Electrólisis de sales fundidas

Si la memoria no nos falla, entonces la última conferencia terminó con una discusión de un fenómeno como la electrólisis de las soluciones salinas. La electrólisis es la descomposición de una sustancia bajo la acción de corriente eléctrica. Naturalmente, los electrolitos están sujetos principalmente a la electrólisis, es decir, Sustancias conductoras de electricidad en solución o fundidas.

La electrólisis de soluciones tiene dos limitaciones:

En primer lugar, sólo se le someten las sustancias solubles, las sales insolubles “estornudas que estamos tratando de descomponerlas por la acción de una corriente eléctrica”;

En segundo lugar, hay un componente adicional en el sistema: un solvente (en nuestro caso, agua) que, como recordará, no siempre es inerte. Por ejemplo, durante la electrólisis de una solución acuosa de cloruro de sodio, no se reduce el catión de sodio en el cátodo, sino el agua.

Por lo tanto, hay algunas sales obstinadas que no están dispuestas a someterse a electrólisis en soluciones acuosas. Desafortunadamente, tendremos que tratarlos con bastante dureza: calentarlos, fundirlos y someterlos a una corriente a alta temperatura.

La electrólisis de los fundidos es simple, regla general: el catión metálico se reduce en el cátodo y el anión del residuo ácido se reduce en el ánodo. En este caso, en el caso de sales sin oxígeno, se forma una sustancia simple: halógenos, azufre, selenio, etc., y en el caso de sales que contienen oxígeno, se libera oxígeno y el óxido correspondiente del elemento que se formó. se obtiene la sal.

Tema 17. Electrólisis de fundidos. Métodos de obtención de metales. Corrosión química y electroquímica

Nota 1: tenga en cuenta que no todas las sustancias se pueden derretir. A veces, cuando una sustancia se calienta antes de fundirse, se descompone (o se evapora), de modo que resulta imposible obtener una fusión.

Observación 2. Detengámonos en un punto más "sutil": en términos generales, para llevar a cabo la electrólisis, se debe suministrar una corriente eléctrica a la sustancia, es decir, necesita bajar los electrodos a la solución o al fundido. Por lo tanto, agregamos un componente extraño al sistema. Los ejemplos discutidos anteriormente deben atribuirse al caso en el que el material del electrodo es inerte. Un ejemplo de tales electrodos son el carbono o el grafito, es decir, que consiste en una modificación alotrópica de carbono - grafito. En el sentido estricto de la palabra, el grafito no es absolutamente inerte: si se libera oxígeno en el ánodo de grafito, el electrodo se oxida (e incluso se quema) con la formación de dióxido de carbono.

Hay ejemplos de ánodos solubles, por ejemplo, un ánodo de cobre; en este caso, durante la electrólisis, el ánodo se oxidará y disolverá. Para ver un ejemplo, vea la celda galvánica de Daniel-Jacobi de la última lección con ánodo de zinc soluble.

Ejemplo 1 . Electrólisis de óxido de aluminio fundido . Debido al hecho de que el óxido de aluminio es un compuesto muy refractario, la electrólisis de la masa fundida de alúmina se lleva a cabo en criolita - hexafluoroaluminato de sodio Na 3 AlF 6 . Por lo tanto, es posible reducir la temperatura requerida para la electrólisis.

Comentario. Cuando se mezclan 2 sólidos, a menudo se observa una depresión (disminución) en el punto de fusión, es decir, una mezcla de dos sólidos se funde más bajo que cualquiera de los dos sólidos solos.

Al2 O3 (fundido) 2Al3+ + 3O2- - uno de los pocos ejemplos en los que realmente existe un anión de óxido

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Cátodo (-): Al3+ + 3e -  Al0 . Ánodo (+): 2 O2- – 4e -  O2 0 .

Ecuación general de electrólisis: 2Al2 O3 (fundido) 4 Al0 + 3 O2 0 .

Ejemplo 2 . Electrólisis de sulfato de hierro (III) fundido

Fe2 (SO4 )3 (fundido) 2Fe3+ + 3SO4 2- Cátodo (-): Fe3+ + 3e -  Fe0 .

Ánodo (+): 2 SO4 2- – 4e -  2 SO3 + O2 0 .

Ecuación general de electrólisis: Fe2 (SO4 )3 (fundido) Fe0 + 2 SO3 + O2 0 .

Ejemplo 3 . Electrólisis de cloruro de cobre (II) fundido

CuCl2 (fundido) Cu2+ + 2 Cl- Cátodo (-): Cu2+ + 2e -  Cu0 . Ánodo (+): 2 Cl- – 2e -  Cl2 0 .

Ecuación general de electrólisis: CuCl2 (fundido) Cu0 + Cl2 0 .

Cálculos de ecuaciones de reacción

La electrólisis es un proceso químico y se puede expresar en términos de ecuaciones de reacción química. Por lo tanto, no se sorprenda si se encuentra con tareas que involucran cálculos.

Tarea . Durante la electrólisis de una solución de cloruro de cobre (II), se liberó un gas de 11,2 litros en uno de los electrodos (¿cuál?). ¿Qué producto y en qué cantidad (en gramos) se liberó en el otro electrodo?

Decisión. Escribamos la ecuación para la electrólisis de una solución de cloruro de cobre (II). CuCl2  Cu2+ + 2Cl-

Cátodo (-): Cu2+ , H2 O	Cu2+ + 2e - = Cu0 .
Ánodo (+): Cl- , H2 O	2Cl- - 2e - = Cl2 0 .

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CuCl2  Cu + Cl2

Así, el gas liberado en el ánodo es cloro. Calculamos su cantidad como la relación entre el volumen y el volumen molar, obtenemos ½ mol. De acuerdo con la ecuación de electrólisis del cobre, se formó la misma cantidad en el cátodo, es decir, ½ mol. La masa molar del cobre es 63,55 g/mol, es decir la masa de cobre es de aproximadamente 31,8 g.

Corrosión de metales

Destruye todo a su alrededor: Flores, animales, una casa alta, Mastica hierro, devora acero Y borra rocas hasta convertirlas en polvo. El poder de las ciudades, el poder de los reyes Su poder es más débil

J.R.R. Tolkien. El Hobbit, o de ida y vuelta

Los metales tienen alta dureza y resistencia. Sin embargo, también tienen un enemigo terrible. Su nombre es corrosión. La corrosión es el proceso de destrucción de metales bajo la influencia de factores ambientales. Dependiendo de la naturaleza, se distinguen la corrosión química y la electroquímica.

corrosión química- la destrucción del metal bajo la acción de productos químicos, no acompañada por la aparición de corriente eléctrica. Un ejemplo de tal corrosión es la disolución del metal por la acción de los ácidos. La mejor ilustración es la película de ciencia ficción Alien de Steven Spielberg, en la que los astronautas se encuentran con una forma de vida alienígena cuyo tejido líquido es un ácido fuerte que puede destruir la piel de una nave interplanetaria.

Corrosión electroquímica- esta es la destrucción del metal, en la que aparece una corriente eléctrica en el sistema.

Detengámonos en ello con más detalle. Por ejemplo, tomemos un trozo de hierro sobre el que ha caído una gota de agua. Como saben, el oxígeno se disuelve en agua en una pequeña cantidad. El sistema resultante simula una celda galvánica clásica en la que los electrodos (cátodo y ánodo) están hechos de

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hierro y conectado por un conductor de metal de hierro, con un electrodo sumergido en una solución (una gota de agua).

Uno de los electrodos es hierro Fe2+ + 2e - \u003d Fe0, el potencial de electrodo estándar del electrodo de hierro es E0 Fe 2+ / Fe 0 \u003d - 0,44 V.

El otro electrodo es un electrodo de hierro, en el que tiene lugar la reacción de reducción de oxígeno:

O2 + 2 H2 O + 4e - = 4 OH- , E0 O2 /2OH - = + 0,401 V o O2 + 4 H+ + 4e - = 2 H2 O, E0 O2 / H2O = + 1,229 V

Como podemos ver, el potencial del segundo electrodo depende en gran medida del pH de la solución, pero incluso en un ambiente neutral es suficiente para

oxidar el hierro, es decir, las condiciones reinantes son bastante suficientes para el funcionamiento de la celda galvánica.

Ecuación de proceso:

2 Fe0 + O2 + 2 H2 O = 2 Fe(OH)2 o 2 Fe0 + O2 + 4 H+ = 2 Fe3+ + 2 H2 O.

Así, en algún punto de nuestra pieza de metal, el hierro se disuelve (ánodo soluble) y se forma hidróxido de hierro (II) en la superficie del cátodo. Este último, a su vez, reacciona con el aire húmedo, lo que provoca la aparición de una capa marrón, marrón o naranja, que conocemos como óxido.

4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3

comentario En términos generales, la herrumbre es una mezcla de óxidos e hidróxidos de hierro en varios estados de oxidación,

predominantemente Fe3 O4 (FeO Fe2 O3 ), Fe2 O3 , Fe(OH)3 .

Así, el agua y el oxígeno brindaron la posibilidad de la existencia de vida en el planeta Tierra, pero estas mismas sustancias son terribles enemigas del hierro y otros metales. Además, los procesos de corrosión son muy sensibles a la temperatura. medioambiente: en el Océano Ártico, décadas después, se encuentran cascos de buques de guerra,

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hundido en los siglos XVI-XX, mientras que bajo el sol abrasador en las selvas tropicales del Amazonas, la vida útil de los vehículos se reduce a varios meses.

Entonces, la corrosión es un proceso muy desagradable y puede complicarnos y arruinarnos mucho la vida. Cuando algo nos amenaza, nos defendemos.

La forma más fácil de proteger es pintando, de modo que la capa de pintura proteja el metal de la humedad. Hay bastantes ejemplos de tales recubrimientos: pinturas de aceite, barnices, plomo rojo, esmalte. Sin embargo, tal coloración no siempre es posible.

protección catódica. ¿Y qué sucede si aplicamos una capa de un metal menos activo, como el estaño, a la superficie del hierro? Este proceso se llama estañado. En este caso, el hierro sensible al oxígeno atmosférico quedará oculto bajo una capa de estaño bastante inerte. Desafortunadamente, esta protección solo es efectiva mientras la capa protectora esté intacta. Si fue posible dañarlo (química o mecánicamente), entonces el oxígeno y la humedad acceden al hierro, y el estaño de un aliado resulta ser una plaga: surge un par galvánico de hierro-estaño, es decir. aparece un nuevo electrodo de estaño en el sistema, que acelera la corrosión del hierro:

Ejemplo de protección catódica - latas con conservas de carne o verduras. Recuerde: la protección contra la corrosión es eficaz siempre que la capa protectora esté intacta. Por eso está prohibida la venta de latas de comida enlatada deformadas (arrugadas, cóncavas, hinchadas, etc.) - no hay garantía de que la capa protectora esté intacta, por lo que la comida enlatada puede ser peligrosa para la salud.

Por el contrario, si por causas de fuerza mayor no puedes llevarte del merendero latas de conservas, deberás quemarlas en una hoguera para romper la capa protectora. quemado

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las latas colapsarán más rápido, ya que no están protegidas de la humedad y el aire.

