Олово опаяно серебром. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии при попадании этой пары металлов в щелочную среду с рН = 9. Рассчитайте электродные потенциалы всех возможных катодных процессов при заданном значении рН и обоснуйте выбор деполяризатора.
Ответы
Евгений Егорейченков
1) Е пары Sn/Sn2+ = -0.136 В, Е пары Ag/Ag+ = +0.799 В, след-но в образ-ся г.э. олово Sn будет анодом (-), а серебро Ag — катодом (+);
2) на аноде будет протекать процесс: Sn -2e- = Sn2+, а на катоде — процесс: O2 +4e- + 2H2O = 4OH-;
3) с учетом щелочной среды с pH = 9, суммарное ур-е будет выглядеть так:
2Sn + O2 + 2H2O + 4OH- = 2[Sn(OH)4]2- (образ-ся тетрагидроксостаннат (2) ионы).
Источник: www.liveexpert.org
Электролитическое восстановление золота и серебра из растворов переработки рудного сырья
Важной проблемой гидрометаллургии золота на переделе извлечения металла из рудного сырья является выделение его из тиомоче-винных растворов, а также из растворов цианирования — элюатов десорбции золота из сорбентов. Возникающие при этом трудности обусловлены высокой устойчивостью ионов металлов в водных средах и сравнительно низкой концентрацией извлекаемого металла. Задача глубокого выделения золота из растворов электролизом связана с непроизводительным расходованием энергии из-за низкого (уменьшающегося во времени) выхода по току.
Процесс рафинирования серебра с emew
Перспективным способом извлечения золота (серебра) из тиомоче-винпых растворов десорбции с синтетических сорбентов (смол) является электрохимический способ. Широкое распространение получили объемнопористые графитовые электроды, использующие волокнистые углеграфитовые материалы из-за высокой развитости поверхности, удовлетворительной электропроводности, химической и механической стойкости. Один грамм углеграфитового материала, например ВВП-66-95, имеет поверхность около 0,3 м 2 . Конструкция электродного блока должна обеспечить участие всей поверхности углеграфитовых нитей в катодном процессе, т. е. эффективную массопередачу к электроду. При этом важное значение имеет равномерное распределение заданной поляризации на углеграфитовый материал. Установлено, что на начальной стадии деполяризация катода обеспечивается восстановлением золота, что обусловлено катодным перенапряжением иона водорода.
На электролиз поступают кислые тиокарбамидные растворы золота, содержащие, г-моль/л: 4-5 Thio, 7,510′ 3 Fc2(SO4)3, 5-Ю’ 2 H2SO4, представленные соединением [Au(Thio)2]2SO4. Стандартный потенциал восстановления металла из данной ассоциации составляет 0,01 В.
Конкурирующим катодным процессом является восстановление иона водорода с образованием молекулярного газообразного продукта Н2, однако имеет место значительное перенапряжение водорода, обусловленное процессами атомизации и полимеризации водорода на угольном электроде.
Электролиз. 10 класс.
В свою очередь, анодные процессы могут быть связаны с реакциями с участием тиокарбамида и воды:
Предпочтительнее реакция окисления тиокарбамида.
Устройство катодной камеры с объемно-пористым электродом (рис. 2.42) отличается простотой. Корпус представляет собой сварную емкость из титана с тремя полостями, составленными стенками 1. Эти стенки образуют сливные карманы, в верхней части корпуса вварен коллектор 3 для сбора и слива анолита.
В днище корпуса имеются переходники 4, соединенные с коллектором 5 для подачи раствора в катодную камеру, и патрубок 6 для слива раствора перед съемкой осадка и зачистки корпуса от накопившихся шламов. Катодная камера состоит из рамы, крышек и катодов, на которые укладывается углеродный войлок. Водонепроницаемость между крышками камеры и рамой обеспечивается клиновыми замками.
Рис. 2.42. Внешний вид и схема электролизера с волокнистыми углеграфитовыми электродами: 1 — стенки; 2 — дно; 3 — коллектор для сбора и слива анолита;
4 — переходник; 5 — коллектор; 6 — патрубок для слива раствора (информация с сайта http://zavodtrud.ru )
Раствор через штуцер подается внутрь катодного блока, проходит через поры между углеродистыми волокнами и участвует во взаимодействии с поляризованными отрицательно элементами катода (волокнами). При этом происходит разложение тиомочевиппых комплексов золота и серебра с восстановлением ионов металлов и осаждением их на углево-локнс. Технические характеристики катодной камеры с объемно-пористым электродом приведены в табл. 2.10.
Технические характеристики электролизеров ЭУ
Производительность, м’’/ч, нс менее
Число катодных камер
Сила тока, А, в пределах
Габаритные размеры, мм:
Лучшие результаты при работе электрохимической системы катодного восстановления золота из тиомочевинных растворов были получены при использовании платиновых анодов, способных устойчиво работать при плотностях тока более 1 500 А/м.
Эффективность работы электролизера с объемно-пористыми катодами определяется по формуле
где V — объем перерабатываемого раствора десорбции; А — величина катодной поверхности; a — степень извлечения металла; Со и Ст — начальная и конечная концентрация металла в растворе; т — продолжительность электролиза.
