Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 36
CОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1 Содержание самостоятельной работы студентов
в присутствии преподавателя 5
1.1 Термодинамика электродных процессов 5
1.2 Кинетика электродных процессов 10
1.3 Электролитическое рафинирование меди 14
1.4 Электролитическое получение цинка 22
1.5 Электролитическое рафинирование никеля 26
1.6 Электролитическое получение магния 31
1.7 Электролитическое получение алюминия 36
2 Общие методические указания по выполнению
самостоятельной работы 40
3 Содержание самостоятельной работы студентов 40
3.1 Термодинамик электродных процессов 41
3.2 Кинетика электродных процессов 42
3.3 Электролитическое получение цветных металлов 43
Рекомендуемая литература 50
Приложения 51
ВВЕДЕНИЕ
Целый ряд цветных металлов получают путём электролиза водных растворов ил расплавленных электролитов. Так электролизом водных растворов получают такие металлы как цинк, кадмий, медь, никель и благородные металлы. Электролизом из расплавленных солей получают магний, алюминий и другие металлы.
В основе технологии получения этих металлов лежат электрохимические процессы. Поэтому «Электрохимия» имеет большое значение в подготовке студентов специальности «Металлургия».
Электрохимия изучает термодинамические и кинетические закономерности процессов, протекающих на границе раздела фаз электролит – электрод, законы электролиза и применение этих законов в процессе практического получения металлов электролитическим способом. Целью самостоятельной работы студентов является осмысление теоретических положений и закономерностей, которые изучаются в курсе «Электрохимия», на основе решения задач. Самостоятельное решение задач будет способствовать более глубокому пониманию термодинамических и кинетических закономерностей, имеющих место при электролитическом получении и рафинировании цветных металлов, получению практических навыков по выполнению технологических расчётов процесса электролиза.
Методические указания содержат справочные материалы в объёме, позволяющем выполнить самостоятельную работу без привлечения дополнительной справочной литературы.
1 СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ В ПРИСУТСТВИИ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ
1.1 Термодинамика электродных процессов
1.1.1 Написать электродные реакции и на их основе химическую реакцию, протекающие в гальваническом элементе
Pt,H2/HBr/AgBr,Аg
и рассчитать ∆G, ∆H и ∆S для реакции, если электродвижущая сила гальванического элемента (э.д.с) при 298 К равна 0.0713, а температурный коэффициент э.д.с. равен – 5,3·10-4 В/К.
Решение
В правильно записанной электрохимической цепи гальванического элемента слева всегда располагается отрицательно заряженный электрод, а справа положительно заряженный электрод.
На отрицательно заряженном электроде всегда протекает реакция окисления, т.е. реакция, сопровождающаяся отдачей реагирующим веществом электронов во внешнюю цепь. В нашем случае отрицательно заряженным электродом является водородный электрод, на котором протекает электродная реакция :
Н2 – 2е = 2Н+
На положительно заряженном электроде всегда протекает реакция восстановления, связанная с присоединением реагирующим веществом электронов из внешней цепи. В нашем случае положительно заряженный электрод представляет собой электрохимическую систему, состоящую их металлического серебра, покрытого трудно растворимой солью AgBr и опущенного в раствор хорошо растворимого соединения, имеющего общий анион с трудно растворимой солью. На нём будет протекать реакция:
2AgBr + 2e = 2Ag + 2Br-.
Сложение электродных реакций даст химическую реакцию, протекающую в гальваническом элементе:
H2 + 2AgBr = 2Ag + 2HBr.
Изменение энергии Гиббса химической реакции, протекающей в гальваническом элементе, связано с э.д.с. элемента по уравнению:
∆G = - zFE,
где ∆G – изменение энергии Гиббса, Дж;
F = 96500 – число Фарадея, Кл;
z = 2 – число электронов, принимающих участие в электрохимической реакции.
После подстановки численных значений получим:
∆G = - 2·96500·0,0713 = - 13762,83 Дж.
Тепловой эффект реакции, протекающей в гальваническом элементе связан с э.д.с. и температурным коэффициентом э.д.с. уравнением:
∆Н = - zF(E – T·).
После подстановки численных значений получим:
∆Н = - 2·96500[0,0713 - 298·(-5,3·10-4)] = - 44245,25 Дж.
Изменение энтропии химической реакции, протекающей в гальваническом элементе, связано с температурным коэффициентом э.д.с элемента по уравнению:
∆S = z·F·.
После подстановки численных значений получим:
∆S = 2·96500· (- 5,3·10-4) = - 102,29 Дж.
Ответ: - 13762,83 Дж ; - 44245,25 Дж; - 102,29 Дж.
1.1.2 Составить электрохимическую цепь гальванического элемента, в котором протекает химическая реакция:
2Ag + Br2(жид) =2AgBr.
Написать реакции, протекающие на электродах и по значениям стандартных электродных потенциалов рассчитать константу равновесия реакции.
Решение
На отрицательно заряженном электроде гальванического элемента должна протекать реакция окисления. В нашем случае отрицательно заряженным электродом является электрод второго рода, на котором будет протекать реакция:
2Ag – 2e + 2Br- = 2AgBr.
На положительно заряженном электроде будет протекать реакция восстановления:
Br2(жил) - 2е = 2Br-.
Из записанных уравнений электродных реакций видно, что их сложение даёт искомую химическую реакцию, протекающую в гальваническом элементе.
На основании электродных реакций составляем электрохимическую цепь гальванического элемента:
(-) Ag,AgBr/Br-/Br2(жид) (+)
Константа равновесия химической реакции, протекающей в гальваническом элементе, связана с величиной стандартной э.д.с. элемента уравнением:
lnK = ,
где Ео – стандартная э.д.с. элемента, В.
Величина стандартной э.д.с. связана со стандартными электродными потенциалами уравнением:
Ео = ,
где - стандартный потенциал положительно заряженного электрода, В;
- стандартный потенциал отрицательно заряженного электрода, В.
Из таблицы А1 приложения находим, что стандартный потенциал бром- серебряного электрода при 2989 К равен 0,0713 В, а стандартный потенциал бромного электрода при той же температуре равен 1,0652 В.
Подставив численные значения стандартных потенциалов, получим:
Ео , = 1,0652 – 0,0713 = 0,9939 В.
После подстановки численных значений величин получим для константы равновесия:
lnK = = 77,46,
откуда
К = е77,46 = 4,37·1033.
Ответ: 4,37·1033.
1.1.3 По термодинамическим данным рассчитать стандартный потенциал электрода Pt,Cl2/Cl- при 298 К.
Решение
Потенциалом электрода принято считать э.д.с. гальванического элемента, составленного из данного электрода и стандартного водородного электрода, потенциал которого условно принят равным нулю.
Для расчёта э.д.с. составим электрохимическую цепь гальванического элемента, состоящего из искомого и стандартного водородного электродов.
Поскольку нам не известен знак искомого электрода по отношению к стандартному водородному электроду, то составим произвольную электрохимическую цепь гальванического элемента:
(-) Pt,Cl2/HCl/H2,Pt (+)
Напишем электродные реакции, протекающие в составленном гальваническом элементу.
На отрицательно заряженном электроде будет протекать реакция окисления
2Cl - - 2e = Cl2,
а на положительно заряженном электроде реакция восстановления
2Н+ + 2е = Н2.
Тогда в составленном гальваническом элементе будет протекать химическая реакция:
2Сl- + 2H+ = Cl2 + H2.
Величина стандартной э.д.с. гальванического элемента связана с изменением стандартной энергии Гиббса по уравнению:
∆Go = - zFEo,
откуда
Ео = - .
С другой стороны
Ео = - .
Поскольку
= 0,
то
= - Ео = .
Рассчитаем ∆G0 для реакции, протекающей в гальваническом элементе, по термодинамическим данным по уравнению:
= -
Из таблицы А2 приложения выпишем термодинамические свойства участников реакции.
Сl- H+ Cl2 H2
-, 167,4 0 0 0
, 55,09 0 222,9 130,6
Рассчитаем , и для химической реакции, протекающей в составленном гальваническом элементе:
= (Н2) + (Сl2) - 2(Сl-) - 2(H+) =
0 + 0 – 2 (- 167,4) - 2·0 = 334,8 кДж = 334800 Дж
= (Н2) + (Сl2) - 2(Cl-) - 2(H+) =
130,8 + 222,9 -2·55,9 - 2 ·0 = 241,1
= 334800 - 298·241,1 = 262952 Дж
В гальваническом элементе всегда протекает самопроизвольная химическая реакция, для которой < 0. В составленном нами гальваническом элементе реакция протекает с .> 0. Это значит, что нами неправильно составлена электрохимическая цепь гальванического элемента. Правильно составленная электрохимическая цепь гальваничекого элемента будет иметь вид:
Pt,Cl2/HCl/H2,Pt
В нём будет протекать реакция
Cl2 + H2 = 2Сl- + 2H+ ,
для которой = - 262952 Дж.
Тогда величина стандартного потенциала искомого электрода определится из уравнения:
= Ео = - = = 1,36 В.
Ответ: 1,36 В.
1.2 Кинетика электродных процессов
1.2.1 Ниже приведена зависимость потенциала электрода от плотности тока:
φ, В 0,29 0,25 0,21 0,17 0,19 0,11 0,09
i·102, А/см2 1,0 2,5 3,5 9,8 12,0 25,2 36,8
Показать, что перенапряжение электрода подчиняется уравнению Тафеля, определить постоянные а и b в уравнении, рассчитать кинетические параметры α и β, а также ток обмена, если равновесный потенциал медного электрода при 298 К равен 0,34 В.
Решение
Если кинетика электрохимической реакции описывается теорией замедленного разряда, то перенапряжение выделения металла на электроде подчиняется уравнению Тафеля:
- η = а + b·lni,
где а = - постоянная, зависящая от природы металла,B;
b = постоянная, зависящая от характера электрохимического процесса, B;
io – ток обмена, А/см2;
η – перенапряжение выделения металла, В;
α – кинетический параметр (коэффициент переноса).
