به دلیل پیدایش گاز خاصی که باعث سرفه سوزان فوری می شود. این مقاله شناسایی این گاز است. مقاله مملو از فرمول است. تعداد فرمول ها به دلیل ماهیت غیر پیش پا افتاده خود فرآیند الکترولیز و خود زنگ است. شیمیدانان و مهندسان شیمی، به تطابق کامل مقاله با واقعیت کمک کنید. این وظیفه شماست: در صورت خطر شیمیایی از "برادران کوچک" خود مراقبت کنید.

اجازه دهید آهن Fe 0 وجود داشته باشد:
- اگر روی زمین آب وجود نداشت، اکسیژن می رسید و اکسید می شد: 2Fe + O 2 = 2FeO (سیاه). اکسید بیشتر اکسید می شود: 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (قرمز-قهوه ای). FeO 2 وجود ندارد، اختراع دانش آموزان مدرسه است. اما Fe 3 O 4 (سیاه) کاملا واقعی است، اما مصنوعی: تامین بخار فوق گرم به آهن یا کاهش Fe 2 O 3 با هیدروژن در دمای حدود 600 درجه.
- اما روی زمین آب وجود دارد - در نتیجه، هر دو اکسید آهن و آهن تمایل دارند به پایه Fe(OH) 2 تبدیل شوند (سفید؟!. در هوا به سرعت تاریک می شود - آیا نکته زیر نیست): 2Fe + 2H 2 O + O 2 = 2Fe(OH) 2، 2FeO + H 2 O = 2Fe(OH) 2;
- حتی بدتر: برق روی زمین وجود دارد - همه مواد نام برده به دلیل وجود رطوبت و اختلاف پتانسیل (زوج گالوانیکی) تمایل دارند به پایه Fe(OH) 3 (قهوه ای) تبدیل شوند. 8Fe(OH) 2 + 4H 2 O + 2O 2 = 8Fe(OH) 3، Fe 2 O 3 + 3H 2 O = 2Fe(OH) 3 (آهسته). یعنی اگر آهن در یک آپارتمان خشک ذخیره شود، به آرامی زنگ می زند، اما نگه می دارد. افزایش رطوبت یا خیس شدن آن باعث بدتر شدن آن می شود، اما چسباندن آن به زمین واقعاً بد خواهد بود.

تهیه محلول برای الکترولیز نیز یک فرآیند جالب است:
- ابتدا تجزیه و تحلیل مواد موجود برای تهیه محلول ها انجام می شود. چرا خاکستر سودا و آب؟ خاکستر سودا Na 2 CO 3 حاوی فلز Na است که در تعدادی از پتانسیل های الکتریکی بسیار در سمت چپ هیدروژن قرار دارد - این بدان معنی است که در طول الکترولیز فلز در کاتد (در محلول، اما نه در مذاب) کاهش نمی یابد. ، و آب به هیدروژن و اکسیژن (در محلول) تجزیه می شود. تنها 3 نوع واکنش محلول وجود دارد: فلزات به شدت در سمت چپ هیدروژن احیا نمی شوند، فلزات ضعیف در سمت چپ هیدروژن با آزاد شدن H 2 و O 2 کاهش می یابند و فلزات سمت راست هیدروژن به سادگی احیا می شوند. در کاتد در اینجا، فرآیند آبکاری مس سطح قطعات در محلول CuSo 4، گالوانیزه در ZnCl 2، آبکاری نیکل در NiSO 4 + NiCl 2 و غیره است.
- خاکستر سودا را در آب در مکانی آرام، به آرامی و بدون تنفس رقیق کنید. بسته را با دست پاره نکنید، بلکه آن را با قیچی ببرید. پس از این، قیچی باید در آب قرار گیرد. هر یک از چهار نوع سودا (جوش شیرین، خاکستر سودا، سودا شستشو، سود سوزآور) رطوبت هوا را از بین می برد. ماندگاری آن اساساً با زمان انباشته شدن و جمع شدن رطوبت تعیین می شود. یعنی در یک ظرف شیشه ای ماندگاری برای همیشه است. همچنین، هر نوشابه زمانی که با آب و الکترولیز مخلوط می شود محلولی از هیدروکسید سدیم تولید می کند که تنها در غلظت NaOH متفاوت است.
- خاکستر سودا با آب مخلوط می شود، محلول مایل به آبی می شود. به نظر می رسد که یک واکنش شیمیایی رخ داده است، اما خیر: مانند نمک خوراکی و آب، محلول یک واکنش شیمیایی ندارد، بلکه فقط یک واکنش فیزیکی دارد: انحلال یک ماده جامد در یک حلال مایع ( اب). می توانید این محلول را بنوشید و دچار مسمومیت خفیف تا متوسط ​​شوید - هیچ چیز کشنده ای نیست. یا تبخیر کنید و خاکستر سودا را برگردانید.

انتخاب آند و کاتد یک وظیفه کامل است:
- توصیه می شود آند را به عنوان یک ماده بی اثر جامد انتخاب کنید (به طوری که از بین نرود، از جمله از اکسیژن، و در واکنش های شیمیایی شرکت نکند) - به همین دلیل است که فولاد ضد زنگ مانند آن عمل می کند (من بدعت های زیادی در مورد آن خواندم اینترنت، و تقریبا مسموم شد)؛
- آهن خالص است که کاتد است، در غیر این صورت زنگ به عنوان مقاومت بیش از حد بالای مدار الکتریکی عمل می کند. برای قرار دادن اتوی که قرار است کاملاً تمیز شود در محلول، باید آن را به آهن دیگری لحیم یا پیچ کنید. در غیر این صورت، خود فلز نگهدارنده آهن به عنوان ماده ای غیر خنثی و به عنوان بخشی از مدار با کمترین مقاومت در محلول شرکت می کند (اتصال موازی فلزات).
- هنوز مشخص نشده است، اما باید وابستگی جریان جریان و نرخ الکترولیز به سطح آند و کاتد وجود داشته باشد. یعنی یک پیچ فولادی ضد زنگ M5x30 ممکن است برای از بین بردن سریع زنگ از درب ماشین (برای درک پتانسیل کامل الکترولیز) کافی نباشد.

اجازه دهید یک آند و کاتد بی اثر را به عنوان مثال در نظر بگیریم: با در نظر گرفتن الکترولیز تنها یک محلول آبی. به محض اعمال ولتاژ، محلول شروع به تبدیل به محلول نهایی می کند: Na 2 CO 3 + 4H 2 O = 2NaOH + H 2 CO 3 + 2H 2 + O 2 . NaOH - هیدروکسید سدیم - قلیایی دیوانه، سود سوزآور، فردی کروگر در کابوس: کوچکترین تماس این ماده خشک با سطوح مرطوب (پوست، ریه، چشم و غیره) باعث درد جهنمی و سریع غیرقابل برگشت (اما در صورت خفیف شدن) می شود. سوختگی) ) آسیب. خوشبختانه، هیدروکسید سدیم در اسید کربنیک H 2 CO 3 و آب حل می شود. هنگامی که آب در نهایت توسط هیدروژن در کاتد و اکسیژن در آند تبخیر می شود، حداکثر غلظت NaOH در اسید کربنیک تشکیل می شود. شما مطلقاً نباید این محلول را بنوشید یا بو کنید، و همچنین نباید انگشتان خود را در آن بچسبانید (هرچه الکترولیز طولانی تر باشد، بیشتر می سوزد). می توانید لوله ها را با آن تمیز کنید، در حالی که فعالیت شیمیایی بالای آن را درک می کنید: اگر لوله ها پلاستیکی هستند، می توانید آنها را به مدت 2 ساعت نگه دارید، اما اگر آنها فلزی باشند (اتفاقاً) لوله ها شروع به خوردن می کنند: Fe + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2، Fe + H 2 CO 3 = FeCO 3 + H 2.

این اولین علت احتمالی گاز خفه کننده است، یک فرآیند فیزیکی و شیمیایی: اشباع هوا با محلول سود سوزآور غلیظ در اسید کربنیک (جوش حباب های اکسیژن و هیدروژن به عنوان حامل). در کتاب های قرن نوزدهم از اسید کربنیک به عنوان یک ماده سمی (در مقادیر زیاد) استفاده می شود. به همین دلیل است که رانندگانی که باتری را در داخل خودرو نصب می‌کنند توسط اسید سولفوریک (در اصل همان الکترولیز) آسیب می‌بینند: در طول فرآیند جریان بیش از حد روی باتری بسیار تخلیه شده (ماشین محدودیت جریان ندارد)، الکترولیت برای مدت کوتاهی می‌جوشد. اسید سولفوریک همراه با اکسیژن و هیدروژن به داخل کابین خارج می شود. اگر اتاق کاملاً آب بندی شده باشد، به دلیل مخلوط اکسیژن-هیدروژن (گاز انفجاری)، می توانید با تخریب اتاق ضربه خوبی به دست آورید. ویدئو نشان می دهد انفجار در مینیاتور: آب تحت تأثیر مس مذاب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود و فلز بیش از 1100 درجه است (می توانم تصور کنم اتاقی که کاملاً از آن پر شده است چگونه بوی بد می دهد) ... درباره علائم استنشاق NaOH: سوزش سوزش، درد گلو، سرفه، مشکل در تنفس، تنگی نفس؛ علائم ممکن است به تعویق بیفتد. کاملاً مناسب به نظر می رسد.
در عین حال، ولادیمیر ورنادسکی می نویسد که زندگی روی زمین بدون اسید کربنیک حل شده در آب غیرممکن است.

کاتد را با یک قطعه آهن زنگ زده جایگزین می کنیم. یک سری کامل از واکنش های شیمیایی خنده دار شروع می شود (و اینجاست، بورشت!):
- زنگ زدگی Fe(OH) 3 و Fe(OH) 2، به عنوان باز، شروع به واکنش با اسید کربنیک (رها شده در کاتد)، تولید سیدریت (قرمز قهوه ای): 2Fe(OH) 3 + 3H 2 CO 3 = 6H می کنند. 2 O + Fe 2 (CO3) 3، Fe(OH) 2 + H 2 CO 3 = FeCO 3 + 2 (H 2 O). اکسیدهای آهن در واکنش با اسید کربنیک شرکت نمی کنند، زیرا حرارت قوی وجود ندارد و اسید ضعیف است. همچنین الکترولیز باعث کاهش آهن در کاتد نمی شود، زیرا این پایه ها راه حل نیستند و آند آهن نیست.
- سود سوزآور، به عنوان پایه، با بازها واکنش نشان نمی دهد. شرایط لازم برای Fe(OH) 2 (هیدروکسید آمفوتریک): NaOH>50% + جوشیدن در اتمسفر نیتروژن (Fe(OH) 2 + 2NaOH = Na2). شرایط لازم برای Fe(OH) 3 (هیدروکسید آمفوتریک): همجوشی (Fe(OH) 3 + NaOH = NaFeO 2 + 2H 2 O). شرایط لازم برای FeO: 400-500 درجه (FeO+4NaOH=2H 2 O+Na 4 FeO 3). یا شاید واکنشی با FeO وجود دارد؟ FeO + 4NaOH = Na 4 FeO 3 + 2H 2 O - اما فقط در دمای 400-500 درجه. خوب، شاید هیدروکسید سدیم مقداری از آهن را از بین ببرد و زنگ زدگی از بین برود؟ اما در اینجا یک مشکل وجود دارد: Fe + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 - اما زمانی که در جو نیتروژن در حال جوشیدن است. چرا محلول سود سوزآور بدون الکترولیز زنگ زدگی را از بین می برد؟ اما به هیچ وجه آن را حذف نمی کند (من محلول شفاف سود سوزآور را از Auchan خارج کردم). چربی را از بین می برد و در مورد من با یک تکه ماتیز رنگ و آستر را حل می کند (مقاومت پرایمر در برابر NaOH در ویژگی های عملکرد آن است) - که سطح آهن تمیز را در معرض دید قرار می دهد ، زنگ زدگی به سادگی ناپدید می شود. نتیجه گیری: خاکستر سودا فقط برای تولید اسید از طریق الکترولیز مورد نیاز است، که فلز را تمیز می کند و با سرعتی سریع زنگ می زند. به نظر می رسد که هیدروکسید سدیم فایده ای ندارد (اما با زباله های موجود در کاتد واکنش داده و آن را تمیز می کند).

