Faradayn lain kemiallisten ongelmien ratkaiseminen lukion aikana. Elektrolyysi Rautaa saadaan elektrolyysillä sen suoloista.

Vaihtoehto 1

1. Kirjoita reaktioyhtälöt: a) sinkin saaminen sinkkioksidista pelkistämällä hiilellä; b) koboltin saaminen koboltti(II)oksidista pelkistämällä vedyllä; c) titaanin saaminen titaanikloridi(IV)magnesiumista termisesti. Pura reaktio redox-reaktiona: määritä atomien hapetustilat ja järjestä kertoimet määrittämällä ne elektronitasapainomenetelmällä.

2. Tee kaavioita ja yhtälöitä elektrolyysin aikana tapahtuvista reaktioista: a) kaliumkloridisula; b) sinkkibromidiliuos; c) rautasulfaattiliuos (II).

3. Mikä on metallin korroosion ydin? Millaisia ​​korroosiotyyppejä tiedät?
Korroosio on metallien ja metalliseosten spontaani tuhoutuminen kemiallisen, sähkökemiallisen tai fysikaalis-kemiallisen vuorovaikutuksen seurauksena ympäristön kanssa.

4. Teräskanteen asetetaan kupariniitti. Mikä romahtaa ensin - kansi vai niitti? Miksi?
Teräskansi, koska se sisältää rautaa, ja rauta on reaktiivisempi metalli kuin kupari ja syöpyy nopeammin. Lisäksi rauta ja kupari muodostavat galvaanisen parin, jossa rauta on anodi ja hajoaa nopeammin kupariksi - katodi pysyy ehjänä.

Vaihtoehto 2

1. Kirjoita reaktioyhtälöt: a) raudan saaminen rautaoksidista (III) aluminotermisellä menetelmällä; b) kuparin saaminen kupari(II)oksidista pelkistämällä hiilellä; c) volframi saadaan sen korkeammasta oksidista pelkistämällä vedyllä. Pura reaktio redox-reaktiona: määritä atomien hapetustilat ja järjestä kertoimet määrittämällä ne elektronitasapainomenetelmällä.

2. Tee kaavioita ja yhtälöitä elektrolyysin aikana tapahtuvista reaktioista: a) kupari(II)bromidin liuos; b) natriumjodidiliuos; c) lyijy(II)nitraatin liuos.

3. Mitkä tekijät lisäävät metallien korroosiota?

4. Miksi tinattu (tinattu) rautasäiliö tuhoutuu nopeasti suojakerroksen vauriokohdassa?
Lisäksi rauta ja tina muodostavat galvaanisen kennon, jossa rauta on anodi, ja tuhoutuu nopeammin, kun taas tina, katodi, pysyy ehjänä.

Vaihtoehto 3

1. Kirjoita reaktioyhtälöt: a) kuparin saaminen kupari(II)oksidista pelkistämällä vedyllä; b) raudan saaminen rautaoksidista (III) pelkistämällä hiilimonoksidilla (II); c) saada vanadiinia vanadiini(V)oksidista kalsiumtermisellä menetelmällä. Pura reaktio redox-reaktiona: määritä atomien hapetustilat ja järjestä kertoimet määrittämällä ne elektronitasapainomenetelmällä.

2. Tee kaavioita ja yhtälöitä elektrolyysin aikana tapahtuvista reaktioista: a) kalsiumkloridisula; b) kaliumbromidiliuos; c) sinkkisulfaattiliuos.

3. Mitkä tekijät hidastavat metallien korroosiota?
- Syövyttävän ympäristön neutralointi tai hapenpoisto sekä erilaisten korroosionestoaineiden käyttö;
- Korroosioprosessia kiihdyttävien epäpuhtauksien poistaminen metallista tai seoksesta (raudan poistaminen magnesium- tai alumiiniseoksista, rikin poistaminen rautaseoksesta).
- Epäsuotuisten metallikontaktien poistaminen tai niiden eristäminen, halkeamien ja rakojen poistaminen rakenteesta, kosteuden pysähtymisvyöhykkeiden eliminointi.