В этом случае графическая зависимость η =f(lni) будет иметь линейный характер.
Если считать, что η < 0, то реальный потенциал электрода в условиях поляризации электрода определится уравнением:
φ(реальн) = φ(равн) + η,
откуда
η = φ(реальн) - φ(равн)
Приведём исходные данные к виду, удобному для построения графика в координатах η =lni:
-η,В 0,05 0,09 0,13 0,17 0,19 0,23 025
- lni 4,16 3,69 3,25 2,32 2,12 1,38 1,0
Построим график в координатах η = lni (Рисунок 1.1).
Прямолинейная зависимость η =f(lni) свидетельствует о том, что перенапряжение выделения металла подчиняется уравнению Тафеля.
Отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат при lni = 0, представляет собой постоянную в уравнении Тафеля, а тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс tgβ представляет собой постоянную b в уравнении.
Из графика находим
а = -0,30; b = tgβ = = 0,055
Величина тока обмена может быть рассчитана по уравнению
lnio = = = -5,45
Откуда
io = e-5,45 = 4,3·10-3 A/см2
Коэффициент переноса α, учитывающий долю потенциала электрода, участвующую в катодном процессе, рассчитаем по уравнению:
α = ,
где z – число электронов, принимающих участие вв электродном процессе.
В нашем cлучае z = 2, так как на медном электроде протекает процесс Cu2+ +2e = Cu.
После подстановки численных значений получим:
α = = 0,23
Коэффициент переноса β учитывает долю потенциала, участвующую в анодном процессе. Коэффициенты переноса связаны между собой уравнением:
α + β = 1
Тогда коэффициент переноса β будет равен
β = 1 – 0,23 = 0,77
Ответ: - 0,3; 0,055; 4,3·10-3 А/см2 ; 0,23; 0,77.
1.2.2 Рассчитать катодное перенапряжения выделения водорода на висмуте и ток обмена, если в процессе электролиза поддерживается плотность тока 0,25 А/см2, а постоянные в уравнении Тафеля равны а = 0,11 и b = 0, 052. Рассчитать общий и непроизводительный расход электрической энергии на получение 500 м3 водорода, сели теоретическое напряжение разложения воды равно 1,229 В.
Решение
По уравнению Тафеля рассчитаем перенапряжение выделения водорода на висмуте:
- η = + blni = 0,11 +0,052ln0,25 = 0,038 B
Величины и b определяются выражениями
и b =
Из сравнения уравнений можно записать
lnio = = -2,16
Тогда
i0 = e-2,16 = 0,16 А/см2
При отсутствии перенапряжения водород должен выделяться при потенциале электрода равном нулю. Тогда напряжение на ванне должно соответствовать теоретическому напряжению разложения воды, равному 1,229 В, т.е равному стандартному потенциалу кислородного электрода. В этом случае теоретически необходимое количество электричества определится законом Фарадея, согласно которому на выделение 1 г – эквивалента водорода или 11, 2 л потребуется 96500 Кл или 26,8 А·час электричества. С учётом этого теоретически необходимое количество электричества для выделения 500 м3 водорода составит:
q = = 1196,3·103А·час
Тогда теоретический расход электрической энергии составит:
W1 = U·q = 1,229·1196,3·103 [B·A·час = Вт·час] = 1470 ,41·103 Bт·час
или
W1 = 1470,41 кВт·час
Перенапряжение выделения водорода вызовет дополнительный (непроизводительный ) расход электрической энергии:
W2 = η·q = 0,038·1196,3·103 = 45,46·103 Вт·час = 45,46 кВт·час
Тогда общий расход электрической энергии составит:
W = W1 + W2 = 1470,41 + 45,46 = 1515,87 кВт·час
Ответ: 45,46 кВт·час; 1515,87 кВт·час.
1.3 Электролитическое рафинирование меди
1.3.1 Годовая производительность цеха рафинирования меди составляет 150 тыс тонн катодной меди. Машинное время работы ванн 0,95. Катодный выход по току для меди 94 %. Среднее напряжение на одной ванне 0,3 В. Цеховой источник постоянного тока обеспечивает выходное напряжение 280 В.
Рассчитать количество ванн рафинирования меди нагрузкой 10 кА, которое необходимо установить в цехе для обеспечения заданной производительности цеха, количество цепей должны быть соединены рафинировочные ванны и удельный расход электрической энергии на 1 тонну меди, если потери напряжения в главном шинопроводе и соединительных шинах составляют 5 % от напряжения на ванне.
Решение
Суточная производительность цеха составит
g1 = = 411 т/сут.
Рассчитаем суточную производительность одной ванны.
g2 = kItBTKM,
где k –электрохимический эквивалент меди, ;
I – токовая нагрузка ванны, А;
ВТ – Выход по току для меди;
КМ – коэффициент машинного времени работы ванн.
Из таблицы А3 приложения находим значение электрохимического эквивалента меди k = 1,185 .
После подстановки численных значений величин получим:
g2 = 1,185·10000·0,94·0,95 = 254,6·103 г/сут = 254,6 кг/сут
Тогда необходимое число ванн в цехе составит:
n1 = = = 1614,3
.
Принимаем количество ванн, которое необходимо установить в цехе, равное 1615.
Ванны в цехе объединяются в серии. Каждая серия содержит из 2 блоков. Каждый блок в свою очередь содержи 12 ванн. Таким образом, в одну серию входят последовательно соединённые 24 ванны. С учётом этого количество необходимых серий составит:
n2 = = 67,3.
Принимаем число серий в цехе равное 68.
Напряжение на каждой серии составит
U2 = U1·n2,= 0,3·24 = 7,2 В.
где U1 – напряжение на одной ванне, В;
U2 – Напряжение на одной серии, В.
Для поддержания такого напряжения на серии цеховой источник постоянного тока позволит последовательно количество серий в одной последовательной цепи:
n3 = = = 36,9
где КШ – коэффициент учёта потерь напряжения в главном шинопроводе и
соединительных шинах.
Принимаем 36 серий.
Тогда число параллельных цепей составит:
n4 = = = 1,89
Принимаем количество цепей, равное 2..
1.3.2 Цех рафинирования меди оснащён 925 ваннами нагрузкой 10 кА. Катодный выход по току равен 95 %. Количество меди, преходящее из анодов ванн рафинирования за счёт их химического растворения на 2 % превышает количество катодной меди. Какое количество регенеративных ванн нагрузкой 10 кА необходимо для поддержания постоянного состава циркулирующего раствора. Выход потоку в ваннах регенерации равен 95 %.
Решение
Количество меди, которое осаждается на катодах ванн за одни сутки, составит:
g1 = k·I·t·BT·n1 = 1,185·10000·24·0,95·925 = 249,92·106 г = 249920 кг
Избыток меди в ванне за счёт химического растворения анода составит:
g2 = g1·0,02 = 249920·0,02 = 49980,4 кг
Тогда число необходимых ванн регенерации составит:
n2 = = = 18,5
Принимаем число регенеративных ванн, равное 19.
4.3.3 Цикл наращивания металла на катодах ванн рафинирования меди составляет 10 суток. Токовая нагрузка на ванну 9 кА. Выход по току 95 %.
Рассчитать массу одиночного катода, если масса исходного катодного листа 5 кг, а в ванне установлено 29 катодов и 28 анодов.
Решение
Количество меди, которое осаждается на катодах ванны за 10 суток, составит:
g1 = k·I·t·BT = 1,185·9000·10·24·0,95 = 2431, 62·103 г = 2431,62 кг
Масса меди, которая выделится на одном катоде за это время, составит:
g2 = = = 86,8 кг.
Тогда масса съёмного катода составит:
g3 = g2 + 5 = 86,8 + 5 = 91,8 кг.
4.3.4 Ванна рафинирования меди нагрузкой 9000 А имеет 28 анодов и 29 катодов. Аноды рассчитаны на 30 суток работы. Анодная плотность тока составляет 180 А/м2. Анодный скрап составляет 14 % от первоначальной массы анода. Расход анодов составляет 1,031 т на 1 т катодной меди. Катодный и анодный выходы по току равны 95 %. Рассчитать начальную массу анода и его толщину.
Решение
Количество меди, которое выделится на катодах ванны за 30 суток, составит:
g1 = k·I·t·BT = 1,185·9000·30·24·0,95 = 7294,9·103г = 7294,9 кг
Тогда первоначальная масса всех анодов ванны составит:
g2 = g1·1,031 = 7521 кг.
Масса одного анода составит:
g3 = = 312,3 кг.
Анод в ванне растворяется с двух сторон. Толщину одной растворяющейся стороны определим из системы уравнений.
С одной стороны масса анода определяется уравнением:
g4 = ρ·S·δ,
где ρ – плотность материала анода, г/см3;
S- площадь поверхности анода, см2;
δ – толщина одной растворяющейся стороны анода, см.
С другой стороны, в соответствии с законом Фарадея масса растворяющейся части анода составит:
g4 = k·I·t·BT
Тогда
ρ·S·δ,= k·I·t·BT,,
оттуда
δ = ,
где i = - плотность тока, А/см2.
Из таблицы А4 приложения находим плотность меди ρ = 8,9 г/см3.
После подстановки численных значений получим
δ = = 1,64 см
Тогда полная толщина анода составит
2δ = 2·1,64 = 3,28 см.
4.3.5 Скорость циркуляции электролита в ванне рафинирования чеоез ванны регенерации раствора нагрузкой 10 кА равна 20 л/ мин. Концентрация поступающего раствора 86,6 7/л СuSO4 и 160 г/л H2SO4. Катодный выход по току для меди и анодный для кислорода равен 97 %.
Написать уравнения реакций, протекающих на электродах и в ванне регенерации, состав выходящего из ванны электролита и объём кислорода, выделившегося за 1 час.
Решение
На электродах ванн регенерирования электролита протекают следующие электрохимические реакции:
на катоде Сu2+ + 2e = Cu;
на аноде Н2О – 2е = 0,5О2 +2Н+;
в ванне Сu2+ +H2O = Cu +0,5O2 + 2H+;
CuSO4 + H2O = Cu +0,5O2 +H2SO4.
