3. Անդորրագիր. Կալցիումը ստացվում է նրա հալած քլորիդի էլեկտրոլիզից։
4. Ֆիզիկական հատկություններ. Կալցիումը արծաթ-սպիտակ մետաղ է, շատ թեթև (ρ \u003d 1,55 գ / սմ 3), ինչպես ալկալիական մետաղները, բայց դրանցից անհամեմատ ավելի կոշտ է և ունի շատ ավելի բարձր հալման կետ, որը հավասար է 851 0 С:
5. Քիմիական հատկություններ. Ինչպես ալկալիական մետաղները, կալցիումը ուժեղ վերականգնող նյութ է, որը սխեմատիկորեն կարելի է պատկերել հետևյալ կերպ.
Կալցիումի միացությունները բոցավառ աղյուսը կարմիր են գունավորում: Ինչպես ալկալիական մետաղները, կալցիումի մետաղը սովորաբար պահվում է կերոսինի շերտի տակ:
6. Դիմում. Իր բարձր քիմիական ակտիվության շնորհիվ մետաղական կալցիումն օգտագործվում է որոշ հրակայուն մետաղներ (տիտան, ցիրկոնիում և այլն) դրանց օքսիդներից հանելու համար։ Կալցիումն օգտագործվում է նաև պողպատի և չուգունի արտադրության մեջ, վերջինս թթվածնից, ծծմբից և ֆոսֆորից մաքրելու, առանցքակալների արտադրության համար անհրաժեշտ որոշ համաձուլվածքներ, մասնավորապես՝ կապար-կալցիում ստանալու համար։
7. Արդյունաբերության մեջ ստացված կալցիումի ամենակարեւոր միացությունները.
Կալցիումի օքսիդը արտադրվում է արդյունաբերության մեջ՝ կրաքարի թրծման միջոցով.
CaCO 3 → CaO + CO 2
Կալցիումի օքսիդը սպիտակ գույնի հրակայուն նյութ է (հալվում է 2570 0 C ջերմաստիճանում), ունի քիմիական հատկություններ, որոնք բնորոշ են ակտիվ մետաղների հիմնական օքսիդներին (I, Աղյուսակ II, էջ 88):
Կալցիումի օքսիդի արձագանքը ջրի հետ ընթանում է մեծ քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ.
CaO + H 2 O ═ Ca (OH) 2 + Q
Կալցիումի օքսիդը վառ կրաքարի հիմնական բաղադրիչն է, իսկ կալցիումի հիդրօքսիդը խարխուլ կրաքարի հիմնական բաղադրիչն է։
Կալցիումի օքսիդի արձագանքը ջրի հետ կոչվում է կրաքարի ցրում։
Կալցիումի օքսիդը հիմնականում օգտագործվում է խարխուլ կրաքարի արտադրության համար։
Կալցիումի հիդրօքսիդ Ca(OH) 2-ը մեծ գործնական նշանակություն ունի։ Այն օգտագործվում է խարխուլ կրաքարի, կրաքարի կաթի և կրաքարի ջրի տեսքով։
Հիդրատացված կրաքարը բարակ չամրացված փոշի է, սովորաբար մոխրագույն (կալցիումի հիդրօքսիդի բաղադրիչ), ջրի մեջ մի փոքր լուծվող (1,56 գ լուծվում է 1 լիտր ջրի մեջ 20 0 C ջերմաստիճանում): Շինարարության մեջ օգտագործվում է ցեմենտի, ջրի և ավազի խարխուլ կրաքարի խմորային խառնուրդ։ Աստիճանաբար խառնուրդը կարծրանում է.
Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O
Կրաքարի կաթը կաթին նման կասեցում է (կասեցում): Այն առաջանում է ավելցուկային խարխլված կրաքարը ջրի հետ խառնելով։ Կրաքարի կաթն օգտագործում են սպիտակեցնող միջոց ստանալու, շաքարի արտադրության մեջ, բույսերի հիվանդությունների դեմ պայքարում անհրաժեշտ խառնուրդներ պատրաստելու, ծառերի բները սպիտակեցնելու համար։
Կրաքարի ջուրը կալցիումի հիդրօքսիդի թափանցիկ լուծույթ է, որը ստացվում է կրաքարի կաթը զտելով: Օգտագործեք այն լաբորատորիայում՝ ածխածնի երկօքսիդը (IV) հայտնաբերելու համար.
Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O
Ածխածնի երկօքսիդի (IV) երկարատև փոխանցման դեպքում լուծումը դառնում է թափանցիկ.
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca (HCO 3) 2
Եթե ստացված կալցիումի բիկարբոնատի թափանցիկ լուծույթը տաքացվում է, ապա նորից ամպամածություն է առաջանում.
Նմանատիպ գործընթացներ տեղի են ունենում նաև բնության մեջ։ Եթե ջուրը պարունակում է լուծված ածխածնի երկօքսիդ (IV) և գործում է կրաքարի վրա, ապա կալցիումի կարբոնատի մի մասը վերածվում է լուծելի կալցիումի բիկարբոնատի։ Մակերեւույթի վրա լուծումը տաքանում է, և կալցիումի կարբոնատը կրկին թափվում է դրանից:
* Քլորը մեծ գործնական նշանակություն ունի։ Այն ստացվում է խարխուլ կրաքարի քլորի հակազդեցությամբ.
