Презентація на тему застосування електролізу з фізики. Презентація на тему "застосування електролізу". Покриття предметів шаром благородного металу

Слайд 3

Металургія

1. Отримання лугів (з розплавів)
2. Одержання малоактивних металів. (З розчинів)
3. Рафінування (очищення) металів - очищають Cu, Ni, Pb та ін.

Слайд 4

Гальваностегія

Це процес, який дозволяє покрити виріб шаром (плівкою) благородного металу захистити його від корозії, підвищити стійкість до зношування, зробити декоративне оздоблення. Гальванічні цехи є на багатьох металургійних та інших заводах.

Прямуючи до катода, катіон натрію отримує від нього один електрон, тобто. відбувається відновлення: Na + + ē -> Na0 Катод, на якому є постійний надлишок електронів, є відновником.

Покриття предметів шаром благородного металу

2NaCl -> 2 Na + Cl2 ЕЛЕКТРОЛІЗ - окислювально-відновний процес, що протікає під дією електричного струму.

У розчині, крім дисоціації солі, відбувається дуже слабка дисоціація води. NaCI -> Na+ + CI- H2O -> H+ + OH- Таким чином, у розчині утворюється два види катіонів (Na+і H+) і два види аніонів (CI-іOH-).

До анода попрямують аніони CI-іOH-, відновлювальні властивості яких також неоднакові (див. ряд аніонів, розташованих у порядку збільшення здатності до окислення). Аніони CI-окислюються легше, ніжOH-, тому на аноді відбуватиметься процес: CI- ēCI0, 2CI0 CI2 У більшості випадків аніони, що складаються з атомів одного елемента, такі, як CI-, Br-, I-, S2-, окислюються на аноді швидше, ніж гідроксид-іон.

Слайд 10

У 1837 р. російський вчений Б.С. Якобі відкрив спосіб отримання абсолютно точних рельєфних копій предмета. Для цього з предмета роблять зліпок із пластичного матеріалу (гіпс, віск) і поміщають його в електролітичну ванну як катод. При пропущенні через ванну електричного струму зліпок покривається шаром металу. Потім зліпок відокремлюють від отриманої копії та використовують знову. Гальванопластика дозволяє швидко виготовляти металеві копії та відтворювати їх у будь-якій кількості. Так виготовляють медалі, монети, витвори мистецтва.

Слайд 11

Виготовлення медалей, монет

Слайд 12

У 1845 р. у Санкт-Петербурзі було організовано підприємство герцога Ліхтенберзького, на якому у такий спосіб виготовляли барельєфи для Ісаакіївського та Петропавлівського соборів, Ермітажу, Зимового палацу, Великого театру. Позолота чудово збереглася до наших днів.

Слайд 13

Твори мистецтва

Барельєфи для:

• Ісаакіївського собору

та багатьох окислювачів (персульфатів, перманганатів, перхлоратів, перфторорганічних сполук та ін.). Застосування електролізу для обробки поверхонь включає як катодні процеси гальванотехніки (у машинобудуванні, приладобудуванні, авіаційній, електротехнічній, електронній промисловості), так і анодні процеси полірування, травлення, розмірної анодно-механічної обробки, оксидування (анодування) металевих виробів (див. також Електрофізичні та електрохімічні методи опрацювання). Шляхом електролізу в контрольованих умовах здійснюють захист від корозії металевих споруд та конструкцій (анодна та катодна захист).