Рассчитаем количество меди, выделяющееся на катодах за одну минуту::
g1 = kItBT = = 191,6 г
В пересчёте на СuSO4 это составит
g2 = = 481,1 г
где М1 – молекулярный вес CuSO4, г;
М2 – молекулярный вес Сu, г.
Количество СuSO4, поступающего в ванну регенерации за 1мин, составит:
g3 = C1·v = 86,6·20 = 1732 г
где С1 – концентрация СuSO4 в электролите, поступающем в ванну регенерации раствора, г/л;
v – скорость циркуляции электролита, л/мин.
Концентрация CuSO4 в электролите, выходящем из ванны регенерации, составит
С2 = = = 62,55 г/л.
Количество H2SO4, которое образуется в ванне за одну минуту, определим в соответствии с химической реакцией, которая протекает в ванне:
g4 = = = = 295,5 г.
где М3 – молекулярный вес, H2SO4.
Концентрация Н2SO4 в электролите, выходящем из ванн регенерации раствора составит:
С1 = С3 + = 160 + = 174,8 г/л.
Объём кислорода, выделяющийся за 1 час из ванны, рассчитаем по уравнению
g5 = kItBT = 0,21·10000·1·0,971[ = л] = 2828,6 л,
где k===0,21–электрохимический эквивалент кислорода, ;
V – объём одного моля кислорода при нормальных условиях;
z- число электронов, принимающих участие в электродном процессе при выделении одного атома кислорода.
4.3.6 Скорость подачи электролита в ванну рафинирования меди, нагрузкой 9000 А, составляет 20 л/ час. Электролит содержит 83 г/л CuSO4 и 175 г/л H2SO4 Катодный выход по току для меди равен 95 %.
Рассчитать состав электролита, выходящего из ванны, если принимать во внимание только один процесс, вызывающий избыточный на 2 % переход меди в раствор по сравнению с осаждающейся на катоде:
Cu + 0,5O2 + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Решение
За одну минуту на катодах ванны осаждается меди
g1 = kItBT = = 168,86 г
Избыток меди в электролите за счёт химического растворения анода составит:
g2 = 0,02·g1 = 168.86·0,02 = 3,37 г
В перерасчёте на CuSO4 это составит:
g3 = = 8,46 г
В расчёте на 1 л электролита этот избыток составит:
С1= = = 0,42 г/л
Тогда концентрация СuSO4 в электролите, выходящем из ванны составит
С3 = С2 + С1 =83,0 + 0,42 = 83,42 г/л
В расчёте на 1л электролита на химическое растворение меди в соответствии с химической реакцией расходуется H2SO4
g2 = = = 0,26 г H2SO4,
где М1 - молекулярный вес H2SO4.
М2 – атомный вес меди, г.
Концентрация серной кислоты в выходящем из ванны электролите составит:
С4 = С5 - g4 = 175,0 – 0,26 = 175,74 г/л.
4.3.7 Анодная медь, подвергающаяся электролитическому рафинированию, содержит 99,35 % Сu, 0,16 % Ni, 0,017 % As. В процессе анодного растворения в электролит переходит 75 % Ni и 65 % As. Объёмная плотность тока в ваннах cоставляет 2,8 А/л. Объём электролита, вне ванн равен 15 % от объёма электролита в ваннах. Анодный выход по току 96 %.
Определить продолжительность электролиза, при которой будет достигнуто предельное содержание примесей в электролите. Предельное содержание для никеля составляет 18 г/л, а для мышьяка 3,0 г/л. Рассчитать минимальный объём электролита, который необходимо выводить из оборота, чтобы не допустить превышение предельного содержания примесей в ходе процесса электролиза.
Решение
Объёмная плотность тока в расчёте на весь объём циркулирующего электролита составит:
iV = = = 2,43 А/л,
где K – коэффициент, учитывающий весь объём циркулирующего электролита.
Количество меди, преходящее в раствор за счёт анодного растворения за 1 час на 1 л циркулирующего электролита составит:
g1 = k·iV··t·BT = 1,185·2,43·1·0,96 = 2,76 г/(А·л)
Количество никеля, растворяющееся за 1 час, в расчёте на 1 л электролита составит:
g2 = g1К1 = ·0,75 = 3,3·10-3 г/(час·л),
где р1 – доля примеси никеля в анодной меди;
р2 – доля мышьяка в анодной меди;
К1 – коэффициент, учитывающий долю никеля, переходящего в раствор.
Время электролиза, за которое достигается предельная концентрация никеля в электролите, составит
t1 = = = 5405 час = 225 суток.
Количество мышьяка, которое перейдёт за 1 час в раствор на 1л раствора составит:
g3 = = g1К2 = ·0,65 = 3,07·10-4 г/(час·л),
где – р3 – доля мышьяка в анодной меди;
К2 – доля мышьяка, переходящая в электролит.
Время электролиза, за которое достигается предельная концентрация мышьяка в электролите, составит:
t2 = = = 9772 час = 407 суток.
Поскольку t1 > t2, то время вывода электролита из оборота электролита будет определять примесь никеля.
Минимум электролита, выводимого для очистки от примесей, достигается при достижении предельного содержания никеля в электролите. Количество электролита, которое необходимо выводить из оборота за сутки составит:
∆V = ·100 = ·100 =0,44 %.
1.4 Электролитическое получение цинка
1.4.1 Нейтральный цинковый раствор, поступающий в ванну для электролитического получения цинка нагрузкой 12 кА, содержит 120 г/л цинка. Катодный выход по току для цинка равен 92 %. Расход воды в процессе электролиза составляет 5,41 кг/час. Рассчитать скорость однокаскадной циркуляции и концентрацию серной кислоты в отработанном электролите, если минимальная концентрация цинка в нём не должна превышать 45 г/л.
Решение
В электролизёре для получения цинка протекает химическая реакция
ZnSO4 +H2O = Zn +0,5O2 + H2SO4
Уменьшение количества цинка в ванне за один час за счёт электролитического выделения на катодах составит:
g1 = kItBT = 1,22·12000·1·0,92 = 13450 г
Считая, что изменение объёма электролита связано только с расходом воды, составим балансовое уравнение за 1 час:
= 45 г/л,
где g2 – количество цинка, поступающее ванну за 1 час с нейтральным электролитом, г;
g1 – количество цинка, выделяющееся на катодах за 1 час, г;
g3 – потери воды за 1 час в процессе электролиза;
v – скорость циркуляции электролита, л/час.
После подстановки численных значений получим:
= 45,
откуда получим
v = 177 л/час.
За 1 час в электролите образуется серной кислоты:
g4 = kItBT = 1,83·12000·1·0,92 = 20203 г,
где–k== 1,83 – электрохимический эквивалент серной кислоты, .
Тогда концентрация серной кислоты в отработанном электролите составит:
С = = = 117,5 г/л.
1.4.2 Годовая производительность цеха электролиза цинка 150 тыс тонн катодного цинка. В цехе установлены ванны нагрузкой 15 кА. Напряжение на ванне составляет 4,1 В.Потери напряжение в главном и соединительных шинопроводах составляет 5 % от напряжения на ванне. Цеховой источник постоянного тока имеет напряжение 650 В. Катодный выход по току 90 %. Машинное время работы ванн 0,96.
Рассчитать количество электролизёров, которое необходимо установить в цехе, число последовательных цепей в которые должны быть соединены ванны и удельный расход электроэнергии на 1 тонну цинка.
Решение
Суточная производительность цеха составит:
g2 = = = 410,96 т = 410960 кг
Суточная производительность одного электролизера составит:
g3 = kItКМBT = 1,22·15000·24·0,96 = 379500 г = 379,5 кг
Необходимое число электролизёров составит:
n1 = = = 1082,9
Принимаем число электролизёров, равное 1083.
Напряжение на всех электролизёров составит:
U2 = U1·n1 = 4,1·1083 = 4440,3 B.
Число последовательных цепей составит:
n2 = = = 6,8
Принимаем число цепей, равное 7.
Падение напряжение в шинопроводах составит:
U4 = U1·p1 = 4,1·0.05 = 0,205 B,
где р1 – потери напряжения в шинопроводах, %.
Удельный расход электрической энергии составит:
W = = = 3,769 (Вт·ч)/г = 3769 (кВт·ч)/т
1.4.3 В электролизёре нагрузкой 10 кА с катодным выходом потоку 92 % поддерживается плотность тока 280 А/м2. Размер катода 0,9·0б66 м2. Время наращивания катода 2 суток.
Рассчитать электродов ванне, массу и толщину катодного осадка.
Решение
Площадь всех катодов в анне составит:
S = = = 35,7 м2
Тогда количество катодов в электролизёре составит:
n1 = = = 29,8
Принимаем число катодов в ванне, равное 30.
Количество цинка, которое получают в ванне за 2 суток, составит:
g1 = kItBT = 1,22·10000·2·24·0,92 = 527·103 г = 527 кг.
Масса одиночного катода составит:
g2 = = = 8,8 кг
Толщину катодного осадка рассчитаем по уравнению:
g2 = ρ·S·δ
где ρ – плотность цинка, г/см3;
δ – толщина катодного осадка, см;
S – площадь катода, см2.
Из таблицы А4 приложений находим ρ = 7,14г/см3.
Тогда
δ = = = 0,21 см.
1.4.4. Ванна для электролитического получения цинка нагрузкой 12 кА имеет площадь поверхности 1,8 м2. Выход по току для цинка равен 0,92. Снижение выхода по току связано только с выделением на катоде совместно с цинком водорода. Выход по току для кислорода 100 %. Скорость испарения воды с поверхности ванны 0,7 кг/(м2·час). Отходящие газы содержат 40 г/м3.
Рассчитать расход воды и объёмы водорода и кислорода, выделяющиеся на электродах.
