Elektrolizga oid masalalar yechish metodikasi

Загружено в:

23.11.2024

Скачано:

0

Размер:

703.3720703125 KB

Скачать

Mavzu: Elektrolizga oid masalalar yechish
metodikasi
Reja:
8.1 Elektroliz haqida umumiy tushunchalar
8.2 Elektroliz qonunlari
8.3 Elektroliz usulida metall va qotishmalarni kukunini ishlab chiqarish
8.4 Elektroliz usulida nikel kukuni olish .


Tayanch so’zlar va iboralar. Kukun metallurgiyasi, Elektroliz, elektr toki,
o'tkazgich, metall ionlari, katod, anod , kation, anion, ekvivalent,
elektromanfiylik.

8.1 Elektroliz haqida umumiy tushunchalar

Elektroliz - bu kamaytiruvchi vositalar yordamida emas, balki elektr tokining
energiyasidan foydalangan holda amalga oshiriladigan qaytarilish jarayoni
hsoblanadi. Uning afzalliklari orasida ko'p qirralilik, olingan metall
kukunlarining yuqori tozaligi va ularning yaxshi texnologik xususiyatlari
mavjud ekanligidadir. Elektrolizning eng muhim kamchiliklari yuqori
energiya intensivligi va unchalik unumdorligi hisoblanadi.


Elektrokimyoviy konversiya jarayoni interfeys elektrodida (anod
yoki katod) - elektrolitda (eritma yoki eruvchi) sodir bo'ladi. Elektr tokining
manbai harakatlantiruvchi kuch rolini o'ynaydi (o'ziga xos "nasos"),
elektronlarni elektr zanjiridagi bir qutbdan boshqasiga biriktiradi yoki
yo’naltiradi. Elektronlarni shunday majburan "nasos" qilish natijasida
katodda ortiqcha zaryadlangan elektronlar hosil bo'ladi va u manfiy
zaryadga ega bo'ladi, elektronlarning bir qismini katod boshqa elektrod
(anod) esa ijobiy zaryadga ega bo'ladi.


Shuning uchun alyuminiy, magniy, zirkoniy, titan va boshqalar kabi
metallar mos metalning eritilgan tuzlari elektrolizidan foydalanib suvli
eritmalardan ajratilmaydi.

Metallni elektrolitik ajratishda Faradey qonuniga muvofiq katodning
miqdori tok kuchiga, uning elektrolit va elektrokimyoviy ekvivalenti orqali
o'tadigan vaqtiga (ya'ni amper-soatiga chiqarilgan metall miqdori) to'g'ridan-
to'g'ri proportsionaldir. Shu bilan birga, elektroliz paytida haqiqatan ham
olingan cho’kma miqdori har doim hisoblanganlardan kam bo'ladi.

Katodda bir nechta elementlarning (odatda ikki yoki uch) ionlarini
birgalikda chiqarilishi va yon jarayonlarning paydo bo'lishi (masalan,
ajratilgan metallning elektrolitda erishi) bilan ham, oqib chiqishi bilan ham
bog'liqdir. Hisoblangan va aslida olingan cho'kindi miqdori o'rtasidagi
nomuvofiqlik darajasini baholash uchun oqim samaradorligi deb
nomlangan ko'rsatkich ishlatiladi, va % larda belgilanadi.


8.2 Elektroliz qonunlari

Faradeyning I qonuni. Elektroliz vaqtida elektroddan ajralib chiqqan
moddaning massasi eritmadan o’tgan elektr toki miqdoriga hamda vaqtiga
to’g’ri proporsionaldir. Ya’ni, anodda erigan yoki katodda ajralgan
moddaning massasi tok kuchiga hamda bajarilish vaqtiga to’g’ri
proporsionaldir.

Bu jarayonda elektr miqdori tok kuchi va uning o’tish vaqtiga teng bo’lib,
Kulonlarda o’lchanadi, (1 ( K )=1 ( A )  1 ( s )). Masalan, 3 soat maboynida
o’tgan tok 10 ( A ) bo’lib, katodda 32,8 g nikel ajralgan bo’lsa,


shuningdek, 2 soat maboynida 15 ( A ) tok o’tganda yoki 1 soat maboynida 30
( A ) tok o’tganda ham xuddi shunday miqdorda nikel ajraladi.