• Петропавлівського собору

У хімічній промисловості електроліз отримують хлор і фтор, луги, хлорати і перхлорати, надсерную кислоту і персульфати, хімічно чисті водень і кисень і т.д. При цьому одні речовини отримують відновленням на катоді (альдегіди, параамінофенол та ін.), Інші електроокислення на аноді (хлорати, перхлорати, перманганат калію та ін.) Гальванотехніка - область прикладної електрохімії, що займається процесами нанесення металевих покриттів на поверхню як металевих, так і неметалевих виробів під час проходження постійного електричного струму через розчини їх солей. Гальванотехніка поділяється на гальваностегію та гальванопластику. Гальваностегія - електроосадження на поверхню металу іншого металу, який міцно зв'язується (зчіпується) з металом (предметом), що покривається, службовцем катодом електролізера. Гальванопластика- отримання шляхом електролізу точних, легко відокремлюваних металевих копій щодо значної товщини з різних як неметалевих, і металевих предметів, званих матрицями. Гальванопластику використовують для нанесення порівняно товстих металевих покриттів на інші метали (наприклад, утворення накладного шару нікелю, срібла, золота і т.д.).

• Ермітажу

ззовні.

• Зимовий палац

Слайд 17

• Великого театру

Слайд 18

Виробництво музичних платівок

У 1888 р. німецький інженер Берлінер запропонував використовувати як носій звуку цинковий диск, покритий тонким шаром воску. З диска знімали металеву копію – матрицю. Потім, відтворюючи копії матриці штампуванням з целулоїду, ебоніту, каучуку, отримували грамплатівки. Перша така платівка зберігається у Національному музеї США.

У 1957 – 1958 pp. у США розпочався випуск стереофонічних платівок. Матрицю виготовляли способом пресування листів вініпласту або каліброваного по товщині свинцю (1 - 2 мм), покривали тонким шаром порошку, який проводить струм (графіт), поміщали в електролітичну ванну. На матриці осідав шар металу (зазвичай міді). Потім цей шар відокремлювали та використовували для штампування. За допомогою матриці можна виготовити велике числоплатівок, подібних до оригіналу.

Представлена ​​презентація призначена для проведення уроку на тему "Електроліз", яка вивчається і в курсі хімії, і фізики. до того ж, досить складна. Слайди презентації допомагають учням розібратися по суті цього процесу (і електролізу розплавів, і електролізу розчинів). Наведено рівняння катодних процесів електролізу залежно від положення металу у ряді напруг, а також анодних процесів залежно від матеріалу анода та природи аніону. Також тут наведено зразки вирішення завдань із застосуванням закону Фарадея.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Щоб скористатися попереднім переглядом презентацій, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

Електроліз за рахунок електричної енергії здійснюються хімічні реакції- відновлення катіонів на катоді (-) - окислення аніонів на аноді (+), які можуть протікати мимовільно. це сукупність окислювально-відновних процесів, що протікають на електродах при проходженні постійного електричного струму через розчин або розплав електроліту. Сутність електролізу:

Електроліз розплавів ХАРАКТЕРИСТИКА: енергетично ємний (електроліти плавляться за дуже високих температур); при плавленні руйнуються кристалічні ґрати; у розплаві безладно рухаються не гідратовані іони. Електроліз розплаву солей або оксидів – для отримання високоактивних металів (калію, алюмінію та ін.), що легко вступають у взаємодію з водою.

Приклади електролізу розплавів NaCl K(-): Na + + 1e → Na 0 A(+): 2Cl - - 2e → Cl 2 2NaCl → 2Na + Cl 2 2. FeF 3 K(-): Fe 3+ + 3e → Fe 0 |  2 A(+): 2F - - 2e → F 2 0 |  3 2FeF 3 → 2Fe + 3F 2 3. Na 2 SO 4 K(-): 2Na + + 2e → 2Na 0 |  2 A(-): 2SO 4 2- - 4e → 2SO 3 + O 2 2Na 2 SO 4 → 4Na + 2SO 3 + O 2 4. Na 2 CO 3 K(-): 2Na + + 2e → 2Na 0 |  2 A(-): 2CO 3 2- - 4e → 2CO 2 + O 2 2Na 2 CO 3 → 4Na + 2CO 2 + O 2 5. KOH K(-): K + +1e → K 0 |  4 A(+): 4OH - - 4e → O 2 + 2H 2 0 4KOH → 4K + O 2 + 2H 2 O