4. Mitkä metallit hajoavat nopeammin keskinäisessä kosketuksessa elektrolyytin läsnä ollessa: a) kupari ja sinkki; b) alumiinia ja rautaa? Miksi?
Tietystä parista aktiivisempi metalli hajoaa nopeammin
a) sinkki on aktiivisempi metalli kuin kupari;
b) alumiini on aktiivisempi metalli kuin rauta.

Vaihtoehto 4

1. Kirjoita reaktioyhtälöt: a) molybdeenin saaminen korkeammasta oksidistaan ​​pelkistämällä vedyllä; b) kromi saadaan kromi(III)oksidista aluminotermisellä menetelmällä; c) nikkelin saaminen nikkelioksidista (II) pelkistämällä hiilellä. Pura reaktio redox-reaktiona: määritä atomien hapetustilat ja järjestä kertoimet määrittämällä ne elektronitasapainomenetelmällä.

2. Tee kaavioita ja yhtälöitä elektrolyysin aikana tapahtuvista reaktioista: a) kupari(II)kloridin liuos; b) natriumjodidiliuos; c) nikkeli(II)nitraattiliuos.

3. Luettele tapoja torjua metallien korroosiota.

4. Miksi sinkki hajoaa galvanoidussa säiliössä naarmuuntumisen paikasta, eikä rauta ruostu?
Sinkki on aktiivisempi metalli kuin rauta. Lisäksi rauta ja sinkki muodostavat galvaanisen kennon, jossa sinkki on anodi, ja tuhoutuu nopeammin, kun taas rauta, katodi, pysyy ehjänä.

Sulien suolojen elektrolyysi

Jos muisti ei petä, niin viimeinen luento päättyi keskusteluun sellaisesta ilmiöstä kuin suolaliuosten elektrolyysi. Elektrolyysi on aineen hajoamista sen vaikutuksesta sähkövirta. Luonnollisesti elektrolyytit ovat ensisijaisesti elektrolyysin kohteena, ts. Aineet, jotka johtavat sähköä liuoksessa tai sulavat.

Liuosten elektrolyysillä on kaksi rajoitusta:

Ensinnäkin sille altistetaan vain liukenevia aineita, liukenemattomia suoloja "aivastetaan, että yritämme hajottaa niitä sähkövirran vaikutuksesta";

Toiseksi, järjestelmässä on lisäkomponentti - liuotin (tapauksessamme vesi), joka, kuten muistat, ei aina ole inertti. Esimerkiksi natriumkloridin vesiliuoksen elektrolyysin aikana katodilla ei pelkisty natriumkationi, vaan vesi.

Siten on joitain itsepäisiä suoloja, jotka eivät todellakaan ole halukkaita elektrolyysiin vesiliuokset. Valitettavasti joudumme käsittelemään niitä melko ankarasti: lämmittämään niitä, sulattamaan ne ja altistamaan ne korkean lämpötilan virralle.

Sulatteiden elektrolyysi on yksinkertaista, yleissääntö: metallikationi pelkistyy katodilla ja happojäännöksen anioni pelkistyy anodilla. Tässä tapauksessa hapettomien suolojen tapauksessa muodostuu yksinkertainen aine - halogeenit, rikki, seleeni jne., ja happea sisältävien suolojen tapauksessa vapautuu happea ja muodostuneen alkuaineen vastaava oksidi. suola saadaan.

Luento 17. Sulatteiden elektrolyysi. Menetelmät metallien saamiseksi. Kemiallinen ja sähkökemiallinen korroosio

Huomautus 1: Huomaa, että kaikkia aineita ei voida sulattaa. Joskus, kun ainetta kuumennetaan ennen sulamista, se hajoaa (tai haihtuu), joten sulatteen saaminen on mahdotonta.

Huomautus 2. Pysähdytään vielä yhteen "hienompaan" kohtaan: yleisesti ottaen elektrolyysin suorittamiseksi aineeseen on syötettävä sähkövirtaa, ts. sinun on laskettava elektrodit liuokseen tai sulatteeseen. Siksi lisäämme järjestelmään ylimääräisen komponentin. Yllä käsitellyt esimerkit pitäisi liittyä tapaukseen, jossa elektrodimateriaali on inertti. Esimerkki tällaisista elektrodeista on hiili tai grafiitti, so. joka koostuu hiili-grafiitin allotrooppisesta modifikaatiosta. Sanan varsinaisessa merkityksessä grafiitti ei ole ehdottoman inertti: jos happea vapautuu grafiittianodille, elektrodin hapettuminen (ja jopa palaminen) tapahtuu muodostumisen yhteydessä. hiilidioksidi.

