Орта мектеп курсында Фарадей заңы бойынша химиялық есептерді шығару. Электролиз Темірді оның тұздарының ерітіндісін электролиздеу арқылы алады.

1 нұсқа

1. Реакция теңдеулерін жазыңыз: а) мырыш оксидінен цинкті көмірмен тотықсыздандыру арқылы алу; б) кобальт (II) оксидінен сутекпен тотықсыздандыру арқылы кобальт алу; в) титан хлоридінен (IV) магнийден титанды термиялық жолмен алу. Реакцияны тотығу-тотықсыздану реакциясы ретінде бөлшектеңіз: атомдардың тотығу дәрежелерін белгілеңіз және электрон балансы әдісімен анықтай отырып, коэффициенттерді орналастырыңыз.

2. Электролиз кезінде жүретін реакциялардың сызбалары мен теңдеулерін құрыңыз: а) калий хлоридінің балқымасы; б) мырыш бромидінің ерітіндісі; в) темір сульфатының ерітіндісі (II).

3. Металл коррозиясының мәні неде? Коррозияның қандай түрлерін білесіз?
Коррозия – қоршаған ортамен химиялық, электрохимиялық немесе физика-химиялық әсерлесу нәтижесінде металдар мен қорытпалардың өздігінен бұзылуы.

4. Болат қақпаққа мыс тойтарма салынған. Алдымен не құлайды - қақпақ немесе тойтарма? Неліктен?
Болат қақпақ, өйткені оның құрамына темір кіреді, ал темір мысға қарағанда реактивті металл және тезірек коррозияға ұшырайды. Сондай-ақ, темір мен мыс гальваникалық жұпты құрайды, онда темір анод болып табылады және тезірек ыдырайтын мыс - катодқа айналады, бұзылмай қалады.

2-нұсқа

1. Реакция теңдеулерін жазыңыз: а) темір оксидінен (III) алюмотермиялық әдіспен темір алу; б) мыс (II) оксидінен көмірмен тотықсыздандыру арқылы мысты алу; в) вольфрамды оның жоғары оксидінен сутекпен тотықсыздандыру арқылы алу. Реакцияны тотығу-тотықсыздану реакциясы ретінде бөлшектеңіз: атомдардың тотығу дәрежелерін белгілеңіз және электрон балансы әдісімен анықтай отырып, коэффициенттерді орналастырыңыз.

2. Электролиз кезінде жүретін реакциялардың сызбалары мен теңдеулерін құрыңыз: а) мыс (II) бромидінің ерітіндісі; б) натрий йодидінің ерітіндісі; в) қорғасын (II) нитратының ерітіндісі.

3. Металдардың коррозиясының күшеюіне қандай факторлар әсер етеді?

4. Неліктен қаңылтырмен қапталған (қаңылтырмен қапталған) темір резервуар қорғаныш қабаты зақымдалған жерде тез бұзылады?
Сондай-ақ, темір мен қалайы гальваникалық элементті құрайды, онда темір анод болып табылады және тезірек жойылады, ал қалайы, катод бұзылмаған күйде қалады.

3-нұсқа

1. Реакция теңдеулерін жазыңыз: а) мыс (II) оксидінен сутекпен тотықсыздандыру арқылы мысты алу; б) көміртек оксидімен (II) тотықсыздандыру арқылы темір оксидінен (III) темір алу; в) кальций термиялық әдіспен ванадий (V) оксидінен ванадий алу. Реакцияны тотығу-тотықсыздану реакциясы ретінде бөлшектеңіз: атомдардың тотығу дәрежелерін белгілеңіз және электрон балансы әдісімен анықтай отырып, коэффициенттерді орналастырыңыз.

2. Электролиз кезінде жүретін реакциялардың сызбалары мен теңдеулерін құрастырыңыз: а) кальций хлоридінің балқымасы; б) калий бромиді ерітіндісі; в) мырыш сульфатының ерітіндісі.

