на каком электроде выделяется медь

«Чистый металл», или Электролитическое рафинирование меди

Рафинирование — заключительный этап в цепочке получения из медной руды «чистого» металла. Он состоит из двух последовательных этапов — пирометаллургическое и электролитическое рафинирование. В первом черновая медь (содержит до 4 % примесей) обрабатывается в печах и из неё удаляются все примеси, кроме включений серебра, золота, селена и теллура, при этом чистота основного металла может достичь 99,6 %. Во втором с помощью электролитических ванн получают полностью очищенную медь, доля примесей в которой не превышает 0,001 %.

Рассмотрим подробнее процесс электролитического рафинирования. Речь идёт исключительно о промышленном производстве, в работе чаще всего используются гальванические ванны объемом 4-12 м 3 метра, в качестве электролита выступает смесь из сернокислой меди (CuSO₄), подкисленной серной кислотой (H₂SO₄). В смесь погружаются аноды из меди, прошедшей пирометаллургическое рафинирование, и катоды из «чистой» меди. В ходе электролиза все примеси остаются в растворе электролита, а на катоде оседает очищенный металл. После завершения процесса катод, по сути, представляет собой готовый слиток меди, который можно как отправить предприятиям-потребителям напрямую, так и переплавить в слитки или иной требуемый тип проката. Часть «вымытых» из меди примесей оседает на дно ванны (т.н. шлам), в дальнейшем их можно подвергнуть последующей переработке с целью получения ценных металлов.

Промышленный процесс электролитического рафинирования предполагает работу с большими объёмами металлов, электролитов и, как следствие, высокие сопутствующие затраты (стоимость электролитов, электричество, потери и т. д.). В ходе рафинирования анод («загрязнённая» медь) постепенно растворяется, теряя в объёме — часть примесей оседает на дно ванны, часть растворяется в электролите. При этом чистая медь нарастает на катоде, постепенно увеличивая его в размерах. Начальная фаза изображена на рисунке ниже.

В рафинировании меди применяется такое понятие как экономическая плотность тока — плотность тока, при которой затраты электроэнергии на получение 1 тонны чистой меди будут минимальными (не путать с таковой при расчете сечения проводов, когда идет расчет электрических потерь в ЛЭП).

При этом время процесса зачастую бывает не оптимальным или вовсе не принимается во внимание из-за решающей роли стоимости электричества. Так, в среднем, на растворение анода требуется 20-30 суток, а катоды достигают оптимального размера за 6-12 суток при стандартной плотности тока 170-200 А/м 2 и напряжении между анодом и катодом 0,3-0,4 В. Расход электроэнергии при этом составляет в среднем 230-350 кВт⋅ч на 1 тонну меди.

Тем не менее, время тоже является важным фактором, напрямую влияющим как на себестоимость процесса получения медного проката, так и на общую производительность предприятия. Уменьшить время процесса рафинирования можно одним способом — увеличением плотности тока до более высоких, по сравнению со стандартными, значений. При этом, разумеется, придётся изменять многие параметры процесса, чтобы использование токов высокой плотности оставалось в рамках «экономической плотности». Для выполнения этого условия в ход идут различные методики, дополняющие друг друга:

Все описанные выше средства в настоящее время активно исследуются и совершенствуются на многих металлургических предприятиях в России и за рубежом. Основной их целью является не только ускорение процесса, но и обеспечение его непрерывности и повышение эффективности, в том числе экономической.

Первые два способа, как правило, обкатываются непосредственно на предприятиях в ходе экспериментов:

Использование же реверсных токов зачастую становится самым доступным методом — для его внедрения в промышленный процесс достаточно изменить схему питания гальванической ванны, применив современный источник тока и обеспечив циркуляцию электролита.

Хорошим решением этой задачи будет использование источников питания российского предприятия «Навиком», разрабатывающего источники питания для промышленного применения.

Источник

Электролитическое рафинирование меди

В анодах содержание меди редко превышает 99,2%, дальнейшее почти полное удаление примесей достигается электролитическим рафинированием.