Liukoisista anodeista on esimerkkejä, esimerkiksi kuparianodi - tässä tapauksessa elektrolyysin aikana anodi hapettuu ja liukenee - katso esimerkiksi Daniel-Jacobin galvaaninen kenno viimeiseltä luennosta. liukoinen sinkkianodi.

Esimerkki 1. Alumiinioksidisulan elektrolyysi . Koska alumiinioksidi on erittäin tulenkestävä yhdiste, alumiinioksidisulan elektrolyysi suoritetaan kryoliitissa - natriumheksafluoroaluminaatissa Na. 3 AlF 6 . Näin ollen on mahdollista alentaa elektrolyysin vaatimaa lämpötilaa.

Kommentti. Kun 2 kiinteää ainetta sekoitetaan, havaitaan usein sulamispisteen alenemista (laskua), ts. kahden kiinteän aineen seos sulaa alhaisemmin kuin jompikumpi kahdesta kiinteästä aineesta yksinään.

Al2 O3 (sula) 2Al3+ + 3O2- - yksi harvoista esimerkeistä, joissa oksidianioni todella on olemassa

Luento 17. Sulatteiden elektrolyysi. Menetelmät metallien saamiseksi. Kemiallinen ja sähkökemiallinen korroosio

Katodi (-): Al3+ + 3e -  Al0 . Anodi (+): 2 O2- – 4e -  O2 0 .

Yleinen elektrolyysiyhtälö: 2Al2 O3 (sula) 4 Al0 + 3 O2 0 .

Esimerkki 2. Rauta(III)sulfaattisulan elektrolyysi

Fe2 (SO4 )3 (sula) 2Fe3+ + 3SO4 2- Katodi (-): Fe3+ + 3e -  Fe0 .

Anodi (+): 2 SO4 2- – 4e -  2 SO3 + O2 0 .

Yleinen elektrolyysiyhtälö: Fe2 (SO4 )3 (sula) Fe0 + 2 SO3 + O2 0 .

Esimerkki 3. Kupari(II)kloridisulan elektrolyysi

CuCl2 (sula) Cu2+ + 2 Cl- Katodi (-): Cu2+ + 2e -  Cu0 . Anodi (+): 2 Cl- – 2e -  Cl2 0 .

Yleinen elektrolyysiyhtälö: CuCl2 (sula) Cu0 + Cl2 0 .

Reaktioyhtälön laskelmat

Elektrolyysi on kemiallinen prosessi, ja se voidaan ilmaista yhtälöiden avulla kemialliset reaktiot. Siksi älä ihmettele, jos kohtaat tehtäviä, joihin liittyy laskelmia.

Tehtävä. Kupari(II)kloridiliuoksen elektrolyysin aikana yhdelle elektrodille (mikä?) vapautui 11,2 litran kaasua. Mitä tuotetta ja kuinka paljon (grammoina) vapautui toiselle elektrodille?

Ratkaisu. Kirjoitetaan yhtälö kupari(II)kloridiliuoksen elektrolyysille. CuCl2  Cu2+ + 2Cl-

Luento 17. Sulatteiden elektrolyysi. Menetelmät metallien saamiseksi. Kemiallinen ja sähkökemiallinen korroosio

CuCl2  Cu + Cl2

Siten anodilla vapautuva kaasu on klooria. Laskemme sen määrän tilavuuden suhteeksi moolitilavuuteen, saamme ½ mol. Kuparin elektrolyysiyhtälön mukaan katodille muodostui sama määrä, ts. ½ mol. Kuparin moolimassa on 63,55 g/mol, ts. kuparin massa on noin 31,8 g.

Metallien korroosio

Tuhoaa kaiken ympäriltä: Kukat, eläimet, korkea talo, Pureskelee rautaa, syö terästä ja pyyhkii kivet jauheeksi. Kaupunkien voima, kuningasten voima Hänen voimansa on heikompi

J.R.R. Tolkien. Hobitti eli Sinne ja takaisin

Metalleilla on korkea kovuus ja lujuus. Heillä on kuitenkin myös kauhea vihollinen. Hänen nimensä on korroosio. Korroosio on metallien tuhoutumisprosessi ympäristötekijöiden vaikutuksesta. Luonteesta riippuen erotetaan kemiallinen ja sähkökemiallinen korroosio.