процес більш енергетично вигідний, ніж електроліз розплавів при електролізі як на аноді, так і на катоді можуть відбуватися конкуруючі процеси при виборі найбільш ймовірного процесу на аноді і катоді виходять із положення, що протікає реакція, яка вимагає найменшої витрати енергії. Електроліз розчинів

Ряд напруги металів Li K Rb Ba Ca Na Mg Al | Mn Zn Cr Cd Co Ni Sn Pb H | Cu Hg Ag Pt Au Чим правіше метал (більше значення алгебри електродного потенціалу), тим менше енергії витрачається на розрядку його іонів. Якщо розчині катіони Cu 2+ , Hg 2+ , Ag + , то послідовність виділення на катоді: Ag + , Hg 2+ , Cu 2+ і після зникнення у розчині іонів металів почнеться розрядка іонів Н + .

Li K Rb Ba Ca Na Mg Al | Mn Zn Cr Cd Co Ni Sn Pb H | Cu Hg Ag Pt Au Тільки: 2H 2 O + 2e  H 2  + 2OH - (у нейтральній, лужній) 2H + + 2 e  H 2  (у кислому середовищі) (Ме n+ - у розчині) Одночасно: Ме n+ + n е  Ме 0 2H 2 O + 2 e  H 2  + 2OH - Ме n+ + n е  Ме 0 (без відновлення води) Катодні процеси не залежать від матеріалу катода, залежать від положення металу в ряді напруг

Анодні процеси ПРОЦЕСИ НА АНОДІ: з розчинним анодом з нерозчинним анодом (поведінка кисневмісних та безкисневих кислотних залишків) залежать від матеріалу анода та від природи аніону

Розчинний анод Електроліз розчинів солей з анодом (Cu, Zn, Fe, Ag та ін.): - Не залежить від аніону солі, окиснення матеріалу анода (його розчинення), перенесення металу з анода на катод, концентрація солі в розчині не змінюється. Приклад: електроліз розчину (CuCl 2 , До Cl , CuSO 4) з мідним анодом на аноді, замість розрядки іонів (Сl - та виділення хлору) протікає окислення аноду (Cu 0 → Cu 2+ розчин), на катоді виділяється мідь. А (+) Cu 0 - 2e = Cu 2+ До (-) Cu 2+ + 2e = Cu 0  /активний, що витрачається/ Застосування: при рафінуванні (очищенні) металів від забруднень, гальваностегії, гальванопластики. Конкуруючі реакції на електродах: на аноді – окислення аніонів та гідроксид-іонів, анодне розчинення металу (матеріалу аноду); на катоді - відновлення катіону солі та Н+, відновлення катіонів Ме n+, отриманих при розчиненні анода

Нерозчинний анод Конкуруючі процеси при електролізі з інертним анодом (графіт, платина) – два окислювальні та відновлювальні процеси: на аноді - окислення аніонів та ВІН - , на катоді - відновлення катіонів та іонів Н + . У ряді () зменшується відновна активність аніонів (здатність віддавати електрони): I - , Br - ,S 2- , Cl - , OH - , SО 4 2- , NO 3 - , РO 4 3- , F - . ПРАВИЛА Аніони кисневмісних кислот (SО 4 2- , NO 3 - , РO 4 3- , а також F - і ОН -) – не окислюються, а окислюються молекули води, виділяється кисень: 2H 2 O – 4 e  O 2 + 4H + , 4ОН - - 4е  O 2 + 4H 2 О. 2. Аніони безкисневих кислот (галогенід-іонів) – окислюються без окислення води (виділяються вільні галогени) : Ас m- - me  Ac 0 . 3. При окисленні аніонів органічних кислот відбувається процес: 2 RCOO - - 2е → R-R + 2СО2.