На рис. 94 показана схема электролиза. Электроны движутся от отрицательного зажима источника постоянного тока к положительному (условно движение тока принимается от плюса к минусу). На катоде, представляющем тонкий медный лист — катодную основу, создается избыток электронов, на аноде из меди, подвергающейся рафинированию, происходит «откачка» электронов источником тока. Атомы меди на аноде теряют валентные электроны и, становясь положительно заряженными ионами, переходят в электролит:

На катоде, где имеется избыток электронов, ионы меди присоединяют электроны, разряжаясь, превращаются в атомы меди н осаждаются на катоде:

Убыль меди из электролита пополняется переходом ее с анода.

Другие металлы, содержащиеся в медных анодах в качестве примесей, ведут себя следующим образом: никель, железо, мышьяк и частично сурьма переходят в растворенном виде в электролит. Благородные металлы переходят в нерастворенном виде в шлам. Свинец попадает в шлам в виде PbSO₄. Большая часть сурьмы и олова переходит в шлам.

В ряду напряжений все металлы, находящиеся правее меди, имеют более электроположительные электродные потенциалы; требуется меньшее напряжение электрического тока на электродах для их выделения, поэтому они могли бы ранее или одновременно выделяться с медью. Однако этого не происходит, потому что правее меди находятся металлы, нерастворимые в данном электролите. Все металлы, находящиеся левее меди, имеют менее электроположительные электродные потенциалы, и хотя многие из них растворимы в электролите, но для выделения их на катоде требуется большее напряжение тока, чем для меди.

Рис. 95. Схема электролитического рафинирования меди

Схема электрического рафинирования меди приведена на рис. 95.

Количество осаждаемой меди и расход электроэнергии

Постоянный электрический ток для электролиза меди подается от машинных генераторов или ртутных преобразователей. Сила тока в цепи электролитных ванн равняется 5000 а и более. Катодная плотность тока, равная величине силы тока, приходящейся на 1 м 2 катодной поверхности при производстве меди из вторичного сырья, составляет 170—200 а. При электролизе с растворимым анодом, когда оба электрода медные, потенциалы их в одном растворе практически одинаковы, на выделение меди требуется ничтожно малое напряжение тока. В основном напряжение расходуется на преодоление омического сопротивления электролита и в меньшей степени на другие сопортивления. Для рафинирования меди, полученной из вторичного сырья, напряжение на ванне равно 0,18—0,4 в. Если сила тока равна 1 а, значит каждую секунду по проводнику проходит 1 к (кулон) электричества, а за один час 3600 к. Для выделения одного грамм-эквивалента (грамм-эквивалент равен атомному весу, выраженному в граммах к поделенному на валентность) вещества при электролизе требуется 96500 к, или 96500/3600 = 26,8 а-ч. 1 г-экв двухвалентной меди равен 63,57/2 = 31,78 г.

1 а-ч выделит 31,78/26,8 = 1,186 г. меди.

Для выделения 1 кг меди теоретически требуется 1000/1,186 = 843 а-ч,

а для выделения 1 т меди — 843 000 а-ч.

В производственных условиях на выделение 1 т потребуется тока несколько больше вследствие потерь, в результате коротких замыканий, побочных электрических цепей и т. д. Коэффициент полезного использования тока К_т (выход по току) равен отношению теоретически необходимого количества тока к фактическим его затратам.

Расход электроэнергии на 1 г меди равняется количеству израсходованного тока в ампер-часах, умноженному на падение напряжения между электродами и поделенному на коэффициент использования тока:

Электролитные ванны

Электролитные ванны (рис. 96) объединяются в одном блоке — баке, изготовленном из дерева или кислотоупорного бетона. Несколько баков группируются в серию.

Рис. 96. Ванна для электролиза меди: 1 — анод; 2 — катод; 3 — прямоугольная шина; 4 — треугольная шина; 5 — изоляция (доска)

Число анодов в ванне составляет 25—42; катодов на один больше. Размеры катодов больше анодов по ширине и длине на 25—60 мм. Аноды и катоды в ванне располагают поочередно. Суммарная площадь всех поверхностей катодов, на которых происходит наращивание меди, называется катодной поверхностью.