3. Металдардың коррозиясын бәсеңдетуге қандай факторлар әсер етеді?
- коррозиялық ортаны бейтараптандыру немесе оттегінсіздандыру, сонымен қатар әртүрлі коррозия ингибиторларын қолдану;
- металдан немесе қорытпадан коррозия процесін жеделдететін қоспаларды жою (магний немесе алюминий қорытпаларынан темірді, темір қорытпаларынан күкіртті жою).
- қолайсыз металл контактілерін жою немесе оларды оқшаулау, құрылымдағы жарықтар мен саңылауларды жою, ылғалдың тоқырау аймақтарын жою.

4. Қандай металдар электролит қатысында өзара байланыста тез бұзылады: а) мыс пен мырыш; б) алюминий мен темір? Неліктен?
Берілген жұптан неғұрлым белсенді металл тезірек ыдырайды
а) мырыш мысқа қарағанда белсенді метал;
б) алюминий темірге қарағанда белсенді металл.

4-нұсқа

1. Реакция теңдеулерін жазыңыз: а) молибденді оның жоғары оксидінен сутекпен тотықсыздандыру арқылы алу; б) хром (III) оксидінен алюминотермиялық әдіспен хром алу; в) никель оксидінен (II) көмірмен тотықсыздандыру арқылы никель алу. Реакцияны тотығу-тотықсыздану реакциясы ретінде бөлшектеңіз: атомдардың тотығу дәрежелерін белгілеңіз және электрон балансы әдісімен анықтай отырып, коэффициенттерді орналастырыңыз.

2. Электролиз кезінде жүретін реакциялардың сызбалары мен теңдеулерін құрыңыз: а) мыс (II) хлоридінің ерітіндісі; б) натрий йодидінің ерітіндісі; в) никель (II) нитратының ерітіндісі.

3. Металдардың коррозиясымен күресу жолдарын атаңыз.

4. Мырыш неліктен мырышталған резервуардағы сызат орнында жойылады, ал темір тот баспайды?
Мырыш - темірге қарағанда белсенді металл. Сондай-ақ, темір мен мырыш гальваникалық элементті құрайды, мұнда мырыш анод болып табылады және тезірек жойылады, ал темір, катод, өзгеріссіз қалады.

Балқытылған тұздардың электролизі

Егер жад бізге дұрыс қызмет етсе, онда соңғы дәріс тұз ерітінділерінің электролизі сияқты құбылысты талқылаумен аяқталды. Электролиз - әсерінен заттың ыдырауы электр тоғы. Әрине, электролиттер ең алдымен электролизге ұшырайды, яғни. Ерітіндіде немесе балқығанда электр тогын өткізетін заттар.

Ерітінділердің электролизінде екі шектеу бар:

Біріншіден, оған тек еритін заттар ғана ұшырайды, ерімейтін тұздар «біз оларды электр тогының әсерінен ыдыратуға тырысамыз деп түшкірді»;

Екіншіден, жүйеде қосымша компонент бар - еріткіш (біздің жағдайда су), ол сіз есіңізде болса, әрқашан инертті емес. Мысалы, натрий хлоридінің сулы ерітіндісінің электролизі кезінде катодта натрий катионы емес, су тотықсызданады.

Осылайша, электролизден өтуді мүлдем қаламайтын кейбір қыңыр тұздар бар сулы ерітінділер. Өкінішке орай, біз олармен өте қатал күресуге тура келеді: оларды қыздырыңыз, ерітіңіз және жоғары температурадағы токқа ұшыратыңыз.

Балқымалардың электролизі қарапайым, жалпы ереже: катодта металл катионы, ал анодта қышқыл қалдығының анионы тотықсызданады. Бұл жағдайда оттегісіз тұздар жағдайында жай зат – галогендер, күкірт, селен және т.б., ал оттегі бар тұздарда оттегі бөлініп, түзілген элементтің сәйкес оксиді түзіледі. тұз алынады.

Дәріс 17. Балқымалардың электролизі. Металдарды алу әдістері. Химиялық және электрохимиялық коррозия

1-ескертпе: барлық заттарды балқытуға болмайтынын ескеріңіз. Кейде затты балқыту алдында қыздырғанда ол ыдырайды (немесе буланады), сондықтан балқыма алу мүмкін болмайды.