2 Ca(OH) 2 + 2 Cl 2 → Ca(ClO) 2 + CaCl 2 + 2H 2 O
Սպիտակեցման ակտիվ բաղադրիչը կալցիումի հիպոքլորիտն է: Հիպոքլորիտները ենթարկվում են հիդրոլիզի։ Սա ազատում է հիպոքլորային թթու: Հիպոքլորային թթուն կարող է տեղահանվել իր աղից նույնիսկ ածխաթթուով.
Ca(ClO) 2 + CO 2 + H 2 O → CaCO 3 ↓+ 2 HClO
2 HClO → 2 HCl + O 2
Սպիտակեցնող նյութի այս հատկությունը լայնորեն կիրառվում է սպիտակեցման, ախտահանման և գազազերծման համար:
8. Գիպս. Գիպսի հետևյալ տեսակներն են՝ բնական՝ CaSO 4 ∙ 2H 2 O, այրված՝ (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O, անջուր՝ CaSO 4։
Այրված (կիսաջրային) գիպսը կամ ալաբաստրը (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O ստացվում է բնական գիպսը տաքացնելով մինչև 150–180 0 С:
2 → (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O + 3H 2 O
Ալաբաստրի փոշին ջրի հետ խառնելու դեպքում առաջանում է կիսահեղուկ պլաստիկ զանգված, որն արագ կոփվում է։ Պնդացման գործընթացը բացատրվում է ջրի ավելացմամբ.
(CaSO 4) 2 ∙ H 2 O + 3H 2 O → 2
Գործնականում կիրառվում է այրված գիպսի պնդանալու հատկությունը։ Այսպես, օրինակ, որպես գիպս օգտագործվում է կրաքարի, ավազի և ջրի հետ խառնած ալաբաստը։ Արվեստի առարկաները պատրաստվում են մաքուր ալաբաստրից, իսկ բժշկության մեջ այն օգտագործում են գիպսային վիրակապեր քսելու համար։
Եթե բնական գիպսը CaSO 4 ∙ 2H 2 O տաքացվում է ավելի բարձր ջերմաստիճանում, ապա ամբողջ ջուրն ազատվում է.
CaSO 4 ∙ 2H 2 O → CaSO 4 + 2H 2 O
Ստացված անջուր գիպսը CaSO 4-ն այլևս ի վիճակի չէ կցել ջուրը, և այդ պատճառով այն կոչվել է մեռած գիպս։
Ջրի կարծրությունը և դրա վերացման ուղիները.
Բոլորը գիտեն, որ օճառը լավ փրփրում է անձրևաջրում (փափուկ ջուր), մինչդեռ աղբյուրի ջրերում այն սովորաբար վատ է փրփրում (կոշտ ջուր): Կոշտ ջրի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ այն պարունակում է զգալի քանակությամբ լուծելի կալցիումի և մագնեզիումի աղեր: Այս աղերը օճառի հետ առաջացնում են չլուծվող միացություններ։ Նման ջուրը պիտանի չէ ներքին այրման շարժիչների հովացման և գոլորշու կաթսաների սնուցման համար, քանի որ կոշտ ջուրը տաքացնելիս կշեռք է առաջանում հովացման համակարգերի պատերին: Կշեռքը լավ չի փոխանցում ջերմությունը; հետևաբար հնարավոր է շարժիչների, գոլորշու կաթսաների գերտաքացում, բացի այդ, արագանում է դրանց մաշվածությունը։
Որո՞նք են կարծրության տեսակները:
Կարբոնատային կամ ժամանակավոր կարծրությունը պայմանավորված է կալցիումի և մագնեզիումի բիկարբոնատների առկայությամբ։ Այն կարող է շտկվել հետևյալ եղանակներով.
1) եռում.
Ca(HCO 3) 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2
Mg(HCO 3) 2 → MgCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2
2) կրաքարի կաթի կամ սոդայի ազդեցությունը.
Ca(OH) 2 + Ca(HCO 3) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O
Ca(HCO 3) 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + 2NaHCO 3
Ca 2+ + 2 HCO 3 - + 2 Na + + CO 3 2- → CaCO 3 ↓ + 2 Na + + 2HCO 3 -
Ca 2+ + CO 3 2- → CaCO 3 ↓
Ոչ կարբոնատային կամ մշտական կարծրությունը պայմանավորված է կալցիումի և մագնեզիումի սուլֆատների և քլորիդների առկայությամբ:
Այն վերանում է սոդայի գործողությամբ.
CaSO 4 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
MgSO 4 + Na 2 CO 3 → MgCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
Mg 2+ + SO 4 2- + 2Na + + CO 3 2- → MgCO 3 ↓ + 2Na + + SO 4 2-
Mg 2+ + CO 3 2- → MgCO 3 ↓
Կարբոնատային և ոչ կարբոնատային կարծրությունը ավելանում է ջրի ընդհանուր կարծրությանը:
IV. Գիտելիքների համախմբում (5 րոպե)
1. Պարբերական համակարգի և ատոմների կառուցվածքի տեսության հիման վրա բացատրիր, թե մագնեզիումի և կալցիումի ինչ հատկություններ ունեն ընդհանուր: Գրի՛ր համապատասխան ռեակցիաների հավասարումներ:
2. Ի՞նչ հանքանյութեր են պարունակում կալցիում և ինչպե՞ս են դրանք օգտագործվում:
3. Ասա մեզ, թե ինչպես տարբերել բնական միներալը մյուսից:
V. Տնային աշխատանք (3 րոպե)
Պատասխանեք հարցերին և կատարեք 1-15, § 48,49 վարժությունները, լուծեք 1-4 վարժությունները, էջ 132-133:
Հենց այսպիսի տեսք ունի դասապլանը դպրոցում՝ «Կալցիումը և նրա միացությունները» թեմայով:
Ելնելով վերոգրյալից՝ ակնհայտ է, որ դպրոցի քիմիայի դասընթացը պետք է լրացվի բնապահպանական բովանդակությամբ։ Այս աշխատանքի արդյունքները կներկայացվեն երրորդ գլխում:
Միանվագ) - 0,01%: 4 Բովանդակություն Ներածություն .............................................. ................................................... .. ..........................4 Գլուխ 1. Միջառարկայական կապերը դպրոցական քիմիա առարկայի ընթացքում ածխածնի և դրա օրինակով. միացություններ ...................................................... .........5 1.1 Միջառարկայական կապերի կիրառում ուսանողների ձևավորման համար ...