La protección del ánodo, por el contrario, implica el contacto del hierro con un metal más activo. Un ejemplo de protección de ánodo es el orgullo de la industria automotriz nacional: el automóvil IZH: "¡El cuerpo está galvanizado!". El hierro galvanizado es una aleación a la que se le ha añadido zinc. En contacto con el oxígeno y el agua, el metal más activo, el zinc, recibe el impacto principal, mientras que el hierro permanece inerte. En consecuencia, la corrosión comenzará solo cuando se agoten las reservas de protección. El hierro galvanizado se utiliza para fabricar baldes, carrocerías de automóviles, cubiertas de techos.

En este punto, si no tiene dudas, nos despedimos del curso de química general y abrimos un nuevo capítulo de ciencias químicas y el curso de química escolar, que se llama Química Inorgánica.

Química Inorgánica. Rieles.

En el curso de química inorgánica, nuestra tarea es familiarizarnos con propiedades químicas elementos y sus compuestos y métodos para su preparación.

Dado que la mayor parte de la Tabla Periódica está compuesta por metales, comenzaremos con ellos.

1. Posición en la Tabla Periódica . Como saben, los metales incluyen elementos de los subgrupos principales debajo de la diagonal borastat, así como elementos de subgrupos secundarios(d-elementos), lantánidos y actínidos(elementos f). Una característica bastante típica de los metales es la presencia de un pequeño número de electrones en la energía externa.

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nivel. Por lo tanto, los metales tenderán a donar estos electrones.

en reacciones químicas, es decir, por definición, ser agentes reductores.

2. Propiedades físicas de los metales. También eres más o menos conocido.

Los metales, con algunas excepciones, son sólidos grises bastante sólidos, a veces con brillo. Los puntos de fusión varían en un rango muy amplio desde -39o C (mercurio) hasta > +3000o C (tungsteno), entre los metales los hay blandos (litio, sodio, oro), que se pueden cortar con tijeras o cuchillo, y muy duro (niobio, tantalio, tungsteno). Propiedades generales Los metales se deben a su estructura, que se basa en una red cristalina metálica, que está formada por capas de átomos y cationes de metales, entre los cuales hay electrones relativamente libres (gas de electrones). Debido a esta estructura, los metales tienen una alta conductividad térmica y eléctrica. Para muchos metales, la maleabilidad es característica: la capacidad de adquirir una determinada forma durante las deformaciones mecánicas sin destrucción.

3. Métodos de obtención de metales.

3.1. La forma más común y relativamente sencilla de obtener metales puros es la electrólisis de soluciones acuosas de sus sales. Este método no es adecuado para la obtención de metales activos y se limita a la obtención de metales de actividad media y metales de actividad baja.

Consulte la lección 16 para ver ejemplos.

3.2. Electrólisis de sales y óxidos fundidos. Este método es bastante universal, pero requiere un consumo significativo de energía y combustible, por lo tanto, es aplicable para obtener solo algunos metales específicos, por ejemplo, aluminio por electrólisis de alúmina fundida en criolita. Por el contrario, no tiene sentido obtener metales de baja actividad de esta forma, ya que se pueden obtener con bastante facilidad por el método 3.1. electrólisis de soluciones acuosas de sales.

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Ejemplos: ver arriba, lección 17.

3.3. Debido a la diferente disposición de los metales en la serie electroquímica de voltajes metálicos, los metales menos activos pueden aislarse de las soluciones salinas por la acción de metales más activos.

EN como metales más activos se utilizan los de actividad media (zinc, hierro), pero no los más activos (sodio, potasio), ya que estos últimos son demasiado activos y reaccionan principalmente con agua, y no con una sal metálica.

El cobre bastante puro se obtiene por la acción del polvo de zinc en una solución de sulfato de cobre; en este caso, se forma un precipitado esponjoso de cobre metálico de color rojo finamente disperso, que se purifica del zinc sin reaccionar mediante el tratamiento con ácido clorhídrico diluido.

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu . (Cu, Zn) + 2 HCl = ZnCl2 + H2 + Cu

3.4. Muy típica es la reducción de metales a partir de sus óxidos. La reacción más conocida es la aluminotermia, cuando un óxido metálico se trata con aluminio a alta temperatura. Por ejemplo, una mezcla de óxido de aluminio y hierro (III) se llama termita. La ignición de esta mezcla inicia una reacción, que luego procede de forma independiente y va acompañada de la liberación de una gran cantidad de calor, que ha encontrado aplicación en explosivos y asuntos militares, por ejemplo, para quemar armaduras.

Fe2 O3 + 2 Al = Al2 O3 + 2 Fe (requiere calentamiento fuerte)

3.5. La fundición de hierro es un proceso industrial importante. Para ello, el mineral de hierro, que generalmente consiste principalmente en óxido de hierro (III), se expone a carbón (carbono) a alta temperatura.

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Fe2 O3 + 3 C = 2 Fe + 3 CO (alta temperatura) CuO + C = Cu + CO (alta temperatura)

Como muestran los dibujos, este método (se arrojaron al fuego trozos de mineral, por ejemplo, CuO o CuS, y luego se recolectaron lingotes de metal después de enfriarlos) fue descubierto por los persas ya en el tercer milenio antes de Cristo, quienes lo utilizaron. para fundir cobre. Para dominar la fundición del hierro, se necesitaron otros mil años, ya que la fundición del hierro requería equipos más avanzados: se inventaron fuelles para forzar el aire (oxígeno) en el área de reacción y mantener la temperatura más alta necesaria para reducir el hierro. En la actualidad, el arrabio se funde en grandes altos hornos.

El monóxido de carbono (II) también es un agente reductor, sin embargo, se supone que el carbono es el principal agente reductor, es más que Fe2 O3 + CO = Fe + CO2 (alta temperatura)

CuO + CO = Cu + CO2 (alta temperatura)

Este método no es adecuado para aislar metales activos de óxidos, ya que estos últimos son capaces de reaccionar con el carbono para formar carburos:

2 Al2 O3 + 9 C = 6 CO + = 6 CO + Al4 C3 - carburo de aluminio CaO + 3 C = CO + = CO + CaC2 - carburo de calcio

MgO + C = CO + = CO + MgC2 + Mg4 C3 - carburos de magnesio

3.6. Es posible restaurar los metales de los óxidos calentándolos en una corriente de hidrógeno, sin embargo, este método tiene un uso limitado, ya que se requiere hidrógeno gaseoso (en contacto con gas

el oxígeno forma una mezcla explosiva - ¡peligro de explosión!), calentamiento, el método es adecuado para algunos metales de actividad media y metales de actividad baja.

En relación con la aparición de cierto gas, provoca una tos ardiente instantánea. Este artículo es la identificación de este gas. El artículo está repleto de fórmulas; el número de fórmulas se debe a la no trivialidad tanto del proceso de electrólisis como del propio óxido. Químicos y químicos, ayuden a llevar el artículo a la plena conformidad con la realidad; es su deber cuidar de los hermanos "pequeños" en caso de peligro químico.

Que haya hierro Fe 0:
- si no hubiera agua en la Tierra, entonces entraría oxígeno - e hizo óxido: 2Fe + O 2 \u003d 2FeO (negro). El óxido se oxida aún más: 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (marrón rojizo). el FeO 2 no existe, son invenciones de escolares; pero Fe 3 O 4 (negro) es bastante real, pero artificial: el suministro de vapor sobrecalentado al hierro o la reducción de Fe 2 O 3 con hidrógeno a una temperatura de unos 600 grados;
- pero hay agua en la Tierra - como resultado, tanto el hierro como los óxidos de hierro tienden a convertirse en la base Fe (OH) 2 (¿blanco?! Se oscurece rápidamente en el aire, ¿no es un punto debajo): 2Fe + 2H 2 O + O 2 \u003d 2Fe(OH) 2 , 2FeO + H 2 O = 2Fe(OH) 2 ;
- aún peor: hay electricidad en la Tierra - todas estas sustancias tienden a convertirse en la base Fe (OH) 3 (marrón) debido a la presencia de humedad y diferencia de potencial (par galvánico). 8Fe(OH) 2 + 4H 2 O + 2O 2 = 8Fe(OH) 3 , Fe 2 O 3 + 3H 2 O = 2Fe(OH) 3 (lentamente). Es decir, si el hierro se almacena en un apartamento seco, se oxida lentamente, pero aguanta; aumente la humedad o humedézcala; empeorará y la clavará en el suelo; será muy malo.

Preparar una solución para electrólisis también es un proceso interesante:
- en primer lugar, se realiza el análisis de las sustancias disponibles para la preparación de soluciones. ¿Por qué carbonato de sodio y agua? El carbonato de sodio Na 2 CO 3 contiene Na metal, que está muy a la izquierda del hidrógeno en varios potenciales eléctricos, lo que significa que durante la electrólisis el metal no se reducirá en el cátodo (en solución, pero no fundido), y el agua se descompondrá en hidrógeno y oxígeno (en solución). Solo hay 3 variantes de la reacción de la solución: los metales muy a la izquierda del hidrógeno no se reducen, débilmente a la izquierda del hidrógeno se reducen con la liberación de H 2 y O 2, a la derecha del hidrógeno simplemente se reducen reducido en el cátodo. Aquí está, el proceso de cobreado de la superficie de las piezas en una solución de CuSo 4, galvanizado en ZnCl 2, niquelado en NiSO 4 + NiCl 2, etc.;
- diluir la ceniza de soda en agua se encuentra en calma, lentamente y sin respirar. No rasgue el paquete con las manos, córtelo con unas tijeras. Después de eso, las tijeras deben ponerse en el agua. Cualquiera de los cuatro tipos de soda (alimentaria, soda, lavado, soda cáustica) toma la humedad del aire; su vida útil, de hecho, está determinada por el tiempo de acumulación de humedad y aglomeración. es decir, en jarra de vidrio vida útil - eternidad. Además, cualquier refresco genera una solución de hidróxido de sodio cuando se mezcla con agua y electrólisis, diferenciándose únicamente en la concentración de NaOH;
- la ceniza de sosa se mezcla con agua, la solución se vuelve de color azulado. Parecería que ha tenido lugar una reacción química, pero no: como en el caso de la sal de mesa y el agua, la solución no tiene una reacción química, sino solo física: la disolución de un sólido en un solvente líquido (agua ). Puede beber esta solución y sufrir una intoxicación de leve a moderada, nada fatal. O evapore y recupere la ceniza de sosa.

La elección del ánodo y el cátodo es toda una empresa:
- es recomendable elegir el ánodo como un material sólido inerte (para que no se colapse, incluso del oxígeno, y no participe en reacciones químicas) - es por eso que el acero inoxidable actúa como tal (leí herejía en Internet, casi me enveneno);
- el cátodo es hierro puro, de lo contrario el óxido actuará como una resistencia excesivamente alta del circuito eléctrico. Para colocar el hierro a purificar completamente en la solución, debe soldarlo o atornillarlo a otro hierro. De lo contrario, el propio metal del soporte de hierro participará en la solución como material no inerte y como parte del circuito con la menor resistencia (conexión en paralelo de metales);
- aún no especificado, pero debe haber una dependencia de la corriente que fluye y la tasa de electrólisis en el área de superficie del ánodo y el cátodo. Es decir, un perno de acero inoxidable M5x30 puede no ser suficiente para retiro rápidoóxido de la puerta del automóvil (para aprovechar todo el potencial de la electrólisis).