درباره مواد شخص ثالث پس از الکترولیز:
- محلول رنگ خود را تغییر داد و "کثیف" شد: با بازهای واکنش نشان داده Fe(OH) 3، Fe(OH) 2.
- پلاک سیاه روی اتو اولین فکر: کاربید آهن Fe 3 C (کاربید تری آهن، سمنتیت)، نامحلول در اسیدها و اکسیژن. اما شرایط یکسان نیست: برای به دست آوردن آن باید دمای 2000 درجه را اعمال کنید. و در واکنش های شیمیایی کربن آزاد برای پیوستن به آهن وجود ندارد. فکر دوم: یکی از هیدریدهای آهن (اشباع آهن با هیدروژن) - اما این نیز نادرست است: شرایط به دست آوردن یکسان نیست. و بعد آمد: اکسید آهن FeO، اکسید بازی با اسید یا هیدروکسید سدیم واکنش نمی دهد. و همچنین Fe 2 O 3. و هیدروکسیدهای آمفوتریک در لایه های بالای اکسیدهای اصلی قرار دارند و از فلز در برابر نفوذ بیشتر اکسیژن محافظت می کنند (آنها در آب حل نمی شوند و از دسترسی آب و هوا به FeO جلوگیری می کنند). می توانید قطعات تمیز شده را در اسید سیتریک قرار دهید: Fe 2 O 3 + C 6 H 8 O 7 = 2FeO + 6CO + 2H 2 O + 2H 2 (توجه ویژه به آزاد شدن مونوکسید کربن و این واقعیت که اسید و فلز می خورند در تماس) - و FeO با یک برس معمولی حذف می شود. و اگر اکسید بالاتر مونوکسید کربن را بدون سوختن گرم کنید، آهن را کاهش می دهد: Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 .
- تکه های سفید در محلول: نمک های خاصی که در طول الکترولیز در آب یا اسید نامحلول هستند.
- مواد دیگر: آهن در ابتدا "کثیف" است، آب در ابتدا تقطیر نمی شود، انحلال آند.

دومین علت احتمالی "گاز" خفه کننده یک فرآیند فیزیکی و شیمیایی است: آهن، به عنوان یک قاعده، خالص نیست - با گالوانیزه، پرایمر و سایر مواد خارجی. و آب - با مواد معدنی، سولفات ها و غیره. واکنش آنها در طول الکترولیز غیرقابل پیش بینی است؛ هر چیزی می تواند در هوا آزاد شود. با این حال، قطعه من بسیار کوچک بود (0.5x100x5)، و آب لوله کشی (معدنی ضعیف) - این دلیل بعید است. همچنین، ایده وجود مواد خارجی در خاکستر سودا ناپدید شده است: فقط این روی بسته بندی نشان داده شده است.

سومین علت احتمالی گاز خفگی یک فرآیند شیمیایی است. اگر کاتد ترمیم شود، آند باید با اکسیداسیون از بین برود، اگر بی اثر نباشد. فولاد ضد زنگ حاوی حدود 18 درصد کروم است. و این کروم، هنگامی که از بین می رود، به شکل کروم شش ظرفیتی یا اکسید آن (CrO 3، انیدرید کرومیک، مایل به قرمز - بعداً در مورد آن صحبت خواهیم کرد) وارد هوا می شود، یک سم قوی و سرطان زا با کاتالیز تاخیری سرطان ریه. دوز کشنده 0.08 گرم بر کیلوگرم. بنزین را در دمای اتاق مشتعل می کند. هنگام جوشکاری فولاد ضد زنگ آزاد می شود. نکته ترسناک این است که علائم مشابه هیدروکسید سدیم هنگام استنشاق است. و هیدروکسید سدیم در حال حاضر مانند یک حیوان بی ضرر به نظر می رسد. با قضاوت بر اساس شرح موارد حداقل آسم برونش، شما باید به مدت 9 سال به عنوان سقف‌ساز کار کنید و این سم را تنفس کنید. با این حال، یک اثر تاخیری واضح توصیف شده است - یعنی می تواند 5 و 15 سال پس از یک مسمومیت منفرد شلیک کند.

چگونه می توان بررسی کرد که آیا کروم از فولاد ضد زنگ آزاد شده است (جایی که - سوال باقی می ماند). پس از واکنش، پیچ در مقایسه با همان پیچ از همان دسته براق تر شد - یک علامت بد. همانطور که مشخص شد، فولاد ضد زنگ تا زمانی که اکسید کروم به شکل یک پوشش محافظ وجود دارد، وجود دارد. اگر اکسید کروم در طی الکترولیز توسط اکسیداسیون از بین برود، به این معنی است که چنین پیچ و مهره ای شدیدتر زنگ می زند (آهن آزاد واکنش نشان می دهد و سپس کروم موجود در فولاد ضد زنگ دست نخورده به CrO اکسید می شود). بنابراین، من همه شرایط را برای زنگ زدن دو پیچ ایجاد کردم: آب نمک و دمای محلول 60-80 درجه. فولاد ضد زنگ درجه A2 12Х18Н9 (Х18Н9): حاوی 17-19٪ کروم است (و در آلیاژهای آهن ضد زنگ و نیکل حتی کروم بیشتری تا 35٪ وجود دارد). یکی از پیچ ها در چندین جا زنگ زده است، همه جاهایی که در ناحیه تماس فولاد ضد زنگ و محلول است! قرمزترین رنگ در امتداد خط تماس با محلول است.

و خوشحالی من این است که قدرت فعلی در آن زمان فقط 0.15 آمپر در هنگام الکترولیز بود، آشپزخانه بسته بود و پنجره در آن باز بود. این به وضوح در ذهن من حک شد: فولاد ضد زنگ را از الکترولیز حذف کنید یا آن را در یک منطقه باز و در فاصله انجام دهید (فولاد ضد زنگ بدون کروم وجود ندارد، این عنصر آلیاژی آن است). از آنجا که فولاد ضد زنگ در طول الکترولیز یک آند بی اثر نیست: اکسید کروم سمی را حل می کند و آزاد می کند. شیمیدان های کاناپه، قبل از اینکه کسی بمیرد از نصیحت شما به دیوار ضربه بزنید!سوال باقی می ماند: به چه شکل، چقدر و کجا. اما با در نظر گرفتن آزاد شدن اکسیژن خالص در آند، CrO از قبل به اکسید میانی Cr 3 O 2 (همچنین سمی، MPC 0.01 mg/m 3) و سپس به اکسید بالاتر CrO 3: 2Cr 2 O 3 اکسید می شود. + 3O 2 = 4CrO3. مورد دوم یک فرض باقی می ماند (محیط قلیایی مورد نیاز وجود دارد، اما گرمای بالایی برای این واکنش لازم است)، اما بهتر است در سمت امن باشید. حتی انجام آزمایش خون و ادرار برای کروم دشوار است (در لیست قیمت ها گنجانده نشده است، حتی در یک آزمایش خون عمومی گسترده گنجانده نشده است).

الکترود بی اثر - گرافیت. باید به انبار واگن برقی بروید و برس های دور ریخته شده را بردارید. زیرا حتی در Aliexpress 250 روبل در هر پین است. و این ارزانترین الکترود بی اثر است.

و در اینجا یک مثال واقعی دیگر وجود دارد که لوازم الکترونیکی مبل منجر به تلفات مواد شد. و به دانش درست، واقعا. همانطور که در این مقاله است. مزایای صحبت مبل بیکار؟ - بعید است، آنها ویران کنند. و شما باید بعد از آنها پاک کنید.

من به اولین دلیل برای "گاز" خفه کننده تمایل دارم: تبخیر در هوا محلول هیدروکسید سدیم در اسید کربنیک. از آنجا که با اکسیدهای کروم از ماسک‌های گاز شلنگی با منبع هوای مکانیکی استفاده می‌کنند - من در RPG-67 رقت‌انگیز خود خفه می‌شدم، اما نفس کشیدن در آن در کانون زلزله به طرز چشمگیری آسان‌تر بود.
چگونه اکسید کروم در هوا را بررسی کنیم؟ فرآیند تجزیه آب را در محلول خالص خاکستر سودا روی یک آند گرافیتی (آن را از یک مداد انتخاب کنید، اما هر مدادی حاوی یک میله گرافیت خالص نیست) و یک کاتد آهن شروع کنید. و در عرض 2.5 ساعت دوباره هوای آشپزخانه را تنفس کنید. منطقی؟ تقریباً: علائم سود سوزآور و اکسید کروم شش ظرفیتی یکسان است - وجود سود سوزآور در هوا عدم وجود بخار کروم شش ظرفیتی را ثابت نمی کند. با این حال، عدم وجود بو بدون فولاد ضد زنگ به وضوح نشان دهنده وجود کروم شش ظرفیتی خواهد بود. چک کردم، بویی به مشام رسید - عبارتی با امید "هور! من سود سوزآور تنفس کردم، نه کروم شش ظرفیتی!"شما می توانید جوک بگویید.

چه چیز دیگری را فراموش کردید:
- چگونه اسید و قلیایی با هم در یک ظرف وجود دارند؟ در تئوری، نمک و آب باید ظاهر شوند. در اینجا یک نکته بسیار ظریف وجود دارد که فقط به صورت تجربی قابل درک است (من آن را آزمایش نکرده ام). اگر تمام آب را در حین الکترولیز تجزیه کنید و محلول را از نمک های موجود در رسوب جدا کنید - گزینه 2: آنچه باقی می ماند یا محلولی از سود سوزآور است یا سود سوزآور با اسید کربنیک. اگر دومی در ترکیب باشد، آزاد شدن نمک در شرایط عادی و رسوب خاکستر سودا آغاز می شود: 2NaOH + H 2 CO 3 = Na 2 CO 3 + 2H 2 O. مشکل این است که حل می شود. بلافاصله در آب - حیف است، نمی توانید آن را بچشید و آن را با محلول اصلی مقایسه کنید: ناگهان سود سوزآور کاملاً واکنش نشان نداده است.
- آیا اسید کربنیک با خود آهن تداخل دارد؟ سوال جدی است، زیرا ... تشکیل اسید کربنیک دقیقاً در کاتد اتفاق می افتد. می توانید با ایجاد محلول غلیظ تر و انجام الکترولیز بررسی کنید تا زمانی که یک قطعه نازک فلز کاملاً حل شود (بررسی نشده است). الکترولیز روشی ملایم‌تر برای از بین بردن زنگ زدگی نسبت به حکاکی اسیدی است.
- علائم استنشاق گاز انفجاری چیست؟ بدون + بدون بو، بدون رنگ.
- آیا سود سوزآور و اسید کربنیک با پلاستیک واکنش نشان می دهند؟ الکترولیز یکسان را در ظروف پلاستیکی و شیشه ای انجام دهید و کدورت محلول و شفافیت سطح ظرف را مقایسه کنید (من آن را روی شیشه آزمایش نکردم). پلاستیک - در مکان های تماس با محلول کمتر شفاف شده است. اما معلوم شد که اینها نمک هایی هستند که به راحتی با انگشت پاک می شوند. بنابراین، پلاستیک درجه مواد غذایی با محلول واکنش نشان نمی دهد. شیشه برای ذخیره قلیاها و اسیدهای غلیظ استفاده می شود.