Ескерту 2. Тағы бір «нәзік» мәселеге тоқталайық: жалпы айтқанда, электролизді жүзеге асыру үшін затқа электр тогы берілуі керек, яғни. электродтарды ерітіндіге немесе балқымаға түсіру керек. Сондықтан жүйеге бөгде компонент қосамыз. Жоғарыда қарастырылған мысалдарды электрод материалы инертті болған жағдайға жатқызу керек. Мұндай электродтардың мысалы ретінде көміртегі немесе графит, яғни. көміртектің аллотропиялық модификациясынан тұратын – графит. Сөздің нақты мағынасында графит абсолютті инертті емес: егер графит анодында оттегі бөлінсе, онда электродтың тотығуы (тіпті күйіп қалуы) пайда болуымен бірге жүреді. Көмір қышқыл газы.

Еритін анодтардың мысалдары бар, мысалы, мыс аноды - бұл жағдайда электролиз кезінде анод тотығады және ериді - мысалы, соңғы дәрістен Даниел-Якоби гальваникалық элементін қараңыз. еритін мырыш аноды.

1-мысал. Алюминий тотығы балқымасының электролизі . Алюминий оксиді өте отқа төзімді қосылыс болғандықтан, глинозем балқымасының электролизі криолит – натрий гексафтороалюминатында Na жүзеге асырылады. 3 AlF 6 . Осылайша, электролизге қажетті температураны төмендетуге болады.

Түсініктеме. 2 қатты зат араласқанда балқу температурасының төмендеуі (төмендеуі) жиі байқалады, т.б. екі қатты заттың қоспасы екі қатты заттардың кез келгеніне қарағанда төмен балқиды.

Al2 O3 (балқыма) 2Al3+ + 3O2- - оксид анионының нақты бар бірнеше мысалдарының бірі

Дәріс 17. Балқымалардың электролизі. Металдарды алу әдістері. Химиялық және электрохимиялық коррозия

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

Жалпы электролиз теңдеуі: 2Al2 O3 (балқыма) 4 Al0 + 3 O2 0 .

2-мысал. Темір(III) сульфатының балқымасының электролизі

Fe2 (SO4 )3 (балқыма) 2Fe3+ + 3SO4 2- Катод (-): Fe3+ + 3e -  Fe0 .

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

Жалпы электролиз теңдеуі: Fe2 (SO4 )3 (балқыма) Fe0 + 2 SO3 + O2 0 .

3-мысал. Мыс (II) хлоридінің балқымасының электролизі

CuCl2 (балқыма) Cu2+ + 2 Cl- Катод (-): Cu2+ + 2e -  Cu0 . Анод (+): 2 Cl- – 2e -  Cl2 0 .

Жалпы электролиз теңдеуі: CuCl2 (балқыма) Cu0 + Cl2 0 .

Реакция теңдеулерін есептеу

Электролиз химиялық процесс және оны теңдеулер арқылы көрсетуге болады химиялық реакциялар. Сондықтан, есептеулерді қамтитын тапсырмаларды кездестірсеңіз, таң қалмаңыз.

Тапсырма. Мыс (ІІ) хлоридінің ерітіндісін электролиздеу кезінде электродтардың бірінде (қайсысы?) көлемі 11,2 литр газ бөлінді. Басқа электродта қандай өнім және қандай мөлшерде (граммен) бөлінді?

Шешім. Мыс (II) хлоридінің ерітіндісінің электролизінің теңдеуін жазайық. CuCl2  Cu2+ + 2Cl-

Дәріс 17. Балқымалардың электролизі. Металдарды алу әдістері. Химиялық және электрохимиялық коррозия

CuCl2  Cu + Cl2

Осылайша, анодта бөлінетін газ хлор болып табылады. Біз оның мөлшерін көлемнің молярлық көлемге қатынасы ретінде есептейміз, біз ½ моль аламыз. Мыс электролизінің теңдеуіне сәйкес катодта бірдей сома түзілді, яғни. ½ моль. Мыстың молярлық массасы 63,55 г/моль, яғни. мыстың массасы шамамен 31,8 г.

Металдардың коррозиясы

Айналаның бәрін бұзады: Гүлдерді, жануарларды, биік үйді, Темірді шайнайды, болатты жейді, Тастарды ұнтақтайды. Қалалардың күші, патшалардың күші Оның құдіреті әлсіз

J.R.R. Толкиен. Хоббит немесе сол жерде және қайтадан

Металдардың қаттылығы мен беріктігі жоғары. Алайда олардың да қас жауы бар. Оның аты коррозия. Коррозия – қоршаған орта факторларының әсерінен металдардың бұзылу процесі. Табиғатына қарай химиялық және электрохимиялық коррозия бөлінеді.