Приклад 1. Розряджається аніон солі та вода: а) електроліз розчину NaCl: К(-): 2 H 2 O + 2 e  H 2 + 2 OH - А(+): 2 Cl - - 2 e  Cl 2 0 Підсумок : 2 NaCl + 2 H 2 O  Cl 2 + H 2 + 2 NaOH б) електроліз розчину Mg Cl 2: К(-): 2 H 2 O + 2 e  H 2 + 2 OH - А(+): 2 Cl - - 2 e  Cl 2 0 Підсумок: MgCl 2 + 2 H 2 O  Cl 2 + H 2 + Mg(OH) 2 в) електроліз розчину CaI 2: К(-): 2 H 2 O + 2 e  H 2 + 2 OH - А(+): 2 I - - 2 e  I 2 0 Підсумок: C aI 2 + 2 H 2 O  l 2 + H 2 + Ca (OH) 2

Приклад 2. Розряджаються катіон і аніон солі: електроліз розчину CuCl 2: К(-): Cu 2+ + 2 e Cu Cu 0 А (+): 2С l - - 2 e Cl 2 0 Підсумок: CuCl 2  Cu + Cl 2

Приклад 3. Розряджаються катіон солі та вода: а) електроліз розчину ZnSO 4 К(-): Zn 2+ + 2 e  Zn 0 2 H 2 O +2 e  H 2 + 2 OH - А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + Підсумок: ZnSO 4 + H 2 O  Zn + H 2 + O 2 + H 2 SO 4 б) електроліз розчину CuSO 4: К(-): Cu 2+ + 2 e  Cu 0 |  2 А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + Підсумок: 2CuSO 4 +2 H 2 O  2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4 в) електроліз розчину Cu(NO 3) 2 : К(-): Cu 2+ + 2 e  Cu 0 |  2 А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + Підсумок: 2Cu(NO 3) 2 +2 H 2 O  2Cu + O 2 + 4HNO 3 г) електроліз розчину FeF 3: К (-): Fe 3+ + 3 e  Fe 0 |  4 А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + |  3 Підсумок: 4FeF 3 + 6H 2 O  4Fe + 3O 2 + 12HCl д) електроліз розчину Ag NO 3: К(-): Ag + + 1 e  Ag 0 |  4 А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + Підсумок: 4AgNO 3 + 2 H 2 O  4Ag + O 2 +4HNO 3

Приклад 4 . Розряджається лише вода: Електроліз розчину Na 2 SO 4 , KNO 3 К(-): 2 H 2 O + 2 e  H 2 + 2 OH - |  2 А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + Підсумок: 2 H 2 O  2 H 2 + O 2 При електролізі водного розчину солі активного металу кисневмісної кислоти (наприклад, КNО 3) ні катіони металу, ні іони кислотного залишку не розряджаються. На катоді виділяється водень, але в аноді - кисень, і електроліз розчину нітрату калію зводиться до електролітичного розкладання води. Приклад 5 . Електроліз розчинів лугів Розчин NaOH, KOH: K(-): 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - |  2 A(+): 4OH - - 4e → O 2 + 2H 2 O лужне середовище Підсумок: 4H 2 O + 4OH -  2H 2 + O 2 + 4OH - + 2H 2 O 2H 2 O  2H 2 + O 2

Застосування електролізу одержання лугів, хлору, водню, алюмінію, магнію, натрію, кадмію очищення металів (міді, нікелю, свинцю) захист від корозії

Залежність кількості речовини, що утворилася при електролізі, від часу і сили струму описується: m = (Е / F) · I · t = (М / (n · F)) · I · t , де m - маса речовини, що утворилася при електролізі ( г); Е - еквівалентна маса речовини (г/моль); М – молярна маса речовини (г/моль); n - кількість електронів, що віддаються або приймаємо; I – сила струму (А); t – тривалість процесу (с); F - константа Фарадея, що характеризує кількість електрики, необхідне виділення 1 еквівалентної маси речовини (F= 96500 Кл/моль = 26,8 А· ч /моль). Закон Фарадея