اگر گاز سوزاننده زیادی استنشاق کرده اید، صرف نظر از اینکه NaOH یا CrO 3 باشد، باید "یونیتیول" یا داروی مشابهی مصرف کنید. و قاعده کلی اعمال می شود: مهم نیست که چه مسمومیتی رخ می دهد، مهم نیست که قدرت و منشا آن چیست، اگر کلیه های شما اجازه می دهد، در 1-2 روز آینده آب زیادی بنوشید. وظیفه: حذف سم از بدن، و اگر استفراغ یا خلط این کار را انجام نداد، به کبد و سیستم ادراری فرصت بیشتری برای انجام این کار بدهید.

آزاردهنده ترین چیز این است که این همه برنامه درسی کلاس نهم است. لعنتی، من 31 ساله هستم - و در آزمون یکپارچه دولتی قبول نمی شوم ...

الکترولیز جالب است زیرا زمان را به عقب برمی گرداند:
- محلول NaOH و H2CO3 در شرایط عادی منجر به تشکیل خاکستر سودا می شود، اما الکترولیز این واکنش را وارونه می کند.
- آهن در شرایط طبیعی اکسید می شود، اما در طول الکترولیز کاهش می یابد.
- هیدروژن و اکسیژن به هر طریقی با هم ترکیب می شوند: با هوا مخلوط می شوند، می سوزند و آب می شوند، جذب می شوند یا با چیزی واکنش می دهند. برعکس، الکترولیز گازهایی از مواد مختلف را به شکل خالص آنها تولید می کند.
یک ماشین زمان محلی، نه کمتر: موقعیت مولکول های مواد را به حالت اولیه خود باز می گرداند.

با توجه به فرمول های واکنش، محلول پودر سود سوزآور در هنگام ایجاد و الکترولیز خطرناک تر است، اما در شرایط خاص موثرتر است:
- برای الکترودهای بی اثر: NaOH + 2H 2 O = NaOH + 2H 2 + O 2 (محلول منبعی از هیدروژن و اکسیژن خالص بدون ناخالصی است).
- با مواد آلی شدیدتر واکنش می دهد، اسید کربنیک وجود ندارد (چربی زدا سریع و ارزان).
- اگر آهن را به عنوان آند مصرف کنید، در آند شروع به حل شدن می کند و در کاتد کاهش می یابد و در غیاب اسید کربنیک، لایه آهن روی کاتد ضخیم می شود. این روشی برای بازیابی مواد کاتد یا پوشش دادن آن با فلز دیگری در زمانی است که هیچ محلولی با فلز مورد نظر در دست نیست. به گفته آزمایشگران، اگر آند در مورد خاکستر سودا از آهن ساخته شده باشد، حذف زنگ نیز سریعتر انجام می شود.
- اما غلظت NaOH در هوا در هنگام تبخیر بیشتر خواهد بود (هنوز باید تصمیم بگیرید که چه چیزی خطرناک تر است: اسید کربنیک با سود سوزآور یا رطوبت با سود سوزآور).

قبلاً در مورد آموزش و پرورش نوشتم که زمان زیادی در مدرسه و دانشگاه تلف می شود. این مقاله این نظر را تغییر نمی دهد، زیرا یک فرد معمولی در زندگی نیازی به ماتان، شیمی آلی یا فیزیک کوانتومی نخواهد داشت (فقط در محل کار، و زمانی که 10 سال بعد به ماتان نیاز داشتم، دوباره آن را یاد گرفتم، چیزی به خاطر نداشتم همه). اما شیمی معدنی، مهندسی برق، قوانین فیزیکی، روسی و زبان های خارجی - این چیزی است که باید در اولویت باشد (ما همچنین باید روانشناسی تعامل جنسیتی و مبانی بی خدایی علمی را معرفی کنیم). در حال حاضر، من در دانشکده الکترونیک درس نخواندم. و سپس بام، این اتفاق افتاد - و من استفاده از Visio را یاد گرفتم و MultiSim و برخی از نمادهای عنصر و غیره را یاد گرفتم. حتی اگر در دانشکده روانشناسی درس می خواندم، نتیجه همان می شد: گیر افتادن در زندگی - کمی در آن - آن را فهمیدم. اما اگر در مدرسه تاکید بر علوم طبیعی و زبان ها تقویت می شد (و به جوانان توضیح می دادند که چرا تقویت می شود) زندگی آسان تر می شد. هم در مدرسه و هم در مؤسسه شیمی: آنها در مورد الکترولیز (نظریه بدون تمرین) صحبت کردند، اما در مورد سمیت بخارات صحبت نکردند.

در نهایت، نمونه ای از تولید گازهای خالص (با استفاده از الکترودهای بی اثر): 2LiCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2LiOH. یعنی ابتدا خود را با کلر خالص مسموم می کنیم و سپس با هیدروژن منفجر می شویم (دوباره به بحث ایمنی مواد آزاد شده). اگر محلولی از CuSO 4 وجود داشت و کاتد آن آهن بود، فلز از پایه خارج می شد و یک باقیمانده اسیدی حاوی اکسیژن SO4 2- باقی می ماند، در واکنش ها شرکت نمی کند. اگر باقیمانده اسیدی حاوی اکسیژن نباشد، به مواد ساده تجزیه می شود (همانطور که در مثال C 1 - آزاد شده به عنوان Cl 2 مشاهده می شود).

(اضافه شده در 2016/05/24)اگر برای واکنش متقابل آنها نیاز به جوشاندن NaOH با زنگ زدگی دارید - چرا که نه؟ نیتروژن موجود در هوا 80 درصد است. راندمان زدودن زنگ به طور قابل توجهی افزایش می یابد، اما پس از آن این فرآیند باید در فضای باز انجام شود.

در مورد هیدروژناسیون فلز (افزایش شکنندگی): هیچ فرمول یا نظر کافی در مورد این موضوع پیدا نکردم. در صورت امکان، من فلز را برای چند روز الکترولیز می کنم و یک معرف اضافه می کنم و سپس با چکش می زنم.

(اضافه شده در 2016/05/27)گرافیت را می توان از باتری نمک استفاده شده جدا کرد. اگر سرسختانه در برابر جدا کردن قطعات مقاومت می کند، آن را به شکل معیوب تغییر شکل دهید.

(اضافه شده در 1395/06/10)هیدروژناسیون فلز: H + + e - = H adc. تبلیغات H + H تبلیغات = H 2، که در آن ADS جذب است. اگر فلزی تحت شرایط لازم این توانایی را داشته باشد که هیدروژن را در خود حل کند (این عدد است!) آنگاه آن را در خود حل می کند. شرایط وقوع برای آهن کشف نشده است، اما برای فولاد در کتاب A.V. Schrader توضیح داده شده است. "تاثیر هیدروژن بر تجهیزات شیمیایی و نفتی." در شکل 58 ص 108 نمودار نام تجاری 12Х18Н10Т وجود دارد: در فشار قابل مقایسه با فشار اتمسفر و دمای 300-900 درجه: 30-68 سانتی متر 3 / کیلوگرم. شکل 59 وابستگی های سایر گریدهای فولادی را نشان می دهد. فرمول کلی هیدروژناسیون فولاد: Ks = K 0 e -∆H/2RT، که در آن K 0 ضریب پیش نمایی 1011 لیتر بر مول بر ثانیه است، ∆H گرمای انحلال فولاد ~1793K است، R است. ثابت گاز جهانی 8.3144598 J/(mol · K)، T - دمای متوسط. در نتیجه، در دمای اتاق 300 کلوین، Ks = 843 L/mol داریم. عدد صحیح نیست، باید پارامترها را دوباره بررسی کنید.

(اضافه شده در 1395/06/12)اگر سود سوزآور بدون دمای بالا با فلزات تعامل نداشته باشد، چربی‌زدای ایمن (برای فلز) برای پالت‌ها، گلدان‌ها و چیزهای دیگر (آهن، مس، فولاد ضد زنگ - اما نه آلومینیوم، تفلون، تیتانیوم، روی) است.

با الهام - توضیحات. ضریب پیش نمایی K 0 در محدوده 2.75-1011 l/mol s قرار دارد؛ این یک مقدار ثابت نیست. محاسبه آن برای فولاد ضد زنگ: 10 13 · C m 2/3، که در آن C m چگالی اتمی فولاد است. چگالی اتمی فولاد ضد زنگ 8 · 10 22 at/cm 3 - K 0 = 37132710668902231139280610806.786 at/cm 3 = - و سپس همه چیز گیر کرده است.

اگر به نمودارهای شریدر دقت کنید، می توانید یک نتیجه تقریبی در مورد هیدروژنه شدن فولاد در HC بدست آورید (کاهش دما به میزان 2 برابر، روند را 1.5 برابر کند می کند): تقریباً 5.93 سانتی متر مکعب بر کیلوگرم در 18.75 درجه سانتیگراد - اما زمان نفوذ به فلز چنین حجمی نشان داده نشده است. در کتاب سوخوتین A.M.، Zotikov V.S. "مقاومت شیمیایی مواد. هندبوک" در صفحه 95 در جدول 8 نشان دهنده تاثیر هیدروژن بر استحکام طولانی مدت فولادها است. درک این موضوع را ممکن می سازد که هیدروژنه شدن فولادها با هیدروژن تحت فشار 150-460 اتمسفر، حد استحکام طولانی مدت را حداکثر تا 1.5 برابر در یک دوره 1000-10000 ساعت تغییر می دهد. بنابراین نباید هیدروژنه شدن فولادها در حین الکترولیز در HC را به عنوان یک عامل مخرب در نظر گرفت.

(اضافه شده در 1395/06/17)یک راه خوب برای جدا کردن باتری: قاب را صاف نکنید، بلکه آن را مانند یک جوانه لاله باز کنید. از ورودی مثبت، قطعات سیلندر را تکه تکه به سمت پایین خم کنید - ورودی مثبت برداشته می شود، میله گرافیت در معرض دید قرار می گیرد - و به آرامی با انبردست پیچ را باز کنید.

(اضافه شده در 2016/06/22)راحت ترین باتری ها برای جداسازی، باتری های آشانوف هستند. و سپس در برخی از مدل ها 8 دایره پلاستیکی برای ثابت کردن میله گرافیتی وجود دارد - بیرون کشیدن آن دشوار می شود و شروع به خرد شدن می کند.