Решение
При электролизе цинка на электродах и в электролизёре протекают следующие реакции с учётом катодного выхода по току:
на катоде Zn2+ +2e = Zn (92%) и 2 H+ + 2e = H2 (8%)
на аноде Н2О -2е = 0,5О2 + 2Н+ и Н2О -2е = 0,5О2 + 2Н+
в электролизёре Zn2+ + H2O = 0,5O2 + 2H+ и H2O = H2 +0,5O2
или
ZnSO4 + H2O = Zn + 0,5O2 + H2SO4.
Электрохимические эквиваленты участников реакции составят:
k(Zn) = = = 1,22 г/(А·ч);
k(H2) = = = 0,428 л/(А·ч);
k(O2) = = = 0,209 л/(А·ч);
k(H2O) = = = 0,336 г/(А·ч)
k(H2SO4) = = = 1,83 г/(А·ч)
За один час на катоде выделится водорода
V1 = kItBT = 0,418·12000·1·0,08 = 401 л = 0,401 м3,
а на аноде кислорода
V2 = kItBT = 0,209·12000·1·1,0 = 2610 л = 2,61 м3.
Часовой расход воды составит:
на испарение
g1 = v·S = 0,7·1,8 = 1,28 кг,
с отходящими газами
g2 = (V1 +V2)·C = (0,401 +2, 61)·0,04 = 0,12 кг,
за счёт электрохимической реакции
g3 = kItBT = 0,336·1200·1·1,0 = 4030 г = 4,03 кг.
Общий расход воды составит:
g4 = g1 +g2 + g3 = 1,26 + 0,12 + 4,03 = 5,41 кг.
1.5 Электролитическое рафинирование никеля
1.5.1 годовая производительность цеха электролитического рафинирования никеля составляет 110 тыс тонн катодного никеля. Цех оборудован электролизёрами нагрузкой 10 кА. Выход по току для никеля равен 96 %. Машинное время работы ванн 0,93. Напряжение на ванне 2,9 В.
Рассчитать необходимое количество ванн рафинирования в цехи количество последовательных цепей. Принять, что ванны объединяются в серии, каждая из которых содержит последовательно соединённых ванн.
Решение
Суточная производительность цеха составит:
g2 = = = 301,37 т = 301370 кг
Суточная производительность одной ванны составит:
g3 = kItBTKM = 1,095·10000·24·0,96·0,93 = 234,63·103 г = 234,б3 кг,
где k = = = 1,095 – электрохимический эквивалент никеля,
г/(А·ч);
М – атомный вес никеля, г;
z – число электронов, принимающих участие в электродном процессе
Ni2+ + 2e = Ni.
Число необходимых ванн для обеспечения данной производительности составит:
n1 = = = 1297,3
Принимаем число ванн, равное 1298.
Число серий, в которые объединены ванны, составит:
n2 = = = 19,93
Принимаем число серий, равное 20.
Напряжение на одной серии составит:
U2 = n2··U1 = 65·2,9 = 188 B
В одну последовательную цепь входит серий:
n3 = = = 3,19/
Принимаем число последовательных серий в цепи, равное 3.
Количество параллельных цепей составит:
n4 = = =6,67
Принимаем 7 параллельных цепей.
1.5.2 Среднее напряжение на ванне рафинирования никеля 2,7 В. Потери напряжения в главном и соединительных шинопроводах составляет 3 % от напряжения на ванне. Выход по току для никеля 96 %.Машинное время работы ванн 0,93.
Рассчитать удельный расход электроэнергии на 1 тонну никеля.
Решение
Удельный расход электрической энергии составит:
W = = = 2,46( Вт·ч)/г = 2460 (кВт·ч)/т,
где U – напряжение на ванне, В;
КШ = 1,03 - коэффициент учёта потерей напряжения в главном и соединительных шинопроводах;
КМ = 0,93 – коэффициент машинного времени работы ванн.
1.5.3.3Ванна для рафинирования никеля содержит 31 катод и 32 анода. Анодный скрап составляет 15 %.а шлам 5 % от первоначальной массы анода. Нагрузка на ванну составляет 10 кА. Выход по току для никеля 96 %. Время осаждения катода 4 суток. Масса матричного катодного листа 3,2 кг, масса анода 270 кг.
Рассчитать массу одиночного катода и время работы анода.
Решение
Производительность ванны за 4 суток составит:
g1 = kItBT = 1,095·10000·4·24·0,96 = 10,09 ·106 г = 1009 кг
Масса осаждённого катода составит:
g2 = = = 32,6 кг
Съёмная масса катода составит:
g3 = g2 + g4 = 32,9 + 3,2 = 34,8 кг
Масса никеля, перешедшего в раствор за счёт электрохимического растворения, составит:
g5 = 32·g6(1 – 0,15 – 0,05) = 32·270·0,8 = 6912 кг
Длительность работы анода может быть рассчитана по закону Фарадея. Считая, что анодный выход по току равен 100%, рассчитаем время работы анода по уравнению:
g5 = kItBT = 6912·103 г,
откуда получим
t = = = 631,2 час = 26,3 суток.
1.5.4 Ванна рафинирования никеля нагрузкой 9000 А имеет 31 катод и работает при выходе потоку для никеля, равном 95 %.
Рассчитать необходимую скорость циркуляции в катодный ящик, обеспечивающую минимальное содержание никеля в электролите, равную 30 г/л.
Решение
Масса никеля, осаждающая на катодах ванны за 1 час, составит:
g1 = kItBT = 1,095·9000·1·0.95 = 9451 г
За это время на одном катоде выделится никеля:
g2 = = = 305,5 г.
Минимальная скорость циркуляции в катодный ящик составит:
v = = =7,62 л/ч.
1.5.5 На рафинирование никеля поступают аноды, содержащие 90 % Ni, 4 % Cu, 3 % Fe b 1 % Co. Нагрузка на ванну равна 9000А. Суммарный катодный выход по току равен 100 %. Из катодного ящика в анодное пространство поступает католит, содержащий 55 г/л Ni.
Рассчитать состав анолита, выходящего из ванны, если ванна содержит 31 катод, а скорость циркуляции через ванну 300 л/час.
Решение
При анодном растворении никель и примеси будут переходить в раствор ро электрохимическим реакциям:
Ni – 2e = Ni2+
Cu -2e = Cu2+
Fe -2e = Fe2+
Co +-2e = Co2+
Электрохимические эквиваленты участников реакции рассчитаем по уравнениям:
k(Ni) = = 1,095 г/(А·ч);
k(Cu) = = 1,185 г/(А·ч);
k(Fe) = = 1,042 г/(А·ч)
k(Co) = = 1,099 г/(А·ч)
Удельный расход электрической энергии на 1г анода составит:
=
0894 г/(А·ч).
где wi – массовая доля i-го компонента.
Выход по току для каждого компонента составит:
Bi = .
Подставив численные значения величин, получим:
BT(Ni) = = 0,9194
BT(Cu) = = 0,038
BT(Fe) = = 0,028
BT(Co) = = 0,01
За один час растворения анода в раствор перейдёт
g(Ni) = 1,095·9000·1·0,9194 = 8971 ;
g(Cu) = 1,185·9000·1·0,038 = 413,8 ;
g(Fe) = 1,042·9000·1·0,028 = 262,6г;
g(Со) = 1,099·9000·1·0,01 = 98,9 г.
Тогда выходящий из ванны электролит будет содержать
С(Ni) = 55 + = 87,2 г/л;
С(Со) = = 1,38 г/л;
С(Fe) = 0,88 г/л;
С(Со) = = 0,33 г/л.
1.6 Электролитическое получение магния
1.6.1 Цех по производству магния с годовой производительностью 40 тыс тонн металла оснащён электролизёрами нагрузкой 130 кА. Машинное время работы ванн 0,96. Напряжение на ванне 5,5 В. Выход по току для магния78 %, для хлора 95 %.
Рассчитать необходимое число электролизёров, которое необходимо установит в цехе, годовую производительность по хлору и удельный расход электроэнергии на 1тонну магния и 1 тонну хора.
Решение
В процессе электролиз магния на электродах и в электролизёре протекают следующие электрохимические реакции:
на катоде Mg2+ +2e = Mg;
на аноде 2Сl- -2e = Cl2
в электролизёре MCl2 = Mg +Cl2.
Электрохимические эквиваленты участников реакции составят:
k(Mg) = = = 0,454 г/(А·ч);
k(Cl2) = = = 1,325 г(А·ч)
Годовая производительность по магнию одного электролизёра составит:
g1 = k(Mg)ItBTKM =0,454·130·103·365·24·0,78·0,96 = 387, 14·106 г = 387,14 т.
Необходимое количество электролизёров составит:
n = = = 103,2
Принимаем число электролизёров, равное 103.
Годовая производительность цеха по хлору составит:
g2 = k(Cl2)ItBTKM=1,325·130·103·365·24·0,95·0,96 =1376,13·106 г = 1376,13 т.
Удельный расход электрической энергии на 1 т магния составит:
W(Mg) = = = 14,9(Вт·ч)/г = 14910 (кВт·ч)/т.
Удельный расход электрической энергии на 1 т хлора составит:
W(Cl2) = = = 4,55 (Вт·ч)/г = 4550 (кВт·ч)/т.
1.6.2 Магниевый электролизёр нагрузкой 130 кА с объёмом расплава 9,0 м3, работающий по карналлитовой схеме, питается карналлитом, содержащим 49,5 % MgCl2. После заливки свежего карналлита электролит содержит 14,0 % MgCl2 и имеет плотность 1,75 г/см3. К отбору отработанного электролита приступают по достижении содержания в нём MgCl2б равного 5 %. В процессе электролиза на 1 т Mg образуется 0,3 т шлама и и0,05 т возгонов. Шлам содержит 20 % MgO, а остальное - хлориды металлов. Возгоны содержат 30 % MgCl2,, а остальное - хлориды металлов.
Выход по току для магния 80%.
Рассчитать периодичность отбора отработанного электролита, количество электролита, которое необходимо отбирать из ванны и удельный расход электролита и карналлита на 1т Mg.
Решение
Часовая производительность одного электролизёра составит:
g1 = kItBT = 0,454·130·103·1·0,8 = 42,22·103 г = 42,22 кг
Рассчитаем затраты MgCl2 на 1 кг магния.