Tomemos un ánodo y un cátodo inertes como ejemplo: considerando la electrólisis de solo una solución azul. Tan pronto como se aplica voltaje, la solución comienza a transformarse en la final: Na 2 CO 3 + 4H 2 O \u003d 2NaOH + H 2 CO 3 + 2H 2 + O 2. NaOH - hidróxido de sodio - álcali loco, sosa cáustica, Freddy Krueger en una pesadilla: el más mínimo contacto de esta sustancia seca con superficies húmedas (piel, pulmones, ojos, etc.) provoca dolores infernales y rápidos irreversibles (pero recuperables con un grado leve de quemadura) daño. Afortunadamente, el hidróxido de sodio se disuelve en ácido carbónico H 2 CO 3 y agua; cuando el agua finalmente se evapora por hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo, se forma la concentración máxima de NaOH en ácido carbónico. Es absolutamente imposible beber u oler esta solución, también es imposible pincharse los dedos (cuanto más dura la electrólisis, más se quema). Puede limpiar las tuberías con él, mientras comprende su alta actividad química: si las tuberías son de plástico, puede sostenerlas durante 2 horas, pero si son de metal (conectadas a tierra, por cierto), las tuberías comenzarán a comer: Fe + 2NaOH + 2H 2 O \u003d Na 2 + H 2 , Fe + H 2 CO 3 \u003d FeCO 3 + H 2.

Este es el primero de Posibles Causas sofocante "gas", proceso físico y químico: saturación del aire con una solución de hidróxido de sodio concentrado en ácido carbónico (burbujas hirviendo de oxígeno e hidrógeno como portadores). En los libros del siglo XIX, el ácido carbónico se usa como sustancia venenosa (en grandes cantidades). Es por eso que los conductores que instalan baterías en el automóvil se dañan con ácido sulfúrico (de hecho, la misma electrólisis): en el proceso de sobrecorriente a una batería muy descargada (el automóvil no tiene límite de corriente), el electrolito hierve por un corto tiempo , el ácido sulfúrico sale junto con el oxígeno y el hidrógeno en la cabina. Si la habitación está completamente hermética, debido a la mezcla de oxígeno e hidrógeno (gas explosivo), puede recibir un buen golpe con la destrucción de la habitación. el video muestra chicas en miniatura: bajo la acción del cobre fundido, el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno, y el metal está a más de 1100 grados (me imagino cómo apesta la habitación completamente llena) ... Sobre los síntomas de la inhalación de NaOH: cáustico, sensación de ardor, dolor de garganta, tos, dificultad para respirar, dificultad para respirar; los síntomas pueden retrasarse. Se siente como si encajara perfectamente.
...al mismo tiempo, Vladimir Vernadsky escribe que la vida en la Tierra sin ácido carbónico disuelto en agua es imposible.

Reemplazamos el cátodo con una pieza de hierro oxidada. Comienza toda una serie de divertidas reacciones químicas (¡y aquí está, borscht!):
- óxido Fe (OH) 3 y Fe (OH) 2, como bases, comienzan a reaccionar con ácido carbónico (liberado en el cátodo), obteniendo siderita (rojo-marrón): 2Fe (OH) 3 + 3H 2 CO 3 \u003d 6H 2 O + Fe 2 (CO3) 3, Fe (OH) 2 + H 2 CO 3 \u003d FeCO 3 + 2 (H 2 O). Los óxidos de hierro no participan en la reacción con ácido carbónico, porque. no hay un calentamiento fuerte y el ácido es débil. Además, la electrólisis no restaura el hierro en el cátodo, porque. estas bases no son una solución, pero el ánodo no es hierro;
- La sosa cáustica, como base, no reacciona con las bases. Condiciones necesarias para el Fe(OH) 2 (hidróxido anfótero): NaOH>50% + ebullición en atmósfera de nitrógeno (Fe(OH) 2 + 2NaOH = Na2). Condiciones necesarias para Fe (OH) 3 (hidróxido anfótero): fusión (Fe (OH) 3 + NaOH \u003d NaFeO 2 + 2H 2 O). Condiciones necesarias para FeO: 400-500 grados (FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Na 4 FeO 3). ¿O tal vez hay una reacción con FeO? FeO + 4NaOH = Na 4 FeO 3 + 2H 2 O - pero solo a una temperatura de 400-500 grados. De acuerdo, tal vez el hidróxido de sodio elimina parte del hierro, ¿y el óxido simplemente se cae? Pero aquí hay un fastidio: Fe + 2NaOH + 2H 2 O \u003d Na 2 + H 2 - pero cuando hierve en una atmósfera de nitrógeno. ¿Qué diablos es una solución de sosa cáustica sin electrólisis que quita el óxido? Pero él no lo elimina de ninguna manera (vertí exactamente una solución transparente de soda cáustica de "Auchan"). Remueve la grasa, y en mi caso, con un trozo de Matiz, disolvió la pintura y la imprimación (la resistencia de la imprimación al NaOH está en sus características de desempeño) - lo cual expuso una superficie de hierro limpia, el óxido simplemente desapareció. Conclusión: la ceniza de sosa se necesita solo para obtener ácido por electrólisis, que limpia el metal, oxidándose a un ritmo acelerado; el hidróxido de sodio parece estar fuera de servicio (pero reaccionará con los desechos en el cátodo, limpiándolo).

Sobre sustancias extrañas después de la electrólisis:
- la solución cambió de color, se volvió "sucia": con bases reaccionadas Fe(OH) 3 , Fe(OH) 2 ;
- Placa negra en la glándula. Primer pensamiento: carburo de hierro Fe 3 C (carburo de trihierro, cementita), insoluble en ácidos y oxígeno. Pero las condiciones no son las mismas: para obtenerlo se necesita aplicar una temperatura de 2000 grados; y en las reacciones químicas no hay carbono libre para unirse al hierro. El segundo pensamiento: uno de los hidruros de hierro (saturación de hierro con hidrógeno), pero esto tampoco es cierto: las condiciones para la obtención no son las mismas. Y luego salió: el óxido de hierro FeO, el óxido básico no reacciona ni con el ácido ni con la sosa cáustica; y también Fe2O3. Y los hidróxidos anfóteros son capas sobre los óxidos básicos, que protegen el metal de una mayor penetración de oxígeno (no se disuelven en agua, impiden el acceso del agua y el aire al FeO). Puede poner las partes limpias en ácido cítrico: Fe 2 O 3 + C 6 H 8 O 7 \u003d 2FeO + 6CO + 2H 2 O + 2H 2 (especial atención a la liberación de monóxido de carbono y al hecho de que el ácido y el metal comen al contacto) - y el FeO se elimina con un cepillo convencional. Y si calientas el óxido superior en monóxido de carbono y al mismo tiempo para no quemarse, luego restaurará el hierro: Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2;
- escamas blancas en solución: algunas sales que son insolubles durante la electrólisis en agua o en ácido;
- otras sustancias: el hierro está inicialmente "sucio", el agua no se destila inicialmente, disolución del ánodo.

La segunda de las posibles causas del "gas" sofocante es un proceso físico y químico: el hierro, por regla general, no es puro, con galvanización, una imprimación y otras sustancias de terceros; y agua - con minerales, sulfatos, etc. Su reacción durante la electrólisis es impredecible, cualquier cosa puede liberarse al aire. Sin embargo, mi pieza era muy pequeña (0.5x100x5) y es poco probable que el agua del grifo (débilmente mineralizada) sea la causa. Además, la idea de la presencia de sustancias extrañas en la ceniza de sosa ha desaparecido: solo se indica en el empaque en la composición.

La tercera causa posible de gas asfixiante es un proceso químico. Si se restaura el cátodo, entonces el ánodo seguramente se destruirá por oxidación, si no es inerte. El acero inoxidable contiene aproximadamente un 18% de cromo. Y este cromo, cuando se destruye, ingresa al aire en forma de cromo hexavalente o su óxido (CrO 3 , anhídrido crómico, rojizo, más adelante hablaremos de él), un veneno fuerte y un cancerígeno con una catálisis retardada del cáncer de pulmón. La dosis letal es de 0,08 g/kg. Enciende la gasolina en temperatura ambiente. Liberado al soldar acero inoxidable. El horror es que tiene los mismos síntomas que el hidróxido de sodio cuando se inhala; y el hidróxido de sodio ya parece un animal inofensivo. A juzgar por la descripción de casos de al menos asma bronquial, debe trabajar como techador durante 9 años, respirando este veneno; sin embargo, se describe un claro efecto retardado, es decir, puede dispararse tanto 5 como 15 años después de una sola intoxicación.

Cómo verificar si el cromo se destacó del acero inoxidable (donde queda la pregunta). El perno después de la reacción se volvió más brillante que el mismo perno del mismo lote, una mala señal. Al final resultó que, el acero inoxidable es tan largo como el óxido de cromo existe en forma de una capa protectora. Si el óxido de cromo se destruyó por oxidación durante la electrólisis, dicho perno se oxidará más intensamente (el hierro libre reaccionará y luego el cromo en la composición del acero inoxidable intacto se oxidará a CrO). Por lo tanto, creó todas las condiciones para la oxidación de dos pernos: agua salada y una temperatura de solución de 60-80 grados. Acero inoxidable grado A2 12X18H9 (X18H9): contiene 17-19 % de cromo (y en aleaciones inoxidables de hierro y níquel, el cromo es aún mayor, hasta ~ 35 %). Uno de los pernos se puso rojo en varios lugares, todos los lugares, ¡en la zona de contacto del acero inoxidable con la solución! El más rojo está a lo largo de la línea de contacto con la solución.

Y mi felicidad fue que la intensidad de la corriente era de solo 0,15 A durante la electrólisis, la cocina estaba cerrada y la ventana abierta. Estaba claramente grabado en mi mente: excluir el acero inoxidable de la electrólisis o hacerlo en un área abierta ya distancia (no hay acero inoxidable sin cromo, este es su elemento de aleación). Porque el acero inoxidable NO es un ánodo inerte durante la electrólisis: se disuelve y libera óxido de cromo venenoso; ¡Químicos del sofá, mataos contra la pared hasta que alguien muera por vuestros consejos! Queda la pregunta, en qué forma, cuánto y dónde; pero teniendo en cuenta la liberación de oxígeno puro en el ánodo, CrO ya está precisamente oxidado al óxido intermedio Cr 3 O 2 (también venenoso, MPC 0.01 mg / m 3), y luego al óxido superior CrO 3: 2Cr 2 O 3 + 3O 2 \u003d 4CrO3. Lo último sigue siendo una suposición (el ambiente alcalino necesario está presente, pero si se necesita un calentamiento fuerte para esta reacción), pero es mejor ir a lo seguro. Incluso los análisis de cromo en sangre y orina son difíciles de hacer (no están en las listas de precios, ni siquiera en el análisis de sangre general extendido).