Գործունեություն. Ստեղծագործական անհատականության դաստիարակությանը նպաստող ուսուցման մեթոդների և ձևերի որոնումը հանգեցրել է ուսուցման որոշ հատուկ մեթոդների առաջացմանը, որոնցից մեկը խաղի մեթոդներն են: Խաղի ուսուցման մեթոդների ներդրումը քիմիայի ուսումնասիրության մեջ դիդակտիկ և հոգեբանական և մանկավարժական առանձնահատկություններին համապատասխանության պայմաններում բարձրացնում է ուսանողների պատրաստվածության մակարդակը։ Ռուսերեն «խաղ» բառը...
և հիգիենիկ պահանջներ); կրթական և ֆիզիկական գործունեության համապատասխանությունը երեխայի տարիքային հնարավորություններին. անհրաժեշտ, բավարար և ռացիոնալ կազմակերպված շարժիչի ռեժիմ: Առողջապահական կրթական տեխնոլոգիայով (Պետրով) նա հասկանում է մի համակարգ, որը առավելագույն հնարավոր պայմաններ է ստեղծում հոգևոր, հուզական, ինտելեկտուալ, ...
Էլեկտրոլիզը ռեդոքս ռեակցիա է, որը տեղի է ունենում էլեկտրոդների վրա, եթե հալոցքի կամ էլեկտրոլիտի լուծույթի միջով մշտական էլեկտրական հոսանք է անցնում:
Կաթոդը վերականգնող նյութ է, որը էլեկտրոններ է նվիրում կատիոններին:
Անոդը օքսիդիչ է, որն ընդունում է էլեկտրոնները անիոններից։
|
Կատիոնների գործունեության շարք. |
Na +, Mg 2+, Al 3+, Zn 2+, Ni 2+, Sn 2+, Pb 2+, H+ , Cu 2+ , Ag + _____________________________→ Օքսիդացնող ուժի ուժեղացում |
|
Անիոնային գործունեության շարք. |
I - , Br - , Cl - , OH - , NO 3 - , CO 3 2- , SO 4 2- ←__________________________________ Վերականգնման կարողության բարձրացում |
Գործընթացներ, որոնք տեղի են ունենում էլեկտրոդների վրա հալվածքների էլեկտրոլիզի ժամանակ
(կախված չեն էլեկտրոդների նյութից և իոնների բնույթից):
1. Անիոնները լիցքաթափվում են անոդում ( A m - ; օ-
A m - - m ē → A °; 4 OH - - 4ē → O 2 + 2 H 2 O (օքսիդացման գործընթացներ):
2. Կատիոնները արտանետվում են կաթոդում ( Me n + , H + ), վերածվելով չեզոք ատոմների կամ մոլեկուլների.
Me n + + n ē → Me °; 2 H + + 2ē → H 2 0 (վերականգնման գործընթացներ):
Էլեկտրոդների վրա լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակ տեղի ունեցող գործընթացները
|
ԿԱԹՈԴ (-) Կաթոդի նյութից կախված մի՛ մնացեք. կախված է մետաղի դիրքից մի շարք լարումների մեջ |
ANOD (+) Կախված է անոդի նյութից և անիոնների բնույթից: |
|
|
Անոդը անլուծելի է (իներտ), այսինքն. պատրաստված ածուխ, գրաֆիտ, պլատին, ոսկի. |
Անոդը լուծելի է (ակտիվ), այսինքն. պատրաստվածCu, Ագ, Zn, Նի, Ֆեև այլ մետաղներ (բացառությամբՊտ, Ավ) |
|
|
1. Նախ և առաջ վերականգնվում են մետաղական կատիոնները՝ կանգնելով մի շարք լարումների հետոՀ 2 : Me n+ +nē → Me° |
1. Առաջին հերթին օքսիդանում են թթվածնազուրկ թթուների անիոնները (բացառությամբՖ - ): A m- - mē → A° |
Անիոնները չեն օքսիդացված։ Անոդ մետաղի ատոմները օքսիդացված են. Me° - nē → Me n+ Կատիոններ Me n + գնալ լուծման մեջ. Անոդի զանգվածը կրճատվում է: |
|
2. Միջին ակտիվության մետաղական կատիոններ՝ կանգնած միջեւԱլ Եվ Հ 2 , վերականգնվում են ջրի հետ միաժամանակ. Me n+ + nē →Me° 2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH - |
2. Օքսո թթուների անիոններ (ԱՅՍՊԵՍ 4 2- , CO 3 2- ,..) Եվ Ֆ - չեն օքսիդանում, մոլեկուլները օքսիդացված ենՀ 2 Օ : 2H 2 O - 4ē → O 2 + 4H + |
|
|
3. Ակտիվ մետաղների կատիոններԼի նախքան Ալ (ներառյալ) չեն վերականգնվում, բայց մոլեկուլները վերականգնվում ենՀ 2 Օ : 2 H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH - |
3. Ալկալիների լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակ իոնները օքսիդանում ենօ- : 4OH - - 4ē → O 2 +2H 2 O |
|
|
4. Թթվային լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակ կատիոնները կրճատվում են H+: 2H + + 2ē → H 2 0 |
||
ՀԱԼԻՔՆԵՐԻ ԷԼԵԿՏՐՈԼԻԶ
Վարժություն 1. Կազմեք նատրիումի բրոմիդի հալված էլեկտրոլիզի դիագրամ: (Ալգորիթմ 1.)