Химиялық коррозия- әсер ету кезінде металдың бұзылуы химиялық заттар, ол электр тогының пайда болуымен бірге жүрмейді. Мұндай коррозияға қышқылдардың әсерінен металдың еруі мысал бола алады. Ең жақсы иллюстрация - Стивен Спилбергтің «Бөтен планеталық» ғылыми-фантастикалық фильмі, онда ғарышкерлер бөтен тіршілік формасымен кездеседі, оның сұйық ұлпасы күшті қышқыл болып табылады, ол планетааралық кеменің терісін бұзады.

Электрохимиялық коррозия- бұл жүйеде электр тогы пайда болатын металдың бұзылуы.

Оған толығырақ тоқталайық. Мысалы, үстіне бір тамшы су түскен темірді алайық. Өздеріңіз білетіндей, оттегі суда аз мөлшерде ериді. Алынған жүйе электродтар (катод және анод) жасалған классикалық гальваникалық элементті имитациялайды.

Дәріс 17. Балқымалардың электролизі. Металдарды алу әдістері. Химиялық және электрохимиялық коррозия

темір және ерітіндіге түсірілген бір электродпен (су тамшысы) темір металл өткізгішпен жалғанған.

Электродтардың бірі темір Fe2+ + 2e - \u003d Fe0, темір электродының стандартты электродтық потенциалы E0 Fe 2+ / Fe 0 \u003d - 0,44 В.

Басқа электрод темір электрод болып табылады, онда оттегінің тотықсыздану реакциясы жүреді:

O2 + 2 H2 O + 4e - = 4 OH- , E0 O2 /2OH - = + 0,401 В немесе O2 + 4 H+ + 4e - = 2 H2 O, E0 O2 / H2O = + 1,229 В

Көріп отырғанымыздай, екінші электродтың потенциалы ерітіндінің рН-ына қатты тәуелді, бірақ бейтарап ортада да ол жеткілікті.

темірді тотықтыру үшін, яғни.басым жағдайлар гальваникалық элементтің жұмысы үшін жеткілікті.

Процесс теңдеуі:

2 Fe0 + O2 + 2 H2 O = 2 Fe(OH)2 немесе 2 Fe0 + O2 + 4 H+ = 2 Fe3+ + 2 H2 O.

Осылайша, металл кесіндіміздің қандай да бір нүктесінде темір ериді (ерігіш анод), катодтың бетінде темір (II) гидроксиді пайда болады. Соңғысы, өз кезегінде, ылғалды ауамен әрекеттеседі, бұл бізге тот ретінде белгілі қоңыр, қоңыр немесе сарғыш жабынның пайда болуына әкеледі.

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

Ескерту . Жалпы айтқанда, тот - әртүрлі тотығу күйлеріндегі темір оксидтері мен гидроксидтерінің қоспасы,

негізінен Fe3 O4 (FeO Fe2 O3 ), Fe2 O3 , Fe(OH)3 .

Сонымен, су мен оттегі Жер планетасында өмір сүру мүмкіндігін қамтамасыз етті, бірақ дәл осы заттар темір мен басқа металдардың қорқынышты жаулары болып табылады. Сонымен қатар, коррозия процестері температураға өте сезімтал. қоршаған орта: Солтүстік Мұзды мұхитта, ондаған жылдар өткен соң, теңіз кемелерінің корпустары табылды,

Дәріс 17. Балқымалардың электролизі. Металдарды алу әдістері. Химиялық және электрохимиялық коррозия

16-20 ғасырларда батып кеткен, Амазонканың тропикалық тропикалық ормандарында ыстық күн астында көліктердің қызмет ету мерзімі бірнеше айға дейін қысқарды.

Сонымен, коррозия - бұл өте жағымсыз процесс және біздің өмірімізді айтарлықтай қиындатып, бұзуы мүмкін. Бізге бірдеңе қауіп төндірсе, біз өзімізді қорғаймыз.