Electrodo inerte - grafito. Es necesario ir al depósito de trolebuses, tomar fotografías de los cepillos desechados. Porque incluso en aliexpress por 250 rublos por pin. Y este es el más barato de los electrodos inertes.

Y aquí hay 1 ejemplo real más cuando la electrónica de un sofá provocó pérdidas materiales. Y al conocimiento correcto, de verdad. Como en este artículo. ¿Los beneficios de la charla ociosa en el sofá? -difícilmente, siembran el caos; y tener que limpiar después de ellos.

Me inclino por la primera razón del "gas" sofocante: la evaporación de una solución de hidróxido de sodio en ácido carbónico en el aire. Porque con los óxidos de cromo, se usan máscaras de manguera con suministro mecánico de aire: me habría asfixiado en mi miserable RPG-67, pero fue notablemente más fácil respirar en el mismo epicentro.
¿Cómo comprobar si hay óxido de cromo en el aire? Comience el proceso de descomposición del agua en una solución pura de carbonato de sodio en un ánodo de grafito (sáquelo de un lápiz, pero no todos los lápices contienen una barra de grafito puro) y un cátodo de hierro. Y aproveche la oportunidad de inhalar el aire de la cocina nuevamente después de 2,5 horas. ¿Es lógico? Casi: los síntomas de la soda cáustica y el óxido de cromo hexavalente son idénticos: la presencia de soda cáustica en el aire no prueba la ausencia de vapor de cromo hexavalente. Sin embargo, la ausencia de olor sin acero inoxidable dará claramente el resultado de la presencia de cromo hexavalente. Revisé, había un olor - una frase con esperanza "¡Hurra! ¡Respiré soda cáustica, no cromo hexavalente!" se puede dividir en bromas.

Qué más se olvidó:
- ¿Cómo existen juntos el ácido y el álcali en un recipiente? En teoría, debería aparecer sal y agua. Hay un punto muy sutil aquí, que solo puede entenderse experimentalmente (no se comprobó). Si toda el agua se descompone durante la electrólisis y la solución se aísla de las sales en el precipitado, opción 2: quedará una solución de soda cáustica o soda cáustica con ácido carbónico. Si este último está en la composición, comenzará la liberación de sal en condiciones normales y la precipitación de ... carbonato de sodio: 2NaOH + H 2 CO 3 \u003d Na 2 CO 3 + 2H 2 O. El problema es que disuelva en agua allí mismo; lo siento, el sabor no se puede probar y comparar con la solución original: de repente, la soda cáustica no ha reaccionado por completo;
- ¿El ácido carbónico interactúa con el propio hierro? La pregunta es seria, porque. la formación de ácido carbónico se produce precisamente en el cátodo. Puede verificar creando una solución más concentrada y haciendo electrólisis hasta que una pieza delgada de metal se disuelva por completo (no verificó). La electrólisis se considera un método de eliminación de óxido más suave que el decapado con ácido;
¿Cuáles son los síntomas de inhalar gas explosivo? No + sin olor, sin color;
- ¿La sosa cáustica y el ácido carbónico reaccionan con el plástico? Haga una electrólisis idéntica en recipientes de plástico y vidrio y compare la turbidez de la solución y la transparencia de la superficie del recipiente (no verificó en vidrio). Plástico: se volvió menos transparente en los lugares de contacto con la solución. Sin embargo, resultaron ser sales, que se raspaban fácilmente con un dedo. Entonces, el plástico de los alimentos no reacciona con la solución. El vidrio se utiliza para almacenar álcalis y ácidos concentrados.

Si inhala una gran cantidad de gas en llamas, independientemente de si se trata de NaOH o CrO 3, debe tomar "unitiol" o un medicamento similar. Y se aplica la regla general: no importa qué envenenamiento ocurra, no importa qué fuerza y ​​origen pueda ser, beba mucha agua en los próximos 1-2 días, si los riñones lo permiten. Tarea: eliminar la toxina del cuerpo y, si esto no se hace mediante el vómito o la expectoración, brindar oportunidades adicionales para hacerlo en el hígado y el sistema urinario.

Lo más molesto es que esto es todo el plan de estudios de la escuela de grado 9. Maldita sea, tengo 31 años, y no aprobaré el examen ...

La electrólisis es interesante porque hace retroceder el tiempo:
- una solución de NaOH y H 2 CO 3 en condiciones normales conducirá a la formación de ceniza de sosa, mientras que la electrólisis invierte esta reacción;
- el hierro en condiciones naturales se oxida y se restaura durante la electrólisis;
- el hidrógeno y el oxígeno tienden a combinarse de cualquier forma: se mezclan con el aire, se queman y se convierten en agua, se absorben o reaccionan con algo; la electrólisis, por el contrario, genera gases de varias sustancias en su forma pura.
La máquina del tiempo local, nada más: devuelve la posición de las moléculas de las sustancias a su estado original.

De acuerdo con las fórmulas de reacción, una solución de hidróxido de sodio en polvo es más peligrosa cuando se crea y electroliza, pero es más efectiva en ciertas situaciones:
- para electrodos inertes: NaOH + 2H 2 O = NaOH + 2H 2 + O 2 (la solución es una fuente de hidrógeno puro y oxígeno sin impurezas);
- reacciona más intensamente con materiales orgánicos, no hay ácido carbónico (desengrasante rápido y económico);
- si se toma hierro como ánodo, comenzará a disolverse en el ánodo y se reducirá en el cátodo, espesando la capa de hierro sobre el cátodo en ausencia de ácido carbónico. Este es un método para restaurar el material del cátodo o recubrirlo con otro metal cuando no hay una solución con el metal deseado a la mano. La eliminación del óxido, según los experimentadores, también es más rápida si el ánodo es de hierro, en el caso de la ceniza de sosa;
- pero la concentración de NaOH en el aire durante la evaporación será mayor (todavía debe decidir qué es más peligroso: ácido carbónico con sosa cáustica o humedad con sosa cáustica).

Anteriormente escribí sobre la educación que se pierde mucho tiempo en la escuela y la universidad. Este artículo no cambia esta opinión, porque una persona común no necesitará matan, química orgánica o física cuántica en la vida (solo en el trabajo, y cuando necesité matan 10 años después, lo aprendí de nuevo, no recordaba nada en todos). Pero la química inorgánica, la ingeniería eléctrica, las leyes físicas, el ruso y los idiomas extranjeros: esto es lo que debería ser una prioridad (todavía se introduce la psicología de la interacción de los sexos y los fundamentos del ateísmo científico). Aquí no estudié en la Facultad de Electrónica; y luego bam, encerrado - y Visio aprendió a usar, y MultiSim y algunas de las designaciones de los elementos aprendidas, etc. Incluso si estudiara en la Facultad de Psicología, el resultado sería el mismo: me quedé atrapado en la vida, lo mordí, lo descubrí. Pero si en la escuela se fortaleciera el énfasis en las ciencias naturales y los idiomas (y les explicaran a los jóvenes por qué se fortaleció), la vida sería más fácil. Tanto en la escuela como en el instituto de química: hablaron sobre electrólisis (teoría sin práctica), pero sobre la toxicidad de los vapores, no.

Finalmente, un ejemplo de obtención de gases puros (utilizando electrodos inertes): 2LiCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2LiOH. Es decir, primero nos envenenamos con el cloro más puro y luego explotamos con hidrógeno (de nuevo, al tema de la seguridad de las sustancias emitidas). Si hubiera una solución de CuSO 4 y el cátodo de metal de hierro se saliera de la base y dejara un residuo ácido SO4 2- que contiene oxígeno, no participará en las reacciones. Si el residuo ácido no contuviera oxígeno, se descompondría en sustancias simples (lo que se ve en el ejemplo de C 1 - , que se libera como Cl 2).

(añadido el 24/05/2016) Si necesita hervir NaOH con óxido para su reacción mutua, ¿por qué no? El nitrógeno en el aire es del 80%. La eficacia de la eliminación del óxido aumentará significativamente, pero este proceso definitivamente debe realizarse al aire libre.

Sobre la hidrogenación de metales (aumento de la fragilidad): no encontré fórmulas ni opiniones adecuadas sobre este tema. Si es posible, configuraré la electrólisis del metal durante varios días, agregaré un reactivo y luego golpearé con un martillo.

(añadido el 27/05/2016) El grafito se puede quitar de una batería de sal usada. Si se resiste obstinadamente al desmontaje, deformarlo en un tornillo de banco.

(añadido el 10/06/2016) Hidrogenación de metales: H + + e - = H ads. H ads + H ads \u003d H 2, donde ADS es adsorción. Si el metal tiene condiciones necesarias disuelva el hidrógeno en sí mismo (¡esto es un número!), luego lo disuelve en sí mismo. No se han encontrado las condiciones para la aparición del hierro, pero para el acero se describen en el libro de Schrader A.V. "Influencia del Hidrógeno en Equipos Químicos y Petroleros". En la Figura 58, página 108, hay un gráfico de la marca 12X18H10T: a una presión comparable a la presión atmosférica y una temperatura de 300-900 grados: 30-68 cm 3 / kg. La Figura 59 muestra las dependencias para otros grados de acero. La fórmula general para la hidrogenación del acero es: K s = K 0 e -∆H/2RT, donde K 0 es el factor preexponencial 1011l/mol s, ∆H es el calor de disolución del acero ~1793K), R es la constante universal de los gases 8.3144598J/(mol·K), T - temperatura media. Como resultado, a temperatura ambiente 300K tenemos K s = 843 l/mol. El número no es correcto, debe volver a verificar los parámetros.

(añadido el 12/06/2016) Si la soda cáustica no interactúa con los metales sin altas temperaturas, es un desengrasante seguro (para metales) para paletas, sartenes y otras cosas (hierro, cobre, acero inoxidable, pero no aluminio, teflón, titanio, zinc).

Con hidrogenación - aclaraciones. El factor preexponencial K 0 se encuentra en el rango 2.75-1011l/mol·s, este no es un valor constante. Cálculo para acero inoxidable: 10 13 C m 2/3, donde C m es la densidad atómica del acero. La densidad atómica del acero inoxidable es 8 10 22 at / cm 3 - K 0 \u003d 37132710668902231139280610806.786 at / cm 3 \u003d - y luego todo se atasca.

Si observa detenidamente los gráficos de Schrader, puede sacar una conclusión aproximada sobre la hidrogenación del acero en OH (reducir la temperatura 2 veces ralentiza el proceso 1,5 veces): aproximadamente 5,93 cm 3 / kg a 18,75 grados centígrados, pero no se indica el tiempo de penetración en el metal de dicho volumen. En el libro de Sukhotin A.M., Zotikov V.S. "Resistencia química de materiales. Manual" en la página 95 en la tabla 8 muestra el efecto del hidrógeno en la resistencia a largo plazo de los aceros. Permite comprender que la hidrogenación de aceros con hidrógeno a una presión de 150-460 atmósferas cambia la resistencia última en un máximo de 1,5 veces en el intervalo de 1000-10000 horas. Por lo tanto, no es necesario considerar la hidrogenación de los aceros durante la electrólisis como un factor destructivo.