(اضافه شده در 2016/07/05)تعجب: میله گرافیت خیلی سریعتر از آند فلزی شکسته می شود: به معنای واقعی کلمه در چند ساعت. اگر سمیت را فراموش کردید، استفاده از فولاد ضد زنگ به عنوان آند راه حل بهینه است. نتیجه گیری از کل این داستان ساده است: الکترولیز باید فقط در هوای آزاد انجام شود. اگر بالکن باز در این نقش وجود دارد، پنجره ها را باز نکنید، بلکه سیم ها را از درزگیر لاستیکی درب عبور دهید (فقط سیم ها را با در فشار دهید). با در نظر گرفتن جریان در حین الکترولیز تا 8 آمپر (نظر اینترنتی) و تا 1.5 آمپر (تجربه من)، و همچنین حداکثر ولتاژ PSU PC 24 ولت، سیم باید در 24 ولت / 11 آمپر درجه بندی شود - این عایق است. سیم با مقطع 0.5mm 2.

اکنون در مورد اکسید آهن در قسمتی که قبلاً پردازش شده است. قسمت هایی وجود دارد که برای پاک کردن رسوبات سیاه (یا یک شی در حال بازسازی، زمانی که نمی توانید سطح را با برس آهنی مالش دهید) به سختی می توان به آنها دست یافت. هنگام تجزیه و تحلیل فرآیندهای شیمیایی، به روشی برای حذف آن با اسید سیتریک برخورد کردم و آن را امتحان کردم. در واقع، با FeO نیز کار می کند - پلاک ظرف 4 ساعت در دمای اتاق ناپدید / خرد شد و محلول سبز شد. اما این روش کمتر ملایم تلقی می شود، زیرا اسید و فلز از بین می روند (نمی توان بیش از حد نوردهی کرد، نظارت مداوم). بعلاوه، شستشوی نهایی با محلول سودا مورد نیاز است: در غیر این صورت اسید باقیمانده فلز موجود در هوا را از بین می برد و شما یک پوشش نامطلوب خواهید داشت (ابله برای صابون). و باید مراقب باشید: اگر 6CO با Fe 2 O 3 آزاد شود، پیش بینی آنچه که با FeO آزاد می شود دشوار است (یک اسید آلی). فرض بر این است که FeO + C 6 H 8 O 7 = H 2 O + FeC 6 H 6 O 7 (تشکیل سیترات آهن) - اما من گاز نیز آزاد می کنم (3Fe + 2C 6 H 8 O 7 → Fe 3 (C 6 H 5 O 7) 2 + 3H 2). آنها همچنین می نویسند که اسید سیتریک در نور و دما تجزیه می شود - من نمی توانم واکنش درستی پیدا کنم.

(اضافه شده در 2016/07/06)من اسید سیتریک را روی یک لایه ضخیم زنگ روی ناخن امتحان کردم - در 29 ساعت حل شد. همانطور که انتظار داشتم: اسید سیتریک به طور خاص برای پس از تصفیه فلز مناسب است. برای تمیز کردن زنگ غلیظ: از غلظت بالای اسید سیتریک، دمای بالا (تا جوش)، هم زدن مکرر استفاده کنید - برای سرعت بخشیدن به روند، که ناخوشایند است.

در عمل، یک محلول خاکستر سودا پس از الکترولیز به سختی بازسازی می شود. مشخص نیست: آب اضافه کنید یا سودا اضافه کنید. افزودن نمک خوراکی به عنوان کاتالیزور محلول را کاملاً از بین برد + آند گرافیت تنها در یک ساعت فرو ریخت.

کل: زنگ درشت با الکترولیز حذف می شود، FeO با اسید سیتریک حکاکی می شود، قسمت با محلول سودا شسته می شود - و تقریبا آهن خالص به دست می آید. گاز هنگام واکنش با اسید سیتریک - CO 2 (دکربوکسیلاسیون اسید سیتریک)، یک پوشش تیره روی آهن - سیترات آهن (به راحتی تمیز می شود، هیچ عملکرد محافظتی را انجام نمی دهد، محلول در آب گرم است).

در تئوری، این روش‌های حذف اکسیدها برای بازیابی سکه‌ها ایده‌آل هستند. مگر اینکه نسبت‌های ضعیف‌تری از معرف‌ها برای غلظت‌های محلول کمتر و جریان‌های کمتر مورد نیاز باشد.

(اضافه شده در 2016/07/09)آزمایش هایی با گرافیت انجام داد. در طول الکترولیز خاکستر سودا است که به سرعت از بین می رود. گرافیت کربن است، وقتی در زمان الکترولیز حل شود، می تواند با فولاد واکنش دهد و کاربید آهن Fe 3 C را رسوب دهد. شرط 2000 درجه برآورده نمی شود، اما الکترولیز NU نیست.

(اضافه شده در 1395/07/10)هنگام الکترولیز خاکستر سودا با استفاده از میله های گرافیتی، ولتاژ نباید بیش از 12 ولت افزایش یابد. ممکن است مقدار کمتری مورد نیاز باشد - مراقب زمان شکست گرافیت در ولتاژ خود باشید.

(اضافه شده در 1395/07/17)روشی برای زدودن زنگ موضعی کشف کرد.

(اضافه شده در 2016/07/25)به جای اسید سیتریک، می توانید از اسید اگزالیک استفاده کنید.

(اضافه شده در 2016/07/29)نمرات فولاد A2، A4 و غیره با حروف انگلیسی نوشته شده است: وارداتی و از کلمه "آستنیتیک".

(اضافه شده 10/11/2016)به نظر می رسد که 1 نوع زنگ دیگر وجود دارد: متا هیدروکسید آهن FeO(OH). هنگامی که آهن در زمین دفن می شود تشکیل می شود. در قفقاز از این روش زنگ زدگی آهن نواری برای اشباع آن با کربن استفاده کردند. پس از 10-15 سال، فولاد پر کربن حاصل تبدیل به سابر شد.

ایجاد آهن (بخوانید چدن و ​​فولاد) با الکترولیز به جای ذوب معمولی می تواند از انتشار یک میلیارد تن دی اکسید کربن در جو در هر سال جلوگیری کند. دونالد سادووی از مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) می گوید که روشی سبز برای تولید آهن با الکترولیز اکسیدهای آن را توسعه داده و آزمایش کرده است.

اگر فرآیند نشان‌داده‌شده در آزمایشگاه بزرگ‌تر می‌شد، می‌توانست نیاز به ذوب معمولی را که به ازای هر تن فولاد تولید شده، تقریباً یک تن دی‌اکسید کربن در جو آزاد می‌کند، از بین ببرد.

در تکنولوژی معمولی، سنگ آهن با کک ترکیب می شود. کک با آهن واکنش می دهد و CO 2 و مونوکسید کربن تولید می کند و یک آلیاژ آهن-کربن به نام چدن بر جای می گذارد که سپس می تواند به فولاد ذوب شود.

در روش سادووی، سنگ آهن با یک حلال - سیلیس و آهک زنده - در دمای 1600 درجه سانتیگراد مخلوط می شود و جریان الکتریکی از مخلوط عبور می کند.

یون های اکسیژن با بار منفی به آند با بار مثبت مهاجرت می کنند، جایی که اکسیژن از آن خارج می شود. یون‌های آهن با بار مثبت به کاتد با بار منفی مهاجرت می‌کنند و در آنجا به آهن تبدیل می‌شوند که در پایه سلول جمع‌آوری شده و به بیرون پمپاژ می‌شود.

فرآیند مشابهی در تولید آلومینیوم استفاده می‌شود (و به مقدار مناسبی الکتریسیته نیاز دارد)، که اکسید آن به حدی پایدار است که در واقع نمی‌توان آن را توسط کربن در کوره بلند کاهش داد، که مثلاً چدن تولید می‌کند. و واضح است که صنعت فولاد هرگز دلیلی برای روی آوردن به الکترولیز سنگ آهن نداشته است، زیرا به راحتی توسط کربن کاهش می یابد.

اما اگر دولت‌ها در سراسر جهان شروع به اعمال مالیات‌های بالاتر بر انتشار گازهای گلخانه‌ای – به ویژه دی اکسید کربن – کنند، روش جدیدی برای تولید چدن می‌تواند جذاب‌تر شود. درست است، از تاسیسات آزمایشگاهی از این نوع تا تاسیسات صنعتی، همانطور که دانشمندان تخمین می زنند، 10-15 سال طول می کشد.

نویسنده مقاله می گوید بزرگترین مانع، یافتن یک ماده کاربردی برای آند است. او در آزمایشات خود از آند ساخته شده از گرافیت استفاده کرد. اما، متأسفانه، کربن با اکسیژن واکنش می دهد و به اندازه ذوب معمولی آهن، دی اکسید کربن در هوا آزاد می کند.

به عنوان مثال، آندهای پلاتین ایده آل برای تولید در مقیاس بزرگ بسیار گران هستند. اما ممکن است راهی برای خروج وجود داشته باشد - در انتخاب برخی از آلیاژهای فلزی مقاوم که یک فیلم اکسید را روی سطح بیرونی خود تشکیل می دهند، اما همچنان جریان الکتریسیته را انجام می دهند. از سرامیک های رسانا نیز می توان استفاده کرد.

مشکل دیگر این است که در فرآیند جدید برق زیادی مصرف می شود - تقریباً 2 هزار کیلووات ساعت در هر تن آهن تولید شده. بنابراین، مفهوم اقتصادی و حتی زیست محیطی در روش جدید تولید چدن تنها به شرطی ظاهر می شود که این الکتریسیته به روشی سازگار با محیط زیست و در عین حال ارزان و بدون انتشار دی اکسید کربن تولید شود. خود نویسنده روش نیز به این امر اذعان دارد.

