Практикум по химической технологии - Тихвинская М.Ю.
Скачать (прямая ссылка):
План собеседования к главе «Силикатные изделия»
1. Классификация изделий силикатной промышленности.
2. Сырье для производства силикатов.
3. Стеклообразное состояние и характеристика стекол.
4. Классификация стекол по составу.
5. Варка и формование изделий из стекла.
6. Типы стекол, используемые для изготовления химической посуды.
7. Получение вяжущих материалов.
8. Процессы, происходящие при «затворении» вяжущих материалов.
Глава 6
ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСТВОРОВ И РАСПЛАВОВ СОЛЕЙ. ПОЛУЧЕНИЕ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ
Лабораторные работы, предложенные в этой главе, демонстрируют электрохимические процессы получения водорода, хлора, гидроксида натрия и лития. В главу включена работа по получению соляной кислоты, так как и в промышленности, и в лаборатории этот процесс связан с электрохимическим получением исходных продуктов — водорода и хлора. Эти работы позволяют на практике ознакомиться с получением целого ряда веществ неорганического синтеза и определить зависимость между условиями проведения процесса и выходом конечных продуктов. В отличие от существующих в промышленности установка для электролиза раствора поваренной соли работает в периодическом режиме при комнатной, температуре, что значительно упрощает схему. Так как от применения ранее описанного электролиза расплава хлорида свинца следует воздержаться (по соображениям техники безопасности), в настоящей главе рассмотрен электролиз расплава хлорида лития1.
Химические процессы, протекающие под действием постоянного электрического тока, называются электрохимическими и основываются на законах Фарадея. Согласно первому закону Фарадея масса веществ, выделившихся на электродах, прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролит:
т = kit = kQ,
где т — масса выделившегося вещества, кг; k — электрохимический эквивалент, кг/Кл; I — сила тока, A; t — время электролиза, с; Q — количество электричества, Кл.
По второму закону Фарадея при одинаковом количестве электричества масса вещества, выделившегося в результате электролиза различных электролитов, пропорциональна отношению молярной массы к валентности:
тг : тг = kt : k2 = —L : --2-,
где т{, mz — массы выделившихся веществ, кг; kt и kz — электрохимические эквиваленты, кг/Кл; M1 и M2 — молярные массы
1 Методика разработана в Ленинградском политехническом институте, нм. М. И. Калинина.
(кг/кмоль), равные отношению массы к количеству вещества; пх и п2 — валентности.
Следовательно, для выделения 1 моль вещества из разных электролитов необходим одинаковый заряд Q, который равен произведению постоянной Авогадро NA = 6,022045 • 10м моль-1 и элементарного электрического заряда е = 1,6021892 • 10~1в Кл и называется числом Фарадея:
F = NAe = 9,648456 • 10* Кл/моль Электрохимический эквивалент вычисляют по формуле:
nF
где k — электрохимический эквивалент, кг/Кл; M — молярная масса, кг/кмоль; F — число Фарадея, Кл/моль; п — валентность.
Для оценки процесса, электролиза показателями являются выход по току и расход энергии. Выход по току (г|) определяется по формуле:
t] = J*i- . 100%,
где IH1 — масса вещества, практически полученная в процессе электролиза, мг; т0 — масса вещества, которая должна была выделиться теоретически по закону Фарадея, мг.
^0=QA
где Q — количество электричества, прошедшее через электролит, Кл; k — электрохимический эквивалент, мг/Кл.
Расход энергии выражается в Дж и рассчитывается по формуле:
т т
где V — напряжение электролиза, В; Q — количество электричества, Кл; т — масса практически полученного вещества, кг.
РАБОТА 15
ЭЛЕКТРОЛИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ
При электролизе водного раствора хлорида натрия на катоде могут разряжаться катионы натрия и водород, а на аноде — анионы гидроксила и хлора:
катод: 2Н+ + 2е = На анод: 2СГ — 2ё== Cl2
Na+ + e = Na 2OH-— 2е = H2O + 0,5O8
Равновесные потенциалы разряжения ионов в нейтральном насыщенном растворе хлорида натрия составляют:
H+= —0,415 В ОН- = +0,82 В
Na+ = —2,71 В Cl" » +1,33 В
В первую очередь при электролизе хлорида натрия должны были бы разряжаться ионы с наименьшими по абсолютному значению потенциалами разряжения H+ и ОН-, но на графитовых анодах потенциал перенапряжения кислорода больше, чем хлора, и в основном разряжается хлор. Поэтому при электролизе водного раствора хлорида натрия будут разряжаться ионы хлора и водорода, а накапливаться ионы натрия и гидроксид-ионы, образующие гидроксид натрия.
Выход гидроксида натрия снижают побочные реакции, протекающие вследствие частичного растворения хлора в воде:
Cl2 + H2O -> HClO + HCl HClO + NaOH -> NaClO + H2O HCl + NaOH -> NaCl + H2O 3NaClO -> NaClO8 + 2NaCl
Кроме того, выделяющийся на аноде в небольших количествах кислород взаимодействует с углеродом анода:
С H- O2 CO2
Для уменьшения возможности протекания побочных реакций анодное и катодное пространство разделяют пористой полупроницаемой перегородкой — диафрагмой, препятствующей смешению анодных и катодных продуктов электролиза. Увеличению выхода по току способствует увеличение концентрации хлорида натрия до 310—330 г/л.