(añadido el 17/06/2016) Buen camino Desmontaje de la batería: no aplaste la carcasa, disuélvala como un capullo de tulipán. Desde la entrada positiva, pieza por pieza, doble hacia abajo las partes del cilindro (se retira la entrada positiva, se expone la varilla de grafito) y se desenrosca suavemente con unos alicates.

(añadido el 22/06/2016) Las baterías más simples para desmontar son las de Ashanov. Y luego, en algunos modelos, hay 8 círculos de plástico para fijar la barra de grafito: se vuelve difícil sacarla, comienza a desmoronarse.

(añadido el 05/07/2016) Sorpresa: una varilla de grafito se destruye mucho más rápido que un ánodo de metal: en apenas unas horas. El uso de acero inoxidable como ánodo es solucion optima si nos olvidamos de la toxicidad. La conclusión de toda esta historia es simple: la electrólisis debe realizarse solo al aire libre. Si hay un balcón abierto en este papel, no abra las ventanas, pero pase los cables a través compresor de goma puertas (simplemente presione los cables con la puerta). Teniendo en cuenta la corriente durante la electrólisis hasta 8A (opinión de Internet) y hasta 1.5A (mi experiencia), así como el voltaje máximo de la PC PSU 24V, el cable debe tener una clasificación de 24V / 11A: este es cualquier cable en aislamiento con una sección transversal de 0,5 mm 2.

Ahora sobre el óxido de hierro en una pieza ya mecanizada. Hay partes en las que es difícil meterse para borrar la placa negra (o un objeto en restauración, cuando no se puede frotar la superficie con un cepillo de hierro). Al analizar los procesos químicos, encontré un método para eliminarlo con ácido cítrico y lo probé. De hecho, también funciona con FeO: la placa desapareció / se desmoronó durante 4 horas a temperatura ambiente y la solución se volvió verde. Pero este método se considera menos ahorrativo, porque. el ácido y el metal se comen (no se puede sobreexponer, monitoreo constante). Además, se requiere un enjuague final con una solución de soda: el residuo ácido se comerá el metal en el aire y se obtendrá una capa indeseable (un punzón en el jabón). Y debe tener cuidado: si se libera tanto como 6CO con Fe 2 O 3, entonces lo que se libera con FeO es difícil de predecir (ácido orgánico). Se supone que FeO + C 6 H 8 O 7 \u003d H 2 O + FeC 6 H 6 O 7 (formación de citrato de hierro), pero también libero gas (3Fe + 2C 6 H 8 O 7 → Fe 3 (C 6 H 5 O 7) 2 + 3H 2). También escriben que el ácido cítrico se descompone con la luz y la temperatura; no puedo encontrar la reacción correcta de ninguna manera.

(añadido el 06/07/2016) Probé ácido cítrico en una gruesa capa de óxido en las uñas; se disolvió en 29 horas. Como era de esperar: el ácido cítrico es adecuado para la purificación de metales. Para limpiar óxido grueso: aplicar una alta concentración ácido cítrico, alta temperatura (hasta ebullición), agitación frecuente, para acelerar el proceso, lo cual es un inconveniente.

Una solución de carbonato de sodio después de la electrólisis, en la práctica, es difícil de regenerar. No está claro: agregue agua o agregue soda. Apéndice sal de mesa, como catalizador, eliminó la solución por completo + el ánodo de grafito colapsó en solo una hora.

Total: el óxido grueso se elimina por electrólisis, el FeO se decapa con ácido cítrico, la pieza se lava con una solución de soda y se obtiene hierro casi puro. Gas durante la reacción con ácido cítrico - CO 2 (descarboxilación del ácido cítrico), una capa oscura sobre hierro - citrato de hierro (se limpia fácilmente, no realiza ninguna función protectora, soluble en agua tibia).

En teoría, estos métodos de eliminación de óxidos son ideales para recuperar monedas. A menos que se necesiten proporciones más débiles de reactivos para una concentración de solución más baja y corrientes más bajas.

(añadido el 09/07/2016) Realizó experimentos con grafito. Es durante la electrólisis de la ceniza de sosa que colapsa extremadamente rápido. El grafito es carbono, cuando se disuelve en el momento de la electrólisis, puede reaccionar con el acero y precipitar el carburo de hierro Fe 3 C. No se cumple la condición de 2000 grados, sin embargo, la electrólisis no es NU.

(añadido el 10/07/2016) Cuando se electroliza ceniza de soda con varillas de grafito, el voltaje no se puede aumentar por encima de 12 V. Es posible que se necesite un valor más bajo: vigile el tiempo de descomposición del grafito en su voltaje.

(añadido el 17/07/2016) Descubrió el método local de eliminación de óxido.

(añadido el 25/07/2016) En lugar de ácido cítrico, puedes usar ácido oxálico.

(añadido el 29/07/2016) Los grados de acero A2, A4 y otros están escritos en letras inglesas: importado y de la palabra "austenítico".

(agregado el 10/11/2016) Resulta que hay otro tipo de óxido: el metahidróxido de hierro FeO(OH). Se forma cuando el hierro se entierra en el suelo; en el Cáucaso, este método de oxidar tiras de hierro se utilizó para saturarlas con carbono. Después de 10-15 años, el acero con alto contenido de carbono resultante se convirtió en sable.

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de metales (conductores del 1er tipo), no ocurren reacciones químicas y los metales permanecen sin cambios. Si una corriente eléctrica pasa a través de una masa fundida o una solución electrolítica (conductores del segundo tipo), se producen varias reacciones químicas (electrólisis) en la interfaz electrolito-metal conductor (electrodo) y se forman nuevos compuestos.

La electrólisis es un conjunto de procesos que ocurren cuando una corriente eléctrica pasa a través de un sistema electroquímico que consta de dos electrodos y una solución fundida o electrolítica.

Durante la electrólisis, los cationes se mueven al electrodo negativo (cátodo) y los aniones se mueven al electrodo positivo (ánodo). En este caso, sin embargo, los cationes y aniones del electrolito no siempre se descargan aceptando o donando electrones. A menudo, un electrolito solvente, como el agua, participa en las reacciones de electrólisis.

La diferencia fundamental entre las reacciones en una celda galvánica y un electrolizador radica solo en su dirección y espontaneidad. En un circuito cerrado de una celda galvánica, una reacción electroquímica ocurre espontáneamente, y en un electrolizador, solo bajo la influencia de una corriente eléctrica de una fuente externa.

Preste atención al nombre de los electrodos: en una celda galvánica, el electrodo negativo es el ánodo y el electrodo positivo es el cátodo; en la celda, por el contrario, el electrodo negativo es el cátodo y el positivo es el ánodo.

Cabe recordar que los términos "negativo" y "positivo" siempre se refieren a los polos de la fuente de corriente, así designan a los electrodos de la celda. Lo común en estos procesos es que tanto en la celda galvánica como en el electrolizador se crea un exceso de electrones en el electrodo negativo, y su deficiencia se crea en el positivo. En el cátodo, los iones o moléculas se reducen bajo la acción de los electrones; en el ánodo, las partículas se oxidan cediendo sus electrones al electrodo.

En la célula, los cationes (M norte+) se mueven al cátodo (-), y los aniones (A norte–) - al ánodo (+).

Voltaje de descomposición electrolito durante la electrólisis se denomina voltaje mínimo (EMF externo) que debe aplicarse a los electrodos. Por ejemplo, para una solución de cloruro de zinc en condiciones estándar:

Zn 2+ + 2 ē = Zn φ° = - 0,76 B,

Cl2 + 2 ē \u003d 2Cl - φ ° \u003d + 1,36 V,

y la tensión de descomposición es igual (en valor absoluto) a la suma de los potenciales de electrodo estándar de ambos electrodos: 0,76 + 1,36 = 2,12 V, es decir el voltaje de descomposición no puede ser menor que el EMF de la celda galvánica correspondiente.

Voltaje de descomposición se compone de los potenciales de dos electrodos - los potenciales de la descarga de iones.

Potencial de vacío catión a veces se llama potencial de depósito metal. Este es el potencial mínimo que debe aplicarse al electrodo para que el catión pierda carga y se produzca la deposición de metal. Para algunos iones (Cu 2+ , Ag + , Cd 2+) el potencial de depósito está cerca del potencial de electrodo, mientras que para otros iones (Fe 2 + , Co 2 + , Ni 2 +) los potenciales de depósito exceden significativamente los potenciales de electrodo de metales - para la electrólisis es necesaria cierta sobretensión.

Distinguir electrólisis de soluciones y derretir la electrólisis. La electrólisis de soluciones se divide en electrólisis con electrodos inertes y electrólisis de ánodo soluble. Los electrodos metálicos (Pt, Au) y no metálicos (grafito) pueden ser inertes. Como ánodos solubles se utilizan ánodos de Cr, Ni, Cd, Zn, Ag, Cu, etc.

Algunos metales prácticamente no se disuelven debido a la alta polarización anódica, como el Ni y el Fe en solución alcalina, el Pb en H 2 SO 4 .

Electrólisis de soluciones con electrodos inertes. Durante la electrólisis de soluciones acuosas de electrolitos, en lugar de metal, no se libera metal, sino hidrógeno en el cátodo. En ambientes ácidos, el hidrógeno se forma por la reacción:

2H++2 ē =H2.

En medios neutros y alcalinos, el hidrógeno se forma por una reacción en la que intervienen moléculas de agua:

2H2O+2 ē = H2+OH-.

Los cationes como Na + o K + no se descargan en absoluto en una solución acuosa, pero se libera hidrógeno.

Los cationes se pueden agrupar según su capacidad de descarga, desde no descarga hasta descarga fácil. Al mismo tiempo, los productos de la electrólisis también cambian. Para algunos cationes, es posible la formación simultánea de metal e hidrógeno.

A continuación se muestran los cationes en orden decreciente de dificultad de su descarga y los productos de la electrólisis:

Cationes Productos de la electrólisis

Li + , K + , Na + , Mg 2+ , Al 3+ , H + (redirigir) H 2

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 + H 2

Cu 2+ , Ag + , Au 3 + M

La diferente posición del hidrógeno en esta serie se explica por las siguientes razones. La posición del hidrógeno entre el plomo y el cobre corresponde a los valores numéricos de los potenciales de electrodo estándar en Con METRO n+ = Con H + = 1 mol/l, es decir a pH=0. La posición del hidrógeno entre el hierro y el cobalto corresponde al potencial de electrodo del hidrógeno en agua a pH=7 (φº H 2 / H + = –0,414 V). En estas condiciones, todos los metales se pueden precipitar de las soluciones, el valor de φ ° que son superiores a –0,414 V. Sin embargo, en la práctica, además de cobalto, níquel, estaño y plomo, también es posible precipitar zinc, cromo y hierro a partir de soluciones acuosas. Esto se explica por el hecho de que la liberación de hidrógeno gaseoso en el cátodo se ve obstaculizada por una sobretensión de hidrógeno.

Así, en la serie de cationes de Li + a A1 3+ no se forma metal y se libera hidrógeno durante la electrólisis debido a la reducción del agua. En la serie de cationes de Mn 2+ a Pb 2+ durante la electrólisis, el metal y el hidrógeno se forman simultáneamente y, finalmente, en una serie Cu 2+ - Au 3+ solo se forma metal.