Kemiallinen korroosio- metallin tuhoaminen toiminnan aikana kemialliset aineet, johon ei liity sähkövirran ilmaantumista. Esimerkki tällaisesta korroosiosta on metallin liukeneminen happojen vaikutuksesta. Paras esimerkki on Steven Spielbergin scifi-elokuva Alien, jossa astronautit kohtaavat muukalaisen elämänmuodon, jonka nestemäinen kudos on vahva happo, joka voi tuhota planeettojen välisen aluksen ihon.

Sähkökemiallinen korroosio- tämä on metallin tuhoaminen, jossa järjestelmään ilmestyy sähkövirta.

Mietitäänpä sitä tarkemmin. Otetaan esimerkiksi rautapala, jonka päälle on pudonnut vesipisara. Kuten tiedät, happea liukenee veteen pieni määrä. Tuloksena oleva järjestelmä simuloi klassista galvaanista kennoa, jossa elektrodit (katodi ja anodi) on valmistettu

Luento 17. Sulatteiden elektrolyysi. Menetelmät metallien saamiseksi. Kemiallinen ja sähkökemiallinen korroosio

rauta ja yhdistetty rautametallijohtimella, ja yksi elektrodi lasketaan liuokseen (pisara vettä).

Yksi elektrodeista on rauta Fe2+ + 2e - \u003d Fe0, rautaelektrodin standardielektrodipotentiaali on E0 Fe 2+ / Fe 0 \u003d - 0,44 V.

Toinen elektrodi on rautaelektrodi, jolla tapahtuu hapen pelkistysreaktio:

O2 + 2 H2O + 4e - = 4 OH-, E0 O2 / 2OH - = + 0,401 V tai O2 + 4 H+ + 4e - = 2 H20, E0 O2 / H2O = + 1,229 V

Kuten näemme, toisen elektrodin potentiaali riippuu voimakkaasti liuoksen pH:sta, mutta jopa neutraalissa ympäristössä se on täysin riittävä

raudan hapettamiseen, ts. vallitsevat olosuhteet ovat varsin riittävät galvaanisen kennon toiminnan kannalta.

Prosessiyhtälö:

2 Fe0 + O2 + 2 H2O = 2 Fe(OH)2 tai 2 Fe0 + O2 + 4 H+ = 2 Fe3+ + 2 H2O.

Siten jossain metallikappaleemme kohdassa rauta liukenee (liukoinen anodi) ja katodin pinnalle muodostuu rauta(II)hydroksidia. Jälkimmäinen puolestaan ​​reagoi kostean ilman kanssa, mikä johtaa ruskean, ruskean tai oranssin pinnoitteen ilmaantumiseen, joka tunnetaan ruosteena.

4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3

huomautus. Yleisesti ottaen ruoste on seos raudan oksideja ja hydroksideja eri hapetustiloissa,

pääasiassa Fe304 (FeOFe203), Fe203, Fe(OH)3.

Joten vesi ja happi tarjosivat mahdollisuuden elämän olemassaoloon maapallolla, mutta nämä samat aineet ovat raudan ja muiden metallien kauheita vihollisia. Lisäksi korroosioprosessit ovat erittäin herkkiä lämpötilalle. ympäristöön: Jäämereltä löytyy vuosikymmeniä myöhemmin laivaston alusten runkoja,

Luento 17. Sulatteiden elektrolyysi. Menetelmät metallien saamiseksi. Kemiallinen ja sähkökemiallinen korroosio

upotettu 1500-1900-luvuilla, kun taas kuuman auringon alla Amazonin trooppisissa sademetsissä ajoneuvojen käyttöikä lyhenee useisiin kuukausiin.

Joten korroosio on erittäin epämiellyttävä prosessi ja voi suuresti monimutkaistaa ja pilata elämäämme. Kun jokin uhkaa meitä, puolustamme itseämme.