Қорғаудың ең оңай жолы - бояу, бояу қабаты металды ылғалдан қорғайды. Мұндай жабындардың бірнеше мысалдары бар: майлы бояулар, лактар, қызыл қорғасын, эмаль. Дегенмен, мұндай бояу әрқашан мүмкін емес.

катодтық қорғаныс. Ал темірдің бетіне қалайы сияқты активтілігі аз металдың қабатын жағып қойсақ не болады? Бұл процесс қалайылау деп аталады. Бұл жағдайда атмосфералық оттегіге сезімтал темір біршама инертті қалайы қабатының астында жасырылады. Өкінішке орай, бұл қорғаныс қорғаныс қабаты бұзылмаған жағдайда ғана тиімді. Егер оны зақымдау мүмкін болса (химиялық немесе механикалық), онда оттегі мен ылғал темірге қол жеткізеді, ал одақтастың қалайы зиянкес болып шығады - гальваникалық темір-қалайы жұбы пайда болады, яғни. жүйеде темірдің коррозиясын тездететін жаңа, қалайы электрод пайда болады:

Катодтық қорғаныстың мысалы ет консервілері немесе көкөніс консервілері болып табылады. Есіңізде болсын: коррозиядан қорғау қорғаныс қабаты бұзылмаған жағдайда тиімді болады. Сондықтан консервілердің деформацияланған (мырыш, ойыс, ісінген және т.б.) банкаларын сатуға тыйым салынады – қорғаныш қабатының бүтіндігіне кепілдік жоқ, сондықтан консервілер денсаулыққа қауіпті болуы мүмкін.

Екінші жағынан, егер форс-мажорлық жағдайларға байланысты сіз пикниктен банкаларды өзіңізбен бірге ала алмасаңыз, қорғаныш қабатын бұзу үшін оларды отқа жағу керек. өртенген

Дәріс 17. Балқымалардың электролизі. Металдарды алу әдістері. Химиялық және электрохимиялық коррозия

қаңылтыр банкалар ылғал мен ауадан қорғалмағандықтан тезірек құлап кетеді.

Анодты қорғау, керісінше, темірдің неғұрлым белсенді металмен жанасуын қамтиды. Анодты қорғаудың мысалы ретінде отандық автомобиль өнеркәсібінің мақтанышы болып табылады - IZH автокөлігі: «Кузов мырышталған!». Мырышталған темір - мырыш қосылған қорытпа. Оттегімен және сумен байланыста негізгі әсерді неғұрлым белсенді метал - мырыш алады, ал темір инертті болып қалады. Тиісінше, қорғаныс қорлары таусылғанда ғана коррозия басталады. Мырышпен қапталған темірден шелек, автомобильдің шанақтары, шатыр жабындары жасалады.

Осы жерде, егер сізде сұрақтар болмаса, біз жалпы химия курсымен қоштасып, химия ғылымының жаңа тарауын ашамыз және мектеп курсыхимия деп аталады Бейорганикалық химия.

Бейорганикалық химия. Металдар.

Білемін бейорганикалық химияБіздің міндетіміз – танысу химиялық қасиеттеріэлементтер және олардың қосылыстары және оларды алу әдістері.

Өйткені көпшілігіПериодтық жүйе металдардан тұрады, біз олардан бастаймыз.

1. Периодтық жүйедегі орны . Өздеріңіз білетіндей, металдарға борастат диагоналының астындағы негізгі топшалардың элементтері, сондай-ақ қосалқы топшалардың элементтері кіреді.(d-элементтер), лантанидтер мен актинидтер(f-элементтер). Металдардың жеткілікті типтік ерекшелігі сыртқы энергияда электрондардың аз санының болуы болып табылады

Дәріс 17. Балқымалардың электролизі. Металдарды алу әдістері. Химиялық және электрохимиялық коррозия

деңгейі. Сондықтан металдар бұл электрондарды беруге бейім болады

В химиялық реакциялар, яғни. анықтамасы бойынша төмендететін агенттер.

2. Металдардың физикалық қасиеттеріСіз де азды-көпті танымалсыз.