En consecuencia, cuanto más a la izquierda (más cerca del principio) se encuentra un metal en una serie de potenciales de electrodo estándar (una serie de voltajes), más difícil es aislar este metal por electrólisis de una solución acuosa.

Si se aplica un voltaje que aumenta gradualmente a una solución que contiene varios cationes, la electrólisis comienza cuando se alcanza el potencial de deposición del catión con el potencial de electrodo más alto (el más positivo). Durante la electrólisis de una solución que contiene iones de zinc. (φ °= -0,76 V) y cobre (φ ° = +0,34 V), primero se libera cobre en el cátodo, y solo después de que se hayan descargado casi todos los iones Cu 2+, comenzará a liberarse zinc. Por lo tanto, si la solución contiene simultáneamente diferentes cationes, entonces durante la electrólisis se pueden aislar secuencialmente de acuerdo con los valores de sus potenciales de electrodo. En este caso, se supone que la sobretensión de liberación de metal para ellos es aproximadamente la misma (y pequeña).

Sobre potenciales de descarga de aniones, entonces aquí la imagen es mucho más complicada debido a la capacidad del agua para participar en el proceso de electrólisis. En general, podemos decir que los aniones con el potencial más bajo (menos positivo) se descargan primero en el ánodo. Si la solución contiene iones Cl - (φº = 1,36 V), Br - (φº = 1,09 V) e I - (φº = 0,54 V), entonces se formará primero yodo, luego bromo y, finalmente, cloro. Los iones de fluoruro en una solución acuosa no se pueden descargar en absoluto (φ ° = 2,87 V).

La mayoría de los aniones que contienen oxígeno (excepto el ion acetato) no se descargan en una solución acuosa; en cambio, el agua se descompone en soluciones ácidas y neutras:

2H 2 O - 4 ē \u003d O 2 + 4H +,

y en soluciones alcalinas - la descarga de iones de hidróxido:

2OH - - 2 ē \u003d 1/2 O 2 + H 2 O.

De acuerdo con su capacidad para descargarse durante la electrólisis de soluciones acuosas, los aniones se organizan en la siguiente fila a partir de aniones de ácidos que contienen oxígeno, como SO 4 2–, NO 3, que no se descargan en una solución acuosa, para fácilmente dados de alta:

Aniones Productos de electrólisis

SO 4 2–, NO 3 - etc., OH - O 2

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

S 2– S, SO 2 (+ O 2)

Por lo tanto, es posible formular las siguientes principales reglas para la electrólisis de soluciones acuosas de electrolitos con electrodos insolubles:

1. De los aniones de electrolitos, los aniones de ácidos libres de oxígeno (Cl -, Br -, S 2-, etc.) se descargan primero en el ánodo.

2. Los aniones de ácidos que contienen oxígeno (SO 4 2–, NO 3 –, CO 3 2–, etc.) no se descargan en presencia de agua, en lugar de ellos, el agua se oxida según la reacción:

2H2O-4 ē \u003d O 2 + 4H +.

3. Los metales activos ubicados en una serie de voltajes hasta Al (inclusive) en el cátodo no se restauran, sino que se restaura el agua:

2H2O+2 ē \u003d H 2 + 2OH -.

4. Los metales situados en la serie de tensiones después del aluminio, pero antes del hidrógeno, se reducen en el cátodo junto con las moléculas de agua:

K: 1) Zn 2+ + 2 ē = zinc

2) 2H 2 O + 2 ē \u003d H 2 + 2OH -.

5. Los metales con un valor positivo del potencial de electrodo se reducen en el cátodo en primer lugar:

2+ + 2 ē = Cu

Por ejemplo, durante la electrólisis del ácido sulfúrico (electrodos de grafito), ocurren los siguientes procesos:

en el cátodo 2H + + 2 ē = H 2

en el ánodo 2H 2 O - 4 ē \u003d O 2 + H +.

Ecuación de resumen:

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2,

aquellas. durante la electrólisis de una solución de ácido sulfúrico, se libera hidrógeno y oxígeno debido a la descomposición de las moléculas de agua. Productos de electrólisis: hidrógeno y oxígeno.

Electrólisis de solución de sulfato de cobre:

en el cátodo Cu 2 + + 2 ē = Cu,

en el ánodo 2H 2 O - 4 ē \u003d O 2 + 4H +

Ecuación de resumen:

2Cu 2+ + 2H 2 O \u003d 2Cu + O 2 + 4H +

2CuSO 4 + 2H 2 O \u003d 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4.

Productos de electrólisis: cobre, oxígeno, ácido sulfúrico.

La posibilidad de descarga de aniones depende de su concentración. Así, los productos de la electrólisis de las soluciones concentradas y diluidas de NaCl son cloro y oxígeno, respectivamente.

La electrólisis de una solución diluida de cloruro de sodio se lleva a cabo sin la descarga de iones Cl - (y, en consecuencia, iones Na +), es decir. el agua se descompone. A medida que aumenta la concentración de sal en el ánodo, se libera cloro junto con el oxígeno y se forma cloro en soluciones concentradas (con una mezcla de oxígeno):

en el cátodo 2H2O+2 ē \u003d H 2 + 2OH -

en el ánodo 2Cl - - 2 ē = Cl2 .

Ecuación de resumen:

2Cl - + 2H 2 O \u003d H 2 + Cl 2 + 2OH -

2NaCl + 2H 2 O \u003d H 2 + Cl 2 + 2NaOH.

Productos de electrólisis: hidrógeno, cloro e hidróxido de sodio.

En el caso de la liberación de cloro durante la electrólisis de soluciones de cloruro, el proceso principal de formación de cloro se superpone a las reacciones de interacción del cloro con el agua (hidrólisis) y las transformaciones posteriores de las sustancias resultantes. La hidrólisis del cloro procede con la formación de ácido hipocloroso débil e iones de cloruro (ácido clorhídrico):

Cl 2 + H 2 O \u003d H + + Cl - + HC1O.

El ácido hipocloroso con álcali formado durante la electrólisis (más precisamente, Na ++ OH -) da hipoclorito de sodio NaClO como producto. En un ambiente alcalino, la ecuación de reacción general tiene la forma:

Cl 2 + 2NaOH \u003d NaCl + NaClO + H 2 O.

A temperaturas elevadas (agua hirviendo), la hidrólisis del cloro procede con la formación del ion clorato. Posibles ecuaciones de reacción:

3Cl 2 + 3H 2 O \u003d ClO 3 - + 5 Cl - + 6H +,

3HClO \u003d ClO 3 - + 2Cl - + 3H +,

3СlО - = СlO 3 - + 2Сl -.

En un medio alcalino, la ecuación general tiene la forma

3Cl 2 + 6NaOH \u003d NaClO 3 + 5NaCl + 3H 2 O.

Electrólisis de diafragma. Durante la electrólisis de una solución diluida de cloruro de sodio, los iones Na+ se mueven hacia el cátodo, pero se libera hidrógeno:

2H2O+2 ē \u003d H 2 + OH -

y la solución de hidróxido de sodio se concentra.

Los iones de cloruro se mueven hacia el ánodo, pero debido a su baja concentración, no es cloro lo que se forma principalmente, sino oxígeno:

2H2O-4 ē \u003d O 2 + 4H +

y solución concentrada de ácido clorhídrico.

Si la electrólisis se lleva a cabo en un vaso de precipitados u otro recipiente similar, las soluciones de álcali y ácido se mezclan y la electrólisis se reduce a la formación de hidrógeno y oxígeno debido a la descomposición del agua. Si, por otro lado, los espacios del ánodo y el cátodo están separados por una partición (diafragma) que permite el paso de iones que transportan corriente pero evita que las soluciones cercanas al electrodo se mezclen, entonces se pueden obtener soluciones ácidas y alcalinas como productos de electrólisis. .

Durante la electrólisis de una solución de cloruro de sodio, se formaron iones de hidróxido en el cátodo según la reacción:

2H2O+2 ē \u003d H 2 + 2OH -

inmediatamente comienzan a participar en la transferencia de electricidad y, junto con los iones C1, se trasladan al ánodo, donde ambos iones se descargan y se forma una mezcla de oxígeno y cloro. Por lo tanto, la salida de cloro cae. Si el ánodo está hecho de carbón (grafito), entonces se oxida con oxígeno y se forman óxidos de carbono CO y CO 2, que contaminan el cloro. Además, el cloro formado en el ánodo interactúa con los iones de hidróxido:

C1 2 + OH - \u003d H + + Cl - + OSl -.

La formación de iones de hipoclorito también es un proceso indeseable (si el objetivo no es obtener una solución de hipoclorito de sodio). Todas estas consecuencias indeseables pueden evitarse utilizando un diafragma que separe los espacios del cátodo y el ánodo y que retenga los iones OH-, pero que deje pasar iones Cl-. Finalmente, el diafragma evita la difusión de gases y permite obtener hidrógeno más puro.

Si la solución contiene varios aniones, es más difícil predecir la secuencia de su descarga en el ánodo que para los cationes, pero, en general, se observa la regla de que el anión con el valor potencial más bajo (o el valor negativo más alto de la potencial de electrodo de la reacción que ocurre en el ánodo).

Electrólisis de soluciones con un ánodo soluble. La electrólisis con un ánodo soluble es posible cuando el metal cede electrones más fácilmente que los iones Cl-, OH- o las moléculas de agua. Por ejemplo, en un ánodo de cobre en una solución de cloruro de cobre o sulfato de cobre, no se libera cloro ni oxígeno, pero hay una transición a la solución de iones Cu 2+. Al mismo tiempo, los mismos iones se descargan en el cátodo y se deposita cobre metálico. Así, la electrólisis con ánodo soluble se reduce a la transferencia de cobre del ánodo al cátodo.

La reacción en el ánodo se complica en la mayoría de los casos por numerosos procesos secundarios ya menudo indeseables. Por ejemplo, los iones resultantes pueden formar óxidos, hidróxidos y sus películas:

M 2+ + 2OH - \u003d MO + H 2 O.

La evolución de oxígeno también es posible en el ánodo:

2H2O-4 ē \u003d O 2 + 4H +,

que pueden participar en una amplia variedad de reacciones del sistema electrolítico.

En la formación de productos gaseosos, especialmente oxígeno, en la mayoría de los casos los potenciales de descomposición no se corresponden con los potenciales de electrodo debido a los altos valores de sobretensión. . La sobretensión es la diferencia entre la tensión de descomposición real y la teóricamente calculada a partir de los potenciales de electrodo de la FEM de la reacción correspondiente. La naturaleza de la sustancia liberada (para cloro, bromo y yodo, la sobretensión es muy insignificante) y el material del electrodo tienen una influencia particularmente fuerte en la magnitud de la sobretensión. A continuación se muestran los datos sobre la sobretensión durante la evolución de hidrógeno y oxígeno en varios cátodos y ánodos.