گریدهای صنعتی آهن فنی خالص (نوع آرمکو) که به روش پیرومتالورژیکی به دست می‌آیند دارای درجه خلوص 99.75-99.85 درصد هستند. حذف بیشتر ناخالصی های عمدتا غیر فلزی (C، O، S، P، N) موجود در این آهن با ذوب مجدد ویژه در خلاء زیاد یا بازپخت در اتمسفر هیدروژن خشک امکان پذیر است. با این حال، حتی پس از چنین تصفیه، محتوای ناخالصی آهن به 2000-1500 ppm می رسد که ناخالصی های اصلی آن C، P، S، منگنز و O است.
آهن با درجه خلوص بالاتر با روش های الکترولیتی و شیمیایی به دست می آید، اما همچنین نیاز به تصفیه پیچیده اضافی دارد.
با روش های الکترولیتی، آهن به ترتیب از محلول های غلیظ یا غلیظ کلرید آهن یا سولفات به ترتیب در چگالی جریان کم و دمای اتاق یا چگالی بالا و دمای حدود 100 درجه به دست می آید.
طبق یکی از روش ها، آهن از محلولی با ترکیب زیر، گرم در لیتر: 45-60 Fe2+ (به شکل FeCl2)، 5-10 BaCl2 و 15 NaHCOs رسوب داده شد. صفحات آهن آرمکو یا آهن سقف اورال به عنوان آند و از آلومینیوم خالص به عنوان کاتد استفاده می شد. الکترولیز در دمای اتاق و چگالی جریان 0.1 A/dm2 انجام شد. رسوبی با ساختار کریستالی درشت به دست آمد که حاوی حدود 0.01٪ C، آثار فسفر و بدون گوگرد بود.
خلوص آهن الکترولیتی به خلوص الکترولیت و خلوص فلز آند بستگی دارد. در هنگام بارش، ناخالصی های نجیب تر از آهن مانند قلع، روی و مس را می توان حذف کرد. نیکل، کبالت و منگنز را نمی توان حذف کرد. میزان کل ناخالصی های آهن الکترولیتی تقریباً مشابه آهن خالص تجاری است. معمولاً حاوی مقدار قابل توجهی اکسیژن (تا 0.1-0 2٪) و همچنین گوگرد (0.015-0.05٪) است، اگر بارش از حمام سولفات انجام شود.
حذف اکسیژن از آهن الکترولیتی با فرآیندهای احیا انجام می شود: تصفیه فلز مایع یا جامد با هیدروژن یا اکسید زدایی مذاب در خلاء با کربن. با بازپخت در یک جریان هیدروژن خشک در دمای 900-1400 درجه، می توان میزان اکسیژن را به 0.003٪ کاهش داد.
برای بدست آوردن آهن با خلوص بالا در مقیاس نیمه صنعتی از روش احیای هیدروژن در کارخانه ذوب خلاء استفاده می شود. آهن الکترولیتی ابتدا با دوپینگ منگنز در یک بوته آهک-فلورسپار تحت اتمسفر مونوکسید کربن (میزان گوگرد از 0.01 به 0.004٪ کاهش یافته است) گوگرد زدایی می شود، سپس مذاب با دمیدن یا تصفیه در یک بوته آلومینا با هیدروژن کاهش می یابد. در همان زمان، امکان کاهش محتوای اکسیژن به 0.004-0.001٪ وجود داشت. گوگرد زدایی فلزات همچنین می تواند در خلاء بالا با استفاده از مواد افزودنی به مذاب فلزات (قلع، آنتیموان، بیسموت) که سولفیدهای فرار را تشکیل می دهند، انجام شود. با اکسید زدایی مذاب با کربن در کوره‌های با خلاء بالا، می‌توان آهنی با محتوای اکسیژن و کربن هر کدام تا 002/0 درصد بدست آورد.
تولید آهن با محتوای اکسیژن کمتر از طریق اکسید زدایی در خلاء بالا با برهمکنش فلز با مواد بوته پیچیده است که با انتقال اکسیژن به فلز همراه است. بهترین مواد بوته ای که حداقل انتقال اکسیژن را تضمین می کنند ZrO2 و ThO2 هستند.
آهن با خلوص بالا نیز با روش کربونیل از پنتاکاربونیل Fe(CO)5 با تجزیه آن در دمای 200-300 درجه بدست می آید. آهن کربونیل حاوی ناخالصی هایی نیست که معمولاً همراه آهن است - گوگرد، فسفر، مس، منگنز، نیکل، کبالت، کروم، مولیبدن، روی، سیلیکون. ناخالصی های خاص موجود در آن کربن و اکسیژن است. وجود اکسیژن به دلیل واکنش های ثانویه بین دی اکسید کربن حاصل و آهن است. محتوای کربن به 1٪ می رسد. با افزودن مقدار کمی آمونیاک به بخار کربونیل آهن یا تصفیه پودر آهن در هیدروژن می توان آن را به 0.03 درصد کاهش داد. حذف کربن و اکسیژن با همان روش های ذوب خلاء مورد استفاده برای آهن الکترولیتی به دست می آید.
خالص ترین آهن را می توان از طریق شیمیایی به دست آورد، اما این روش بسیار پیچیده است و امکان به دست آوردن فلز را در مقادیر کم فراهم می کند. در روش های شیمیایی برای تصفیه نمک های آهن از ناخالصی های Co، Ni، Cu، Cr، Mn، تبلور مجدد، واکنش های رسوبی یا استخراج ناخالصی ها با رسوب استفاده می شود.
یکی از روش های شیمیایی که به دست آوردن آهن با درجه خلوص بسیار بالا (کمتر از 30 تا 60 قسمت در میلیون ناخالصی) را ممکن می سازد شامل مراحل متوالی زیر است:
1) استخراج کمپلکس FeCl3 با اتر از محلول HCl 6-N با بازسازی محلول آبی و استخراج بعدی اتر.
2) کاهش FeCls به FeCl2 با آهن با خلوص بالا.
3) خالص سازی اضافی FeCl2 از مس با درمان با یک معرف گوگرد و سپس با اتر.
4) رسوب الکترولیتی فلز از محلول FeCl2.
5) بازپخت دانه های فلزی در هیدروژن (برای حذف اکسیژن و کربن).
6) تولید آهن فشرده با استفاده از متالورژی پودر (پرس کردن به میله و تف جوشی در هیدروژن)
آخرین مرحله را می توان با ذوب منطقه بدون بوته انجام داد، که مضرات پردازش خلاء - انتقال اکسیژن از بوته به فلز را از بین می برد.

14.06.2019

دستگاه خم کن آرماتورسازی آوانگارد. اصل عملکرد، ویژگی های طراحی و داده های کلی دستگاه ها، واحدها، دستگاه ها و سایر تجهیزات خمشی ...

14.06.2019

هنگام تعویض سینک در فضای آشپزخانه، هنگام نصب شیر آب، وان، پنجره ها و درها، استفاده از درزگیرها پیش بینی می شود. اینها مواد مرکب خاصی هستند ...

13.06.2019

هدف اصلی غرفه اسپری رنگ آمیزی باکیفیت و یکنواخت خودرو است. البته نمی توان چنین روشی را ...

13.06.2019

شرکت معدنی و متالورژی آلمالیک اجرای مرحله دوم برنامه با هدف احداث راه آهن را آغاز کرده است.

13.06.2019

تراشکاری یکی از انواع فرآوری محصول است که طی آن یک فلز استاندارد به عنصر ساختاری مورد نیاز تبدیل می شود. برای اعدام...

13.06.2019

طی سالیان متمادی، روند قابل توجهی در این دنیا به سمت افزایش تولید اسکلت فلزی وجود داشته است. تقاضای قابل توجه برای چنین سازه هایی با مزایای آنها در ...

12.06.2019

شرکت برزیلی Vale بیانیه ای داد که قصد دارد یک میلیارد و نهصد میلیون دلار برای حذف و افزایش ...

12.06.2019

تراس، یا به قول مردم، ایوان، مهمترین ویژگی هر خانه روستایی امروزی است. کمتر کسی می تواند با این واقعیت بحث کند که او عالی است ...

12.06.2019

در حال حاضر محصولات استنلس استیل آماده ارائه تعداد زیادی محصول از قبیل اتصالات ضد زنگ، نبشی، شش گوش،...

هنگامی که جریان الکتریکی از فلزات (رساناهای نوع اول) عبور می کند، واکنش های شیمیایی رخ نمی دهد و فلزات بدون تغییر باقی می مانند. اگر جریان الکتریکی از مذاب یا محلول یک الکترولیت (رسانای نوع دوم) عبور کند، واکنش های شیمیایی مختلفی (الکترولیز) در مرز بین الکترولیت و هادی فلزی (الکترود) رخ می دهد و ترکیبات جدیدی تشکیل می شود.

الکترولیز مجموعه ای از فرآیندها است که هنگام عبور جریان الکتریکی از یک سیستم الکتروشیمیایی متشکل از دو الکترود و یک محلول مذاب یا الکترولیت اتفاق می افتد.

در حین الکترولیز، کاتیون ها به سمت الکترود منفی (کاتد) و آنیون ها به سمت الکترود مثبت (آند) حرکت می کنند. با این حال، در این مورد، کاتیون ها و آنیون های الکترولیت همیشه تخلیه نمی شوند، الکترون را می پذیرند یا اهدا می کنند. واکنش های الکترولیز اغلب شامل یک حلال الکترولیت مانند آب است.

تفاوت اساسی بین واکنش ها در یک سلول گالوانیکی و یک الکترولیز فقط در جهت و خودانگیختگی آنها نهفته است. در یک مدار بسته یک سلول گالوانیکی، واکنش الکتروشیمیایی خود به خود اتفاق می افتد، اما در یک الکترولیز تنها تحت تأثیر جریان الکتریکی از یک منبع خارجی رخ می دهد.

باید به نام الکترودها توجه کنید: در یک سلول گالوانیکی، الکترود منفی آند و الکترود مثبت کاتد است. در الکترولیز، برعکس، الکترود منفی کاتد و الکترود مثبت آند است.

لازم به یادآوری است که اصطلاحات "منفی" و "مثبت" همیشه به قطب های منبع جریان اشاره می کنند که به الکترودهای الکترولایزر اشاره می کنند. وجه مشترک این فرآیندها این است که هم در سلول گالوانیکی و هم در الکترولیز، الکترون اضافی روی الکترود منفی ایجاد می شود و کمبود الکترون در الکترود مثبت. در کاتد، یون ها یا مولکول ها تحت اثر الکترون ها کاهش می یابند؛ در آند، ذرات اکسید می شوند و الکترون های خود را به الکترود می دهند.

در کاتیون های الکترولیز (M n+) به کاتد (–) و آنیونها (A n–) - به آند (+).

ولتاژ تجزیهالکترولیت در حین الکترولیز به حداقل ولتاژ (emf خارجی) گفته می شود که باید به الکترودها اعمال شود. به عنوان مثال، برای محلول کلرید روی در شرایط استاندارد:

Zn 2 + + 2 ē = Zn φ° = - 0.76 V،

Cl2+2 ē = 2Cl - φ° = + 1.36 ولت،

و ولتاژ تجزیه برابر است (در مقدار مطلق) با مجموع پتانسیل الکترود استاندارد هر دو الکترود: 0.76 + 1.36 = 2.12 V، یعنی. ولتاژ تجزیه نمی تواند کمتر از emf سلول گالوانیکی مربوطه باشد.

ولتاژ تجزیهاز پتانسیل دو الکترود - پتانسیل تخلیه یون - تشکیل شده است.

پتانسیل خلاءگاهی اوقات کاتیون نامیده می شود پتانسیل رسوب گذاریفلز این حداقل پتانسیلی است که باید روی الکترود اعمال شود تا کاتیون بار خود را از دست بدهد و رسوب فلز رخ دهد. برای برخی از یون ها (Cu 2 +، Ag +، Cd 2 +) پتانسیل رسوب نزدیک به پتانسیل الکترود است، در حالی که برای یون های دیگر (Fe 2 +، Co 2 +، Ni 2 +) پتانسیل رسوب به طور قابل توجهی از پتانسیل الکترود فراتر می رود. فلزات - برای الکترولیز اضافه ولتاژ خاصی لازم است.

تمیز دادن الکترولیز محلول هاو الکترولیز مذاب ها. الکترولیز محلول ها به دو دسته تقسیم می شود الکترولیز با الکترودهای بی اثرو الکترولیز با آند محلول. الکترودهای فلزی (Pt، Au) و غیرفلزی (گرافیت) می توانند بی اثر باشند. آندهای ساخته شده از کروم، نیکل، کادمیوم، روی، نقره، مس و غیره به عنوان آند محلول استفاده می شوند.

برخی از فلزات به دلیل قطبش آندی بالا عملا نامحلول هستند، به عنوان مثال Ni و Fe در محلول قلیایی، سرب در H2SO4.

الکترولیز محلول ها با الکترودهای بی اثر.در طول الکترولیز محلول های آبی الکترولیت ها، هیدروژن، به جای فلز، اغلب به جای فلز در کاتد آزاد می شود. در محیط های اسیدی، هیدروژن از واکنش های زیر تشکیل می شود:

2H + + 2 ē = H2.

