ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.01.2025
Просмотров: 19
Скачиваний: 0
Защита 3. Билет 40
Задание 1
a(Ni2 ) 0,01 моль/л
Рассчитаем равновесный потенциал никелевого электрода по уравнению Нернста:
EP 2 |
|
E0 2 |
|
|
0,059 |
lg a(Ni2 ) 0, 25B |
0,059 |
lg 0,01 0,309B |
/ Ni |
/ Ni |
|
|
|||||
Ni |
Ni |
|
n |
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
Никелевый электрод – анод, в качестве катода возьмем, например, стандартный медный электрод
ECu0 2 /Cu 0,337B
Схема гальванического элемента:
(–) Ni│NiCl2 (0,01М)║CuCl2 (1М)│Cu (+)
Уравнения электродных процессов:
А(–): Ni – 2ē → Ni2+
K(+): Cu2+ + 2ē → Cu
ЭДС гальванического элемента:
EP E |
E |
E0 2 |
/Cu |
EP 2 |
/ Ni |
0,337B ( 0,309B) 0,646B |
Э катода |
анода |
Cu |
Ni |
|
||
|
|
|
|
|
|
Задача 2 |
Рафинирование Ni c примесями Mg и Cu в растворе H2SO4 (pH = 1)
Рафинирование – очистка металла от примесей с помощью электролиза. На аноде растворяется основной металл и примеси, потенциал которых отрицательнее основного металла. Примеси,
имеющие более положительный потенциал, не растворяются и выпадают в осадок в виде шлама. На катоде в первую очередь выделяется металл, имеющий наибольший потенциал.
Анод – очищаемый металл Ni c примесями Mg и Cu
На аноде могут окисляться: Ni, Mg, Cu и H2O
Сравним потенциалы возможных анодных процессов:
E P |
|
|
|
|
1, 23 0, 059 pH 1, 23 0, 059 1 1,171В |
O /OH |
|
|
|||
2 |
|
|
|
|
|
E0 2 |
|
/ Ni |
0, 25B |
||
Ni |
|
|
|||
E0 |
2 |
/ Mg |
2,363B |
||
Mg |
|
|
|
||
E0 2 |
/Cu |
|
0,337B |
||
Cu |
|
|
|
||
E0 2 |
/ Mg |
E0 2 |
/ Ni |
E0 2 |
/Cu |
EP |
Mg |
Ni |
Cu |
O /OH |
|||
|
|
|
|
|
|
2 |
Сначала окисляются примеси магния: Mg – 2ē → Mg2+
Затем окисляется основной металл – никель: Ni – 2ē → Ni2+
Примеси меди не растворяются и выпадают в осадок Молекулы воды не окисляются.
На катоде могут восстанавливаться катионы: Ni2+, Mg2+, H+.
Сравним потенциалы возможных катодных процессов:
EHP / H2 0, 059 pH 0, 059 1 0, 059В
ENi0 2 / Ni 0, 25B
EMg0 2 / Mg 2, 363B
В начале процесса, когда в растворе отсутствуют катионы Ni2+, на катоде идет восстановление катионов H+:
2H+ + 2ē →H2
Затем осаждается металл с наибольшим потенциалом (никель): Ni2+ + 2ē → Ni
Магний на катоде не осаждается, так как E0 |
2 |
/ Ni |
E0 2 |
/ Mg |
, разность потенциалов велика (>1В) |
|||||
|
|
|
|
Ni |
|
|
Mg |
|
||
I = 2A |
|
|
Общее количество электричества, пропущенного через электролизер: |
|||||||
|
|
|||||||||
τ = 100ч |
|
|
Qобщ I 2A 100ч 200А ч |
|
|
|||||
ВТ(Ni) = 98% = 0,98 |
|
|
Количество электричества, затраченное на образование никеля: |
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m(Ni) – ? |
|
|
QNi Qобщ BT (Ni) 200А ч 0,98 196А ч |
|||||||
|
|
|
|
|||||||
Масса выделяющегося на катоде никеля: |
|
|
|
|
|
|
||||
m(Ni) |
MЭ (Ni) QNi |
|
29,35г / моль 196А ч |
214, 6г |
|
|
||||
|
|
|
|
|||||||
|
F |
|
|
26,8 А ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
моль |
|
|
|
|
|
|
Задача 3
Медные провода (Cu)
Стандартный электродный потенциал меди: ECu0 2 /Cu 0,337B
Влажный морской воздух имеет нейтральную среду: pH = 7
Возможные окислители при коррозии в нейтральной среде: молекулы O2 (кислородная деполяризация), молекулы H2O (водородная деполяризация).
Парциальные давления газов: p(O2) = 0,21; p(H2) = 1
Определим равновесные потенциалы окислителей:
EP |
1, 23 0, 059 pH 0, 0147 lg p(O ) 1, 23 0, 059 7 0, 0147 lg 0, 21 0,807B |
||
O2 /OH |
|
|
2 |
|
|
|
|
EP |
0, 059 pH 0, 0295lg p(H |
2 |
) 0, 059 7 0, 0295lg1 0, 413B |
H / H2 |
|
|
|
|
|
|
|
В качестве анодного покрытия для медных проводов необходимо взять металл, потенциал которого меньше чем у меди, например цинк. EZn0 2 / Zn 0,763B
При нарушении анодного покрытия будет протекать электрохимическая коррозия, при которой цинк будет анодом и будет окисляться. Медь будет катодом и окисляться не будет Сравним равновесные потенциалы окислителей и стандартный электродный потенциал анода.
E0 |
2 |
|
EP |
|
|
; коррозия с водородной деполяризацией возможна |
Zn |
|
/ Zn |
H |
|
/ H2 |
|
E0 |
2 |
|
EP |
|
|
; коррозия с кислородной деполяризацией возможна |
Zn |
|
/ Zn |
O2 /OH |
|
||
Коррозионные процессы:
А(–): Zn – 2ē → Zn2+
2H |
2 |
O |
2ē H |
+2OH (водородная деполяризация) |
||||
|
|
|
|
|
2 |
|
||
K( ) : |
|
|
2H |
|
O 4ē 2OH (кислородная деполяризация) |
|||
|
O |
|
|
|||||
|
2 |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
||||
В качестве катодного покрытия для медных проводов необходимо взять металл, потенциал которого больше чем у меди, например серебро. EAg0 / Ag 0, 799B
При нарушении катодного покрытия будет протекать электрохимическая коррозия, при которой медь будет анодом и будет окисляться. Серебро будет катодом и окисляться не будет Сравним равновесные потенциалы окислителей и стандартный электродный потенциал анода.
E0 |
2 |
|
EP |
|
|
; коррозия с водородной деполяризацией невозможна |
Cu |
/Cu |
H |
/ H |
|
||
|
|
|
|
|
2 |
|
E0 |
|
|
EP |
|
|
; коррозия с кислородной деполяризацией возможна |
Cu2 /Cu |
O /OH |
|
||||
|
|
|
2 |
|
|
|
Коррозионные процессы:
А(–): Cu – 2ē → Cu2+
K( ) : O2 2H2O 4ē 2OH (кислородная деполяризация)