Sobretensión de electrodo, V

Hidrógeno Oxígeno

Pt ennegrecido 0,00 0,2–0,3

Pt brillante 0.1 0.4–0.5

Fe 0,1–0,2 0,2–0,3

Ni 0,1–0,2 0,1–0,3

Cu 0.2 0.2–0.3

Pb 0,4–0,6 0,2–0,3

La sobretensión también depende de la forma de los electrodos, el estado de su superficie, la densidad de corriente, la temperatura de la solución, la intensidad de la mezcla de la solución y otros factores.

La sobretensión del hidrógeno sobre el hierro es ~ 0,1 V, y el oxígeno sobre el mismo material es ~ 0,3 V. Por lo tanto, la sobretensión durante la electrólisis en los electrodos de hierro será 0,1 + 0,3 = 0,4 V. La suma de este valor y calculada teóricamente será el valor mínimo de la tensión de descarga del electrolito correspondiente.

La actitud ante la sobretensión es ambivalente. Por un lado, la sobretensión conduce a un mayor consumo de energía, por otro lado, debido a la sobretensión, muchos metales pueden depositarse a partir de soluciones acuosas que, de acuerdo con los valores de sus potenciales de electrodo estándar, no deberían depositarse. Estos son Fe, Pb, Sn, Ni, Co, Zn , cr. Debido a la sobretensión, así como al efecto de la concentración de la solución sobre el potencial del electrodo, es posible el cromado electrolítico y el niquelado de productos de hierro, e incluso se puede obtener sodio a partir de una solución acuosa en un electrodo de mercurio. .

La rarefacción en una solución acuosa de iones Cl -, y no OH - en soluciones con una alta concentración de electrolitos también se explica por sobretensión de oxígeno. Sin embargo, esta sobretensión no es suficiente para la descarga de iones F y la liberación de flúor libre.

La magnitud de la sobretensión está influenciada por muchos otros factores cinéticos: la velocidad de transferencia de partículas a los electrodos y la eliminación de productos de electrólisis, la velocidad del proceso de destrucción de hidratos y otras capas de iones descargados, la velocidad de unión de los átomos. en moléculas diatómicas de gas, etc.

Resolviendo problemas químicos
consciente de la ley de Faraday
escuela secundaria

desarrollo del autor

Entre la gran variedad de diversos problemas químicos, como muestra la práctica de la enseñanza en la escuela, las mayores dificultades son causadas por problemas para cuya solución, además de sólidos conocimientos químicos, se requiere tener un buen dominio de la materia de el curso de física. Y aunque no todas las escuelas secundarias prestan atención a resolver al menos los problemas más simples utilizando el conocimiento de dos cursos: química y física, a veces se encuentran problemas de este tipo en los exámenes de ingreso en universidades donde la química es una disciplina importante. Y por lo tanto, sin analizar problemas de este tipo en el aula, un docente puede privar sin querer a su alumno de la oportunidad de ingresar a una universidad en una especialidad química.
El desarrollo de este autor contiene más de veinte tareas, de una forma u otra relacionadas con el tema "Electrólisis". Para resolver problemas de este tipo, es necesario no solo tener un buen conocimiento del tema "Electrólisis" del curso de química escolar, sino también conocer la ley de Faraday, que se estudia en el curso de física escolar.
Quizás esta selección de tareas no sea del interés de absolutamente todos los alumnos de la clase o esté al alcance de todos. No obstante, se recomienda analizar tareas de este tipo con un grupo de alumnos interesados ​​en un círculo o clase optativa. Se puede notar con confianza que las tareas de este tipo son complicadas y al menos no típicas de un curso de química escolar ( estamos hablando sobre la media escuela de educacion general), y por lo tanto problemas de este tipo pueden incluirse con seguridad en las variantes de una Olimpiada de química escolar o distrital para los grados 10 u 11.
Tener una solución detallada para cada problema hace que el desarrollo sea una herramienta valiosa, especialmente para los profesores principiantes. Habiendo analizado varias tareas con los estudiantes en una lección opcional o en una lección de círculo, un maestro que trabaje creativamente establecerá varias tareas del mismo tipo en casa y usará este desarrollo en el proceso de verificación de la tarea, lo que ahorrará significativamente el valioso tiempo del maestro.

Información teórica sobre el problema.

Las reacciones químicas que ocurren bajo la influencia de una corriente eléctrica en electrodos colocados en una solución electrolítica o fundida se denominan electrólisis. Considere un ejemplo.

En un vaso a una temperatura de aproximadamente 700 ° C hay una fusión de cloruro de sodio NaCl, los electrodos se sumergen en él. Antes de pasar una corriente eléctrica a través de la masa fundida, los iones Na + y Cl - se mueven aleatoriamente, sin embargo, cuando se aplica una corriente eléctrica, el movimiento de estas partículas se ordena: los iones Na + corren hacia el electrodo cargado negativamente, y los iones Cl - - al electrodo cargado positivamente.

Y el Un átomo cargado o grupo de átomos que tiene una carga.

Catión es un ion cargado positivamente.

Anión es un ion cargado negativamente.

Cátodo- un electrodo cargado negativamente (iones cargados positivamente - cationes) se mueve hacia él.

Ánodo- un electrodo cargado positivamente (iones - aniones cargados negativamente) se mueve hacia él.

Electrólisis de cloruro de sodio fundido en electrodos de platino

reacción total:

Electrólisis de una solución acuosa de cloruro de sodio sobre electrodos de carbón

reacción total:

o en forma molecular:

Electrólisis de una solución acuosa de cloruro de cobre (II) sobre electrodos de carbono

reacción total:

En la serie electroquímica de actividad de los metales, el cobre se encuentra a la derecha del hidrógeno, por lo que el cobre se reducirá en el cátodo y el cloro se oxidará en el ánodo.

Electrólisis de una solución acuosa de sulfato de sodio sobre electrodos de platino

reacción total:

De manera similar, se produce la electrólisis de una solución acuosa de nitrato de potasio (electrodos de platino).

Electrólisis de una solución acuosa de sulfato de zinc sobre electrodos de grafito

reacción total:

Electrólisis de una solución acuosa de nitrato de hierro (III) sobre electrodos de platino

reacción total:

Electrólisis de una solución acuosa de nitrato de plata sobre electrodos de platino

reacción total:

Electrólisis de una solución acuosa de sulfato de aluminio sobre electrodos de platino

reacción total:

Electrólisis de una solución acuosa de sulfato de cobre sobre electrodos de cobre - refinado electroquímico

La concentración de CuSO 4 en la solución permanece constante, el proceso se reduce a la transferencia del material del ánodo al cátodo. Esta es la esencia del proceso de refinación electroquímica (obtención de metal puro).

Al elaborar esquemas para la electrólisis de una sal en particular, debe recordarse que:

– los cationes metálicos que tienen un potencial de electrodo estándar (SEP) más alto que el hidrógeno (desde el cobre hasta el oro inclusive) se reducen casi por completo en el cátodo durante la electrólisis;

– los cationes metálicos con valores SEP pequeños (desde el litio hasta el aluminio inclusive) no se reducen en el cátodo, sino que las moléculas de agua se reducen a hidrógeno;

– los cationes metálicos, cuyos valores SEC son inferiores a los del hidrógeno, pero superiores a los del aluminio (del aluminio al hidrógeno), se reducen simultáneamente con el agua durante la electrólisis en el cátodo;

– si la solución acuosa contiene una mezcla de cationes varios metales, por ejemplo Ag+, Cu 2+, Fe 2+, entonces en esta mezcla la plata será la primera en restaurarse, luego el cobre y el último el hierro;

- en un ánodo insoluble durante la electrólisis, los aniones o las moléculas de agua se oxidan, y los aniones S 2–, I –, Br – , Cl – se oxidan fácilmente;

– si la solución contiene aniones de ácidos que contienen oxígeno , , , , entonces las moléculas de agua se oxidan a oxígeno en el ánodo;

- si el ánodo es soluble, durante la electrólisis él mismo se oxida, es decir, envía electrones al circuito externo: cuando se liberan electrones, el equilibrio entre el electrodo y la solución cambia y el ánodo se disuelve.

Si de toda la serie de procesos de electrodos destacamos solo aquellos que corresponden a la ecuación general

METRO z+ + ze=M,

entonces obtenemos rango de tensión del metal. El hidrógeno también se coloca siempre en esta fila, lo que permite ver qué metales pueden desplazar el hidrógeno de las soluciones acuosas de ácidos y cuáles no (tabla).

Mesa

Una gama de metales de tensión

La ecuacion electrodo proceso	Estándar electrodo potencial en 25 °C, V	La ecuacion electrodo proceso	Estándar electrodo potencial a 25 °C, V
Li + + 1 mi= Li0	–3,045	Co2+ + 2 mi= Co0	–0,277
Rb + + 1 mi= Rb0	–2,925	Ni 2+ + 2 mi= Ni0	–0,250
K++1 mi= K0	–2,925	Sn 2+ + 2 mi= Sn0	–0,136
c + + 1 mi= CS 0	–2,923	Pb 2+ + 2 mi= Pb 0	–0,126
CA 2+ + 2 mi= Ca0	–2,866	Fe 3+ + 3 mi= Fe0	–0,036
na + + 1 mi= Na 0	–2,714	2H++2 mi=H2	0
magnesio 2+ + 2 mi=Mg0	–2,363	Bi 3+ + 3 mi= Bi0	0,215
Al 3+ + 3 mi=Al0	–1,662	2+ + 2 mi= Cu 0	0,337
Ti 2+ + 2 mi= Ti0	–1,628	Cu + +1 mi= Cu 0	0,521
Manganeso 2+ + 2 mi=Mn0	–1,180	Hg 2 2+ + 2 mi= 2Hg0	0,788
Cr 2+ + 2 mi=Cr0	–0,913	Ag + + 1 mi= Ag0	0,799
Zn 2+ + 2 mi= Zn0	–0,763	Hg 2+ + 2 mi= Hg0	0,854
Cr 3+ + 3 mi=Cr0	–0,744	Punto 2+ + 2 mi= Pt0	1,2
Fe 2+ + 2 mi= Fe0	–0,440	Au 3+ + 3 mi= Au 0	1,498
CD 2+ + 2 mi= CD 0	–0,403	Au++1 mi= Au 0	1,691

En mas forma simple una serie de esfuerzos metálicos se pueden representar de la siguiente manera:

Para resolver la mayoría de los problemas de electrólisis se requiere el conocimiento de la ley de Faraday, cuya fórmula se expresa a continuación:

metro = METRO yo t/(z F),

donde metro es la masa de la sustancia liberada en el electrodo, F- Número de Faraday, igual a 96 485 A s/mol, o 26,8 A h/mol, METRO es la masa molar del elemento que se reduce durante la electrólisis, t– el tiempo del proceso de electrólisis (en segundos), yo- fuerza actual (en amperios), z es el número de electrones involucrados en el proceso.

Condiciones de la tarea

1. ¿Qué masa de níquel se liberará durante la electrólisis de una solución de nitrato de níquel durante 1 hora a una corriente de 20 A?

2. ¿A qué intensidad de corriente es necesario realizar el proceso de electrólisis de una solución de nitrato de plata para obtener 0,005 kg de metal puro en 10 horas?

3. ¿Qué masa de cobre se liberará durante la electrólisis de un cloruro de cobre (II) fundido durante 2 horas a una corriente de 50 A?