Затраты MgCl2 на собственно электролиз рассчитаем из соотношения:
MgCl2 -------------------- Mg
95,23 -------------------- 24,23
g2,кг ------------------ 1 кг;
g2 = = 3,87 кг
Затраты MgCl2 на образование возгонов составит:
g3 = 0,3·0,05 = 0,015 кг.
Затраты MgCl2 на образование MgO в шламе составят:
MgCl2 -------------------- MgО
95,23 -------------------- 40,23
g4,кг ------------------ 0,3·0,2 кг;
g4 = = 0,142 кг.
Суммарный расход MgCl2 cоставит:
g5= g2 + g3 +g4 = 3,87+ 0,015 + 0,142 = 4,027 кг
Часовой расход MgCl2 в электролизёре составит:
g6 = g5·g1 = 4,027·47,22 = 190,15 кг
Рассчитаем расход электролита на 1 кг магния.
Затраты электролита на образование шлама составят:
g7 = 0,3·0,8 = 0,24 кг
Затраты электролита на образование возгонов составят:
g8 = 0,05·0,7 = 0,035 кг
Суммарный расход электролита на 1 кг магния составит:
g9 = g5 + g7 + g8 = 4,027 + 0,24 + 0,035 = 4,302 кг
Часовой расход электролита составит:
g10 = g9·g1 = 4,302 ·47,22 = 203,14 кг
Количество MgCl2 в электролите после заливки свежего карналлита составит:
g11 = V·ρ·p = 9000·1,75·0,14 = 2205 кг,
где – V – объём электролита, дм3;
р – содержание MgCl2 в обновлённом электролите, массовая доля;
ρ – плотность электролита, кг/дм3.
Обозначим через t периодичность частичной замены электролита. Для значения t составим уравнение, характеризующее содержание MgCl2 в «обеднённом» электролите.
= 0,05
Здесь числитель представляет собой массу MgCl2, cодержащуюся в «обеднённом» электролите перед его отбором из электролизёра, а знаменатель – массу всего электролита в ванне на данный период времени.
После подстановки численных значений получим:
= 0,05,
откуда
t = 7,88 час
Принимаем периодичность отбора отработанного электролита, равную 8 часов.
Масса истощённого электролита в ванне перед отбором и заливкой свежего карналлита составит:
g12 = V·ρ – g10 t = 9000·1,75 -203,14·8 = 14125 кг
После отбора электролита и введения в ванну карналлита масса полученного электролита должна быть равна до начала электролиза.
Тогда
g12 - g13 + g14 = V·ρ.
Подставляя численные значения, получим:
14125 – g13 + g14 = 9000·1,75
или
g13 = g14 – 1625,
где g13 - масса «обеднённого» электролита, кг;
g14 – масса карналлита, заливаемого в электролит, кг.
Содержание MgCl2 в полученном электролите равно 14 %.
Тогда
=0,14
После подстановки численных величин получим:
=0,14
или
g14 = 3028 – 0,101g13
Решая систему уравнений
g13 = g14 – 1625
g14 = 3028 – 0,101g13,
получим
g13 = 1560 кг, g14 = 3185 кг
Количество магния, полученного за 8 часов работы электролизёра, составит:
g15 = 8·g1 = 8·47,22 = 378 кг
Тогда удельный расход карналлита на 1т Mg составит:
g16 = = = 8,43 кг/кг = 8,43 т/т
Удельный расход отработанного электролита на 1 т Mg составит:
g17 = = = 4,12кг/кг = 4,12 т/т
1.7 Электролитическое получение алюминия
1.7.1 Годовая производительность цеха по производству алюминия, оснащённого электролизёрами нагрузкой 160 кА, составляет 140 тыс тонн металла. Катодный выход по току для алюминия равен 93%. Цеховой источник постоянного тока способен выдать напряжение 700 В. Машинное время работы ванн 95 %. Напряжение на ванне равно 4,7 В. Рассчитать число необходимых электролизёров в цехе, число последовательных серий, напряжение на серии и удельный расход электрической энергии на 1 тонну алюминия.
Решение
Годовая производительность одного электролизёра составит:
g1 = kItBTKM = 0,3335·160000·365·24·0,93·0,95 = 412,98·106 г = 412980 кг
где k = = 0,3335 – электрохимический эквивалент алюминия, .
Необходимое число электролизёров составит:
n1 = = 338,9
Выбираем 339 электролизёров.
Суммарное напряжение на всех электролизёрах составит:
U1 = 4,7·n1 = 4,7·339= 1593,3 B.
Число последовательных серий составит:
n2 = = = 2,78.
Принимаем число последовательных серий, равное 3.
Число ванн в каждой серии составит:
n3 = = = 113.
Напряжение на одной серии составит:
U2 = 4,7·113 = 531 В.
Удельный расход электрической энергии на 1 т Al составит:
W = = = 14,4 (Вт·ч)/г = 14400 (кВт·ч)/т
1.7.2 Электролизёр для получения алюминия нагрузкой 160 Ка с катодным и анодным выходами по току 90 % содержит 32 анода площадью 0,7 м2 и высотой 5о см каждый. Плотность материала анодов 1,53 г/см3. Анодный огарок составляет 17 %, а механические потери 10 % от электрохимически разрушающейся массы анода. Отходящие газы содержат 46 % СО и 54 % СО2.
Рассчитать высоту сгорания анода за 1 сутки, срок службы анодов и расход анодов на 1 тонну алюминия.
Решение
В процессе электролиза на электродах и вэлектролизёре проьекают реакции:
на катоде 4Al3+ + 12e = 4Al
на аноде 6О2- - 12е = 3О2
3О2 + 3С = 3СО2
в электролизёре 2Al2O3 + 3C = 4Al + 3CO2 (1)
и
на катоде 2Al3+ + 6e = 2Al
на аноде 63О2- - 6е = 1,5О2
1,5О2 + 3С = 3СО
в электролизёре Al2O3 + 3C = 2Al + 3CO (2)
Электрохимические эквиваленты углерода по реакциям (1) и (2) составят:
k1 = = = 0,112 г(А·ч)
k2 = = = 0,224 г/(А·ч),
где 12 – молярная масса углерода, г.
Доля анодного тока, расходуемого на реакции (1) и (2) составят:
BT1 = = = 0,701
BT2 = = = 0,299,
где рi –содержание i-го компонента в газовой фазе, %.
Тогда средний электрохимический коэффициент углерода л\для реакций (1) и (2) составит:
k = k1·BT1 + k2·BT2 = 0,112·0,701 + 0,224·0,299 = 1,146 г(А·ч).
За счёт электрохимического окисления (реакции 1 и 2) расход анода за одни сутки составит:
g1 = kItBt = 0,146·160·103·24·0,9 = 504,6·103 г = 504,6 кг
С учётом механических потерь расход анодов за 1 сутки составит:
g2 = g1 + 0,1g1 = 504,6 +0,1·504,4 = 555,1 кг.
Объём израсходованных анодов составит:
V = = = 362·103 см3.
Высота сгорания анодов составит в электролизёре составит:
h = = = 1,62 cм.
Общая масса всех анодов в электролизёре составит:
g3 = V·ρ·n = S·h·ρ·n = 0,7·10·0,5·10·1,53·32 = 17136·103 г = 17136 кг.
Из всей массы анодов электрохимическим и механическим путём разрушится
g4 = 17136(1- 0,17) = 14223 кг.
Масса анодов, разрушающаяся электрохимическим путём, определится из уравнения:
g5 + 0,1·g5 = 14223.
Откуда
g5 = 12930 кг
Тогда срок службы анодов рассчитаем по закону Фарадея:
g5 = kItBT = 12930·103 г,
откуда
t = = = 615 час = 25,6 сут.
Количество алюминия, полученное за 615 часов, составит:
g6 = kItBT = 0,3335·160·103·615·0,9 = 29535·103 г = 29535 кг
Удельный расход анодов на 1 т Al cоставит:
g7 = = = 0,482 кг/кг = 0,482 т/т.
2 ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Каждый студент выполняет самостоятельную работу в виде выполнения металлургических расчётов и решения задач по темам «Металлургия тяжёлых цветных металлов» и «Металлургия лёгких и редких металлов».
Каждое задание представлено в 10 вариантах (1,2,3,4,5,6,7,8,9,10). Студент выполняет задание того варианта, номер которого совпадает с последним номером в зачётной книжке ( шифра).
Например, номер зачётной книжки студента 206846. Он выполняет задание, приведённое в варианте 6.
Если последняя цифра номера зачётной книжки студента 0, то он выполняет задание по варианту 10.
При выполнении самостоятельной работы необходимо выполнять следующие требования:
- работы необходимо выполнять на листах формата А4;
- на титульном листе необходимо указать название дисциплины, индекс группы, фамилию и инициалы студента и номер зачётной книжки ( шифр);
- на страницах необходимо оставлять поля для замечаний преподавателя;
- расшифровывать физический смысл величин, входящих в приводимые формулы и указывать их размерность;
- не употреблять для одного и того же научного понятия различные термины.
Если при выполнении самостоятельной работы используется какая – либо справочная литература, то её следует давать в виде списка в конце выполненной работы, а в тексте указать лишь порядковый номер используемой литературы и номер страницы.
Студенты, не выполнившие необходимый объём самостоятельной работы, не допускаются к сдаче экзамена по дисциплине.