|
Հերթականություն |
Գործողություններ կատարելը |
|
NaBr → Na + + Br - |
|
|
K - (կաթոդ): Na +, A + (անոդ): Br - |
|
|
K +: Na + + 1ē → Na 0 (վերականգնում), A +: 2 Br - - 2ē → Br 2 0 (օքսիդացում): |
|
|
2NaBr \u003d 2Na +Br 2 |
Առաջադրանք 2. Կազմեք նատրիումի հիդրօքսիդի հալված էլեկտրոլիզի դիագրամ: (Ալգորիթմ 2.)
|
Հերթականություն |
Գործողություններ կատարելը |
|
NaOH → Na + + OH - |
|
|
2. Ցույց տվեք իոնների շարժումը դեպի համապատասխան էլեկտրոդներ |
K - (կաթոդ): Na +, A + (անոդ): OH -. |
|
3. Կազմել օքսիդացման և վերականգնողական գործընթացների սխեմաներ |
K -: Na + + 1ē → Na 0 (վերականգնում), A +: 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2 (օքսիդացում): |
|
4. Կազմե՛ք ալկալային հալվածքի էլեկտրոլիզի հավասարում |
4NaOH \u003d 4Na + 2H 2 O + O 2 |
Առաջադրանք 3.Կազմեք նատրիումի սուլֆատի հալվածքի էլեկտրոլիզի դիագրամ: (Ալգորիթմ 3.)
|
Հերթականություն |
Գործողություններ կատարելը |
|
1. Կազմե՛ք աղի դիսոցման հավասարումը |
Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2- |
|
2. Ցույց տվեք իոնների շարժումը դեպի համապատասխան էլեկտրոդներ |
K - (կաթոդ): Na + A + (անոդ): SO 4 2- |
|
K -: Na + + 1ē → Na 0, A +: 2SO 4 2- - 4ē → 2SO 3 + O 2 |
|
|
4. Կազմե՛ք հալած աղի էլեկտրոլիզի հավասարում |
2Na 2 SO 4 \u003d 4Na + 2SO 3 + O 2 |
ԼՈՒԾՈՒՄ ԷԼԵԿՏՐՈԼԻԶ
Վարժություն 1.Կազմեք նատրիումի քլորիդի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի սխեման՝ օգտագործելով իներտ էլեկտրոդներ: (Ալգորիթմ 1.)
|
Հերթականություն |
Գործողություններ կատարելը |
|
1. Կազմե՛ք աղի դիսոցման հավասարումը |
NaCl → Na + + Cl - |
|
Լուծույթում նատրիումի իոնները չեն վերականգնվում, ուստի ջուրը վերականգնվում է: Քլորի իոնները օքսիդացված են։ |
|
|
3. Կազմե՛ք վերականգնման և օքսիդացման գործընթացների գծապատկերներ |
K -: 2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH - A +: 2Cl - - 2ē → Cl 2 |
|
2NaCl + 2H 2 O \u003d H 2 + Cl 2 + 2NaOH |
Առաջադրանք 2.Գծե՛ք պղնձի սուլֆատի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի սխեման ( II ) օգտագործելով իներտ էլեկտրոդներ. (Ալգորիթմ 2.)
|
Հերթականություն |
Գործողություններ կատարելը |
|
1. Կազմե՛ք աղի դիսոցման հավասարումը |
CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 2- |
|
2. Ընտրեք այն իոնները, որոնք կլիցքաթափվեն էլեկտրոդների մոտ |
Պղնձի իոնները կրճատվում են կաթոդում: Ջրային լուծույթի անոդում սուլֆատի իոնները չեն օքսիդանում, ուստի ջուրը օքսիդացված է: |
|
3. Կազմե՛ք վերականգնման և օքսիդացման գործընթացների գծապատկերներ |
K - : Cu 2+ + 2ē → Cu 0 A +: 2H 2 O - 4ē → O 2 +4H + |
|
4. Կազմե՛ք աղի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի հավասարում |
2CuSO 4 + 2H 2 O \u003d 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4 |
Առաջադրանք 3.Կազմեք նատրիումի հիդրօքսիդի ջրային լուծույթի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի սխեման՝ օգտագործելով իներտ էլեկտրոդներ: (Ալգորիթմ 3.)