Уменьшением расстояния между анодом и катодом возможно было бы снизить потери напряжения на преодоление омического сопротивления электролита, но при этом повышается вероятность замыканий между анодом и катодом вследствие коробления катодной основы или неравномерности отложения меди на катодах. При электролизе меди расстояние между одноименными электродами делают в пределах 105—110 мм. Аноды подвешивают в ванне так, чтобы между нижними концами анодов и днищем ванны оставалось расстояние 150—200 мм, необходимое для сбора шлама. Зазор между краями и стенками ванны равен 65—85 мм.

Ванна внутри облицовывается рольным свинцом или винипластом. Для поступления электролита устроены специальные карманы или трубки. В донной части ванны сделано отверстие для удаления шлама, закрываемое во время процесса электролиза пробкой. При сифонном удалении шлама отверстие в дне ванны отсутствует.

Ванны подключаются к источнику постоянного тока последовательно, а одноименные электроды в ванне включаются параллельно. Подвод тока к бакам осуществляется основными шинами прямоугольного сечения. По ваннам ток распределяется промежуточными шинами треугольного сечения.

Электролит

Составной частью электролита при электролизе меди являются медный купорос CuSO₄•5H₂O и техническая серная кислота (купоросное масло). Купоросное масло должно быть очищено от механических и химически связанных примесей. Концентрация медного купороса в электролите составляет; при производстве медных катодов 120—160 г/л, при производстве катодных основ 130—160 г/л. Водные растворы медного купороса являются слабыми проводниками электрического тока. Другая составляющая электролита — раствор серной кислоты — является хорошим проводником электрического тока. Введение в состав электролита серной кислоты сильно снижает его омическое сопротивление, вследствие чего улучшаются показатели по расходу тока. Содержание свободной серной кислоты в электролите составляет; при производстве медных катодов 125—180 г/л, при производстве катодных основ 100—160 г/л.

Для нормального ведения процесса электролиза меди необходимы циркуляция и подогрев электролита. Циркуляцию электролита осуществляют перекачиванием его кислотоупорными насосами в баки, из которых электролит самотеком поступает к ваннам. При расположении ванн по каскаду электролит последовательно проходит через несколько ванн. Скорость циркуляции по отдельным ваннам серии следует поддерживать одинаковой. Из ванн электролит отводится трубопроводом в сборный бак, из которого перекачивается снова в напорные баки. Перед поступлением в напорные баки электролит подогревается посредством паровых змеевиков, при этом повышается электропроводность и улучшается качество катодного осадка. Температура электролита должна быть 55—60°; слишком сильный нагрев электролита вызывает большой расход пара, а повышенное испарение влаги из электролита ухудшает условия работы в цехе. Для пополнения испарившейся воды в циркуляционную систему вводят конденсат, добавка водопроводной воды не допускается.

При уменьшении концентрации ионов меди в электролите и повышении концентрации примесей электродный потенциал меди становится менее электроположительным и может стать равным или меньше потенциала какой-либо примеси. Это приведет к тому, что примесь начнет выделяться на катоде. Во избежание осаждения примесей концентрацию ионов меди в электролите следует поддерживать в течение всего процесса электролиза в допустимом интервале. Обогащение электролита медью достигается введением в циркуляционную систему медного купороса; избыточное количество его удаляется в процессе регенерации.

Накапливающиеся в электролите примеси ухудшают его свойства: повышается вязкость, снижается электропроводность, вследствие этого ухудшается качество катодного осадка. Основными примесями при электролизе вторичной черновой меди являются: никель, сурьма, свинец. Для обновления состава электролита и удаления из него примесей периодически выводят из циркуляционной системы часть электролита на регенерацию.

Добавки в электролит

Регенерация электролита

Обновление электролита достигается выводом части его из системы циркуляции. Количество отбираемого электролита определяется пределами допустимой концентрации наиболее характерной примеси — никеля. С увеличением концентрации сульфата никеля повышается сопротивление электролита, ухудшаются условия осаждения шлама и образования осадка меди, а также повышается содержание никеля в катодной меди. На Московском медеплавильном заводе единовременный вывод электролита на регенерацию составляет 50—55 м 3 при содержании 170—180 г/л NiSO₄ • 7H₂O.