3 СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
3.1 Термодинамика электродных процессов
3.1.1 Написать электродные и на их основе химические реакции, протекающие в гальваническом элементе. Рассчитать ∆G, ∆H и ∆S для реакции, протекающей в гальваническом элементе. (Таблица 3.1)
Таблица 3.1- Таблица вариантов задачи 3.1.1
|
Вар-иант |
Электрохимическая цепь элемента |
Т, К |
·104, |
Е, В |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
Ag,AgCl/KCl/Hg2Cl2,Hg Cu,Cu2O/NaOH/HgO,Hg Pt,H2/HCl/AgCl,Ag Zn/ZnSO4/Hg2SO4,Hg Pb,PbCl2/HCl/Hg2Cl2,Hg Cd/CdCl2/PbCl2,Pb Zn/ZnCl2/AgCl,Ag Ag,AgCl/HCl/Hg2Cl2,Hg Ag,AgBr/ZnBr2/Zn Cd/CdCl2/Hg2Cl2,Hg |
311 298 298 298 298 298 273 298 273 273 |
-2,37 -1,44 1,6 -1,29 0,15 - 4,8 -2,1 3,3 1,08 - 0,41 |
0,2646 0,4617 0,4642 1,4328 0,5314 0,188 1,071 0,0455 0,841 1,0183 |
3.1.2 Составить электрохимическую цепь гальванического элемента, в котором протекает данная химическая реакция. Написать реакции, протекающие на электродах. На основе стандартных электродных потенциалов рассчитать константу равновесия реакции. (Таблица 3.2)
Таблица 3.2 - Таблица вариантов задачи 3.1.2
|
Вариант |
Реакция, протекающая в гальваническом элементе |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
2Hg + O2 = 2 HgO 2Ag + Cl2 = 2AgCl Fe2(SO4)3 + Mn = MnSO4 + 2FeSO4 PbSO4 + Mg = MgSO4 + Pb NiSO4 + Zn = ZnSO4 + Ni 3PbCl2 + 2Al = 2AlCl3 + 3Pb 2Cr2+ + Sn4+ = 2Cr3+ + Sn2+ 2H2 + O2 = 2H2O H2 + Cl2 = 2HCl Cu2S + Pb + 2Cu + PbS |
3.1.3 По термодинамическим данным рассчитать стандартный электродный потенциал ( Таблица 3.3)
Таблица 3.3 - Таблица вариантов задачи 3.1.3
|
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Электрод |
Мn2+/Mn |
Al3+/Al |
Zn2+/Zn |
Ni2+/Ni |
Ag+/Ag |
|
Вариант |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Электрод |
Cd2+/Cd |
Cu2+/Cu |
Co2+/Co |
Sn2+/Sn |
Mg2+/Mg |
3.2 Кинетика электродных процессов
3.2.1 Зная зависимость потенциала электрода φ от плотности тока i, показать, что поляризация электрода подчиняется уравнению Тафеля. Определить постоянные и b в уравнении Тафеля и рассчитать кинетические параметры α и β, а также ток обмена, если равновесный потенциал электрода равен φо. Принять, что разряд ионов металла на катоде протекает по уравнению Me2+ + 2e = Me. Принять, что потенциал электрода измеряется в вольтах, плотность тока в А/см2 (Таблица 3.4).
Таблица 3.4 - Варианты задачи 3.2.1
|
Вар. |
φo,B |
Зависимость φ = ƒ(i) |
|||||||
|
1 |
0,35 |
φ i·104 |
0,3 8,3 |
0,28 17,8 |
0,26 37,2 |
0,25 52,5 |
0,24 75,9 |
0,23 100 |
0,22 145 |
|
2 |
-0,76 |
-φ i·102 |
1,31 0,27 |
1,40 0,33 |
1,47 0,41 |
1,63 0,61 |
1,73 0,82 |
1,83 1,12 |
1,93 1,54 |
|
3 |
-0,25 |
-φ i·104 |
0,55 4,0 |
0,60 5,0 |
0,65 20,0 |
0,67 30,0 |
0,70 50,0 |
0,75 80,0 |
0,80 100 |
|
4 |
1,43 |
φ i |
1,45 0,1 |
1,50 0,2 |
1,53 0,3 |
1,56 0,4 |
1,57 0,5 |
1,62 0,8 |
1,64 1,0 |
|
5 |
-0,4 |
- φ i·104 |
0,612 2,0 |
0,658 10 |
0,677 20 |
0,707 50 |
0,715 80 |
0,726 120 |
0,734 160 |
|
6 |
-0,05 |
- φ i |
0,65 2,9 |
0,70 6,3 |
0,78 28 |
0,83 100 |
0,89 250 |
0,94 630 |
0/98 1650 |
|
7 |
-0,87 |
- φ i ·106 |
1,0 1,5 |
1,007 3,75 |
1,012 5,0 |
1,027 6,5 |
1,045 10,0 |
1,162 17,5 |
1,197 23,0 |
|
8 |
-0,07 |
- φ i ·103 |
0,706 0,3 |
0,720 0,7 |
0,740 1,2 |
0,755 1,5 |
0,773 1,8 |
0,822 2,61 |
1,13 4,2 |
|
9 |
-0,04 |
- φ i ·105 |
0,247 0,85 |
0,257 1,0 |
0,278 1,75 |
0,306 2,30 |
0,485 3,75 |
0,57 5,0 |
0,684 7,5 |
|
10 |
0,73 |
φ i ·105 |
0,7 0,15 |
0,67 0,375 |
0,625 0,5 |
0,525 0,65 |
0,465 1,0 |
0,418 1,75 |
0,389 2,3 |
3.2.2 Рассчитать катодное перенапряжение выделения водорода на катоде и ток обмена, если при температуре 298 К поддерживается плотность тока 0,1 А/см2, а постоянные в уравнении Тафеля равны и b. Рассчитать общий и непроизводительный расход энергии при получении 1000 м3 водорода, если теоретическое напряжение разложения воды равно 1,23 В (Таблица 3.5)
Таблица 3.5 - Варианты задачи 3.2.2
|
Вар. |
Катод |
b |
Вар |
Катод |
b |
||
|
1 2 3 4 5 |
Ni Pb Zn Ag Sn |
0,65 1,54 1,24 0,95 1,24 |
0,12 0,13 0,12 0,12 0,13 |
6 7 8 9 10 |
Cd Co Cu Au Fe |
1,45 0,62 0,87 0,62 0,80 |
0,13 0,061 0,13 0,11 0,12 |
3.3 Электролитическое получение цветных металлов
3.3.1 Электролитическое рафинирование меди
3.3.1.1 Последовательная цепь из 1084 непрерывно работающих ванн рафинирования меди нагрузкой 9000 А за 30 суток работы выдаёт 7873 т катодной меди. Среднее напряжение в цепи ванн равно 318 В. Рассчитать выход по току и удельный расход электрической энергии на рафинирование меди.
3.3.1.2 Время наращивания металла на катодах ванн рафинирования меди составляет 15 суток. При токовой нагрузке на ванну 8000 А. Катодный выход по току составляет 96 %.
Рассчитать массу одиночного съёмного катода, если масса маточного листа составляет 5 кг, а в ванне установлено 30 катодов и 29 анодов.
3.3.1.3 Ванна рафинирования меди нагрузкой 9500 А имеет 30 катодов и 29 анодов. Время работы анодов 30 суток. Выход скрапа составляет 15 % от начальной массы анодов. Плотность тока 200 А/м2.
Расход анодов за счёт их химического растворения составляет 1,025 на 1 т катодной меди. Катодный выход по току составляет 96%.
Рассчитать начальную массу и толщину анода.
3.3.1.4 Скорость подачи электролита в ванну рафинирования меди нагрузкой 9000 А составляет 20 л/мин.
Рассчитать состав электролита, выходящего из ванны, если поступающий в ванну электролит содержит 125 г/л CuSO4 и 180 г/л H2SO4. Количество анодной меди, переходящей в электролит на 3 % превышает количество осаждаемой на катоде меди. Выход потоку принять равным 95 %.
При расчёте принять только один побочный процесс, вызывающий избыточный переход анодной меди в раствор:
Cu +0,5O2 +H2SO4 = CuSO4 + H2O.
3.3.1.5 Скорость циркуляции электролита рафинирования меди через ванну регенерации оставляет 30 л/час. Поступающий в ванну регенерации электролит содержит 90 г/л СuSO4 и 170 г/л H2SO4. Катодный выход по току принять 95%, а анодный 100%.
Написать уравнения электродных процессов и химической реакции, протекающей в электролизёре
Рассчитать концентрацию электролита, выходящего из ванны регенерации, объём выделившегося на аноде кислорода за 1 час.
3.3.1.6 Годовая производительность рафинировочного цеха 165 тыс. тонн катодной меди. В цехе установлены ванны с токовой нагрузкой 10кА. Коэффициент машинного времени работы ванн равен 0,96. Среднее напряжение на одной ванне равно 0,25 В.Цеховой источник постоянного тока обеспечивает напряжение 320 В.
Рассчитать необходимое количество ванн рафинирования, количество последовательных серий в цепи и параллельных цепей, в которые должны быть соединены ванны и удельный расход электрической энергии.
Каждая серия электролизных ванн состоит из 2 блоков. Каждый блок состоит из 12 ванн.
3.3.1.7 Цех рафинирования меди оснащён 1500 ваннами нагрузкой 9 кА. Катодный выход по току 96 %. Количество меди, переходящее в электролит из анодов на 2,5 % превышает количество осаждаемой за это время катодной меди. Рассчитать количество регенеративных ванн нагрузкой 9 кА, необходимых для поддержания постоянного состава циркулирующего раствора. Выход по току в регенеративных ваннах приять 96 %.
3.3.1.8 Анодная медь, подвергающаяся электролитическому рафинированию содержит 99,55 % Сu, 0,35 % Ni, 0,1 % As и другие примеси. В процессе работы анода в раствор переходит 80 % Ni и 70 % As. Объёмная плотность тока в ваннах составляет 3,0 А/л. Объём электролита вне ванн составляет 20 % от объёма электролита в ваннах. Анодный выход по току составляет 95%.
Рассчитать продолжительность электролиза для достижения предельного содержания примесей в электролите и минимальную долю электролита, которую необходимо выводить из оборота, чтобы не допустить превышение предельного содержания примесей. Предельное содержание никеля в электролите составляет 18 г/л, а мышьяка – 3,0 г/л.