|
Հերթականություն |
Գործողություններ կատարելը |
|
1. Կազմե՛ք ալկալիների տարանջատման հավասարում |
NaOH → Na + + OH - |
|
2. Ընտրեք այն իոնները, որոնք կլիցքաթափվեն էլեկտրոդների մոտ |
Նատրիումի իոնները չեն կարող կրճատվել, ուստի կաթոդում ջուրը կրճատվում է: Հիդրօքսիդի իոնները օքսիդացվում են անոդում: |
|
3. Կազմե՛ք վերականգնման և օքսիդացման գործընթացների գծապատկերներ |
K -: 2 H 2 O + 2ē → H 2 + 2 OH - A +: 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2 |
|
4. Կազմե՛ք ալկալիի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի հավասարում |
2 H 2 O \u003d 2 H 2 + O 2 , այսինքն. Ալկալիի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզը վերածվում է ջրի էլեկտրոլիզի: |
Հիշիր.Թթվածին պարունակող թթուների էլեկտրոլիզում (H 2 SO 4 և այլն), հիմքեր (NaOH, Ca (OH) 2 և այլն) , ակտիվ մետաղների աղեր և թթվածին պարունակող թթուներ(K 2 SO 4 և այլն) Ջրի էլեկտրոլիզը տեղի է ունենում էլեկտրոդների վրա. 2 H 2 O \u003d 2 H 2 + O 2
Առաջադրանք 4.Կազմեք արծաթի նիտրատի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի սխեման՝ օգտագործելով արծաթից պատրաստված անոդ, այսինքն. անոդը լուծելի է. (Ալգորիթմ 4.)
|
Հերթականություն |
Գործողություններ կատարելը |
|
1. Կազմե՛ք աղի դիսոցման հավասարումը |
AgNO 3 → Ag + + NO 3 - |
|
2. Ընտրեք այն իոնները, որոնք կլիցքաթափվեն էլեկտրոդների մոտ |
Արծաթի իոնները կաթոդում կրճատվում են, իսկ արծաթի անոդը լուծվում է: |
|
3. Կազմե՛ք վերականգնման և օքսիդացման գործընթացների գծապատկերներ |
K-: Ag + + 1ē→ Ag 0; A+: Ag 0 - 1ē→ Ag + |
|
4. Կազմե՛ք աղի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի հավասարում |
Ag + + Ag 0 = Ag 0 + Ag + էլեկտրոլիզը կրճատվում է մինչև արծաթի անոդից կաթոդ տեղափոխելը: |
Ընտրեք ճիշտ տարբերակը։
91. Կատիոնների խառնուրդից՝ Ag +, Cu 2+, Fe 2+, Zn 2+, կատիոններն առաջին հերթին կվերականգնվեն.
92. Մետաղը նիկելով ծածկելու համար էլեկտրոլիզն իրականացվում է՝ օգտագործելով.
93. Նատրիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ լուծույթի միջավայրը կաթոդում.
չեզոք
ալկալային
94. Կալցիումի քլորիդից կալցիում կարելի է ստանալ հետևյալով.
1) էլեկտրոլիզի լուծույթ
2) հալեցման էլեկտրոլիզ
3) ջրածնի նվազեցում
4) ջերմային տարրալուծում.
95. Պղնձի քլորիդի լուծույթի (պղնձի անոդ) էլեկտրոլիզի ժամանակ անոդի վրա կօքսիդացվի.
2) թթվածին
3) ջրածին
96. Անոդի վրա գրաֆիտային էլեկտրոդներով նատրիումի կարբոնատի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ տեղի է ունենում հետևյալը.
1) CO 2-ի արտազատում
2) թթվածնի արտազատում
3) ջրածնի էվոլյուցիան
4) նատրիումի տեղումներ.
Մաս Բ
Տվեք ամբողջական լուծումներ.
1. Կազմե՛ք երկաթի ատոմների էլեկտրոնային բանաձեւը, գրաֆիկորեն նշե՛ք վալենտային էլեկտրոնները նորմալ և գրգռված վիճակում։ Որո՞նք են երկաթի ատոմի օքսիդացման վիճակները: Բերե՛ք երկաթի օքսիդների և հիդրօքսիդների օրինակներ համապատասխան օքսիդացման վիճակներում, նշե՛ք դրանց բնույթը:
կՋ/մոլ y y y f (-285,84)
ամոնիակի առաջացման ջերմություն (Հ 0 արր.(ՆՀ 3 )) հավասար է.
92,15 կՋ/մոլ;
92,15 կՋ/մոլ;
46,76 կՋ/մոլ;
46,76 կՋ/մոլ.
4. Պղնձի (II) օքսիդի վերականգնողական ռեակցիան ալյումինի հետ հնարավոր է
Գ 0 arr. 3CuO + 2Al = Ալ 2 Օ 3 + 3 Cu
կՋ/մոլ -129,8 -1582
Գիբսի ազատ էներգիա (Գx.r.) հավասար է.
5. Երբ 1 մոլ ֆոսֆորական թթուն փոխազդում է 1 մոլ նատրիումի հիդրօքսիդի հետ, առաջանում է.
1) նատրիումի օրթոֆոսֆատ 3) նատրիումի դիհիդրոօրթոֆոսֆատ
2) նատրիումի ջրածնի օրթոֆոսֆատ 4) նատրիումի ֆոսֆատ
Կազմե՛ք մոլեկուլային-իոնային ռեակցիայի հավասարումներ: Կարճ իոնային հավասարման բոլոր գործակիցների գումարը հավասար է...
6. Մեթիլ նարինջը դեղին է դառնում, երբ երկու աղերից յուրաքանչյուրը լուծվում է ջրի մեջ.
1) K 2 S և K 3 PO 4 3) LiCl և FeSO 4
2) KNO 3 և K 3 PO 4 4) CH 3 COOK և K 2 SO 4
Կազմե՛ք հիդրոլիզի ռեակցիաների մոլեկուլային-իոնային հավասարումներ:
7. Ալյումինի սուլֆատի և նատրիումի կարբոնատի աղերի ջրային լուծույթների հետ փոխազդելիս համառոտ իոնային հավասարման գործակիցների գումարը կազմում է.