ЗАВДАННЯ Електроліз 400 г 8,5%-ного розчину нітрату срібла продовжували до тих пір, поки маса розчину не зменшилася на 25 г. Обчисліть масові частки сполук у розчині, отриманому після закінчення електролізу, та маси речовин, що виділилися на інертних електродах. Рішення: При електролізі водяного розчину АgNО 3 на катоді відбувається відновлення іонів Аg+, а аноді - окислення молекул води: К(-): Аg + + е = Аg 0 . А(+): 2 Н 2 О - 4е = 4 Н + + О 2 . Сумарне рівняння: 4 AgNО 3 + 2 Н 2 О = 4Ag↓ + 4 НNО 3 + О 2 . За умовою:  (АgNО 3) = 400 . 0,085/170 = 0,2 (моль). При повному електролітичному розкладі цієї кількості солі:  (Аg) = 0,2 моль, m (Аg) = 0,2 . 108 = 21,6 (г) (О 2) = 0,05 моль, m(О 2) = 0,05. 32 = 1,6 (г). Загальне зменшення маси розчину за рахунок срібла та кисню становитиме 21,6 + 1,6 = 23,2 (г).

При електролізі розчину, що утворився азотної кислотирозкладається вода: 2 H 2 O = 2 Н 2 + O 2 . Втрата маси розчину за рахунок електролізу води: 25 – 23,2 = 1,8 (г). Кількість води, що розклалася, дорівнює: v(Н 2 0) = 1,8/18 = 0,1 (моль). На електродах виділилося: (Н 2) = 0,1 моль, m (Н 2) = 0,1. 2 = 0,2 (г) (О 2) = 0,1/2 = 0,05 (моль), m(О 2) = 0,05. 32 = 1,6 (г). Загальна маса кисню, що виділився на аноді у двох процесах, дорівнює: 1,6 + 1,6 = 3,2 г. У розчині міститься азотна кислота:  (НNO 3) =  (АgNО 3) = 0,2 моль, m(НNО 3) = 0,2. 63 = 12,6 (г). Маса розчину після закінчення електролізу: 400-25 = 375 (г). Масова часткаазотної кислоти: ω(НNО 3) = 12,6/375 = 0,0336, або 3,36%. Відповідь: ω(НNО 3) = 3,36%, на катоді виділилося 21,6 г Аg і 0,2 г Н 2 на аноді - 3,2 г О 2 .

ЗАВДАННЯ Складіть схеми електролізу водних розчинів: а) сульфату міді б) хлориду магнію; в) сульфату калію. У всіх випадках електроліз проводиться з використанням вугільних електродів. Рішення. а) У розчині сульфат міді дисоціює на іони: СuSО 4 Сu 2+ + SO 4 2- Іони міді можуть відновлюватися на катоді у водному розчині. Сульфат-іони у водному розчині не окислюються, тому на аноді протікатиме окислення води. Схема електролізу: б) Дисоціація хлориду магнію у водному розчині: MgCl 2+ Mg 2+ +2Сl - Іони магнію не можуть відновлюватися у водному розчині (йде відновлення води), хлорид-іони - окислюються. Схема електролізу: в) Дисоціація сульфату калію у водному розчині: До 2 SО 4 2 К + + SO 4 2- Іони калію та сульфат-іони не можуть розряджатися на електродах у водному розчині, отже, на катоді протікатиме відновлення, а на аноді - Окислення води. Схема електролізу: або, враховуючи, що 4 Н + + 4 ОН - = 4 Н 2 О (здійснюється при перемішуванні), 2 H 2 O 2 H 2 + O 2

2Al 3+ + 6e = 2Al 0 (-) катод ← 2Al 3+ + ↓ Al 2 O 3 2CO + O 2 = 2CO 2 2C + O 2 = 2CO 3O 2- - 6e = 3/2 O 2 3O 2- → анод (+) (С – графіт) розплав

Презентація зі слайдів

Текст слайду: Застосування електролізу (презентація учня)

Текст слайду: Основна хімічна промышленность 1) Отримання галогенів, водню. 2) Отримання лугів. 3) Електросинтез органічних речовин - Отримують складні фторорганічні сполуки, тетраалкільні похідні свинцю, наприклад, себацинову (декандинову) кислоту та ін.