3.3.1.9 Анодная медь, подвергающаяся электролитическому рафинированию содержит 99,45 % Сu, 0,18 % Ni, 0,4 % Sb и другие примеси. В процессе работы анода в раствор переходит 80 % Ni и 65 % Sb. Объёмная плотность тока в ваннах составляет 2,5 А/л. Объём электролита вне ванн составляет 15 % от объёма электролита в ваннах. Анодный выход по току составляет 97%.
Рассчитать продолжительность электролиза для достижения предельного содержания примесей в электролите и минимальную долю электролита, которую необходимо выводить из оборота, чтобы не допустить превышение предельного содержания примесей. Предельное содержание никеля в электролите составляет 18 г/л, а сурьмы – 1 г/л.
3.3.1.10 Анодная медь, подвергающаяся электролитическому рафинированию, содержит 99,35 % Сu, 0,017 % As, 0,4 % Sb и другие примеси. В процессе работы анода в раствор переходит 75 % As и 70 % Sb. Объёмная плотность тока в ваннах составляет 3.5,0 А/л. Объём электролита вне ванн составляет 20 % от объёма электролита в ваннах. Анодный выход по току составляет 95%.
Рассчитать продолжительность электролиза для достижения предельного содержания примесей в электролите и минимальную долю электролита, которую необходимо выводить из оборота, чтобы не допустить превышение предельного содержания примесей. Предельное содержание мышьяка в электролите составляет 2,0 г/л, а сурьмы – 0,9 г/л.
3.3.2 Электролитическое рафинирование никеля
3.3.2.1 Продолжительность работы никелевых анодов габаритами 0,85 · 0,75 м2 в ваннах рафинирования составляет 30 суток. Анодная плотность тока 250 А/м2. Анодный скрап составляет от массы анода 17 %, выход шлама – 5,0 %. Анодный выход по току для никеля 95 %.
Рассчитать массу и толщину анода.
3.3.2.2 Скорость циркуляции электролита в ванне рафинирования никеля нагрузкой 10 кА составляет 600 л/ч.
Рассчитать конечную концентрацию никеля в католите при переходе его в анодное пространство, если в катодные ящики подаётся раствор, содержащий 75 г/л Ni. Катодный выход по току принять 95 %.
3.3.2.3 В качестве катодов в ваннах рафинирования никеля используют маточные никелевые основы, получаемые электролитическим пут1м в специальных ваннах.
Рассчитать время наращивания катодной основы толщиной 0,5 мм, если катодная плотность тока равна 220 А/м2, а выход по току для никеля составляет 95 %.
3.3.2.4 Ванна рафинирования никеля нагрузкой 10 кА имеет 30 катодов. Катодная плотность тока составляет 220 А/м2. Католит поступающий в катодный ящик содержит 75 г/л Ni.
Рассчитать минимальную скорость циркуляции электролита, если конечная концентрация никеля в католите, поступающем в анодное пространство составляет 25 г/л Ni.
3.3.2.5 На рафинирование никеля поступают аноды, содержащие 92 % Ni, 5,0 % Cu, 3,3 % Fe, 1,5 % Co. Анодные примеси железа и кобальта растворяются полностью, а медь растворяется на 80 %. Рассчитать состав анолита, выходящего из электролизёра, если скорость циркуляции в катодном ящике ванны нагрузкой 10 кА составляет 20 л/ч, а ванна содержит 31 катод. Католит, поступающий из катодного ящика в анодное пространство, содержит 55 г/л Ni. Анодный выход по току принять 100 %.
3.3.2.6 На рафинирование никеля поступают аноды, содержащие 90 % Ni, 4,3 % Cu, 3,0 % Fe, 1,2 % Co.Считать, что все анодные примеси полностью переходят в раствор. Раствор, поступающий в катодный ящик, содержит 75 г/л Ni. Катодный выход по току принять 96%.
Рассчитать состав католита, поступающего из катодных ящиков в анодное пространство и состав анолита, выходящего из электролизёра, если скорость циркуляции в ванне нагрузкой 10 кА составляет 500 л/ч. Анодный выход по току принять 100 %.
3.3.2.7 Ванна для рафинирования никеля содержит 32 катод и 33 анодов.
Анодный скрап составляет 12 %, а шлам 4,5 % от первоначальной массы анода. Выход по току для никеля 95 %. Время наращивания катода 5 суток. Масса маточного листа 4 кг, масса анода 300 кг.
Определить массу катодного листа и время работы анода
3.3.2.8 Ванна рафинирования никеля нагрузкой 10 кА имеет 33 катода. Катодный выход по току 96 %. Концентрация электролита, поступающего в катодный ящик, составляет 75 г/л Ni.
Рассчитать минимальную скорость циркуляции электролита через катодный ящик, обеспечивающую минимальную концентрация никеля в электролите 25 г/л.
3.3.2.9 Годовая производительность рафинировочного цеха 150 тыс тонн
катодного никеля в год. Напряжение на одиночной ванне 3,0 В. Машинное время работы ванн Км = 0,95.. Цеховой источник тока в состоянии обеспечить напряжение 500 В. Выход по току для никеля 95 %. Токовая нагрузка на ванну составляет 12 кА.
Рассчитать необходимое число ванн рафинирования в цехе, число серий и количество параллельных цепей, считая, что серия содержит 60 последовательно соединённых ванн.
3.3.2.10 Годовая производительность рафинировочного цеха 135 тыс тонн
катодного никеля в год. Напряжение на одиночной ванне 2,8 В. Машинное время работы ванн Км = 0,94..Падение напряжения в главном и соединительном шинопроводах составляет 5 % от напряжения на ванне. Цеховой источник тока в состоянии обеспечить напряжение 450В. Выход по току для никеля 95 %. Токовая нагрузка на ванну составляет 10 кА.
Рассчитать удельный расход электрической энергии на 1 т никеля, а также необходимое число ванн рафинирования в цехе, число серий и количество параллельных цепей, считая, что серия содержит 65 последовательно соединённых ванн.
3.3.3 Электролитическое получение цинка
3.3.3.1 Годовая производительность цеха электролиза цинка 120 тыс тонн катодного цинка. В цехе установлены ванны нагрузкой 16 кА. Напряжение на ванне 3,6 В. Потеря напряжения в главном и соединительном шинопроводах 4,5 % от напряжения на ванне Коэффициент машинного времени 0,95. Цеховой источник питания имеет напряжение 500 В.
Рассчитать количество электролизёров, необходимых для обеспечения заданной производительности, число последовательных цепей, в которые должны быть соединены электролизёры и удельный расход электрической энергии на 1 тону цинка.
3.3.3.2 В ванне нагрузкой 15 кА поддерживается плотность тока 320 А/м2. Размер катода 0,9·0,666 м2. Время наращивания катода 3 суток. Рассчитать число электродов в ванне, массу и толщину катодного осадка.
3.3.3.3 Ванна для электролитического получения цинка имеет токовую нагрузку 14 кА. Площадь ванны 2,2 м2. Катодный выход по току для цинка 93 %. Снижение выхода по току связано с выделением на катоде совместно с цинком водорода. Выход по току для кислорода 100%. Скорость испарения воды с поверхности ванны 0,75 кг/(м2·час). Отходящие газы содержат 65 г/м3 воды.
Написать реакции, протекающие на электродах и в электролизёре. Рассчитать расход воды, объём кислорода и водорода, выделяющийся из ванны за 1 час.
3.3.3.4 Нейтральный раствор, поступающий ванну для электролитического получения цинка нагрузкой 20 кА, содержит 130 г/л цинка. Катодный выход по току 93 %.Расход воды в процессе электролиза 8,5 кг/час. Считая, что объём раствора из – за превращения ZnSO4 в H2SO4 не изменится, рассчитать скорость однокаскадной циркуляции и концентрацию H2SO4 в отработанном электролите, если минимальная концентрация цинка в нём не должна превышать 40 г/л.
3.3.3.5 Годовая производительность цеха электролиза цинка 150 тыс тонн катодного цинка. В цехе установлены ванны нагрузкой 20 кА. Напряжение на ванне 4,0 В. Потерями напряжения в главном и соединительном шинопроводах пренебречь. Коэффициент машинного времени 0,95. Цеховой источник питания имеет напряжение 450 В.
Рассчитать количество электролизёров, необходимых для обеспечения заданной производительности, число последовательных цепей, в которые должны быть соединены электролизёры и удельный расход электрической энергии на 1 тону цинка.
3.3.3.6 В ванне нагрузкой 12 кА поддерживается плотность тока 400 А/м2. Размер катода 0,9·0,666 м2. Время наращивания катода 4 суток. Рассчитать число электродов в ванне, массу и толщину катодного осадка.
3.3.3.7 Ванна для электролитического получения цинка имеет токовую нагрузку 17 кА. Площадь ванны 1,96 м2. Катодный выход по току для цинка 92 %. Снижение выхода по току связано с выделением на катоде совместно с цинком водорода. Выход по току для кислорода 100%. Скорость испарения воды с поверхности ванны 0,59 кг/(м2·час). Отходящие газы содержат 55 г/м3 воды.
Написать реакции, протекающие на электродах и в электролизёре. Рассчитать расход воды, объём кислорода и водорода, выделяющийся из ванны за 1 час.
3.3.3.8 Нейтральный раствор, поступающий ванну для электролитического получения цинка нагрузкой 12 кА, содержит 140 г/л цинка. Катодный выход по току 92 %.Расход воды в процессе электролиза 5,5 кг/час. Считая, что объём раствора из – за превращения ZnSO4 в H2SO4 не изменится, рассчитать скорость однокаскадной циркуляции и концентрацию H2SO4 в отработанном электролите, если минимальная концентрация цинка в нём не должна превышать 45 г/л.
3.3.3.9 Ванна для электролитического получения цинка имеет токовую нагрузку 12 кА. Площадь ванны 1,6 м2. Катодный выход по току для цинка 95 %. Снижение выхода по току связано с выделением на катоде совместно с цинком водорода. Выход по току для кислорода 100%. Скорость испарения воды с поверхности ванны 0,71 кг/(м2·час). Отходящие газы содержат 48 г/м3 воды.