1) 10 2) 12 3) 13 4) 9
Թթվային միջավայր է ձևավորվում, երբ երկու աղերից յուրաքանչյուրը լուծվում է ջրի մեջ.
1) BaCl 2 և AlCl 3 3) CuCl 2 և LiCl
2) K 2 S և K 3 PO 4 4) NH 4 NO 3 և Zn (NO 3) 2
Կազմեք մոլեկուլային-իոնային հիդրոլիզի հավասարումները, ստացեք հիդրոլիզի հաստատունը առաջին քայլի համար:
Ռեակցիայի հավասարման մեջ, որի սխեման հետևյալն է.
FeSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
Ելակետային նյութերի բանաձևերի դիմաց գործակիցների գումարը հետևյալն է.
Տվեք առաջադրանքի ամբողջական լուծումը (օգտագործեք իոն-էլեկտրոնային մեթոդը):
Սահմանեք գործողությունների ճիշտ հաջորդականությունը CA-ի հիբրիդացման տեսակը որոշելիս: մասնիկի մեջ:
Սահմանել համապատասխանությունը.
Հիբրիդացման տեսակը C.A. Մասնիկ
1) sp 2 ա) H 2 O
2) sp 3 բ) VN 3
3) sp 3 դ գ) SCl 6
4) sp 3 d 2 դ) CO
Դիտարկենք, ըստ ալգորիթմի, այն մասնիկները, որոնցում Ք.Ա. sp 3 և sp 3 d հիբրիդացումներում:
INԳ. Ե.՝ Ագ | AgNO 3 | | Fe (NO 3 ) 2 | Ֆե
Հաշվարկել EMF-ը n.o.
Տվեք ամբողջական լուծումներ
Ներածություն
ԳԼՈՒԽ I. Գրականության ակնարկ
1.1. Կալցիումի քլորիդի արտադրության և հեռացման մեթոդներ 7
1.1.1 Քիմիական մեթոդներ 7
1.1.2. Էլեկտրաքիմիական մեթոդներ 10
1.2. Կալցիումի շաքարների պատրաստում և դրանց օգտագործումը որպես կոռոզիայի արգելակիչներ 12
1.3 Գազային քլորի էլեկտրաքիմիական սինթեզ 13
1.4. Ածխածնի երկօքսիդի սինթեզ 16
1.5. Կալցիումի իոններ պարունակող բնական ջրերում էլեկտրաքիմիական պրոցեսների օրինաչափությունները 17
1,5լ. Ջերմային ջրերի էլեկտրոլիզ 17
1.5.2. Ծովի ջրի էլեկտրոլիզ 20
1.6. Գտածոներ գրականության ստուգատեսից 23
ԳԼՈՒԽ II. Փորձարարական ընթացակարգ 24
2.1. Բևեռացման չափումներ 24
2.2- Էլեկտրաքիմիական սինթեզներ 25
2.3. Ապրանքների վերլուծության և նույնականացման մեթոդներ 26
2.4. Ստացված արդյունքների մաթեմատիկական մշակում 33
Գլուխ III. Փորձարարական տվյալներ և քննարկում
3.1. Էլեկտրոդային ռեակցիաների ընթացքի օրինաչափություններ կալցիումի քլորիդի լուծույթում տարբեր էլեկտրոդային նյութերի վրա 39
3.1.1. Անոդային պրոցես - կալցիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ գազային քլորի առաջացման կինետիկա և մեխանիզմ 39
3.1.2. Կաթոդիկ գործընթաց - կալցիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ գազային ջրածնի առաջացման կինետիկա 45
3.1.3. Կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզի նախապատրաստական ասպեկտները 48
3.2. Էլեկտրոդային ռեակցիաների ընթացքի առանձնահատկությունները ջրային լուծույթներում (CAS12 + SUCHAROS) տարբեր էլեկտրոդային նյութերի վրա 50
3.2.1. Կաթոդիկ գործընթաց 50
3.2.2. Կալցիումի սախարատի էլեկտրաքիմիական արտադրության նախապատրաստական ասպեկտները 58
3.2.3. Էլեկտրոդային ռեակցիաների ընթացքի օրինաչափությունները համակարգում՝ (СаС12 + սախարոզ + Са(ОН)2) 61.
3.2.3.1 Անոդային գործընթաց 61
3.2.3.2 Կաթոդիկ գործընթաց 62
3.3. Էլեկտրոդային ռեակցիաների ընթացքի օրինաչափությունները համակարգում [CaCl2+HN33+Ca(N33)2] 65.
3.3.1. Անոդային գործընթաց 65
3.3.2. կաթոդիկ գործընթաց: 68
3.3.3. Կալցիումի նիտրատի էլեկտրաքիմիական սինթեզի նախապատրաստական ասպեկտները 74
3.3.4. Ածխածնի երկօքսիդի էլեկտրաքիմիական արտադրության նախապատրաստական ասպեկտները 75
3.4 Կալցիումի ացետատի էլեկտրաքիմիական պատրաստում 78
3.4.1. Կաթոդային գործընթացի առանձնահատկությունները կալցիումի ացետատի էլեկտրասինթեզում տարբեր էլեկտրոդային նյութերի վրա 79
3.4.2. Կալցիումի ացետատի էլեկտրասինթեզի նախապատրաստական ասպեկտները 87
գրականություն
Աշխատանքի ներածություն
Թեմայի արդիականությունը. Գրեթե բոլոր բնական ջրերը պարունակում են կալցիումի միացություններ տարբեր կոնցենտրացիաներով: Մեծ քանակությամբ կալցիումի քլորիդ առաջանում է որպես թափոններ սոդայի արտադրության, քլոր պարունակող օրգանական միացությունների հիդրոլիզի և այլ արդյունաբերական գործընթացների ժամանակ։
Կալցիումի քլորիդի մշակման հայտնի քիմիական և էլեկտրաքիմիական մեթոդներն ունեն զգալի թերություններ. քլորիդի քայքայումը.
