Химия шпоры. Химия (Ответы на вопросы). Классификация основных классов неорганических веществ. Составление формул и номенклатура химических соединений

• Название: Классификация основных классов неорганических веществ. Составление формул и номенклатура химических соединений
• Анкор: Химия шпоры
• Дата: 01.02.2021
• Размер: 489.52 Kb.
• Имя файла: Химия (Ответы на вопросы).docx
• Тип: Документы; #173150
• страница: 8 из 8

Электролиз водных растворов

На процессе электролиза в водных растворах влияние оказывают продукты диссоциации воды

Катодный процесс

Поведение катионов металлов при электролизе зависит от расположения металла в ряду активности, возможны 3 случая:

а) катионы металлов (от Li⁺ по Al³⁺) не восстанавливаются на катоде, а вместо них восстанавливаются молекулы воды;

б) катионы металлов (от Sn²⁺ по Au⁺) полностью восстанавливаются на катоде;

в) катионы металлы средней части ряда от (Al³⁺ до Sn²⁺) восстанавливаются на катоде одновременно с молекулами воды.

Вода на катоде (-)

А) кислая среда рН<7

Б) нейтральная и щелочная рН>=7

Анодный процесс

Аноды могут быть растворимые (активные) и нерастворимые (инертные).

Активные аноды изготавливают металлов (из меди, серебра, железа), они сами растворяются, т.е. окисляются при электролизе.

Инертные аноды из угля, графита, платины, они не окисляются, т.е. не растворяются при электролизе, а служат для передачи электродов во внешнюю цепь. На инертном аноде происходит окисление анионов раствора или молекул воды. При этом анионы бес кислородных кислот легко окисляются, а вместо кислородосодержащих анионов окисляется вода.
Рассмотрим электролиз расплава хлорида натрия (рис. 10.2). Это простейший случай электролиза, когда электролит состоит из одного вида катионов (Na+) и одного вида анионов(Cl  ) и никаких других частиц, могущих участвовать в электролизе, нет. Процесс электролиза расплава NaCl идёт следующим образом. С помощью внешнего источника тока электроны подводятся к одному из электродов, сообщая ему отрицательный заряд. Катионы Na+ под действием электрического поля движутся к отрицательному электроду, взаимодействуя с приходящими по внешней цепи электронами. Этот электрод является катодом, и на нём идёт процесс восстановления катионов Na+. Анионы Cl  движутся к положительному электроду и, отдав электроны аноду, окисляются. Процесс электролиза наглядно изображают схемой, которая показывает диссоциацию электролита, направление движения ионов, процессы на электродах и выделяющиеся вещества. Схема электролиза расплава хлорида натрия выглядит так:

NaCl = Na+ + Cl 

(-) Катод: Na+ Анод (+):Cl 

Эта реакция является окислительно-восстановительной: на аноде протекает процесс окисления, на катоде – процесс восстановления.

В процессах электролиза растворов электролитов могут участвовать молекулы воды и имеет место поляризация электродов.

72. Законы Фарадея. Физический смысл постоянной Фарадея.

Постоя́нная Фараде́я (число Фарадея) — фундаментальная физическая постоянная, определяющая соотношение между электрохимическими и физическими свойствами вещества.

1. 
   Масса вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит
   

или ,

Физический смысл: постоянная Фарадея (F) равна количеству электричества, которое необходимо пропустить через электролит для выделения на электроде 1 грамм-эквивалента вещества.

73. Применение электролиза.

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролитов.

Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод , а к положительному полюсу — анод , после чего погружают их в электролизер с раствором или расплавом электролита.

Электроды, как правило, бывают металлические, но применяются и неметаллические, например графитовые (проводящие ток).

На поверхности электрода, подключенного к отрицательному полюсу источника постоянного тока (катоде), ионы, молекулы или атомы присоединяют электроны, т. е. протекает реакция электрохимического восстановления. На положительном электроде (аноде) происходит отдача электронов, т. е. реакция окисления. Таким образом, сущность электролиза состоит в том, что на катоде происходит процесс восстановления, а на аноде — процесс окисления.

В результате электролиза на электродах (катоде и аноде) выделяются соответствующие продукты восстановления и окисления, которые в зависимости от условий могут вступать в реакции с растворителем, материалом электрода и т. п., — так называемые вторичные процессы.

Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, в аналитической химии , биохимии и т. д. В химической промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически чистые водород и кислород и т. д. При этом одни вещества получают путем восстановления на катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокислением на аноде (хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.).

Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов.

Электролиз может осуществляться с растворимыми анодами - процесс электрорафинирования или с нерастворимыми - процесс электроэкстракции.

Главной задачей при электрорафинировании металлов является обеспечения необходимой чистоты катодного металла при приемлемых энергетических расходах.

В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд и их очистки . Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, бериллий и др.

Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов в электролизер. При пропускании тока металл, подлежащий очистке, подвергается анодному растворению, т. е. переходит в раствор в виде катионов. Затем эти катионы металла разряжаются на катоде, благодаря чему образуется компактный осадок уже чистого металла. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми, либо переходят в электролит и удаляются.

74. Коррозия металлов. Химическая и электрохимическая коррозия. Процессы, происходящие при электрохимической коррозии.

Разрушение металла под воздействием окружающей среды называют коррозией.

Коррозия помимо уничтожения металла отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики деталей, содействуя всем видам разрушения.

Коррозия в зависимости от характера окружающей среды может быть химической и электрохимической.

Электрохимическая коррозия имеет место в водных растворах, а так же в обыкновенной атмосфере, где имеется влага. Электрохимическая коррозия представляет собой процесс разрушения металла в результате воздействия на него гальванических элементов, образование которых становится возможным в коррозионной среде. Электрохимическая коррозия металлов отличается от химической тем, что последняя протекает без электротока. А первопричина этих видов коррозии, коей является термодинамическая неустойчивость, остается неизменной. Металлы легко переходят в разные состояния (включая и более устойчивые), причем в этом случае отмечается снижение их термодинамического потенциала.

Сущность этой коррозии в том, что ионы металла на поверхности детали, имея малую связь с глубинными ионами, легко отрываются от металла молекулами воды.

Металл, потеряв часть положительно заряженных частиц, ионов, заряжается отрицательно за счет избыточного количества оставшихся электронов. Одновременно слой воды, прилегающий к металлу, за счет ионов металла приобретает положительный заряд. Разность зарядов на границе металл – вода обуславливает скачок потенциала, который в процессе коррозии изменяется, увеличиваясь от растворения металла, и уменьшаясь от осаждения ионов из раствора на металле.

Химическая коррозия может происходить за счет взаимодействия металла с газовой средой при отсутствии влаги. Продуктом коррозии являются оксиды металла. Образуется пленка на поверхности металла толщиной в 1…2 периода кристаллической решетки. Этот слой изолирует металл от кислорода и препятствует дальнейшему окислению, защищает от электрохимической коррозии в воде. При создании коррозионно-стойких сплавов – сплав должен иметь повышенное значение электрохимического потенциала и быть по возможности однофазным.

75. Методы защиты от коррозии. Ингибиторы коррозии: классификация, состав, принцип действия.

Ингибиторами коррозии являются такие химические соедине­ния (или смеси нескольких соединений), небольшая добавка ко­торых в коррозионную среду вызывает уменьшение скорости кор­розии металла, находящегося в этой среде. Очень часто металлические конструкции, находящиеся в агрессив­ной среде, невозможно целиком предохранить от коррозии с по­мощью защитных покрытий (например, внутреннюю поверхность труб). Случается, что покрытие не обеспечивает необходимой за­щиты (различные теплообменные аппараты закрытого типа, когда покрытия затрудняют теплообмен). В этих случаях уменьшение потерь, вызываемых коррозией, может быть достигнуто при помощи ингибиторной защиты.

Ингибиторная защита может применяться как самостоятельный метод борьбы с коррозией, а также в сочетании с другими методами (комплексная защита). Сначала ингибиторы использовались только в замкнутых системах (например, системы охлаждения двигате­лей локомотивов, судов, автомобилей) или при периодической замене среды (процессы травления металлов, конденсаторы и т. д.). В дальнейшем, по мере развития техники, ингибиторы получили более широкое распространение. Разработка специальных доза­торов позволила использовать этот экономичный метод борьбы с коррозией и в открытых циклах (например, промышленные транс­портирующие трубопроводы).

ффективным способом борьбы с коррозией металлов является также изменение коррозионной среды, в частности удаление из нее агрессивных компонентов. Например, интенсивная коррозия стальных резервуаров и труб в системах теплоснабжения, вызы­ваемая присутствием растворенного в воде кислорода, может быть уменьшена благодаря добавке в нее поглотителей кислорода (гид­разина, сульфита натрия).

Имея в виду широкие перспективы использования ингибитор­ной защиты, следует помнить, что и изменение коррозионной сре­ды, и введение в нее ингибиторов коррозии не должны противоре­чить технологическим условиям процесса и общим правилам за­щиты здоровья людей и охраны природной среды. Ингибиторами коррозии могут быть как неорганические, так и органические соединения. В зависимости от характера корро­зионной среды, механизма действия и вида защитной пленки, об­разованной на поверхности металла, их можно разделить на груп­пы. Однако вследствие сложного механизма действия ингибиторов любая их классификация является условной.

С электрохимической точки зрения ингибиторы делятся на ка­тодные, анодные и смешанные. Это деление ингибиторов иллюстри­рует, из которого следует, что введение ингибитора вызы­вает изменение коррозионного потенциала системы и в значитель­ной мере влияет на уменьшение плотности коррозионного тока (рисунки даны в полулогарифмических координатах), являюще­гося мерой скорости коррозии металлов.