Металдар, кейбір қоспағанда, өте күшті қатты заттар. сұр түсті, кейде жылтырлығымен. Балқу температуралары -39o С (сынап) ден > +3000o C (вольфрам) аралығында өте кең диапазонда өзгереді, металдар арасында қайшымен немесе пышақпен кесуге болатын жұмсақ (литий, натрий, алтын) бар және өте қатты (ниобий, тантал, вольфрам). Жалпы қасиеттерметалдар металдардың атомдары мен катиондарының қабаттарынан түзілетін, олардың арасында салыстырмалы түрде бос электрондар (электрондық газ) болатын металдық кристалдық торға негізделген олардың құрылымына байланысты. Осы құрылымның арқасында металдар жоғары жылу және электр өткізгіштікке ие. Көптеген металдар үшін иілгіштік тән - механикалық деформациялар кезінде бұзылмай белгілі бір пішінді алу мүмкіндігі.

3. Металдарды алу әдістері.

3.1. Таза металдарды алудың ең кең тараған және салыстырмалы қарапайым тәсілі олардың тұздарының сулы ерітінділерінің электролизі болып табылады. Бұл әдіс алу үшін қолайлы емес белсенді металдаржәне активтілігі орташа және белсенділігі төмен металдарды алумен шектеледі.

Мысалдар үшін 16-дәрісті қараңыз.

3.2. Балқыған тұздар мен оксидтердің электролизі. Бұл әдіс әмбебап болып табылады, бірақ айтарлықтай энергия мен отын шығынын қажет етеді, сондықтан криолиттегі алюминий тотығы балқымасын электролиздеу арқылы кейбір ерекше металдарды, мысалы, алюминийді ғана алуға болады. Керісінше, белсенділігі төмен металдарды бұл әдіспен алудың мағынасы жоқ, өйткені оларды 3.1-әдіспен оңай алуға болады. тұздардың сулы ерітінділерінің электролизі.

Дәріс 17. Балқымалардың электролизі. Металдарды алу әдістері. Химиялық және электрохимиялық коррозия

Мысалдар: жоғарыдан қараңыз, 17-дәріс.

3.3. Металл кернеулерінің электрохимиялық қатарындағы металдардың әртүрлі орналасуына байланысты активтілігі аз металдарды тұз ерітінділерінен белсендірек металдардың әрекеті арқылы бөліп алуға болады.

IN белсенді металдар ретінде орташа белсенділіктегі металдар (мырыш, темір), бірақ ең белсенді емес (натрий, калий) пайдаланылады, өйткені соңғылары тым белсенді және металл тұзымен емес, негізінен сумен әрекеттеседі.

Мыс сульфатының ерітіндісіндегі мырыш шаңының әсерінен өте таза мыс алынады - бұл жағдайда сұйылтылған тұз қышқылымен өңдеу арқылы әрекеттеспеген мырыштан тазартылған қызыл металдық мыстың майда дисперсті губка тәрізді тұнбасы түзіледі.

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

3.4. Металдардың оксидтерінен тотықсыздануы өте тән. Ең танымал реакция - алюминотермия, металл оксиді жоғары температурада алюминиймен өңделген кезде. Мысалы, алюминий мен темір (III) оксидінің қоспасы термит деп аталады. Бұл қоспаның тұтануы реакцияны бастайды, содан кейін өздігінен жүреді және жарылғыш заттар мен әскери істерде, мысалы, қару-жарақ арқылы жағу үшін қолданылған көп мөлшерде жылудың бөлінуімен бірге жүреді.

Fe2 O3 + 2 Al = Al2 O3 + 2 Fe (қажет күшті қыздыру)

3.5. Темірді балқыту маңызды өндірістік процесс болып табылады. Ол үшін негізінен темір (III) оксидінен тұратын темір кені жоғары температурада көмірге (көміртек) әсер етеді.

Дәріс 17. Балқымалардың электролизі. Металдарды алу әдістері. Химиялық және электрохимиялық коррозия

Fe2 O3 + 3 C = 2 Fe + 3 CO (жоғары температура) CuO + C = Cu + CO (жоғары температура)

Сызбалар көрсеткендей, бұл әдісті (руда бөліктері, мысалы, CuO немесе CuS отқа тасталды, содан кейін салқындағаннан кейін металл құймалар жиналды) парсылар біздің эрамызға дейінгі 3-мыңжылдықта-ақ тауып, оны қолданған. мыс балқыту. Темірді балқытуды меңгеру үшін тағы мың жыл қажет болды, өйткені темірді балқыту үшін неғұрлым жетілдірілген жабдық қажет болды: ауаны (оттегіні) реакция аймағына итермелеу және темірді азайту үшін қажетті жоғары температураны сақтау үшін сильфондар ойлап табылды. Қазіргі кезде шойын үлкен домна пештерінде балқытылады.