در محیط های خنثی و قلیایی، هیدروژن از واکنشی که مولکول های آب را در بر می گیرد، تشکیل می شود:

2H2O+2 ē = H 2 + OH – .

کاتیون هایی مانند Na + یا K + اصلاً در محلول آبی تخلیه نمی شوند، اما هیدروژن آزاد می شود.

کاتیون ها را می توان بر اساس توانایی آنها در تخلیه گروه بندی کرد، از غیر قابل تخلیه تا به راحتی قابل تخلیه. در همان زمان، محصولات الکترولیز نیز تغییر می کنند. برای برخی کاتیون ها، تشکیل همزمان فلز و هیدروژن امکان پذیر است.

در زیر کاتیون ها به ترتیب کاهش سختی تخلیه آنها و محصولات الکترولیز آورده شده است:

کاتیون ها محصولات الکترولیز

Li + ، K + ، Na + ، Mg 2+ ، Al 3+ ، H + (تغییر مسیر) H2

Mn 2+ ، Zn 2+ ، Cr 3 + ، Fe 2 + ، H + (pH 7) M + H 2

Co 2+، Ni 2+، Sr 2+، Pb 2+، H + (pH 0) M + H2

Cu 2+، Ag +، Au 3 + M

موقعیت های مختلف هیدروژن در این سری با دلایل زیر توضیح داده شده است. موقعیت هیدروژن بین سرب و مس مطابق با مقادیر عددی پتانسیل الکترود استاندارد در است بام n+ = با H + = 1 mol/l، یعنی. در pH=0. موقعیت هیدروژن بین آهن و کبالت مربوط به پتانسیل الکترود هیدروژن در آب در pH = 7 (φº H 2 / H + = -0.414 V) است. تحت این شرایط، تمام فلزات را می توان از محلول ها، مقدار φ رسوب داد ° که بزرگتر از 414/0- ولت هستند اما در عمل علاوه بر کبالت، نیکل، قلع و سرب، امکان رسوب روی، کروم و آهن از محلول های آبی نیز وجود دارد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که آزاد شدن گاز هیدروژن در کاتد توسط اضافه ولتاژ هیدروژن مختل می شود.

بنابراین، در سری کاتیون های از Li + تا A1 3+ هیچ فلزی تشکیل نمی شود و در حین الکترولیز هیدروژن به دلیل کاهش آب آزاد می شود. در سری کاتیون های از Mn 2+ تا Pb 2+ در طول الکترولیز، فلز و هیدروژن به طور همزمان و در نهایت در سری تشکیل می شوند Cu 2+ - Au 3+ فقط فلز تشکیل می شود.

در نتیجه، هر چه فلز در سمت چپ (نزدیکتر به ابتدا) در سری پتانسیل های استاندارد الکترود (سری ولتاژ) قرار گیرد، جداسازی این فلز با الکترولیز محلول آبی دشوارتر است.

اگر ولتاژ افزایش تدریجی به محلولی حاوی چندین کاتیون اعمال شود، الکترولیز زمانی آغاز می شود که پتانسیل رسوب کاتیون با بالاترین پتانسیل الکترود (مثبت ترین) برسد. در حین الکترولیز محلول حاوی یون روی (φ °= -0.76 ولت) و مس (φ ° = 0.34 ولت)، مس ابتدا در کاتد آزاد می شود و تنها پس از تخلیه تقریباً تمام یون های Cu 2+، روی شروع به آزاد شدن می کند. بدین ترتیب، اگر محلول به طور همزمان حاوی کاتیون های مختلف باشد، در طول الکترولیز می توان آنها را به ترتیب مطابق با مقادیر پتانسیل الکترود آنها جدا کرد.. فرض بر این است که اضافه ولتاژ آزادسازی فلز برای آنها تقریباً یکسان (و کم) است.

مربوط به پتانسیل تخلیه آنیون، پس تصویر در اینجا به دلیل توانایی آب برای شرکت در فرآیند الکترولیز بسیار پیچیده تر است. به طور کلی می توان گفت که آنیون هایی با کمترین پتانسیل (کمترین مثبت) ابتدا در آند تخلیه می شوند. اگر محلول حاوی یون های Cl - (φº = 1.36 V)، Br - (φ ° = 1.09 V) و I - (φº = 0.54 V) باشد، ابتدا ید، سپس برم و در نهایت، کلر تشکیل می شود. یون های فلوراید در یک محلول آبی به هیچ وجه نمی توانند تخلیه شوند (φ ° = 2.87 V).

بیشتر آنیون های حاوی اکسیژن (به جز یون استات) در محلول آبی تخلیه نمی شوند، در عوض، آب در محلول های اسیدی و خنثی تجزیه می شود:

2H 2 O - 4 ē = O 2 + 4H + ،

و در محلول های قلیایی - تخلیه یون های هیدروکسید:

2OH – – 2 ē = 1/2 O 2 + H 2 O.

آنیون‌ها، با توجه به توانایی‌شان در تخلیه در حین الکترولیز محلول‌های آبی، در ردیف زیر از آنیون‌های اسیدهای حاوی اکسیژن مانند SO 4 2-، NO 3 - که در محلول آبی تخلیه نمی‌شوند، در ردیف زیر قرار دارند. به راحتی تخلیه می شوند:

آنیون ها محصولات الکترولیز

SO 4 2–، NO 3 – و غیره، OH – O 2

Cl – , Br – , I – Cl 2 (ClO – , ClO 3 –), Br 2 , I 2 (+O 2)

S 2– S، SO 2 (+ O 2)

بنابراین، ما می توانیم اصلی زیر را فرموله کنیم قوانین الکترولیز محلول های آبی الکترولیت ها با الکترودهای نامحلول:

1. از آنیون های الکترولیت ها، آنیون های اسیدهای بدون اکسیژن (Cl–، Br–، S2– و غیره) ابتدا در آند تخلیه می شوند.

2. آنیونهای اسیدهای حاوی اکسیژن (SO 4 2-، NO 3 -، CO 3 2-، و غیره) در حضور آب تخلیه نمی شوند، در عوض، آب طبق واکنش اکسید می شود:

2H 2 O - 4 ē = O 2 + 4H + .

3. فلزات فعال واقع در محدوده ولتاژ تا Al (شامل) در کاتد کاهش نمی‌یابد، در عوض آب کاهش می‌یابد:

2H2O+2 ē = H 2 + 2OH – .

4. فلزات واقع در سری ولتاژ بعد از آلومینیوم، اما قبل از هیدروژن، در کاتد همراه با مولکول های آب کاهش می یابد:

K: 1) Zn 2 + + 2 ē = روی

2) 2H 2 O + 2 ē = H 2 + 2OH – .

5. فلزات با پتانسیل الکترود مثبت ابتدا در کاتد کاهش می یابد:

مس 2 + + 2 ē = مس

به عنوان مثال، در طول الکترولیز اسید سولفوریک (الکترودهای گرافیت)، فرآیندهای زیر رخ می دهد:

در کاتد 2H + + 2 ē = H 2,

در آند 2H 2 O - 4 ē = O 2 + H + .

معادله خلاصه:

2H 2 O = 2H 2 + O 2،

آن ها در جریان الکترولیز محلول اسید سولفوریک، هیدروژن و اکسیژن به دلیل تجزیه مولکول های آب آزاد می شوند. محصولات الکترولیز: هیدروژن و اکسیژن.

الکترولیز محلول سولفات مس:

در کاتدСu 2 + + 2 ē = مس،

در آند 2H 2 O - 4 ē = O 2 + 4H +

معادله خلاصه:

2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu + O 2 + 4H +

2CuSO 4 + 2H 2 O = 2Сu + O 2 + 2H 2 SO 4.

محصولات الکترولیز: مس، اکسیژن، اسید سولفوریک.

امکان تخلیه آنیون به غلظت آن بستگی دارد. بنابراین، محصولات الکترولیز محلول های NaCl غلیظ و رقیق به ترتیب کلر و اکسیژن هستند.

الکترولیز محلول رقیق کلرید سدیم بدون تخلیه یون های کلر (و بر این اساس یون های Na +) اتفاق می افتد. تجزیه آب رخ می دهد. با افزایش غلظت نمک در آند، همراه با اکسیژن، آزادسازی کلر آغاز می شود و کلر (با مخلوطی از اکسیژن) در محلول های غلیظ تشکیل می شود:

در کاتد 2H2O+2 ē = H 2 + 2OH -

در آند 2Сl – ​​– 2 ē = Cl2 .

معادله خلاصه:

2Cl – + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2OH –

2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2 NaOH.

محصولات الکترولیز: هیدروژن، کلر و هیدروکسید سدیم.

در مورد آزاد شدن کلر در حین الکترولیز محلول های کلرید، فرآیند اصلی تشکیل کلر بر واکنش های برهمکنش کلر با آب (هیدرولیز) و دگرگونی های بعدی مواد حاصل سوار می شود. هیدرولیز کلر با تشکیل اسید هیپوکلرو ضعیف و یون های کلرید (اسید کلریدریک) اتفاق می افتد:

Cl 2 + H 2 O = H + + Cl – + HC1O.

هیپوکلرو اسید با قلیایی که در طی الکترولیز تشکیل می شود (به طور دقیق تر، Na + +OH -) هیپوکلریت سدیم NaClO را به عنوان یک محصول می دهد. در یک محیط قلیایی، معادله واکنش کلی به شکل زیر است:

Cl 2 + 2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O.

در دماهای بالا (آب در حال جوش)، هیدرولیز کلر با تشکیل یون کلرات اتفاق می افتد. معادلات واکنش احتمالی:

3Cl 2 + 3H 2 O = ClO 3 – + 5 Cl – + 6H +،

3HClO = СlO 3 – + 2Сl – ​​+ 3Н +،

3СlО – = СlO 3 – + 2Сl – ​​.

در یک محیط قلیایی، معادله کلی شکل دارد

3Cl 2 + 6 NaOH = NaClO 3 + 5 NaCl + 3H 2 O.

الکترولیز با دیافراگم.در طی الکترولیز محلول رقیق کلرید سدیم، یون های Na + به سمت کاتد حرکت می کنند، اما هیدروژن آزاد می شود:

2H 2 O + 2 ē = H 2 + OH -

و محلول هیدروکسید سدیم غلیظ می شود.

یون های کلرید به سمت آند حرکت می کنند، اما به دلیل غلظت کم آنها، به جای کلر، عمدتاً اکسیژن تشکیل می شود:

2H 2 O - 4 ē = O 2 + 4H +

و محلول اسید کلریدریک غلیظ می شود.

اگر الکترولیز در یک لیوان یا ظرف مشابه دیگر انجام شود، محلول‌های قلیایی و اسیدی مخلوط می‌شوند و الکترولیز به دلیل تجزیه آب به تشکیل هیدروژن و اکسیژن کاهش می‌یابد. اگر فضای آند و کاتد توسط یک پارتیشن (دیافراگم) از هم جدا شوند که به یون‌های حامل جریان اجازه عبور می‌دهد اما از اختلاط محلول‌های نزدیک به الکترود جلوگیری می‌کند، می‌توان محلول‌های اسید و قلیایی را به عنوان محصولات الکترولیز به دست آورد.