Ингибиторы коррозии могут иметь органическую и неорганическую природу. Они могут защищать от воздействия жидких сред или газового воздействия. Ингибиторы коррозии в нефтяной промышленности в большинстве случаев сопряжены с торможением анодных и катодных процессов электрохимических повреждений, формировании пассивирующих и защитных пленок.

Анодные ингибиторы коррозии металлов принято относить к категории опасных, ведь при определенных условиях они превращаются из замедлителей в инициаторы разрушительного процесса. Чтобы избежать этого, необходимо, чтобы коррозионный ток по плотности был выше той, при которой формируется абсолютная пассивация анодных участков. Концентрация пассиватора не должна снижаться ниже конкретной величины, иначе может не наступить пассивация, либо она будет неполной. Последний вариант таит в себе большую опасность, ведь он становится причиной сокращения анодной поверхности, увеличения глубины и скорости разрушения металла на небольших участках.

По механизму действия эти ингибиторы коррозии отличаются адсорбционным характером. После адсорбции на катодных или анодных участках они сильно затрудняют разряд ионов водорода, а также реакцию ионизации металла. В значительной степень защитный эффект основан на температуре, концентрации, виде аниона кислоты, а также концентрации ионов водорода. Их чаще всего добавляют в малых количествах, ведь защитное действие ряда органических ингибиторов в больших концентрациях может представлять даже опасность.

76. Протекторная защита металлов. Защита металлов с помощью катодных и андоных покрытий.

Электрохимическая защита – эффективный способ защиты готовых изделий от электрохимической коррозии. В некоторых случаях невозможно возобновить лакокрасочное покрытие или же защитный оберточный материал, тогда целесообразно использовать электрохимическую защиту. Покрытие подземного трубопровода или же днища морского суда очень трудоемко и дорого возобновлять, иногда просто невозможно. Электрохимическая защита надежно защищает изделие от коррозии, предупреждая разрушение подземных трубопроводов, днищ судов, различных резервуаров и т.п.

Применяется электрохимическая защита в тех случаях, когда потенциал свободной коррозии находится в области интенсивного растворения основного металла либо перепассивации. Т.е. когда идет интенсивное разрушение металлоконструкции.

Катодная электрохимическая защита от коррозии применяется тогда, когда защищаемый металл не склонен к пассивации. Это один из основных видов защиты металлов от коррозии. Суть катодной защиты состоит в приложении к изделию внешнего тока от отрицательного полюса, который поляризует катодные участки коррозионных элементов, приближая значение потенциала к анодным. Положительный полюс источника тока присоединяется к аноду. При этом коррозия защищаемой конструкции почти сводится к нулю. Анод же постепенно разрушается и его необходимо периодически менять.

Разновидностью катодной защиты является протекторная. При использовании протекторной защиты к защищаемому объекту подсоединяется металл с более электроотрицательным потенциалом. При этом идет разрушение не конструкции, а протектора. Со временем протектор корродирует и его необходимо заменять на новый.

Протекторная защита эффективна в случаях, когда между протектором и окружающей средой небольшое переходное сопротивление.

Анодную электрохимическую защиту применяют для конструкций, изготовленных из титана, низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, железистых высоколегированных сплавов, разнородных пассивирующихся металлов. Анодная защита применяется в хорошо электропроводных коррозионных средах.

При анодной защите потенциал защищаемого металла смещается в более положительную сторону до достижения пассивного устойчивого состояния системы. Достоинствами анодной электрохимической защиты является не только очень значительное замедление скорости коррозии, но и тот факт, что в производимый продукт и среду не попадают продукты коррозии.

Анодную защиту можно реализовать несколькими способами: сместив потенциал в положительную сторону при помощи источника внешнего электрического тока или введением в коррозионную среду окислителей (или элементов в сплав), которые повышают эффективность катодного процесса на поверхности металла.

Анодная защита с применением окислителей по защитному механизму схожа с анодной поляризацией.

Если использовать пассивирующие ингибиторы с окисляющими свойствами, то защищаемая поверхность переходит в пассивное состояние под действием возникшего тока. К ним относятся бихроматы, нитраты и др. Но они достаточно сильно загрязняют окружающую технологическую среду.

Каждый протектор имеет свой радиус защитного действия, который определяется максимально возможным расстоянием, на которое можно удалить протектор без потери защитного эффекта. Применяется протекторная защита чаще всего тогда, когда невозможно или трудно и дорого подвести к конструкции ток.

Протекторы используются для защиты сооружений в нейтральных средах (морская или речная вода, воздух, почва и др.).

Для изготовления протекторов используют такие металлы: магний, цинк, железо, алюминий. Чистые металлы не выполняют в полной мере своих защитных функций, поэтому при изготовлении протекторов их дополнительно легируют.

Железные протекторы изготавливаются из углеродистых сталей либо чистого железа.