Helpoin tapa suojata on maalaus, jolloin maalikerros suojaa metallia kosteudelta. Tällaisista pinnoitteista on useita esimerkkejä: öljymaalit, lakat, punainen lyijy, emali. Tällainen väritys ei kuitenkaan aina ole mahdollista.

katodinen suojaus. Ja mitä tapahtuu, jos levitämme kerroksen vähemmän aktiivista metallia, kuten tinaa, raudan pinnalle? Tätä prosessia kutsutaan tinaukseksi. Tässä tapauksessa ilmakehän hapelle herkkä rauta piiloutuu melko inertin tinakerroksen alle. Valitettavasti tämä suojaus on tehokas vain niin kauan kuin suojakerros on ehjä. Jos se oli mahdollista vahingoittaa (kemiallisesti tai mekaanisesti), happi ja kosteus pääsevät rautaan, ja liittolaisen tina osoittautuu tuholaiseksi - syntyy galvaaninen rauta-tina-pari, ts. järjestelmään ilmestyy uusi tinaelektrodi, joka nopeuttaa raudan korroosiota:

Esimerkki katodisuojasta on säilykkeet liha- tai vihannestölkit. Muista: korroosiosuojaus on tehokasta niin kauan kuin suojakerros on ehjä. Tästä syystä epämuodostuneiden (rypistynyt, kovera, turvonnut jne.) säilykepurkkien myynti on kielletty - suojakerroksen ehjyydestä ei ole takeita, joten säilykkeet voivat olla terveydelle vaarallisia.

Toisaalta, jos tölkkejä ei ylivoimaisen esteen vuoksi voi ottaa mukaan piknikiltä, ​​ne tulee polttaa tulessa suojakerroksen rikkomiseksi. palanut

Luento 17. Sulatteiden elektrolyysi. Menetelmät metallien saamiseksi. Kemiallinen ja sähkökemiallinen korroosio

peltitölkit romahtavat nopeammin, koska niitä ei ole suojattu kosteudelta ja ilmalta.

Anodisuojaus päinvastoin sisältää raudan kosketuksen aktiivisemman metallin kanssa. Esimerkki anodisuojauksesta on kotimaisen autoteollisuuden ylpeys - IZH-auto: "Runko on galvanoitu!". Galvanoitu rauta on seos, johon on lisätty sinkkiä. Kosketuksessa hapen ja veden kanssa suurimman vaikutuksen ottaa aktiivisempi metalli - sinkki, kun taas rauta pysyy inerttinä. Näin ollen korroosio alkaa vasta, kun suojavarat ovat loppuneet. Galvanoitua rautaa käytetään kauhojen, autojen korien, kattopäällysteiden valmistukseen.

Tässä paikassa, jos sinulla ei ole kysyttävää, sanomme hyvästit yleisen kemian kurssille ja avaamme uuden luvun kemian tieteeseen ja koulun kurssi kemia kutsutaan Epäorgaaninen kemia.

Epäorgaaninen kemia. Metallit.

Tiedän epäorgaaninen kemia Tehtävämme on tutustua kemialliset ominaisuudet alkuaineet ja niiden yhdisteet sekä menetelmät niiden valmistamiseksi.

Koska suurin osa Jaksotaulukko koostuu metalleista, aloitamme niistä.

1. Sijainti jaksollisessa järjestelmässä . Kuten tiedät, metallit sisältävät elementtejä pääalaryhmistä borastatin lävistäjän alapuolella sekä toissijaisten alaryhmien elementtejä(d-elementit), lantanidit ja aktinidit(f-elementit). Melko tyypillinen metallien ominaisuus on pieni määrä elektroneja ulkoisessa energiassa

Luento 17. Sulatteiden elektrolyysi. Menetelmät metallien saamiseksi. Kemiallinen ja sähkökemiallinen korroosio

taso. Siksi metallit pyrkivät luovuttamaan näitä elektroneja

V kemialliset reaktiot, ts. määritelmän mukaan pelkistäviä aineita.