В специальном регенеративном отделении выведенный электролит подвергают электролизу с нерастворимыми анодами, в качестве которых используют листовой свинец толщиной около 5 мм. При электролизе с нерастворимыми анодами достигается разложение CuSO₄ с выделением на аноде кислорода и образованием серной кислоты, а на катоде осаждается медь. Напряжение разложения равно разности электродных потенциалов анода и катода. Практически требуется напряжение на ванне 2,3—2,5 в.

Процесс осаждения меди длится около 20 час. После электролиза с нерастворимыми анодами электролит (8—10 г/л CuSO₄ • 5H₂O; 160—180 г/л NiSO₄ • 7H₂O и 180—200 г/л H₂SO₄), направляют на вакуумную выпарку, а затем раствор, насыщенный сульфатом никеля, нагретый до 60—70°, поступает на кристаллизацию. Никелевый купорос в кристаллическом виде является готовой продукцией. Маточник, содержащий до 600 г/л H₂SO₄, возвращают в процесс электролиза меди. Выделенная на катоде регенеративная медь имеет высокое содержание примесей. Она используется в плавильном цехе.

Производство катодов

Перед загрузкой анодов серию выключают, циркуляцию электролита останавливают. Проверяют уровень электролита в ваннах, излишки удаляют сифоном. На борты ванн укладывают бруски из сухого дерева или винипласта и хорошо Промытые трехгранные медные шины. Аноды взвешивают и загружают по плавкам. С одной стороны аноды опирают на изоляционный брусок, с другой стороны — на шину. Расстояние между анодами устанавливают по мерной рейке. Анод в ванне должен быть установлен строго вертикально. Для скорейшего прогрева электролита циркуляцию включают до окончания операции загрузки анодов.

Катодные основы перед завеской должны быть хорошо выправлены и иметь крепко приклепанные ушки. Перед завеской контакты анодов и трехгранные шины продувают паром. Ломики, на которые подвешивают катодные основы, промывают перед этим горячей водой, подкисленной серной кислотой. Ломики просовывают через ушки катодных основ и при завеске катодов устанавливают одним концом на шину, другим — на изоляционный брусок.

Рис. 97. Инструмент и приспособления, применяемые при электролизе:
1 — кардолента для зачистки контактов; 2 — крючок для правки положения анода а ванне; 3 — крючок для устранения замыканий анода н катода снизу; 4 — переносный индикатор тока (электрощуп); 5 — деревянная пешка подкладывается для выправки положения анода в ванне; 6 — ломик для правки катода; 7 — зубило для съема катодных основ

Прежде чем включить серию, проверяют отсутствие коротких замыканий катодных основ с анодами или стенками ванн, а также правильность расположения ломиков на шинах. Верхние края анодов и катодных основ должны находиться ниже уровня электролита. Серии включают, когда температура электролита становится не ниже 40°. Через каждый час замеряют температуру электролита. Через 3—6 час. производят правку катодов, для чего катоды поштучно вынимают и расправляют, а затем вновь завешивают. Инструмент, используемый при электролизе, приведен на рис. 97. Короткие замыкания обнаруживаются электрощупом, на них указывает падение напряжения, нагревание ломиков и мест контактов. Повышение напряжения указывает на загрязнения контактов. Контакты чистят кардолентой. Устранение замыканий и чистка контактов улучшают процесс электролиза и повышают коэффициент использования тока (выход по току).

Аноды находятся в электролитных ваннах 22—30 дней. Наращивание катодов длится 6—15 дней. Таким образом, одной партии анодов достаточно для образования в 2—4 раза большего числа катодов. При работе серии на третьем или четвертом сроке сработавшиеся аноды заменяют подсадом—годными к использованию анодами, отобранными из анодных остатков. Подсад предварительно выправляют.

