. 170
8.2.2. Газы, образующиеся при электролизе уксусной кислоты пропустили
через пропустили через промывную склянку, заполненную
концентрированным раствором КОН, масса, которого равна 64,274 г. После
окончания электролиза масса жидкости в промывной склянке возросла до
69,486 г. Напишите уравнения реакций, происходящих при электролизе,
если известно, что электроды изготовлены из платины. Какие
газообразные продукты выделятся на аноде и каков объем этих
газообразных продуктов (н.у.).
Домашнее задание 8.3
В свинцовом аккумуляторе протекают следующие процессы:
разрядка
РbО2 + Рb + 2H2SO4
2PbSO4 + 2Н2O
зарядка
Плотность
раствора
серной
кислоты
в
заряженном
свинцовом
аккумуляторе равна 1,28 г/мл, что соответствует массовой доле H2SO4 в
растворе 36,87%. В разряженном свинцовом аккумуляторе плотность
кислоты не превышает 1,10 г/мл, что соответствует массовой доле H2SO4 в
растворе 14,35%. Рассчитайте массу серной кислоты, которую необходимо
залить в аккумулятор мощностью 120 А∙ч. Определите разность между
объемами кислоты в случае заряженного и разряженного аккумулятора
указанной мощности.
Домашнее задание 8.4
8.4.1. Химическая коррозия – это взаимодействие
1.
2.
3.
4.
металлов с
окружающей средой, при которой окисление металла и
восстановление окислителя среды происходит
В токонепроводящей среде.
В токопроводящей среде
В сухом воздухе
Во влажном воздухе
8.4.2. Электрохимическая коррозия - это взаимодействие металлов с
окружающей средой, при которой окисление металла и
восстановление окислителя среды происходит
1. В токонепроводящей среде.
2. В среде с ионной проводимостью.
3. Без перехода заряженных частиц через границу металл окислительная среда
4.С переходом заряженных частиц через границу металлкоррозионная среда.
Домашнее задание 8.5
Почему в воде, почти не содержащей кислорода, железо не корродирует, а в
присутствии кислорода скорость коррозии железа заметно возрастает?
Запишите уравнение коррозионных процессов.
Домашнее задание 8.6
Железная конструкция находящаяся в морской воде, теряет 10 кг ежегодно.
Какой силы ток нужно подать на конструкцию при катодной защите, что бы
полностью подавить коррозию??
Домашнее задание 8.7
8.7.1. Для защиты от коррозии стального изделия в качестве
анодного покрытия может быть использован
1.
2.
3.
4.
Pb,
Cu,
Cr
Ni
8.7.2. Для защиты медных изделий от коррозии в качестве катодного
покрытия можно использовать
1. Ni,
2. Ag,
3. Sn,
4. Cr.
Домашнее задание 8.8
8.8.1. При нарушении оловянного покрытия на железном изделии,
находящемся в кислоте, на аноде будет протекать реакция
1.
2.
3.
4.
Sn2+ + 2e = Sn0
Sn0 − 2e = Sn2+
2H+ + 2e = H2
Fe0 – 2e = Fe2+
8.8.2. При нарушении цинкового покрытия на железном изделии,
находящемся в кислой среде в первую очередь будет
разрушаться …
1.Fe,
2. Fe и Zn одновременно,
3. Zn,
4. Не будут разрушаться.
Лекция закончена