Көміртек тотығы (II) тотықсыздандырғыш болып табылады, алайда көміртегі негізгі тотықсыздандырғыш болып табылады, ол Fe2 O3 + CO = Fe + CO2 (жоғары температура) артық

CuO + CO = Cu + CO2 (жоғары температура)

Бұл әдіс белсенді металдарды оксидтерден оқшаулау үшін жарамсыз, өйткені соңғылары карбидтер түзу үшін көміртегімен әрекеттесе алады:

2 Al2 O3 + 9 C = 6 CO + = 6 CO + Al4 C3 - алюминий карбиді CaO + 3 C = CO + = CO + CaC2 - кальций карбиді

MgO + C = CO + = CO + MgC2 + Mg4 C3 - магний карбидтері

3.6. Металдарды оксидтерден сутегі ағынында қыздыру арқылы қалпына келтіруге болады, бірақ бұл әдіс шектеулі қолданылады, өйткені газ тәрізді сутегі қажет (газ тәріздес

оттегі жарылғыш қоспаны құрайды - жарылыс қаупі!), қыздыру, әдіс орташа белсенділіктегі кейбір металдар және төмен белсенді металдар үшін қолайлы.

Кәдімгі балқытудың орнына электролиз әдісімен темір (темір мен болатты оқыңыз) жасау жыл сайын миллиард тонна көмірқышқыл газының атмосфераға таралуын болдырмайды. Массачусетс технологиялық институтының (MIT) қызметкері Дональд Садоуэй осылай дейді, ол оксидтерін электролиздеу арқылы темір алудың «жасыл» әдісін жасап, сынады.

Зертханалық жағдайда көрсетілген процесті кеңейту мүмкін болса, ол өндірілетін әрбір тонна болат үшін атмосфераға бір тоннаға жуық көмірқышқыл газын шығаратын кәдімгі балқыту қажеттілігін жояды.

Дәстүрлі технологияда темір рудасын кокспен біріктіреді. Кокс темірмен әрекеттеседі, СО2 және көміртегі тотығын түзеді, одан кейін болат балқытуға болатын темір-көміртекті қорытпа, шойын қалдырады.

Садоуэй әдісінде темір рудасын еріткішпен – кремний диоксидімен және сөндірілмеген әкпен – 1600 градус Цельсий температурасында араластырады және осы қоспа арқылы электр тогы өтеді.

Теріс зарядталған оттегі иондары оттегі сыртқа шығатын оң зарядты анодқа ауысады. Оң зарядталған темір иондары теріс зарядталған катодқа ауысады, онда олар темірге дейін тотықсызданады, ол жасуша түбінде жиналып, сорылады.

Осыған ұқсас процесс алюминий өндірісінде қолданылады (және лайықты мөлшерде электр энергиясын қажет етеді), оның оксиді соншалықты тұрақты, оны, мысалы, шойын өндірілетін домна пешінде көміртегімен тотықсыздандыру мүмкін емес. . Болат өнеркәсібінде темір рудасын электролизге көшуге ешқашан негіз болмағаны анық, өйткені ол көміртегімен оңай тотықсызданады.

Бірақ үкіметтер болса әртүрлі елдерпарниктік газдар шығарындыларына - көмірқышқыл газына ауыр салық салуды бастайды, содан кейін шойын өндірудің жаңа әдісі тартымды бола алады. Рас, мұндай зертханалық қондырғылардан өнеркәсіптік қондырғыларға дейін, ғалымдардың есептеуінше, 10-15 жыл қажет.

Шығарма авторы ең үлкен кедергі анодқа практикалық материал табу екенін айтады. Тәжірибелерде ол графиттен жасалған анодты пайдаланды. Бірақ, өкінішке орай, көміртегі оттегімен әрекеттеседі, оны шығарады көп саныкәдімгі темір балқытудағыдай көмірқышқыл газын ауаға шығарады.