Для обеспечения нарашивания меди на ушках, чтобы предупредить обрыв катодов, регулируют уровень электролита в ваннах посредством установки свинцовых колец в лотки ванны. Верхние края катодов при этом должны быть погружены в электролит на 5—10 мм. Катодное отложение меди должно иметь мелкокристаллическую структуру и гладкую поверхность.

Катоды из серий вынимают мостовым краном с применением приспособления для захвата катодов — «бороны».

Некоторое время катоды выдерживают над ванной для стенания электролита и затем подают на промывку водой или обработку паром для удаления электролита и после контроля транспортируют на склад. От каждой серии отбирают два катода в качестве пробы на химический анализ. Перед выгрузкой анодных остатков подачу в ванну электролита прекращают. Анодные остатки отмывают от шлама, сортируют, несработавшиеся возвращают в цикл электролиза в качестве подсада. Отработанные анодные остатки отправляют в плавильный цех. После выгрузки анодных остатков старые изоляционные бруски удаляют.

Требования к качеству медных катодов

Производство катодных основ

Катодные основы изготовляют из маточных листов, получаемых электролитическим осаждением меди на матрицах. Новые матрицы перед употреблением промывают водой, подкисленной серной кислотой, протирают, сушат, а затем обрабатывают раствором, содержащим 6—8 г/л сернистого натрия. Перед установкой их тщательно протирают тряпкой, после чего наносят равномерный слой смазки, состоящей из 1 части жирового солидола и 6—8 частей керосина.

Медь осаждается электролитическим способом на обеих сторонах матриц слоем 0,25—0,7 мм. Для облегчения сдирки маточных листов матрицы по краям имеют риски, на которых осадок образуется в виде плены, легко счищаемой зубилом. В последнее время матрицы стали изготавливать с фальцами из кислотоупорной пластической массы — фаолита. Если имеются фальцы, осадок меди по краям матриц не образуется, что значительно облегчает сдирку маточных листов.

Матрицы, погнутые или с изогнутыми ломиками, к посадке в ванны не допускаются.

В ваннах матричных серий применяют электролит с повышенным содержанием медного купороса и уменьшенным содержанием серной кислоты. Электролит используется более чистый: с меньшим содержанием примесей, с увеличенным количеством добавок, улучшающих структуру осадка. Температура электролита не должна превышать 56°, так как повышение температуры вызывает растворение смазки, наносимой на матрицы.

Периодически следует проверять правильность расположения анодов и матриц в ваннах и отсутствие коротких замыканий.

Матрицы с нарощенными осадками вынимают посредством «бороны». Одновременно допускается вынимать не более половины матриц из ванны; количество таких ванн должно быть не более четырех в серии. Вынутые матрицы выдерживают над ваннами для стекания с них электролита, после чего подают на промывку и затем на специальные станки для сдирки листов. На станках матрицы последовательно подаются на вращающуюся рамку, которая позволяет снять листы с обеих сторон матриц без ручного кантования. Листы подрезают по рискам, а если имеются фальцы, сдирку ведут отрывом листов в верхней части матриц. После приклепывания ушков и правки на вальцах катодные основы годны к употреблению.

Матрицы вновь зачищают, погнутые выправляют, затем смазывают и направляют снова на электролитическое получение маточных листов.

Удаление шламов

Накапливающийся в ваннах шлам не реже 1 раза в 2 месяца удаляют. Ванны отключают от циркуляционной системы; после отстаивания и удаления основной части электролита шламовую пульпу удаляют через отверстие в дне ванны или путем сифонирования, а иногда вычерпывания в специальную шламовую бадью. После фильтрации шламовой пульпы осветленный электролит подают в циркуляционную систему, а отделенный от жидкости шлам поступает на переработку в шламовое отделение для извлечения благородных и других металлов.

Источник

На каком электроде выделяется медь

Расчет количества различных металлов, выделяемых 1 а·ч, приведен в таблице 4.
При пользовании этой таблицей для определения количества металла, выделяющегося при определенной силе тока за какой-либо отрезок времени, надо умножить величину, взятую из последней колонки, на силу тока в амперах и на время электролиза в часах.