در طی الکترولیز محلول کلرید سدیم، یونهای هیدروکسید در کاتد توسط واکنش تشکیل می شوند:

2H2O+2 ē = H 2 + 2OH -

بلافاصله شروع به مشارکت در انتقال الکتریسیته کرده و همراه با یون های C1 به سمت آند حرکت می کنند، جایی که هر دو یون تخلیه می شوند و مخلوطی از اکسیژن و کلر تشکیل می شود. بنابراین، بازده کلر کاهش می یابد. اگر آند از زغال سنگ (گرافیت) باشد، توسط اکسیژن اکسید می شود و اکسیدهای کربن CO و CO 2 تشکیل می شود که کلر را آلوده می کند. در مرحله بعد، کلر تشکیل شده در آند با یون های هیدروکسید برهمکنش می کند:

C1 2 + OH – = H + + Cl – + OCl – .

تشکیل یون های هیپوکلریت نیز یک فرآیند نامطلوب است (اگر به دست آوردن محلول هیپوکلریت سدیم هدف نباشد). اگر از دیافراگمی استفاده کنید که فضای کاتد و آند را جدا می کند و یون های OH- را حفظ می کند، اما به یون های کلر اجازه عبور می دهد، می توان از تمام این پیامدهای نامطلوب جلوگیری کرد. در نهایت، دیافراگم از انتشار گازها جلوگیری می کند و اجازه می دهد تا هیدروژن خالص تری تولید شود.

اگر محلول حاوی چندین آنیون باشد، پیش بینی توالی تخلیه آنها در آند از کاتیون ها دشوارتر است، اما، به طور کلی، قاعده این است که آنیون با کمترین مقدار پتانسیل (یا بالاترین مقدار منفی الکترود) مشخص می شود. پتانسیل واکنش انجام شده در آند) ابتدا تخلیه می شود.

الکترولیز محلول ها با آند محلول.الکترولیز با یک آند محلول زمانی امکان پذیر است که فلز راحت تر از یون های Cl-، OH- یا مولکول های آب، الکترون ها را از دست بدهد. به عنوان مثال، روی آند مس در محلول کلرید یا سولفات مس، کلر یا اکسیژن آزاد نمی شود، اما یون های Cu 2+ به محلول عبور می کنند. در همان زمان، همان یون ها در کاتد تخلیه شده و مس فلزی رسوب می کند. بنابراین، الکترولیز با یک آند محلول به انتقال مس از آند به کاتد کاهش می یابد.

واکنش در آند در بیشتر موارد توسط فرآیندهای جانبی متعدد و اغلب نامطلوب پیچیده است. به عنوان مثال، یون های حاصل می توانند اکسیدها، هیدروکسیدها و لایه های آنها را تشکیل دهند:

M 2 + + 2OH - = MO + H 2 O.

همچنین ممکن است اکسیژن در آند آزاد شود:

2H 2 O - 4 ē = O 2 + 4H + ،

که می تواند در طیف گسترده ای از واکنش ها در سیستم الکترولیتی شرکت کند.

هنگامی که محصولات گازی، به ویژه اکسیژن، تشکیل می شوند، در اغلب موارد پتانسیل تجزیه با پتانسیل های الکترود به دلیل مقادیر اضافه ولتاژ بالا مطابقت ندارد. . اضافه ولتاژ تفاوت بین ولتاژ تجزیه واقعی و EMF واکنش مربوطه است که از لحاظ نظری از پتانسیل های الکترود محاسبه می شود.. ماهیت ماده آزاد شده (برای کلر، برم و ید، اضافه ولتاژ بسیار ناچیز است) و ماده الکترود تأثیر شدیدی بر میزان اضافه ولتاژ دارد. در زیر اطلاعاتی در مورد اضافه ولتاژ در طول تکامل هیدروژن و اکسیژن در کاتدها و آندهای مختلف آورده شده است.

اضافه ولتاژ الکترود، V

هیدروژن اکسیژن

Pt سیاه شده 0.00 0.2-0.3

Pt براق 0.1 0.4-0.5

Fe 0.1-0.2 0.2-0.3

Ni 0.1-0.2 0.1-0.3

Сu 0.2 0.2-0.3

Pb 0.4-0.6 0.2-0.3

اضافه ولتاژ همچنین به شکل الکترودها، وضعیت سطح آنها، چگالی جریان، دمای محلول، شدت هم زدن محلول و عوامل دیگر بستگی دارد.

اضافه ولتاژ هیدروژن روی آهن ~ 0.1 ولت و اکسیژن روی همان ماده ~ 0.3 ولت است. بنابراین اضافه ولتاژ در حین الکترولیز روی الکترودهای آهن 0.1 + 0.3 = 0.4 ولت خواهد بود. مجموع این مقدار و به صورت تئوری محاسبه می شود. حداقل مقدار ولتاژ تخلیه الکترولیت مربوطه.

نگرش نسبت به اضافه ولتاژ دوسوگرا است. اضافه ولتاژ از یک طرف منجر به افزایش مصرف انرژی می شود و از طرف دیگر به لطف اضافه ولتاژ، می توان از محلول های آبی فلزات زیادی را رسوب داد که با توجه به مقادیر پتانسیل الکترودی استاندارد آنها، نباید رسوب داده شوند. اینها Fe، Pb، Sn، Ni، Co، Zn هستند , Cr. به لطف اضافه ولتاژ و همچنین تأثیر غلظت محلول بر پتانسیل الکترود، آبکاری الکترولیتی کروم و نیکل محصولات آهن امکان پذیر است و حتی می توان سدیم را از محلول آبی روی الکترود جیوه به دست آورد.

تخلیه یون های کلر در محلول های آبی به جای OH در محلول هایی با غلظت الکترولیت بالا نیز با اضافه ولتاژ اکسیژن توضیح داده می شود. اما این اضافه ولتاژ به اندازه ای نیست که باعث تخلیه یون های F و آزاد شدن فلوئور آزاد شود.

مقدار اضافه ولتاژ تحت تأثیر بسیاری از عوامل جنبشی دیگر است - سرعت انتقال ذرات به الکترودها و حذف محصولات الکترولیز، سرعت تخریب هیدراتاسیون و سایر پوسته های یون های تخلیه شده، سرعت ترکیب اتم ها به گاز دو اتمی. مولکول ها و غیره

حل مسائل شیمیایی
از قانون فارادی آگاه است
دبیرستان

توسعه نویسنده

همانطور که تمرین تدریس در مدرسه نشان می دهد، در میان تنوع زیاد مسائل مختلف شیمیایی، بیشترین مشکلات ناشی از مشکلاتی است که حل آنها، علاوه بر دانش شیمیایی جامد، مستلزم تسلط کافی به مطالب درسی فیزیک است. و اگرچه هر دبیرستانی به حل ساده ترین مسائل با استفاده از دانش دو درس - شیمی و فیزیک توجه نمی کند، اما گاهی اوقات مشکلاتی از این نوع در کنکور در دانشگاه هایی که شیمی یکی از رشته های اصلی است یافت می شود. بنابراین، معلم بدون بررسی مشکلاتی از این دست در کلاس، ممکن است ناخواسته از دانش آموز خود شانس ورود به دانشگاه برای رشته شیمی را محروم کند.
توسعه این نویسنده شامل بیش از بیست وظیفه است که به هر نحوی با موضوع "الکترولیز" مرتبط است. برای حل مسائل از این دست، نه تنها دانش کافی از مبحث الکترولیز درس شیمی مدرسه، بلکه دانستن قانون فارادی که در درس فیزیک مدرسه مطالعه می شود نیز ضروری است.
شاید این انتخاب مشکلات برای همه دانش آموزان کلاس جالب نباشد یا برای همه قابل دسترس نباشد. با این وجود، توصیه می شود که وظایفی از این نوع با گروهی از دانش آموزان علاقه مند در یک درس دایره ای یا انتخابی بحث شود. می توان با اطمینان خاطر نشان کرد که مشکلات از این نوع پیچیده هستند و حداقل برای یک دوره شیمی مدرسه معمولی نیستند (ما در مورد یک مدرسه متوسطه صحبت می کنیم) و بنابراین مشکلات از این نوع را می توان با خیال راحت در نسخه های موجود گنجاند. المپیاد شیمی مدرسه یا منطقه برای کلاس دهم یا یازدهم.
داشتن یک راه حل دقیق برای هر مشکل، توسعه را به یک ابزار ارزشمند، به ویژه برای معلمان مبتدی تبدیل می کند. یک معلم خلاق با پشت سر گذاشتن چندین مشکل با دانش آموزان در طول یک درس انتخابی یا یک درس باشگاهی، مطمئناً چندین مشکل مشابه را در خانه تعیین می کند و از این پیشرفت در روند بررسی تکالیف استفاده می کند که به میزان قابل توجهی در زمان ارزشمند معلم صرفه جویی می کند.

اطلاعات نظری در مورد مسئله

واکنش‌های شیمیایی که تحت تأثیر جریان الکتریکی روی الکترودهای قرار داده شده در محلول یا الکترولیت مذاب رخ می‌دهند، الکترولیز نامیده می‌شوند. بیایید به یک مثال نگاه کنیم.

در یک لیوان در دمای حدود 700 درجه سانتیگراد مذاب سدیم کلرید NaCl وجود دارد، الکترودها در آن غوطه ور می شوند. قبل از عبور جریان الکتریکی از مذاب، یون های Na + و Cl- بطور آشفته حرکت می کنند، اما زمانی که جریان الکتریکی اعمال می شود، حرکت این ذرات منظم می شود: یون های Na + به سمت الکترود با بار منفی هجوم می برند و Cl. - یون ها به سمت الکترود با بار مثبت.

و او- یک اتم باردار یا گروهی از اتم ها که بار دارند.

کاتیون- یک یون با بار مثبت

آنیون- یون با بار منفی

کاتد- یک الکترود با بار منفی (یونهای با بار مثبت - کاتیونها) به سمت آن حرکت می کند.

آند- یک الکترود با بار مثبت (یونهای با بار منفی - آنیونها) به سمت آن حرکت می کند.

الکترولیز مذاب کلرید سدیم بر روی الکترودهای پلاتین

واکنش کل:

الکترولیز محلول آبی کلرید سدیم روی الکترودهای کربن

واکنش کل:

یا به شکل مولکولی:

الکترولیز محلول آبی کلرید مس (II) روی الکترودهای کربن

واکنش کل:

در سری الکتروشیمیایی فعالیت های فلزی، مس در سمت راست هیدروژن قرار دارد، بنابراین مس در کاتد احیا می شود و کلر در آند اکسید می شود.

الکترولیز محلول آبی سولفات سدیم بر روی الکترودهای پلاتین

واکنش کل:

الکترولیز محلول آبی نیترات پتاسیم به طور مشابه (الکترودهای پلاتین) اتفاق می افتد.

الکترولیز محلول آبی سولفات روی روی الکترودهای گرافیت

واکنش کل:

الکترولیز محلول آبی نیترات آهن (III) روی الکترودهای پلاتین

واکنش کل:

الکترولیز محلول آبی نیترات نقره بر روی الکترودهای پلاتین

واکنش کل:

الکترولیز محلول آبی سولفات آلومینیوم بر روی الکترودهای پلاتین

واکنش کل:

الکترولیز محلول آبی سولفات مس روی الکترودهای مس - پالایش الکتروشیمیایی

غلظت CuSO 4 در محلول ثابت می ماند، فرآیند به انتقال مواد آند به کاتد می رسد. این جوهر فرآیند پالایش الکتروشیمیایی (به دست آوردن فلز خالص) است.