2. Metallien fysikaaliset ominaisuudet Olet myös enemmän tai vähemmän tunnettu.

Metallit ovat muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta melko vahvoja kiinteitä aineita. harmaa väri, joskus loistavasti. Sulamispisteet vaihtelevat hyvin laajalla alueella -39o C (elohopea) > +3000o C (volframi), metallien joukossa on pehmeitä (litium, natrium, kulta), joita voidaan leikata saksilla tai veitsellä, ja erittäin kova (niobium, tantaali, volframi). Yleiset ominaisuudet metallit johtuvat niiden rakenteesta, joka perustuu metalliseen kidehilaan, joka muodostuu metallien atomien ja kationien kerroksista, joiden välissä on suhteellisen vapaita elektroneja (elektronikaasu). Tämän rakenteen ansiosta metalleilla on korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus. Monille metalleille muovattavuus on ominaista - kyky saada tietty muoto mekaanisten muodonmuutosten aikana ilman tuhoa.

3. Menetelmät metallien saamiseksi.

3.1. Yleisin ja suhteellisen yksinkertaisin tapa saada puhtaita metalleja on niiden suolojen vesiliuosten elektrolyysi. Tämä menetelmä ei sovellu hankkimiseen aktiiviset metallit ja rajoittuu keskiaktiivisten ja matala-aktiivisten metallien saamiseen.

Katso esimerkkejä luennosta 16.

3.2. Sulien suolojen ja oksidien elektrolyysi. Tämä menetelmä on varsin universaali, mutta vaatii huomattavaa energian ja polttoaineen kulutusta, joten se soveltuu vain joidenkin tiettyjen metallien, esimerkiksi alumiinin, saamiseksi kryoliitissa olevan alumiinioksidisulan elektrolyysillä. Päinvastoin, tällä tavalla ei ole järkevää saada matala-aktiivisia metalleja, koska ne voidaan saada melko helposti menetelmällä 3.1. suolojen vesiliuosten elektrolyysi.

Luento 17. Sulatteiden elektrolyysi. Menetelmät metallien saamiseksi. Kemiallinen ja sähkökemiallinen korroosio

Esimerkkejä: katso yllä, luento 17.

3.3. Metallien erilaisesta sijoittelusta johtuen metallijännitteiden sähkökemiallisessa sarjassa vähemmän aktiivisia metalleja voidaan eristää suolaliuoksista aktiivisempien metallien vaikutuksesta.

SISÄÄN aktiivisempina metalleina käytetään keskiaktiivisia metalleja (sinkki, rauta), mutta eivät aktiivisimpia (natrium, kalium), koska viimeksi mainitut ovat liian aktiivisia ja reagoivat pääasiassa veden, ei metallisuolan kanssa.

Melko puhdasta kuparia saadaan sinkkipölyn vaikutuksesta kuparisulfaattiliuokseen - tässä tapauksessa muodostuu hienojakoinen punaisen metallikuparin sienimäinen sakka, joka puhdistetaan reagoimattomasta sinkistä käsittelemällä laimealla kloorivetyhapolla.

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu . (Cu, Zn) + 2 HCl = ZnCl2 + H2 + Cu

3.4. Hyvin tyypillistä on metallien pelkistys niiden oksideista. Tunnetuin reaktio on aluminotermia, jossa metallioksidia käsitellään alumiinilla korkeassa lämpötilassa. Esimerkiksi alumiinin ja rauta(III)oksidin seosta kutsutaan termiitiksi. Tämän seoksen syttyminen käynnistää reaktion, joka etenee sitten itsenäisesti ja siihen liittyy suuren lämpömäärän vapautuminen, jota on käytetty räjähteissä ja sotilasasioissa, esimerkiksi haarniskan läpi polttamiseen.

Fe203 + 2 Al = Al2O3 + 2 Fe (vaatii voimakas lämmitys)

3.5. Raudan sulatus on tärkeä teollinen prosessi. Tätä varten rautamalmi, joka yleensä koostuu pääasiassa rauta(III)oksidista, altistetaan hiilelle (hiilelle) korkeassa lämpötilassa.

Luento 17. Sulatteiden elektrolyysi. Menetelmät metallien saamiseksi. Kemiallinen ja sähkökemiallinen korroosio

Fe2 O3 + 3 C = 2 Fe + 3 CO (korkea lämpötila) CuO + C = Cu + CO (korkea lämpötila)

Kuten piirustuksista ilmenee, persialaiset löysivät tämän menetelmän (malminpalat, esimerkiksi CuO tai CuS heitettiin tuleen, ja sitten metalliharkot kerättiin jäähdytyksen jälkeen) jo 3. vuosituhannella eKr. sulattaa kuparia. Raudan sulatuksen hallitseminen kesti vielä tuhat vuotta, koska raudan sulattaminen vaati kehittyneempiä laitteita: palkeet keksittiin pakottaakseen ilmaa (happea) reaktioalueelle ja ylläpitämään korkeampaa lämpötilaa, joka tarvitaan raudan vähentämiseen. Tällä hetkellä harkkorautaa sulatetaan valtavissa masuuneissa.