Идеал платина анодтары, мысалы, ауқымды өндіріс үшін тым қымбат. Бірақ шығудың жолы болуы мүмкін - олардың сыртқы бетінде оксидті пленканы құрайтын, бірақ бәрібір электр тогын өткізетін кейбір төзімді металл қорытпаларын таңдауда. Өткізгіш керамика да қолданылуы мүмкін.

Тағы бір мәселе, жаңа процесс электр энергиясын көп пайдаланады — өндірілген темірдің тоннасына шамамен 2000 киловатт-сағат. Демек, темір өндірудің жаңа әдісінің экономикалық және тіпті экологиялық мәні осы электр энергиясы көмірқышқыл газын шығарындысыз қандай да бір экологиялық және сонымен бірге арзан жолмен өндірілетін жағдайда ғана пайда болады. Мұны әдіс авторының өзі де мойындайды.

«Союз Советскиз».

Социалистік

Республикалар

Автоматты тәуелді. айғақтар ¹

Мәлімделген 11L1!.1964 (No 886625/22-2) Сынып. 40-жылдар, хайуанаттар бағы № IPC C 22d қосымшасымен

ӘОЖ 669.174: 669.177.035.

45 (088.8) КСРО Өнертабыстар мен ашулар жөніндегі мемлекеттік комитеті

Өтініш беруші И.П.Бардин атындағы Қара металлургия орталық ғылыми-зерттеу институты

ЭЛЕКТРОЛИЗ АРҚЫЛЫ ТЕМІР АЛУ ӘДІСІ

ЕРІГЕН АНОДТАРЫ БАР ЕРІГЕН ТҰЗ

Өнертабыс пәні

Қолтаңба тобы ¹ 1bO

Су ерітінділерінде және балқытылған тұздарда темірді және басқа металдарды алудың белгілі әдістері. Шойыннан еритін анодтары бар балқытылған тұздарды электролиздеу арқылы темір алудың ұсынылатын әдісі немесе темір рудасын домендік емес тотықсыздандыру өнімдері белгілі әдістерден ерекшеленеді. жоғары таза темір алу үшін электролизді темір хлоридін 10-нан көп емес мөлшерде, темір негізінде, 850 - 900 С және анодтық және катодтық ток тығыздықтарында қосу арқылы балқытылған натрий хлоридінде жүргізеді. , тиісінше, 0,4 және 10 А / см- дейін.

Ұсынылған әдіске сәйкес кесек, брикеттер, түйіршіктер, чиптер немесе пластиналар түріндегі бастапқы темірі бар материалдар электролиз ұяшығына, мысалы, керамикалық төсеммен жүктеледі және 850 - 900 С температурада электрлік тазартуға ұшырайды. азот немесе басқа инертті газ атмосферасында.

Катодта тұндырылған ұнтақталған таза темір мезгіл-мезгіл ваннадан шығарылады және ваннаға қайтарылған электролиттің бір бөлігін ауамен бөлу үшін ұсақталады. Қалдық электролит темірден 900 - 950 С температурада вакуумды бөлу немесе гидрометаллургиялық өңдеу арқылы бөлінеді.

Ұсынылған әдістің артықшылығы - негізгі элементтің мазмұны 99,995% дейін темірдің жоғары тазалығы. Және

Шойыннан еритін анодтармен15 балқытылған тұздарды электролиздеу немесе темір кені материалының домендік емес тотықсыздану өнімдерінен темір алу әдісі, тазалығы жоғары темірді алу үшін балқытылған натрий хлоридінде электролиз жүргізілетіндігімен сипатталады.

20 темір түрінде есептелген, салмағы 10 %-дан аспайтын мөлшерде темір хлориді қосылған

850 - 9 C және анодтық және катодтық ток тығыздығы, тиісінше, 0,4 және 10 А / с дейін -.

Ұқсас патенттер:

Өнертабыс платина тобындағы металдардың ұнтақтарын электрохимиялық өндіру саласына жатады және химия өнеркәсібінде, электрохимиялық энергетикада, микроэлектроникада катализ үшін пайдаланылуы мүмкін.