4. ¿Cuánto tiempo se tarda en electrolizar una solución acuosa de sulfato de zinc a una corriente de 120 A para obtener 3,5 g de zinc?

5. ¿Qué masa de hierro se liberará durante la electrólisis de una solución de sulfato de hierro (III) a una corriente de 200 A durante 2 horas?

6. ¿A qué intensidad de corriente es necesario realizar el proceso de electrólisis de una solución de nitrato de cobre (II) para obtener 200 g de metal puro en 15 horas?

7. ¿Durante qué tiempo es necesario realizar el proceso de electrólisis de una masa fundida de cloruro de hierro (II) a una corriente de 30 A para obtener 20 g de hierro puro?

8. ¿A qué intensidad de corriente es necesario realizar el proceso de electrólisis de una solución de nitrato de mercurio (II) para obtener 0,5 kg de metal puro en 1,5 horas?

9. ¿A qué intensidad de corriente es necesario llevar a cabo el proceso de electrólisis de una masa fundida de cloruro de sodio para obtener 100 g de metal puro en 1,5 horas?

10. La masa fundida de cloruro de potasio se sometió a electrólisis durante 2 horas a una corriente de 5 A. El metal resultante reaccionó con agua que pesaba 2 kg. ¿Qué concentración de solución alcalina se obtuvo en este caso?

11. ¿Cuántos gramos de una solución de ácido clorhídrico al 30% se requerirán para una interacción completa con el hierro obtenido por electrólisis de una solución de sulfato de hierro (III) durante 0,5 h a la intensidad actual?
¿10 A?

12. En el proceso de electrólisis de una masa fundida de cloruro de aluminio, realizado durante 245 min a una corriente de 15 A, se obtuvo aluminio puro. ¿Cuántos gramos de hierro se pueden obtener por el método aluminotérmico cuando una masa dada de aluminio interactúa con el óxido de hierro (III)?

13. ¿Cuántos mililitros de una solución de KOH al 12% con una densidad de 1,111 g/ml se necesitarán para reaccionar con el aluminio (con formación de tetrahidroxialuminato de potasio) obtenido por electrólisis de una solución de sulfato de aluminio durante 300 minutos a una corriente de 25 A? ?

14. ¿Cuántos mililitros de una solución de ácido sulfúrico al 20% con una densidad de 1.139 g/ml se requerirán para interactuar con el zinc obtenido por electrólisis de una solución de sulfato de zinc durante 100 minutos a una corriente de 55 A?

15. ¿Qué volumen de óxido nítrico (IV) (n.o.) se obtendrá cuando un exceso de ácido nítrico concentrado caliente reacciona con cromo obtenido por electrólisis de una solución de sulfato de cromo (III) durante 100 minutos a una corriente de 75 A?

16. ¿Qué volumen de óxido nítrico (II) (n.o.) se obtendrá cuando un exceso de solución de ácido nítrico reacciona con cobre obtenido por electrólisis de una masa fundida de cloruro de cobre (II) durante 50 minutos a una intensidad de corriente de 10,5 A?

17. ¿Durante qué tiempo es necesario realizar la electrólisis de una masa fundida de cloruro de hierro (II) a una corriente de 30 A para obtener el hierro necesario para una interacción completa con 100 g de una solución de ácido clorhídrico al 30 %?

18. ¿Cuánto tiempo lleva electrolizar una solución de nitrato de níquel a una corriente de 15 A para obtener el níquel necesario para una interacción completa con 200 g de una solución de ácido sulfúrico al 35% cuando se calienta?

19. La masa fundida de cloruro de sodio se electrolizó a una corriente de 20 A durante 30 minutos y la masa fundida de cloruro de potasio se electrolizó durante 80 minutos a una corriente de 18 A. Ambos metales se disolvieron en 1 kg de agua. Encuentre la concentración de álcalis en la solución resultante.

20. Magnesio obtenido por electrólisis de una masa fundida de cloruro de magnesio durante 200 min a la intensidad actual
10 A, disueltos en 1,5 l de una solución de ácido sulfúrico al 25% con una densidad de 1,178 g/ml. Encuentre la concentración de sulfato de magnesio en la solución resultante.

21. Zinc obtenido por electrólisis de una solución de sulfato de zinc durante 100 min a la intensidad actual

17 A, se disolvió en 1 l de una solución de ácido sulfúrico al 10% con una densidad de 1,066 g/ml. Encuentre la concentración de sulfato de zinc en la solución resultante.

22. El hierro obtenido por electrólisis de una masa fundida de cloruro de hierro (III) durante 70 min a una corriente de 11 A se pulverizó y se sumergió en 300 g de una solución de sulfato de cobre (II) al 18%. Encuentre la masa de cobre precipitado.

23. Magnesio obtenido por electrólisis de una masa fundida de cloruro de magnesio durante 90 minutos a la intensidad actual
17 A, se sumergieron en un exceso de ácido clorhídrico. Encuentre el volumen y la cantidad de hidrógeno liberado (n.o.s.).

24. Una solución de sulfato de aluminio se sometió a electrólisis durante 1 hora a una corriente de 20 A. ¿Cuántos gramos de una solución de ácido clorhídrico al 15 % se necesitarían para una interacción completa con el aluminio resultante?

25. ¿Cuántos litros de oxígeno y aire (N.O.) se requerirán para la combustión completa del magnesio obtenido por electrólisis de una masa fundida de cloruro de magnesio durante 35 minutos a una corriente de 22 A?

Consulte los siguientes números para obtener respuestas y soluciones.

Los grados comerciales de hierro comercialmente puro (tipo Armco) obtenidos por el método pirometalúrgico tienen una pureza de 99.75-99.85%. La eliminación adicional de impurezas principalmente no metálicas contenidas en este hierro (C, O, S, P, N) es posible mediante refundición especial en alto vacío o recocido en una atmósfera de hidrógeno seco. Sin embargo, incluso después de dicho tratamiento, el contenido de impurezas alcanza 2000-1500 partes por millón de partes de hierro, y las principales impurezas son C, P, S, Mn y O.
El hierro de un mayor grado de pureza se obtiene mediante métodos electrolíticos y químicos, pero también requiere una purificación compleja adicional.
Por métodos electrolíticos, el hierro se obtiene a partir de soluciones moderadamente concentradas o concentradas de cloruro o sulfato ferroso, respectivamente, a bajas densidades de corriente y temperatura ambiente o altas densidades y temperaturas del orden de 100°.
Según uno de los métodos, se precipitó hierro a partir de una solución de la siguiente composición, g/l: 45-60 Fe2+ (en forma de FeCl2), 5-10 BaCl2 y 15 NaHCOs. Se utilizaron placas hechas de hierro Armco o hierro para techos Ural como ánodos y aluminio puro como cátodos. La electrólisis se realizó a temperatura ambiente y una densidad de corriente de 0,1 A/dm2. Se obtuvo un precipitado de estructura cristalina gruesa, que contenía alrededor de 0,01% de C, trazas de fósforo y que no contenía azufre.
La pureza del hierro electrolítico depende de la pureza del electrolito y de la pureza del metal de los ánodos. Durante la precipitación, se pueden eliminar las impurezas más nobles que el hierro, como el estaño, el zinc y el cobre. Es susceptible de eliminación de níquel, cobalto, manganeso. El contenido total de impurezas en el hierro electrolítico es aproximadamente el mismo que en el hierro comercialmente puro. Suele contener una cantidad significativa de oxígeno (hasta 0,1-0,2%), así como azufre (0,015-0,05%), si la precipitación se realizó a partir de baños de sulfato.
La eliminación de oxígeno del hierro electrolítico se lleva a cabo mediante procesos de reducción: tratamiento del metal líquido o sólido con hidrógeno o desoxidación de la masa fundida al vacío con carbón. El recocido en una corriente de hidrógeno seco a 900-1400°C reduce el contenido de oxígeno al 0,003%.
Para obtener hierro de alta pureza a escala semi-industrial, se utiliza un método de reducción de hidrógeno en una planta de fusión al vacío. El hierro electrolítico se somete primero a desulfuración con un aditivo de manganeso en un crisol de cal y espato flúor en una atmósfera de monóxido de carbono (el contenido de azufre disminuyó de 0,01 a 0,004%), luego se reduce la masa fundida con hidrógeno soplando o soplando en un crisol de óxido de aluminio. En este caso, fue posible reducir el contenido de oxígeno a 0,004-0,001%. La desulfuración de metales también se puede llevar a cabo en alto vacío, utilizando adiciones a la masa fundida de dichos metales (estaño, antimonio, bismuto), que forman sulfuros volátiles. Desoxidando la masa fundida con carbono en hornos de alto vacío, es posible obtener hierro con un contenido de oxígeno y carbono de hasta 0,002% cada uno.
La obtención de hierro con un menor contenido de oxígeno por desoxidación en alto vacío se ve obstaculizada por la interacción del metal con el material del crisol, que va acompañada de la transición del oxígeno al metal. mejor material Los crisoles que proporcionan la mínima transferencia de oxígeno son ZrO2 y ThO2.
El hierro de alta pureza también se obtiene por el método del carbonilo a partir del pentacarbonilo Fe (CO) 5 por su descomposición a 200-300 °. El carbonilo de hierro no suele contener impurezas asociadas con el hierro: azufre, fósforo, cobre, manganeso, níquel, cobalto, cromo, molibdeno, zinc, silicio. Las impurezas específicas que contiene son el carbono y el oxígeno. La presencia de oxígeno se debe a reacciones secundarias entre el dióxido de carbono resultante y el hierro. El contenido de carbono alcanza el 1%; se puede reducir a 0.03% si no se agrega vapor de carbonilo de hierro un gran número de amoníaco o procesar polvo de hierro en hidrógeno. La eliminación de carbono y oxígeno se logra mediante los mismos métodos de fusión al vacío que se utilizan para el hierro electrolítico.
El hierro más puro se puede obtener químicamente, pero este método es muy complicado y permite obtener metal en pequeñas cantidades. En los métodos químicos para la purificación de sales de hierro a partir de impurezas de Co, Ni, Cu, Cr, Mn, se utilizan reacciones de recristalización, precipitación o extracción de impurezas por precipitación.
Uno de metodos quimicos, que permite obtener hierro de altísimo grado de pureza (menos de 30-60 partes por millón de impurezas), comprende las siguientes etapas sucesivas:
1) extracción del complejo FeCl3 con éter a partir de una solución de HCl 6-n con regeneración de la solución acuosa y posterior extracción del éter;
2) reducción de FeCls a FeCl2 con hierro de alta pureza;
3) purificación adicional de FeCl2 a partir de cobre mediante tratamiento con un reactivo de azufre y luego con éter;
4) deposición electrolítica de metal a partir de solución de FeCl2;
5) recocido de granos de metal en hidrógeno (para eliminar oxígeno y carbono);
6) obtención de hierro compacto por pulvimetalurgia (prensado en barras y sinterizado en hidrógeno)
La última etapa se puede llevar a cabo mediante la fusión por zonas sin crisol, lo que elimina la desventaja del procesamiento al vacío: la transferencia de oxígeno del crisol al metal.

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