Применения электролиза, гальваники, очистки металлов и извлечения алюминия из бокситов
Электролиз используется для разделения компонентов электролита электрическим током , Электролитические ячейки используются при гальванике, очистке металлов, извлечении алюминия из бокситов, гальваника — это процесс образования тонкого слоя в определенном металле на поверхности другого металла. чтобы придать ему красивый блестящий вид или защитить его от коррозии .
Гальваника
Гальваника используется для защиты металла от коррозии и ржавчины, придает металлам блестящий вид, придает металлам более высокую стоимость, например, покрытие некоторых деталей автомобилей, изготовленных из стали, слоем хрома для придания красивой формы, а также для их защиты. от коррозии , здоровые инструменты, как водопроводная вода, смесители гальванически покрыты хромом или золотом.
Гальваника кувшина слоем серебра
- Полностью очистите поверхность кувшина.
- Окуните кувшин и стержень из серебра в раствор электролита, содержащий ионы серебра.
- Подсоедините кувшин с отрицательным электродом батареи (катодом) и стержнем из металлического серебра к положительному электроду (аноду).
- Включите цепь.
Когда электрический ток проходит через цепь: Процесс окисления происходит на аноде, где ионы серебра (Ag + ) растворяются в растворе, Agº → Ag + + e — , Процесс восстановления происходит на катоде, Ag + + e — → Agº, поэтому атомы серебра осаждаются на поверхности кувшина. Согласно первому закону Фарадея количество серебра, осажденного на кувшине, прямо пропорционально количеству электрического тока, проходящего через раствор.
Очистка меди электролизом
Медь чистоты 99% включает в себя некоторые примеси , такие как Fe, Zn, Ag и Au, эти примеси уменьшают проводимость меди для электричества , Нечистая металлическая меди подключен к аноду (анод) батареи, в то время как провода штрафа листы чистой меди соединены с отрицательным электродом (катодом).
И анод, и катод погружены в раствор сульфата меди CuSO 4 , при прохождении электрического тока ионы будут двигаться к электродам, противоположным их зарядам: CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 −2.
На аноде идет процесс окисления : Cu º → Cu 2+ + 2 e —
Примеси железа и цинка растворяются в растворе, а примеси серебра и золота не проникают в анод.
Zn º → Zn 2+ + 2 e —
Fe º → Fe 2+ + 2 e —
Процесс восстановления происходит на катоде, чтобы осаждать чистые атомы меди на катоде.
Cu 2+ + 2 e — → Cu º ↓
Медь с чистотой менее 99,95% не используется в производстве электрических проводов, поскольку примеси снижают способность меди к электропроводности, а также ее качество.
Некоторые примеси в аноде, такие как Zn и Fe, растворяются в растворе, образуя Zn 2+ , Fe 2+ из-за их высокого окислительного потенциала, но они не осаждаются на катоде во время очистки меди, поскольку имеют низкий потенциал восстановления.
Примеси Au и Ag не растворяются в растворе, потому что они имеют низкий окислительный потенциал, поэтому они опускаются ниже анода, а затем удаляются в виде металлов снизу. В этом процессе можно получить чистую медь 99,95%.
Добыча алюминия
Алюминий извлекается из (Al 2 O 3 ) электролизом в присутствии криолита (Na 3 AlF 6 ) и плавикового шпата (фторид кальция CaF 2 ), криолит (Na 3 AlF 6 ) используется для растворения и ионизации оксида алюминия.
Боксит (Al 2 O 3 ) используется для электрического извлечения алюминия, криолит (Na 3 AlF 6 ), содержащий небольшое количество плавикового шпата (CaF 2 ), действует как растворитель для боксита и снижает температуру плавления смеси с 2045 ° C до 950 ° C.
В последнее время криолит заменяют смесью фторидных солей (натрия, алюминия и кальция) для снижения температуры плавления и плотности расплавленного алюминия, что облегчает отделение расплавленного алюминия на дне электролитической ячейки.
Строение клетки
Анод состоит из стержней из углерода (графита), Катод — это контейнер, который сделан из железа, покрытого слоем углерода (графита), Корпус контейнера соединен с отрицательным электродом источника электричества и действует как катод.
Угольные стержни подключены к положительному электроду источника электрического тока и действуют как анод, когда электрический ток проходит между электродами ячейки, погруженными в расплавленный боксит (Al 2 O 3 ), растворенный в криолите (Na 3 AlF 6 ), содержащем мало плавикового шпата (CaF 2 ) происходит окислительно-восстановительное :
3 O 2− → 3/2 O 2 + 6 e — , окисление на аноде (+)
2 Al 3+ + 6 e — → 2 Al º , восстановление на катоде (-)
Суммарная реакция: 2 Al 3+ + 3 O 2- → 2 Al º + 3/2 O 2
Алюминий выводится из ячейки через специальное отверстие. Выделившийся кислород вступает в реакцию с угольными электродами, образуя моноуглерод и диоксид углерода. В бокситовой ячейке необходимо заменить графитовые электроды, поскольку они подвергаются коррозии в результате реакции с выделяющимся кислородом .
3/2 O 2 + 2 C → CO + CO 2