Текст слайду: Металургія 1) Отримання лугів. (З розплавів) 2) Отримання малоактивних металів. (З розчинів) 3) Рафінування (очищення) металів - очищають Cu, Ni, Pb та ін.

Текст слайду: Гальваностегія це процес, який дозволяє покрити виріб шаром (плівкою) благородного металу захистити його від корозії, підвищити стійкість до зношування, зробити декоративне оздоблення. Гальванічні цехи є на багатьох металургійних та інших заводах.

Текст слайду: Покриття предметів шаром благородного металу

Текст слайду:

Текст слайду:

Текст слайду:

Текст слайду: це отримання електролітичним способом товстіших відкладень (до кількох міліметрів). ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА

Слайд №10

Текст слайду: У 1837 р. російський вчений Б.С. Якобі відкрив спосіб отримання абсолютно точних рельєфних копій предмета. Для цього з предмета роблять зліпок із пластичного матеріалу (гіпс, віск) і поміщають його в електролітичну ванну як катод. При пропущенні через ванну електричного струму зліпок покривається шаром металу. Потім зліпок відокремлюють від отриманої копії та використовують знову. Гальванопластика дозволяє швидко виготовляти металеві копії та відтворювати їх у будь-якій кількості. Так виготовляють медалі, монети, витвори мистецтва.

Слайд №11

Текст слайду: Виготовлення медалей, монет.

Слайд №12

Текст слайду: У 1845 р. у Санкт-Петербурзі було організовано підприємство герцога Ліхтенберзького, на якому у такий спосіб виготовляли барельєфи для Ісаакіївського та Петропавлівського соборів, Ермітажу, Зимового палацу, Великого театру. Позолота чудово збереглася до наших днів.

Слайд №13

Текст слайду: Твори мистецтва: Барельєфи для: Ісаакіївського собору

Слайд №14

Текст слайду: Петропавлівського собору

Слайд №15

Текст слайду: Ермітажу

Слайд №16

Текст слайду: Зимовий палац

Слайд №17

Текст слайду: Великого театру

Слайд №18

Текст слайду: У 1888 р. німецький інженер Берлінер запропонував використовувати як носій звуку цинковий диск, покритий тонким шаром воску. З диска знімали металеву копію – матрицю. Потім, відтворюючи копії матриці штампуванням з целулоїду, ебоніту, каучуку, отримували грамплатівки. Перша така платівка зберігається у Національному музеї США. У 1957 – 1958 pp. у США розпочався випуск стереофонічних платівок. Матрицю виготовляли способом пресування листів вініпласту або каліброваного по товщині свинцю (1 - 2 мм), покривали тонким шаром порошку, який проводить струм (графіт), поміщали в електролітичну ванну. На матриці осідав шар металу (зазвичай міді). Потім цей шар відокремлювали та використовували для штампування. За допомогою матриці можна виготовити велику кількість пластинок, подібних до оригіналу.

Слайд №19

Текст слайду: Виробництво музичних платівок

Слайд №20

Текст слайду: Методом гальванопластики виготовляють мідні кліше для друкарні, що дозволяють зробити до 40 тис. відбитків, та мідні хромовані кліше – до 1,5 млн. відбитків. Відкриття гальванопластики дозволило виготовляти прес – форми із пластмаси, гуми, металу, замінюючи трудомісткі роботи висококваліфікованих токарів та граверів.

Слайд №21

Текст слайду: Мідні кліше для друкарні

Слайд №22

Текст слайду: Прес-форми із пластмаси, гуми, металу