Faradeyning II qonuni. Agar bir nechta ketma-ket ulangan elektrolitlar
orqali bir xil miqdorda elektr toki o’tkazilsa erigan modda yoki ajralib
chiqqan massa miqdori o’sha moddaning kimyoviy ekvivalentiga
proporsionaldir.

Kimyoviy ekvivalent moddaning molekulyar massasi yoki elementning
atom massasiga teng. Masalan, ikki valentli qalay 59,35, ikki valantli temir
27,92.


Bunda qalay va temir eritmasidan o’tgan elektr miqdori 1 ( A • s ) bo’lganda
katodda ajralgan qalay massasi temir massasidan ~ 2,1 marta katta bo’ladi.

Elektroliz vaqtida har qanday moddadan bir mol-ekvivalent ajratish uchun
elektrolit orqali 26,8 amper•soat elektr miqdori yoki F=96500 kulon toki o’tishi
kerak. Bu son Faradey soni ( F ) deyiladi.

Faradey qonunlaridan
yoki
ifoda kelib chiqadiF
t I E
m
 

F
Q E
m


F
t I E
m
 

F
Q E
m




Bunda, m – moddaning massasi, E – moddaning gramm ekvivalenti ( g-ekv ); I
– tok kuchi; Q – elektr miqdori; t – vaqt; F – Faradey soni; F  96500 ( Kl ).

Elektroliz jarayonida katodda metallning cho’kishi va bilan bir qatorda
vodorod ajraladi. Shuningdek, bu vaqtda elektr tokining bir qismini iste’mol
qiluvchi boshqa qo’shimcha jarayonlar ham yuz beradi. Shuning uchun,
cho’kkan metallning haqiqiy massasi Faraday qonuniga muvofiq nazariy
jihatdan ancha past bo’ladi. Katodda amaliy aniqlangan metall miqdori
( m )ning nazariy qiymqti ( m
m )ga bo’lgan nisbati tok bo’yicha katodda
metallning chiqishi deb ataladi va u foizlarda ifodalanadi :

Tok bo’yicha metallning chiqishi ( W ) elekrolizning eng muhim
ko’rsatkichlaridan biridir. Metall chiqishining fizik mohiyati elektr tokining
foydalanish koeffisientini bildiradi. Masalan, xromlashda W
t =10-18 foiz
bo’lsa, temirlashda W
t =85-95 foizni tashkil qiladi. Metall cho’ktirish uchun
xromlash jarayonida elektrolizda foydalangan tokning 10-18 foizi, temirlashda
esa 85-95 foiz foydalaniladi. Tok bo’yicha anod chiqishi amalda anodda erigan
metall miqdorining nazariy qiymatiga nisbati bilan aniqlanadi .


Ba’zi eritmalar elektrolizi jarayonida tok faqat bitta elektrokimyoviy
reaksiyaga, metall ajralishiga sarflanadi. Natijada tok bo’yicha kotodda
metall chiqishi (ayniqsa, kumush va mis cho’ktirishda) amalda 100% ga
teng. Bu holda, elektrolitlar moddalarining miqdori bo’yicha elektrolit orqali
o’tgan elektr miqdori ( It ) ni aniqlash mumkin.

Elektrolitik kukunlarning zarracha kattaligi, tarkibi va tuzilishiga ta'sir
qiluvchi asosiy omillar oqim zichligi, harorat, suvli elektrolitning kislotaligi
va konsentratsiyasi hisoblanadi.


8.3 Elektroliz usulida metall va qotishmalarni kukunini ishlab chiqarish.

Bu usulda asosan metall va qotishmalarning suvdagi tuzli eritmalaridan
yoki ularni yuqori temperaturalarda erigan tuzlaridan, doimiy elektr tokini
o’tkazish yordamida qaytarish jarayoni orqali kuknlarni katod yuzasiga
o’tkazishdan iborati. Elektroliz deb, elektrolitning yuqori temperaturalardagi sof
tuzning erigan eritmasi yoki tuzning suvdagi eritmasidan elektr toki o’tganda
boradigan oksidlanish- qaytarilish reaksiyalariga aytiladi.

Ma’lumki, elektrolitlar yuqori temperaturada erigan eritma yoki tuzlarning erima
xolatida doimiy tok o’tkazadilar. Shu sababli elektroliz erigan eritmada va suvli
eritmada borishi mumkin.