950-1000 C ջերմաստիճանում կալցիումը պահանջում է հատուկ կառուցվածքային նյութերի օգտագործում և էներգիայի բարձր ծախսեր, մինչդեռ կալցիումի քլորիդի լուծույթների էլեկտրոլիզը կաթոդի վրա նստեցնում է չլուծվող նստվածք։ (tCa(OH)2* UCaCI2) և ժամանակի ընթացքում համակարգով էլեկտրական հոսանքի անցումը դադարում է:
Կալցիումի քլորիդի վերամշակումը ավելի արժեքավոր ապրանքների՝ այն որպես նոր տեսակի հումքի օգտագործումը օրգանական և դեղագործական արտադրության մեջ աղաթթվի, քլորի, քլորոսուլֆոնաթթուների և ալյումինի քլորիդի արտադրության համար հրատապ խնդիր է:
Այս նպատակների համար հատկապես խոստումնալից են էլեկտրաքիմիական մեթոդները, որոնք հնարավորություն են տալիս քիմիական արտադրանքի սինթեզն իրականացնել առանց ռեակտիվների օգտագործման՝ օգտագործելով էլեկտրաօքսիդացման և էլեկտրավերականգնման գործընթացները:
Ատենախոսական աշխատանքում հետազոտության օբյեկտների ընտրությունը որոշվել է մի կողմից՝ վերջնական արտադրանքի արժեքով, իսկ մյուս կողմից՝ կալցիումի քլորիդը որպես հումք՝ մեծ տոննաժային արդյունաբերական թափոն օգտագործելու հնարավորությամբ։ , որի վերամշակումը նպաստում է շրջակա միջավայրի պաշտպանությանը արդյունաբերական վնասակար արտանետումներից։
Ուսումնասիրության նպատակը և խնդիրները: Աշխատանքի նպատակն էր ուսումնասիրել օրենքը
էլեկտրոդային ռեակցիաների ընթացքի չափերը և կալցիում պարունակող ստանալը
այլ միացություններ կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթներից:
Այս նպատակին հասնելու համար պահանջվում էր լուծել հետևյալ խնդիրները.
ուսումնասիրել քլորի արտազատման անոդային ռեակցիան կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթներից տարբեր էլեկտրոդային նյութերի վրա.
հաստատել էլեկտրոդների ռեակցիաների կինետիկան և մեխանիզմը կալցիումի քլորիդի, կալցիումի նիտրատի, կալցիումի ացետատի և կալցիումի քլորիդի սախարոզայի ջրային լուծույթներում.
Որոշեք կալցիումի էլեկտրաքիմիական սինթեզի օպտիմալ պարամետրերը
Ֆ cy պարունակող միացություններ՝ հոսանքի խտություն, էլեկտրոլիտների կոնցենտրացիաներ,
թիրախային արտադրանքի ընթացիկ արդյունքները:
Ուսումնասիրության օբյեկտներն էին էլեկտրաքիմիական պրոցեսները, պրոտեո
աշխատել տարբեր էլեկտրոդային նյութերի վրա քլորիդային ջրային լուծույթներում
կալցիումի հավելումներ. Որոշվել է ուսումնասիրության օբյեկտի ընտրությունը, հետ
մի կողմից՝ ցեղերում էլեկտրոդային պրոցեսների իմացության և բարդության բացակայությունը
դիտարկվող համակարգերը, իսկ մյուս կողմից՝ թափոնների օգտագործման հնարավորությունը
Վ
արժեքավոր ձեռք բերելու համար կալցիումի քլորիդի լայնածավալ արտադրություն
ապրանքներ.
Գիտական նորույթ.
Ստեղծվել են կալցիումի իոններ պարունակող ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի տեխնոլոգիայի գիտական հիմքը և առաջադեմ տեխնոլոգիական լուծումները.