هنگام ترسیم طرح های الکترولیز برای یک نمک خاص، باید به یاد داشته باشید که:

- کاتیون های فلزی که دارای پتانسیل الکترود استاندارد بالاتر (SEP) نسبت به هیدروژن (از مس تا طلا هستند) در طول الکترولیز تقریباً به طور کامل در کاتد کاهش می یابند.

- کاتیون های فلزی با مقادیر SEP کوچک (از لیتیوم تا آلومینیوم شامل) در کاتد کاهش نمی یابند، اما در عوض مولکول های آب به هیدروژن کاهش می یابد.

- کاتیون های فلزی که مقادیر SEP آنها کمتر از هیدروژن است، اما بیشتر از آلومینیوم (از آلومینیوم به هیدروژن) است، به طور همزمان با آب در طول الکترولیز در کاتد کاهش می یابد.

- اگر محلول آبی حاوی مخلوطی از کاتیون های فلزات مختلف باشد، به عنوان مثال Ag +، Cu 2+، Fe 2+، در این مخلوط ابتدا نقره و سپس مس و آهن در آخر کاهش می یابد.

- در آند نامحلول در طول فرآیند الکترولیز، اکسیداسیون آنیون ها یا مولکول های آب رخ می دهد و آنیون های S 2–, I–, Br–, Cl– به راحتی اکسید می شوند.

- اگر محلول حاوی آنیونهای اسیدهای حاوی اکسیژن، , , , باشد، مولکولهای آب در آند به اکسیژن اکسید می شوند.

- اگر آند محلول باشد، در حین الکترولیز، خود تحت اکسیداسیون قرار می گیرد، یعنی الکترون ها را به مدار خارجی می فرستد: هنگامی که الکترون ها آزاد می شوند، تعادل بین الکترود و محلول تغییر می کند و آند حل می شود.

اگر از کل سری فرآیندهای الکترود فقط آنهایی را انتخاب کنیم که با معادله کلی مطابقت دارند

م z+ + ze= م

سپس دریافت می کنیم محدوده تنش فلزی. هیدروژن نیز همیشه در این ردیف قرار می گیرد که به شما امکان می دهد ببینید کدام فلزات قادر به جابجایی هیدروژن از محلول های آبی اسیدها هستند و کدام ها نیستند (جدول).

جدول

محدوده تنش فلزی

معادله الکترود روند	استاندارد الکترود پتانسیل در 25 درجه سانتی گراد، V	معادله الکترود روند	استاندارد الکترود پتانسیل در 25 درجه سانتیگراد، V
Li + + 1 ه= لی 0	–3,045	Co 2 + + 2 ه= Co 0	–0,277
Rb + + 1 ه= Rb 0	–2,925	Ni 2+ + 2 ه= Ni 0	–0,250
K + + 1 ه= K 0	–2,925	Sn 2+ + 2 ه= Sn 0	–0,136
Cs + + 1 ه= Cs 0	–2,923	Pb 2 + + 2 ه= سرب 0	–0,126
Ca 2 + + 2 ه= Ca 0	–2,866	Fe 3+ + 3 ه= Fe 0	–0,036
Na + + 1 ه= Na 0	–2,714	2H + + 2 ه=H2	0
Mg 2 + + 2 ه= Mg 0	–2,363	Bi 3+ + 3 ه= Bi 0	0,215
Al 3+ + 3 ه= Al 0	–1,662	مس 2 + + 2 ه= مس 0	0,337
Ti 2+ + 2 ه= Ti 0	–1,628	مس + +1 ه= مس 0	0,521
Mn 2+ + 2 ه= Mn 0	–1,180	جیوه 2 2 + + 2 ه= 2Hg 0	0,788
Cr 2+ + 2 ه= Cr 0	–0,913	Ag + + 1 ه= Ag 0	0,799
Zn 2 + + 2 ه= Zn 0	–0,763	جیوه 2 + + 2 ه= جیوه 0	0,854
Cr 3+ + 3 ه= Cr 0	–0,744	امتیاز 2 + + 2 ه= امتیاز 0	1,2
Fe 2+ + 2 ه= Fe 0	–0,440	Au 3+ + 3 ه= او 0	1,498
سی دی 2 + + 2 ه= سی دی 0	–0,403	طلا + + 1 ه= او 0	1,691

به شکل ساده تر، سری تنش های فلزی را می توان به صورت زیر نشان داد:

برای حل اکثر مسائل الکترولیز، دانش قانون فارادی مورد نیاز است که فرمول آن در زیر آمده است:

متر = م من تی/(z اف),

جایی که متر- جرم ماده آزاد شده روی الکترود، اف– عدد فارادی برابر با 96485 A s/mol یا 26.8 Ah/mol، م- جرم مولی عنصر در طول الکترولیز کاهش می یابد. تی- زمان فرآیند الکترولیز (بر حسب ثانیه) من- قدرت جریان (بر حسب آمپر) z- تعداد الکترون های شرکت کننده در فرآیند.

شرایط مشکل

1. در جریان الکترولیز محلول نیترات نیکل به مدت 1 ساعت با جریان 20 آمپر چه جرمی از نیکل آزاد می شود؟

2. برای به دست آوردن 0.005 کیلوگرم فلز خالص در مدت 10 ساعت، باید فرآیند الکترولیز محلول نیترات نقره را با چه قدرت جریانی انجام داد؟

3. در جریان الکترولیز مذاب کلرید مس (II) به مدت 2 ساعت با جریان 50 A چه جرمی از مس آزاد می شود؟

4. چه مدت طول می کشد تا محلول آبی سولفات روی با جریان 120 آمپر الکترولیز شود تا 3.5 گرم روی به دست آید؟

5. در جریان الکترولیز محلول سولفات آهن (III) با جریان 200 آمپر به مدت 2 ساعت چه جرمی از آهن آزاد می شود؟

6. با چه قدرت جریانی لازم است فرآیند الکترولیز محلول نیترات مس (II) انجام شود تا در عرض 15 ساعت 200 گرم فلز خالص به دست آید؟

7. چقدر طول می کشد تا مذاب کلرید آهن (II) را با جریان 30 A الکترولیز کنیم تا 20 گرم آهن خالص به دست آید؟

8. با چه قدرت جریانی لازم است فرآیند الکترولیز محلول نیترات جیوه (II) انجام شود تا در عرض 1.5 ساعت 0.5 کیلوگرم فلز خالص به دست آید؟

9. برای به دست آوردن 100 گرم فلز خالص در عرض 1.5 ساعت باید فرآیند الکترولیز کلرید سدیم مذاب را با چه قدرت جریانی انجام داد؟

10. مذاب کلرید پتاسیم به مدت 2 ساعت با جریان 5 آمپر تحت الکترولیز قرار گرفت. فلز حاصل با آب به وزن 2 کیلوگرم واکنش داد. چه غلظتی از محلول قلیایی به دست آمد؟

11. چند گرم محلول اسید کلریدریک 30 درصد برای واکنش کامل با آهن حاصل از الکترولیز محلول سولفات آهن (III) به مدت 0.5 ساعت با قدرت فعلی لازم است.
10 ها؟

12. در فرآیند الکترولیز کلرید آلومینیوم مذاب که به مدت 245 دقیقه با جریان 15 آمپر انجام شد، آلومینیوم خالص به دست آمد. چند گرم آهن را می توان با روش آلومینوترمیک از واکنش یک جرم معین آلومینیوم با اکسید آهن (III) بدست آورد؟

13. چند میلی لیتر از محلول KOH 12 درصد با چگالی 1.111 گرم در میلی لیتر برای واکنش با آلومینیوم (برای تشکیل تتراهیدروکسی آلومینات پتاسیم) که از الکترولیز محلول سولفات آلومینیوم به مدت 300 دقیقه با جریان 25 A به دست می آید، مورد نیاز است؟

14. چند میلی لیتر از محلول اسید سولفوریک 20 درصد با چگالی 1.139 گرم در میلی لیتر برای واکنش با روی حاصل از الکترولیز محلول سولفات روی به مدت 100 دقیقه در جریان 55 A لازم است؟

15. چه حجمی از اکسید نیتروژن (IV) (n.o.) با واکنش بیش از حد اسید نیتریک غلیظ داغ با کروم حاصل از الکترولیز محلول سولفات کروم (III) به مدت 100 دقیقه با جریان 75 A بدست می آید؟

16. چه حجمی از اکسید نیتروژن (II) (n.o.) از برهمکنش محلول اسید نیتریک اضافی با مس حاصل از الکترولیز مذاب کلرید مس (II) به مدت 50 دقیقه در جریان 10.5 A بدست می آید؟

17. چه مدت طول می کشد تا مذاب کلرید آهن (II) با جریان 30 A الکترولیز شود تا آهن لازم برای واکنش کامل با 100 گرم محلول اسید کلریدریک 30٪ بدست آید؟

18. چه مدت طول می کشد تا محلول نیترات نیکل با جریان 15 آمپر الکترولیز شود تا نیکل مورد نیاز برای واکنش کامل با 200 گرم محلول 35 درصد اسید سولفوریک هنگام گرم شدن بدست آید؟

19. مذاب کلرید سدیم با جریان 20 آمپر به مدت 30 دقیقه و مذاب کلرید پتاسیم به مدت 80 دقیقه با جریان 18 آمپر الکترولیز شد. هر دو فلز در 1 کیلوگرم آب حل شدند. غلظت قلیاها را در محلول به دست آمده بیابید.

20. منیزیم حاصل از الکترولیز مذاب کلرید منیزیم به مدت 200 دقیقه با قدرت فعلی
10 A، در 1.5 لیتر محلول اسید سولفوریک 25٪ با چگالی 1.178 گرم در میلی لیتر حل شده است. غلظت سولفات منیزیم را در محلول حاصل به دست آورید.

21. روی از الکترولیز محلول سولفات روی به مدت 100 دقیقه با قدرت فعلی به دست می آید

17 A، محلول در 1 لیتر محلول اسید سولفوریک 10٪ با چگالی 1.066 گرم در میلی لیتر. غلظت سولفات روی را در محلول به دست آمده به دست آورید.

22. آهن که با الکترولیز مذاب کلرید آهن (III) به مدت 70 دقیقه با جریان 11 آمپر به دست آمد، به پودر تبدیل شد و در 300 گرم محلول 18٪ سولفات مس (II) غوطه ور شد. جرم مسی را که رسوب کرده است را بیابید.

23. منیزیم حاصل از الکترولیز مذاب کلرید منیزیم به مدت 90 دقیقه با قدرت فعلی
17 A، در محلولی از اسید کلریدریک که بیش از حد گرفته شده بود غوطه ور شد. حجم و مقدار هیدروژن آزاد شده را بیابید (n.s.).

24. محلول سولفات آلومینیوم به مدت 1 ساعت با جریان 20 آمپر تحت الکترولیز قرار گرفت. چند گرم از محلول 15 درصد اسید کلریدریک برای واکنش کامل با آلومینیوم به دست آمده مورد نیاز است؟

25. برای سوختن کامل منیزیم حاصل از الکترولیز مذاب کلرید منیزیم به مدت 35 دقیقه با جریان 22 آمپر، چند لیتر اکسیژن و هوا (n.o.) لازم است؟

برای پاسخ و راه حل، به مسائل زیر مراجعه کنید