Yuqori temperaturalarda erigan tuzlarda - boradigan elektroliz natijasida anodda shu
modda tarkibiga kirgan anion oksidlanadi, katodda esa shu modda tarkibidagi kation
qaytariladi. Masalan: NaCl tuzini yuqori temperaturalarida eritish natijasida tuz
disotsiyalanadi:

NaCl ↔ Na +
+ Cl -

elektrolizida Na +
ioni katodda qaytariladi:

Na +
+ e -
→ Na o
+ Cl -

anioni anodda oksidlanadi: 2Sl -
- 2e +
→ 2Cl
2 o
.

Umumiy xolda:

2NaCl → 2Na + Cl
2 ↑


Qayta tiklangan xlor gaz xolatda xavoga uchib chiqsa, xosil bo’lgan natriy
erigan xolda eritmaning yuzasiga qalqib chiqadi. Ikkala xolda xam sof natriy
va xlor gazlari xosil bo’ladi, 1-rasm .[5]
1- r asm. Elektroliz jarayoni


Suvli eritmaning elektrolizi - e ritma elektrolizi oksidlanish qaytarilish
jarayonlarida elektrolit molekulalari bilan birgalikda suv (erituvchi)
molekulalari ishrtirok etgani uchun ancha murakkabdir. Eritmada boradigan
elektroliz sxemasini tuzayotganda quyidagi qoidalarni bilish zarur:

Katod jarayonlari uchun:

1. Agar eritmada oksidlanish potensiali vodorodning oksidlanish
potensialidan kichiq bo’lgan kationlar (aktivlik katorida Li +
dan A1 +3
gacha)
bo’lsa, katodda avval, ular urniga suv molekulalari qaytarilib:

2N
2 O + 2e -
- N
2 ↑ + 2ON -


metall ionlari eritmada o’zgarmasdan qoladi.

2. Agar eritmada standart oksidlanish potensiali vodorodnikidan kichiq,
lekin A1 nikidan katta bo’lgan kationlar (A1 +3
dan R +2
gacha) bo’lsa, u
xolda katodda bir vaktning uzida xam vodorod ionlari, xam metall
kationlari qaytariladi.

3. Agar eritmada standart oksidlanish poteniiali vodorodnikidan yuqori
bo’lgan kation bo’lsa, katodda av val shu kation qaytariladi (aktivlik
katorida bu kati
onlar N +
— dan keyin turadi).


Anod jarayonlari uchun:

1. Agar eritmada kislorodsiz kislotalarning anionlari; Cl -
, Br -
, J -
, F -
- lar
bilan birga N
2 O — molekulala ri mavjud bo’lsa, anodda avval
kislorodsiz kislota anionlari oksidlanadi.

2. Agar eritmada kislorodli kislota anionlari: SO
4 -2
, SO
3 -2
, RO
3 -3
, NO
3 -
-
bo’lsa, bu anionlarning oksidlanish potensiallari suv molekulasining
oksidlanish poten
sialidan katta bo’lgani uchun anodda avval (dastlab)
N
3 O molekulalari oksidlanadi:[2-5]


8.4 Elektroliz usulida nikel kukuni olish .

Nikel kukuni nikel sulfat ammiak eritmalarini elektroliz qilish yo'li bilan
olinadi (boshlang'ich moddasi NiS0
4 -7 HgO). Elektrolit tarkibida 5-15 g / l
nikel (Ni2 +), 75-80 g / l ammoniy sulfat, 2-3 g / l sulfat kislota, 40-50 g / l
ammoniy xlorid va 200 g gacha. / l xlorid bo’ladi. Elektrolitda nikel sulfat
kontsentratsiyasining pasayishi nikel kukunining o'rtacha zarracha hajmining
pasayishiga olib keladi, uning kontsentratsiyasining oshishi kukunning
o'rtacha zarracha hajmining oshishiga va bir vaqtning o'zida oqim
samaradorligining oshishiga olib keladi.[3]


GOST 9722-79 ga muvofiq PNE-1, PNE-2 va PNE-3 markalarining nikel
kukunlari ishlab chiqariladi. PNE-1 va PNE-3 kukunlari tarkibida,%: Z *
99,5 Ni + Co va mos ravishda (0,20 va 0,50 Co dan ko'p bo'lmagan); 0,02
C; 0,10 O; 0,10 va 0,20 Fe; 0,06 va 0,08 Cu; 0,008 va 0,010 S; 0,03 Si.
PNE-2 kukuni jami asosiy tarkibiy qismning ruxsat etilgan tarkibi bilan
kobalt> 99,3%, shu jumladan S 0,50% Co bilan farq qiladi va boshqa
aralashmalarning miqdori% ko’pi bilan0,04 C, 0, 25 Fe, 0,02 S va 0,04 Si
ni tashkil qiladi.