Увеличение скорости протока раствора через катодную камеру и повышенная температура электролита способствуют увеличению скорости восстановления золота. Увеличение плотности тока до 10 А/дм 2 приводит к примерно пропорциональному возрастанию скорости. Дальнейшее се повышение связано со снижением выхода металла по току из-за активного выделения водорода.
Благоприятно увеличение скорости циркуляции электролита до 250 л/ч. Эффективность работы катода сохраняется при осаждении до 30-40 кг металла на 1 кг катодной основы. Зарастание электрода восстановленным металлом снижает эффективность работы катода.
Углеграфитовые катоды перерабатывают химическим, электрохимическим и металлургическим способами. Два первых обеспечивают возможность регенерации электрода после химического и электрохимического снятия катодного металла. Металлургический предусматривает обжиг (с удалением основы) и плавку металла. Мембранное отделение анодного пространства позволяет исключить разрушение тиомочевины и обеспечивает возвращение последней в технологию.
Растворы цианирования гравитационных концентратов и элюирования соединений металлов с активных углей имеют следующий примерный состав, мг/л: Au — 150-200; Ag — 20-30: Zn — 8-80; Fe — 2-220; Ni — 2-4; Co-0,25-2,5.
Раствор представлен свободными цианистыми соединениями калия (натрия), щелочью (NaOH, Са(ОН)2), комплексными соединениями золота и серебра (Na[Au(CN)2], Na[Ag(CN)2]), а также комплексами цветных металлов и железа.
Основные процессы на катоде связаны с восстановлением золота и серебра, соосаждением цветных металлов, например меди, и др. В свою очередь, в анодном процессе возможно участие цианид-иопов.
Не менее вероятно окисление гидроксильных ионов с образованием о
молекулярного кислорода ( 3 с» 1 :
Эффективность использования развитой катодной поверхности зависит от режима электролиза. С увеличением плотности тока с 200 до 500 А/м 2 выход по току золота и серебра снижается. В целом выходы по току для золота не превышают 12-15 %, а для серебра — 2 %. С повышением плотности тока напряжение на электролизере достигает 18 20 В. Возрастание скорости циркуляции электролита с 5,8 до 12 м 3 /ч обеспечивает увеличение выхода по току для золота в 1,5 раза. В табл. 2.11 приведены некоторые сведения о катодном восстановлении золота и серебра из цианистых растворов.
Показатели катодного восстановления благородных металлов из цианистых растворов
Плотность тока, А м ’
Скорость циркуляции, м-ч” 1
Коэффициент массопереноса, КтА, 10 3 м 3 ч 1
Источник: bstudy.net
Задачи к разделу Электродные процессы, Гальванический элемент
В настоящем разделе представлены типовые задачи на гальванические элементы: Определение ЭДС гальванического элемента, составление схемы гальванического элемента, определение энергии химической реакции в кДж.
Задача 1. Вычислите значение э.д.с. гальванического элемента:
(-) Mg / MgSO4 // CuSO4 / Cu (+)
Напишите процессы на аноде и катоде, реакцию, генерирующую ток, и определите в кДж энергию химической реакции, превращающуюся в электрическую.
Решение.
Дана схема гальванического элемента, из которой видно, что анодом является магний, а катодом — медь
(-) Mg / MgSO4 // CuSO4 / Cu (+)
А: Mg 0 -2e — = Mg 2+
К : Cu 2+ +2e — = Cu
Mg 0 + Cu 2+ = Mg 2+ + Cu
Вычислим ЭДС гальванического элемента:
ЭДС =0,337 + 2,37 = 2,71 В
ΔG 0 298 = -nFE = -2∙96500∙2,71 = — 523030 Дж = — 523 кДж
Задача 2. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, составленного из стандартного водородного электрода и свинцового электрода, погруженного в 0,01 М раствор PbCl2. На каком электроде идёт процесс окисления, а на каком — восстановление?
Решение.
В данной паре потенциал свинца имеет более отрицательное значение, поэтому анодом является свинец:
А: Pb 0 -2e — = Pb 2+
К: 2 H + +2 e — = H 2
Pb 0 + 2H + = Pb 2+ + H2
Определим электродный потенциал свинца:
E = -0,126 + (0,059/2)∙lg0,01 = -0,185 В
Вычислим ЭДС гальванического элемента:
ЭДС = 0 + 0,185 = 0,185 В
Задача 3. По уравнению токообразующей реакции составьте схему гальванического элемента:
Ni + СuSO4 = NiSO4 + Cu Напишите уравнения анодного и катодного процессов. Рассчитайте стандартную ЭДС.
Решение.
Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, найдем E 0 Ni2+/Ni и E 0 Cu2+/Cu
В данной паре потенциал никеля имеет более отрицательное значение, поэтому анодом является никель:
А: Ni 0 -2e — = Ni 2+
К: Cu 2+ +2 e — = Cu 0
Ni 0 + Cu 2+ = Ni 2+ + Cu 0
Ni 0 + CuSO4 = NiSO4 + Cu 0
Составим схему гальванического элемента:
(-) Ni 0 |NiSO4 || CuSO4|Cu 0 (+)
Рассчитаем стандартную ЭДС реакции:
ЭДС = 0,337 – (- 0,250) = 0,587 В
Задача 4. Составьте схему гальванического элемента из магния и свинца, погруженных в растворы их солей с концентрацией ионов:
[Mg 2+ ] = 0,001 моль/л, [Pb 2+ ] = 1 моль/л. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде. Рассчитайте стандартную ЭДС этого элемента.
Решение.
Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, найдем E 0 Mg2+/Mg и E 0 Pb2+/Pb
В данной паре потенциал магния имеет более отрицательное значение и является анодом:
А: Mg 0 -2e — = Mg 2+
К: Pb 2+ +2 e — = Pb 0
Mg 0 + Pb 2+ = Mg 2+ + Pb 0
Составим схему гальванического элемента:
(-) Mg 0 |Mg 2+ || Pb 2+ |Pb 0 (+)
Применяя уравнение Нернста, найдем EPb2+/Pb и EMg2+/Mg заданной концентрации:
Рассчитаем стандартную ЭДС реакции
ЭДС = -0,126 – (-2,46) = 2,334 В
Задача 5. Как изменится (увеличится, уменьшится) или останется постоянной масса пластины из кобальта, погруженной в раствор, содержащий соли Fe (II), Mg, Ag (I). Напишите молекулярные уравнения реакций.
Решение.
Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, найдем E 0 Mg2+/Mg, E 0 Co2+/Co, E 0 Fe2+/Fe, E 0 Ag+/Ag
Протекание реакции возможно при условии, когда E 0 восст < E 0 ок.
В нашем случае восстановителем является кобальт и условие E 0 восст < E 0 ок соблюдается только для пары
Co 0 + Ag + = Co 2+ + Ag 0
Молекулярное уравнение, например:
В процессе пластина из кобальта будет растворяться, но одновременно на ее поверхности будет осаждаться серебро.
Из уравнения реакции видно, что при взаимодействии 1 моль кобальта, образуется 2 моль серебра.
Мольная масса кобальта M(Co) = 59 г/моль, мольная масса серебра M(Ag) = 108 г/моль.
Найдем массы металлов:
n = m/M, m = n∙M
m(Ag) = 2∙108 = 216 г.
Таким образом, масса осажденного серебра больше, чем масса растворенного кобальта, т.е. масса пластины из кобальта увеличится.
В случаях, когда пластина опущена в раствор соли железа или соли магния ее масса не изменится, т.к. кобальт не вытесняет эти металлы из их солей. Т.е. реакции не происходит и масса пластины остается неизменной.
Задача 6. Составьте схему гальванического элемента, уравнения полуреакций анодного и катодного процессов, молекулярное уравнение реакции, проходящей при работе гальванического элемента, анодом которого является никель. Подберите материал для катода. Рассчитайте стандартную ЭДС этого гальванического элемента.
Решение.
По условию задачи материал анода известен – никель. Электродный потенциал анода всегда имеет более отрицательное значение, т.е. анод состоит из более активного металла, чем катод.
Поэтому нам надо подобрать такой металл, значение потенциала которого, будет иметь большее значение, чем значение электродного потенциала никеля. Например, медь:
Составим уравнения полуреакций анодного и катодного процессов и молекулярное уравнение реакции, проходящей при работе гальванического элемента.
А: Ni 0 -2e — = Ni 2+
К: Cu 2+ +2 e — = Cu 0
Ni 0 + Cu 2+ = Ni 2+ + Cu 0
Ni 0 + CuSO4 = NiSO4 + Cu 0
Составим схему гальванического элемента:
(-) Ni 0 |NiSO4 || CuSO4|Cu 0 (+)
Рассчитаем стандартную ЭДС реакции
ЭДС = 0,337 – (- 0,250) = 0,587 В
Рубрики
- ОБЩАЯ ХИМИЯ
- Основные понятия и законы химии
- Строение атомов элементов
- Периодический закон Д.И.Менделеева
- Химическая связь и строение молекул
- Основы термодинамики
- Химическая кинетика и равновесие химической реакции
- Растворы
- Окислительно-восстановительные реакции
- Электролиз
- Коррозия металлов
- Комплексные соединения
- Дисперсные системы. Коллоидные растворы
- I группа (щелочные металлы)
- II группа (щелочноземельные металлы)
- III группа (алюминий)
- IV группа (углерод, кремний)
- V группа (азот, фосфор)
- VI группа (кислород, сера)
- VII группа (галогены)
- Краткая история органической химии
- Теория строения А.М. Бутлерова
- Классификация органических соединений
- Изомерия и номенклатура органических соединений
- Типы химических реакций
- Алканы
- Алкены, алкадиены
- Алкины
- Спирты
- Простые эфиры
- Альдегиды, кетоны
- Карбоновые кислоты и сложные эфиры
Источник: zadachi-po-khimii.ru