Написать реакции, протекающие на электродах и в электролизёре. Рассчитать расход воды, объём кислорода и водорода, выделяющийся из ванны за 1 час.
3.3.3.10 Нейтральный раствор, поступающий ванну для электролитического получения цинка нагрузкой 17 кА, содержит 135 г/л цинка. Катодный выход по току 95 %.Расход воды в процессе электролиза 6,5 кг/час. Считая, что объём раствора из – за превращения ZnSO4 в H2SO4 не изменится, рассчитать скорость однокаскадной циркуляции и концентрацию H2SO4 в отработанном электролите, если минимальная концентрация цинка в нём не должна превышать 35 г/л.
3.3.4 Электролитическое получение магния
3.3.4.1 Цех по производству магния с годовой производительностью g тыс тонн металла оснащён электролизёрами с токовой нагрузкой I кА. Катодный выход по току для магния ВТ % .Машинное время работы ванн КМ %. Напряжение на ванне U В. Содержание МgCl2 в питающем ванну карналлите электролите р1 %. Содержание MgCl2 в электролите после заливки свежего карналлита р2 %. Объём расплава в ванне V м3. Плотность расплава ρ г/см3. Отбор отработанного электролита производится при снижении концентрации МСl2 в электролите до р3 %. При расчёте принять, что на 1 т магния образуется g2 шлама и g3 кг возгонов. Шлам содержит р4 % МgO, остальное хлориды. Возгоны содержат р5 % МgCl2
Рассчитать периодичность замены электролита в ванне для восполнения расхода MgCl2, Количество отработанного электролита, удаляемого из электролизёра и удельный расход карналлита на 1 тонну магния (Таблица 3.6)
Таблица 3.6 - Варианты задачи 3.3.4.1
|
Вар. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
g1 I U Вт КМ p1 p2 ρ V p3 g2 p4 g3 p5 |
30 100 5,4 85 94 50,0 14,8 1,76 9,1 4,4 0,19 19,0 0,14 28,0 |
25 125 5,1 78 95 52,0 11,5 1,72 9,8 4,3 0,18 18,0 0,11 27,0 |
20 130 5,2 80 96 51,5 12,5 1,73 9,7 4,2 0,17 18,5 0,12 26,0 |
18 110 5,5 87 94 51,0 13,5 1,74 9,6 4,1 0,11 19,0 0,13 25,0 |
35 115 5,3 83 95 50,5 14,5 1,75 9,0 4,0 0,10 19,5 0,03 30,0 |
45 140 5,9 82 95 50,0 15,0 1,75 9,5 5,0 0,11 20,0 0,06 34,0 |
32 105 5,7 81 96 49,5 11,0 1,69 10,0 4,9 0,12 18,1 0,07 33,0 |
40 80 5,0 84 94 49,0 12,0 1,70 9,2 4,8 0,13 18,6 0,08 32,0 |
23 90 5,6 86 95 48,5 13,1 1,71 9,3 4,7 0,14 20,1 0,09 31,0 |
37 130 6,0 88 93 48,0 14,0 1,77 9,4 4,6 0,15 19,3 0,10 29,0 |
3.3.5 Электролитическое получение алюминия
3.3.5.1 Годовая производительность цеха по производству алюминия, снащённого электролизёрами нагрузкой I кА, составляет g1 тыс тонн металла. Машинное время работы электролизёров КМ %. Катодный и анодный выходы по току составляют ВТ %. Рабочее напряжение на электролизёре U B. Содержание СО в отходящих газах р1 %, а СО2 – р2 %. Каждый электролизёр содержит 32 графитовых анода с площадью поперечного сечения S м2 и высотой Н см. Плотность материала анода ρ г/см3.Анодный огарок составляет р3 % от начальной массы анода, а механические потери р4 % от электрохимически разрушающейся массы анода ( Таблица 3.7).
Написать реакции, протекающие на электродах и в электролизёре и рассчитать высоту сгорания анода за 1 сутки, срок службы анода и расход анодов на 1т алюминия.
Таблица 3.7- Варианты задачи 3.3.5.1
|
Вар. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
g1 I KM BT U p1 p2 S H ρ p3 p4 |
135 145 95 86 4,5 49 51 0,66 48 1,59 20 18 |
130 140 96 85 4,65 47 53 0,67 49 1,60 21 12 |
125 135 95,5 90 4,55 44 56 0,68 52 1,58 18 11 |
120 125 96,1 87 4,6 43 57 0,63 56 1,55 19 19 |
105 110 95.7 91 4,63 40 60 0,69 50 1,54 18 13 |
100 110 95.1 89 4,62 50 50 0,68 60 1,57 22 15 |
90 105 95,8 92 4,61 55 45 0,64 55 1,58 19 16 |
110 115 95,4 88 4,51 60 40 0,65 51 1,56 21 17 |
95 105 95,3 86 4,58 58 42 0,69 58 1,60 20 14 |
81 100 95,2 84 4,59 57 43 0,63 53 1,55 18 12 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Б.Д.Дамаскин, О.А.Петрий Основы теоретической электрохимии// М., Высшая школа, 1978.
2 А.И.Левин Теоретические основы электрохимии// - М., Металлургия, 1972.
3 В.В. Скорчеллети Теоретическая электрохимия// -Л., Химия, 1974.
4 Л.И.Антропов Теоретическая электрохимия//-М., Высшая школа, 1975.
5 А.А.Ротинян, Н.М.Тихонов Теоретическая электрохимия//- Л,.Химия, 1981.
6 Б.Д.Дамаскин, О.А.Петрий Введение в электрохимическую кинетику // М., Высшая школа,1983.
7 Ю.К. Делимарский Электрохимия ионных расплавов// М., Металлургия , 1978.
8 Р.И. Агладзе, Н.Т. Кудрявцев, Л.Л. Кузьмин, А.П.Томилов Прикладная электрохимия// М., Химия, 1976.
9 Ю.В.Баймаков, А.И.Журин Электролиз в гидрометаллургии// М., Мталлугия 1975.
10 А.И.Левин, А.В. Помосов Лабораторный практикум по теоретической электрохимии//- Металлургия, 1979.
11 Кукоз Ф.И. Сборник задач по теоретической электрохимии// М., Высшая школа, 1982.
12 В.Н. Флёров Сборник задач по прикладной электрохимии// - М,. Высшая школа,1976.
13 Краткий справочник физико-химических величин./ Под ред. Равделя А. А. и Пономаревой К.С.-Л.: Химия 1983.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Таблица А1 - Величины стандартных потенциалов некоторых
электродов в водных растворах
при температуре 298 К
|
№№ пп |
Электрод |
Электродная реакция |
φо, В |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 |
Li+, Li K+, K Mg2+,Mg Al3+, Al Mn2+, Mn Cr2+, Cr Zn2+, Zn Cr3+, Cr Fe2+, Fe Cr3+, Cr2+, Pt Cd2+, Cd Pb,PbSO4,SO Co2+, Co Ni2+, Ni Sn2+, Sn Pb2+, Pb H+, H2, Pt Hg, HgO, OH Sn4+, Sn2+, Pt Ag, AgCl, Cl Hg, Hg2Cl2,Cl Cu2+, Cu O2, OH, Pt Hg, Hg2SO4, SO Fe3+, Fe2+, Pt Ag+, Ag O2, H+, Pt Cl2, Cl,Pt H+, MnO4, Mn2+,Pt PbO2, H+, SO, PbSO4, Pt |
Li+ + e = Li K+ + e = K Mg2+ + 2e = Mg Al3+ + 3e = Al Mn2+ + 2e = Mn Cr2+ + 2e = Cr Zn2+ + 2e = Zn Cr3+ + 2e = Cr Fe2+ + 2e = Fe Cr3+ + e = Cr2+, Cd2+ + 2e = Cd PbSO4, + 2e = Pb +SO Co2+ + 2e = Co Ni2+ + 2e = Ni Sn2+ + 2e = Sn Pb2+ + 2e = Pb 2H+ + 2e = H2 HgO + H2O + 2e = 2OH+ Hg Sn4+ + 2e = Sn2+, AgCl + e = Ag + Cl Hg2Cl2 + 2e = Hg +2Cl Cu2+ + 2e = Cu O2 + 2H2O + 4e = 4OH Hg2SO4 + 2e = 2Hg + SO Fe3+ +e = Fe2+, Ag+ +e = Ag O2 + 4H+ + 4e =2H2O Cl2 + 2e = 2Cl MnO + 8H+ + 5e = Mn2+ + 2H2O PbO2 + 4H+ + SO +2e = PbSO4 + H2O |
- 3,045 - 2,995 - 2,363 - 1,62 - 1,180 - 0,913 - 0,763 - 0,744 - 0,440 - 0,408 - 0,403 - 0,359 - 0,277 - 0,250 - 0,136 - 0,126 0,00 0,098 0,15 0,222 0,268 0, 337 0,401 0,615 0,771 0,799 1,229 1,360 1,51 1,685 |
Таблиц А 2- Термодинамические свойства простых веществ и ионов в
водных растворах при 298 К
|
Вещество |
∆Н, |
S, |
Вещество |
∆Н, |
S, |
|
Ag Ag+ Al Al3+ Cd Cd2+ Cu Cu2+ Cu+ Co Co2+ H2 H+ Mn Mn2+ |
0 105,75 0 - 529,69 0 - 75,31 0 66,94 72,80 0 - 56,61 0 0 0 - 220,50 |
42,55 73,79 28,33 - 301,25 51,76 - 70,92 33,14 -92,72 44,25 30,04 - 110,46 130,52 0 32,01 - 66,94 |
Mg Mg2+ Ni Ni2+ Pb Pb2+ Sn Sn2+ Zn Zn2+ Cl2 Cl- Fe Fe2+ Fe3+ |
0 - 461,75 0 - 53,14 0 -1,18 0 - 10,23 0 - 153,64 0 - 167,4 0 -87,76 - 47,70 |
28,24 -119,66 29,07 -126,05 - 24,32 - 25,26 51,55 - 25,26 41,63 - 110,62 22,98 55,2 27,15 - 113,39 - 293,30 |