Hiilimonoksidi (II) on myös pelkistävä aine, mutta on hyväksytty, että hiili on tärkein pelkistävä aine, se on enemmän kuin Fe2 O3 + CO = Fe + CO2 (korkea lämpötila)

CuO + CO = Cu + CO2 (korkea lämpötila)

Tämä menetelmä ei sovellu aktiivisten metallien eristämiseen oksideista, koska viimeksi mainitut voivat reagoida hiilen kanssa muodostaen karbideja:

2 Al2 O3 + 9 C = 6 CO + = 6 CO + Al4 C3 - alumiinikarbidi CaO + 3 C = CO + = CO + CaC2 - kalsiumkarbidi

MgO + C = CO + = CO + MgC2 + Mg4 C3 - magnesiumkarbidit

3.6. Metalleja on mahdollista palauttaa oksideista kuumentamalla vetyvirrassa, mutta tämän menetelmän käyttö on rajoitettua, koska tarvitaan kaasumaista vetyä (kosketuksessa kaasumaisen kanssa

happi muodostaa räjähtävän seoksen - räjähdysvaara!), Kuumentaminen, menetelmä soveltuu joillekin keskiaktiivisille ja matala-aktiivisille metalleille.

Raudan (lue rauta ja teräs) valmistaminen elektrolyysillä tavanomaisen sulatuksen sijaan voisi estää miljardin tonnin hiilidioksidin vapautumisen ilmakehään vuosittain. Näin sanoo Donald Sadoway Massachusetts Institute of Technologysta (MIT), joka on kehittänyt ja testannut "vihreän" tavan tuottaa rautaa sen oksidien elektrolyysillä.

Jos laboratorioympäristössä esiteltyä prosessia voitaisiin laajentaa, se voisi poistaa tavanomaisen sulatuksen tarpeen, joka vapauttaa ilmakehään lähes tonnin hiilidioksidia jokaista tuotettua terästonnia kohden.

Perinteisessä tekniikassa rautamalmi yhdistetään koksin kanssa. Koksi reagoi raudan kanssa tuottaen hiilimonoksidia ja hiilimonoksidia, ja jäljelle jää rauta-hiili-seos, valurauta, joka voidaan sitten sulattaa teräkseksi.

Sadoway-menetelmässä rautamalmi sekoitetaan liuottimen - piidioksidin ja poltetun kalkin - kanssa 1600 celsiusasteen lämpötilassa ja tämän seoksen läpi johdetaan sähkövirtaa.

Negatiivisesti varautuneet happi-ionit siirtyvät positiivisesti varautuneelle anodille, josta happi poistuu. Positiivisesti varautuneet rauta-ionit siirtyvät negatiivisesti varautuneelle katodille, jossa ne pelkistyvät raudaksi, joka kerääntyy kennon pohjalle ja pumpataan ulos.

Samanlaista prosessia käytetään alumiinin valmistuksessa (ja vaatii kunnollisen määrän sähköä), jonka oksidi on niin stabiili, että sitä ei itse asiassa voida pelkistää hiilellä masuunissa, jossa valmistetaan esimerkiksi harkkorautaa. . Ja on selvää, että terästeollisuudella ei koskaan ollut syytä siirtyä rautamalmin elektrolyysiin, koska se pelkistyy helposti hiilen vaikutuksesta.

Mutta jos hallitukset eri maat Kasvihuonekaasupäästöjä – erityisesti hiilidioksidia – aletaan verottaa, silloin uusi harkkoraudan valmistusmenetelmä voisi tulla houkuttelevammaksi. On totta, että tällaisista laboratorioasennuksista teollisuuslaitoksiin, kuten tutkijat arvioivat, kestää 10-15 vuotta.

Teoksen tekijä sanoo, että suurin este on löytää käytännöllinen materiaali anodille. Kokeissa hän käytti grafiitista valmistettua anodia. Mutta valitettavasti hiili reagoi hapen kanssa ja heittää saman pois suuri määrä hiilidioksidia ilmaan, kuten tavanomaisessa raudansulatuksessa.