Foydalanilgan adabiyotlar

1. Kiparisov S. S., Libenson G. A. Poroshkovaya metallurgiya: Uchebnik
dlya texnikumov—3-e izd., pererab.— M.: Metallurgiya, 1991-152c

2. E. O. Umarov Materialshunoslik. O‘zbekiston Respublikasi Oliy va
o‘rta maxsus ta’lim vazirligi. – T.: Cho‘lpon nomidagi NMII, 2014 . -
297b

3. Kiparisov S.S. , Libenson G.A. Poroshkovaya metallurgiya. M.: ,
1991 .-157-177cc

4. Kukun metallurgiyasi asoslari fanidan o’quv-uslubiy majmua Andijon
2020

5. Yangi materiallar texnologiyasi ” fanidan o‘quv-uslubiy majmua
Andijon 2020 -33b

Mavzu: Elektrolizga oid masalalar yechish metodikasi Reja: 8.1 Elektroliz haqida umumiy tushunchalar 8.2 Elektroliz qonunlari 8.3 Elektroliz usulida metall va qotishmalarni kukunini ishlab chiqarish 8.4 Elektroliz usulida nikel kukuni olish .

 Tayanch so’zlar va iboralar. Kukun metallurgiyasi, Elektroliz, elektr toki, o'tkazgich, metall ionlari, katod, anod , kation, anion, ekvivalent, elektromanfiylik.  8.1 Elektroliz haqida umumiy tushunchalar  Elektroliz - bu kamaytiruvchi vositalar yordamida emas, balki elektr tokining energiyasidan foydalangan holda amalga oshiriladigan qaytarilish jarayoni hsoblanadi. Uning afzalliklari orasida ko'p qirralilik, olingan metall kukunlarining yuqori tozaligi va ularning yaxshi texnologik xususiyatlari mavjud ekanligidadir. Elektrolizning eng muhim kamchiliklari yuqori energiya intensivligi va unchalik unumdorligi hisoblanadi.

 Elektrokimyoviy konversiya jarayoni interfeys elektrodida (anod yoki katod) - elektrolitda (eritma yoki eruvchi) sodir bo'ladi. Elektr tokining manbai harakatlantiruvchi kuch rolini o'ynaydi (o'ziga xos "nasos"), elektronlarni elektr zanjiridagi bir qutbdan boshqasiga biriktiradi yoki yo’naltiradi. Elektronlarni shunday majburan "nasos" qilish natijasida katodda ortiqcha zaryadlangan elektronlar hosil bo'ladi va u manfiy zaryadga ega bo'ladi, elektronlarning bir qismini katod boshqa elektrod (anod) esa ijobiy zaryadga ega bo'ladi.

 Shuning uchun alyuminiy, magniy, zirkoniy, titan va boshqalar kabi metallar mos metalning eritilgan tuzlari elektrolizidan foydalanib suvli eritmalardan ajratilmaydi.  Metallni elektrolitik ajratishda Faradey qonuniga muvofiq katodning miqdori tok kuchiga, uning elektrolit va elektrokimyoviy ekvivalenti orqali o'tadigan vaqtiga (ya'ni amper-soatiga chiqarilgan metall miqdori) to'g'ridan- to'g'ri proportsionaldir. Shu bilan birga, elektroliz paytida haqiqatan ham olingan cho’kma miqdori har doim hisoblanganlardan kam bo'ladi.

Katodda bir nechta elementlarning (odatda ikki yoki uch) ionlarini birgalikda chiqarilishi va yon jarayonlarning paydo bo'lishi (masalan, ajratilgan metallning elektrolitda erishi) bilan ham, oqib chiqishi bilan ham bog'liqdir. Hisoblangan va aslida olingan cho'kindi miqdori o'rtasidagi nomuvofiqlik darajasini baholash uchun oqim samaradorligi deb nomlangan ko'rsatkich ishlatiladi, va % larda belgilanadi.

Elektrolizga oid masalalar yechish metodikasi

23.11.2024

0

703.3720703125 KB

Похожие