Пример. Для определения количества меди, выделяющейся на катоде при силе тока 8 а за 3 часа электролиза, необходимо перемножить числа:
1,186 — число г меди, выделяющееся при силе тока в 1 а,
8 — рабочая сила тока в а,
3 — время электролиза в часах.
Получаем:
1,186x8x3=48,464 г

Таким образом, при постоянной длительности электролиза вес отложенного металла зависит от силы тока. Сила тока, отнесенная к единице поверхности электрода, называется плотностью тока; она измеряется в амперах на квадратный дециметр (а/дм 2 ).

Электрохимический потенциал металлов

Металл, погруженный в слабый раствор своей соли, стремясь раствориться, посылает свои ионы в раствор, которым он окружен. Стремление металла к растворению с образованием ионов неудачно называют электролитической упругостью растворения.
Но ионы, которыми окружен металл, затрудняют дальнейший переход ионов в раствор. Растворение металла с образованием ионов создает разность потенциалов между раствором и растворяющимся металлом. Для сравнения потенциалов металлов условно принимают за нуль потенциал водородного электрода (это платиновый губчатый электрод, погруженный в нормальный раствор серной кислоты и омываемый газообразным водородом).
Определяя разность потенциалов между водородным электродом и измеряемыми, получают потенциалы, называемые стандартными.
Стандартные потенциалы различных металлов приведены в таблице 5; они расположены в порядке возрастания потенциалов. Такой ряд носит название электрохимического ряда напряжений.

Металлы, стоящие дальше в ряду напряжений, относятся к более благородным. При прохождении тока в раствор переходят сперва металлы, стоящие ближе в ряду напряжений, а выделяются в первую очередь ионы металлов, стоящих дальше в ряду напряжений. Впрочем, при большой силе тока может происходить одновременный разряд различных ионов.

Источник

§ 35. Электрический ток в электролитах

Оглавление

При изучении предыдущего параграфа вы узнали, что в металлах перенос заряда не сопровождается переносом вещества, а носителями свободных зарядов являются электроны. Но существует класс проводников, прохождение электрического тока в которых всегда сопровождается химическими изменениями и переносом вещества. Какова природа электрического тока в таких проводниках?

Природа электрического тока в электролитах. Из опытов следует, что растворы многих солей, кислот и щелочей, а также расплавы солей и оксидов металлов проводят электрический ток, т. е. являются проводниками. Такие проводники назвали электролитами.

Электролиты — вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток.

Проведём опыт. Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока, лампы накаливания и ванны с дистиллированной водой, в которой находятся два угольных электрода. При замыкании цепи лампа не светится, следовательно, дистиллированная вода не проводит электрический ток. Повторим опыт, добавив в дистиллированную воду сахар. Лампа не светится и в этом случае. Раствор сахара в воде также не является проводником. А теперь добавим в дистиллированную воду небольшое количество соли, например, хлорида меди(II) CuCl₂. В цепи проходит электрический ток, о чём наглядно свидетельствует свечение лампы ( рис. 200 ). Следовательно, раствор соли в воде является проводником электрического тока, т. е. при растворении хлорида меди(II) в дистиллированной воде появились свободные носители электрического заряда.

Ионы Cu 2+ и Cl − в растворе при отсутствии электрического поля движутся беспорядочно. Под действием внешнего электрического поля на беспорядочное движение ионов накладывается их направленное движение ( рис. 201 ). При этом положительно заряженные ионы Cu 2+ движутся к катоду (электроду, подключённому к отрицательному полюсу источника тока), отрицательно заряженные ионы Cl − — к аноду (электроду, подключённому к положительному полюсу источника тока). На аноде будет происходить процесс окисления ионов Cl − до атомов.

Нейтральные атомы образуют молекулы хлора, который выделяется на аноде:

На катоде будет происходить процесс восстановления ионов Cu 2+ до нейтральных атомов и осаждение металлической меди:

Это явление называют электролизом.

Электролиз — процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями, протекающими при прохождении электрического тока через растворы (расплавы) электролитов.

Таким образом, свободные носители электрического заряда в электролитах — положительно и отрицательно заряженные ионы, которые образуются в результате электролитической диссоциации, а проводимость электролитов является ионной. Электролиты относят к проводникам второго рода.