Esimerkiksi ihanteelliset platinaanodit ovat liian kalliita suuren mittakaavan tuotantoon. Mutta ulospääsy voi olla - valittaessa joitain kestäviä metalliseoksia, jotka muodostavat oksidikalvon ulkopinnalleen, mutta johtavat silti sähköä. Myös sähköä johtavaa keramiikkaa voidaan käyttää.

Toinen ongelma on, että uusi prosessi kuluttaa paljon sähköä - noin 2000 kilowattituntia tuotettua rautaa kohti. Taloudellinen ja jopa ekologinen järkeä uudessa raudantuotantomenetelmässä siis ilmaantuu vain sillä ehdolla, että tätä sähköä tuotetaan jollain ekologisella ja samalla halvalla tavalla ilman hiilidioksidipäästöjä. Tämän tunnustaa menetelmän laatija itse.

Sojuz Sovetskiz

sosialisti

tasavallat

Automaattinen riippuvainen. suosittelut ¹

Väitetty 11L1!.1964 (nro 886625/22-2) Luokka. 40s, Eläintarha hakemuksen liitteellä IPC C 22d

UDC 669.174: 669.177.035.

45 (088.8) Neuvostoliiton valtiollinen keksintöjen ja löytöjen komitea

Hakija Rautametallurgian keskustutkimuslaitos, joka on nimetty I.P. Bardinin mukaan

MENETELMÄ RAUTAN VALMISTAMISEKSI ELEKTROLYYSILLÄ

SULA SUOLA LIUKKOISIA ANODEJA

Keksinnön kohde

Allekirjoitusryhmä ¹ 1bO

Tunnetut menetelmät raudan ja muiden metallien valmistamiseksi vesiliuoksissa ja sulaissa suoloissa, Ehdotettu menetelmä raudan valmistamiseksi sulaiden suolojen elektrolyysillä valuraudan liukenevilla anodilla tai rautamalmimateriaalin ei-domeenipelkistystuotteilla eroaa tunnetuista että erittäin puhtaan raudan saamiseksi elektrolyysi suoritetaan sulassa natriumkloridissa lisäämällä rautakloridia enintään 10" painosta laskettuna raudasta 850 - 900 C:ssa ja anodi- ja katodivirrantiheyksissä 0,4 ja 10 A/cm- asti.

Ehdotetun menetelmän mukaan alkuperäiset rautaa sisältävät materiaalit kokkareina, briketteinä, rakeina, lastuina tai levyinä ladataan esim. keraamisella vuorauksella varustettuun elektrolyysikennoon ja puhdistetaan sähköisesti 850 - 900 C:ssa. typen tai muun inertin kaasun ilmakehässä.

Katodille kerrostettu jauhemainen puhdas rauta poistetaan ajoittain kylvystä ja murskataan erottamaan ilmaerotuksella osa kylpyyn palautetusta elektrolyytistä. Jäännöselektrolyytti erotetaan raudasta tyhjiöerotuksella 900 - 950 C:ssa tai hydrometallurgisella käsittelyllä.

Ehdotetun menetelmän etuna on lisääntynyt raudan puhtaus pääainepitoisuuden ollessa jopa 99,995%. Ja

Menetelmä raudan saamiseksi sulatettujen suolojen elektrolyysillä valuraudan liukenevilla anodeilla15 tai rautamalmimateriaalin ei-domeenipelkistystuotteista, tunnettu siitä, että puhtaamman raudan saamiseksi elektrolyysi suoritetaan sulassa natriumkloridissa

20 lisäämällä rautakloridia enintään 10 painoprosenttia raudaksi laskettuna,

850 - 9 C ja anodi- ja katodivirrantiheydet, vastaavasti, jopa 0,4 ja 10 A / s -.

Samanlaisia ​​patentteja:

Platinaryhmän metallien jauheiden sähkökemiallinen tuotanto Keksintö koskee platinaryhmän metallien jauheiden sähkökemiallisen tuotannon alaa ja sitä voidaan käyttää katalyysissä kemianteollisuudessa, sähkökemiallisessa energiassa, mikroelektroniikassa.