Почему опасно прикасаться голыми руками к неизолированным металлическим проводам, по которым проходит электрический ток?

Закон электролиза Фарадея. Закон электролиза был экспериментально установлен Фарадеем в 1833 г.

Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит:

Массу m вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит электрического заряда q, можно определить, зная массу m₀ одного иона и число N осевших на этом электроде ионов:

где M — молярная масса выделившегося вещества, N_А — постоянная Авогадро.

С другой стороны, число ионов, нейтрализовавшихся на электроде:

Сравнивая формулы (2) и (1), получим

Так как N_А и е – универсальные постоянные, то физическую величину в честь М. Фарадея назвали постоянной Фарадея.

С учётом этого формулу (3) для определения электрохимического эквивалента вещества можно записать в виде:

Используя закон электролиза, можно определить значение заряда электрона в школьной лаборатории. Допустим, что I — сила тока, который проходил через электролит в течение промежутка времени t (можно измерить амперметром). При этом на электроде выделилось вещество, масса которого m (можно измерить, взвесив электрод до и после прохождения тока через электролит). Тогда модуль заряда электрона определяют по формуле.

Техническое применение электролиза. Электролиз нашёл различные применения в промышленности. Рассмотрим некоторые из них.

1. Нанесение защитных и декоративных покрытий на металлические изделия (гальваностегия).

Для предохранения металлов от окисления, а также для придания изделиям прочности и улучшения внешнего вида их покрывают тонким слоем благородных металлов (золотом, серебром) или малоокисляющимися металлами (хромом, никелем). Предмет, подлежащий гальваническому покрытию, например, ложку ( рис. 202 ), погружают в качестве катода в электролитическую ванну. Электролитом является раствор соли металла, которым осуществляется покрытие. Анодом служит пластина из такого же металла. Пропуская через электролитическую ванну в течение определённого промежутка времени электрический ток, ложку покрывают слоем металла нужной толщины. Для наиболее равномерного покрытия ложки её необходимо поместить между двумя или более анодными пластинами. После покрытия ложку вынимают из ванны, сушат и полируют.

2. Производство металлических копий с рельефных моделей (гальванопластика).

Для получения копий предметов (монет, медалей, барельефов и т. п.) делают слепки из какого-нибудь пластичного материала (например, воска). Для придания слепку электропроводности его покрывают графитовой пылью, погружают в электролитическую ванну в качестве катода и получают на нём слой металла нужной толщины. Затем, нагревая, удаляют воск.

Процесс гальванопластики был разработан в 1836 г. русским академиком Б. С. Якоби ( 1801–1874 ).

3. Получение металлов из расплавленных руд и их очистка, электрохимическая обработка металлов.

Процесс очистки металлов происходит в электролитической ванне. Анодом служит металл, подлежащий очистке, катодом — тонкая пластина из чистого металла, а электролитом — раствор соли данного металла. Например, пластину из неочищенной меди помещают в качестве анода в ванну с раствором медного купороса, где катодом служит лист чистой меди ( рис. 203 ). В загрязнённых металлах могут содержаться ценные примеси. Так, в меди часто содержатся никель и серебро. При пропускании через ванну электрического тока медь с анода переходит в раствор, из раствора на катоде выделяется чистая медь, а примеси выпадают в виде осадка или переходят в раствор.

1. Что называют электролитом?

2. Какова природа электрического тока в электролитах?

3. Какой процесс называют электролизом?

4. Приведите примеры использования электролиза.

5. Сформулируйте закон электролиза. Каков физический смысл электрохимического эквивалента?

6. Через электролитическую ванну, наполненную раствором сульфата меди(II) CuSO₄, пропускают электрический ток. Изменится ли масса меди, выделяющейся на катоде за одинаковые промежутки времени, если увеличить напряжение между электродами? увеличить температуру раствора электролита? увеличить концентрацию раствора электролита? Почему?

Решение: Для нахождения температуры водорода воспользуемся уравнением Клапейрона‒Менделеева:

Упражнение 25

Источник