Անոդային և կաթոդիկ ռեակցիաների ընթացքի օրինաչափությունները՝ ըստ
կալցիում պարունակող միացությունների ճառագայթումը տարբեր էլեկտրոդների նյութերի վրա
Գործնական արժեքաշխատանքները:
Առաջին անգամ, օգտագործելով կալցիումի քլորիդը որպես հումք, սինթեզվել են այնպիսի արժեքավոր քիմիական միացություններ, ինչպիսիք են կալցիումի ացետատը, կալցիումի սախարոզը, կալցիումի նիտրատը, ածխածնի երկօքսիդը, գազային քլորը և ջրածինը։
Հավանությունաշխատանքը։ Հիմնական արդյունքները զեկուցվել և քննարկվել են «Օրգանական միացությունների էլեկտրաքիմիայի նորություններ» XIV ժողովում (Նովոչերկասկ, 1998), «Քիմիան տեխնոլոգիայի և բժշկության մեջ» համառուսաստանյան գիտական և գործնական կոնֆերանսում (Մախաչկալա): , 2002 թ.), Սանկտ Պետերբուրգի ցածր ջերմաստիճանի և սննդի տեխնոլոգիաների պետական համալսարանի 70-ամյակին նվիրված միջազգային գիտատեխնիկական կոնֆերանսում (Սանկտ Պետերբուրգ, 2001 թ.), «Օրգանական քիմիայի, էկոլոգիայի և ժամանակակից հիմնախնդիրները» միջազգային գիտաժողովում։ Կենսատեխնոլոգիա» (Լուգա, 2001 թ.), «Էկոլոգիա և ռացիոնալ բնության կառավարում» համառուսաստանյան վերջին կոնֆերանսներում (Սանկտ Պետերբուրգ, 2001 և 2002):
Ատենախոսության ծավալը և կառուցվածքը.Ատենախոսական աշխատանքը բաղկացած է ներածությունից, երեք գլուխներից, եզրակացություններից և հղումների ցանկից՝ ներառյալ 111 վերնագիր: Աշխատանքը ներկայացված է մեքենագրված տեքստի 100 էջով, ներառում է 36 պատկեր և 6 աղյուսակ։
Աշխատանքն իրականացվել է Ռուսաստանի Դաշնության կրթության նախարարության դրամաշնորհի շրջանակներում «Բարձրագույն կրթության գիտական հետազոտություններ գիտության և տեխնիկայի առաջնահերթ ոլորտներում» ենթածրագրով` «Էկոլոգիա և շրջակա միջավայրի ռացիոնալ կառավարում» բաժինը. «Տեխնածին կազմավորումների և արդյունաբերական և կենցաղային թափոնների օգտագործման խնդիրները 2001-2002 թթ.»:
Կալցիումի սախարատների պատրաստում և դրանց օգտագործումը որպես կոռոզիայի արգելիչներ
Զգալի քանակությամբ քլոր օգտագործվում է սպիտակեցնող նյութեր (կալցիումի հիպոքլորիտ և սպիտակեցնող նյութեր) պատրաստելու համար։ Ջրածնային մթնոլորտում քլորն այրելով՝ ստացվում է մաքուր քլորաջրածին։ Համապատասխան քլորիդներն օգտագործվում են տիտանի, նիոբիումի և սիլիցիումի արտադրության մեջ։ Արդյունաբերականորեն օգտագործվում են նաև երկաթի և ալյումինի ֆոսֆորի քլորիդները։
Ամբողջ արտադրված քլորի ավելի քան 60%-ն օգտագործվում է քլորօրգանական միացությունների սինթեզի համար։ Քլորի խոշոր սպառողները ներառում են ածխածնի տետրաքլորիդի, քլորոֆորմի, մեթիլեն քլորիդի, երկքլորէթանի, վինիլքլորիդի և քլորոբենզոլի արտադրությունը: Զգալի քանակությամբ քլոր սպառվում է քլորի մեթոդներով գլիցերինի և էթիլենգլիկոլի սինթեզում, ինչպես նաև ածխածնի դիսուլֆիդի սինթեզում։
Ջրի ախտահանման համար ավելի խոստումնալից է քլորի երկօքսիդը, որը ստացվում է նատրիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի գործընթացում:
Նախնական հաշվարկներով՝ քլորի արտադրությունը 1987 թվականին ԱՄՆ-ում կազմել է 10,4 մլն տոննա։ 1 տոննա քլորի արժեքը 195 դոլար է, քլորը ստացվում է NaCl լուծույթի էլեկտրոլիզով։ Արդյունաբերական էլեկտրոլիտիկ բջիջների տեսական հիմքերը և ձևավորումները նկարագրված են մենագրության մեջ:
Իոնափոխանակման թաղանթների օգտագործմամբ NaCl աղի էլեկտրոլիզի տեխնոլոգիայի տիրապետումը հնարավորություն է տալիս նվազեցնել (դիֆրագմայի կամ սնդիկի էլեկտրոլիզի համեմատ) սարքավորումների արժեքը (15–25%) և էներգիայի ծախսերը (20–35%): Մեմբրանի էլեկտրոլիզի արդյունավետությունը կապված է 40% կոնցենտրացիայով ալկալի ստանալու հնարավորության հետ՝ 200 կՎտժ/տ արտադրանքի էլեկտրաէներգիայի սպառմամբ։ Երկշերտ թաղանթները թույլ են տալիս աշխատել մինչև 4 կԱ/մ հոսանքի խտության դեպքում, որն ապահովում է գիշերային ժամերին էժան էլեկտրաէներգիայի ավելի արդյունավետ օգտագործումը: Այս առավելությունները լիովին փոխհատուցում են նոր թաղանթների համեմատաբար բարձր արժեքը ($500-700/մ2):
Քննարկվում է ակտիվացված կաթոդների օգտագործման արդյունավետությունը, որոնք հնարավորություն են տալիս նվազեցնել ջրածնի էվոլյուցիայի գերլարումը։ Բջջի լարման հետագա կրճատումը կարելի է հասնել՝ բարձրացնելով աշխատանքային ճնշումը մինչև 5 բար՝ միաժամանակ բարձրացնելով ջերմաստիճանը: Թթվածնի (օդի) օգտագործումը, որն ապաբևեռացնում է կաթոդը, ջրածնի էվոլյուցիայի գործընթացը փոխարինելով թթվածնի կրճատման գործընթացով, նվազեցնում է էլեկտրաէներգիայի արժեքը մինչև 1600 կՎտժ/տ ալկալի (եթե հաշվի չառնենք կորցրած էներգիան. ջրածնի ինտենսիվությունը): Այլընտրանքային ուղին վառելիքի բջիջում ջրածնի էլեկտրաօքսիդացումն է:
Նկարագրված են Hoechst ընկերության փորձերը քլորային թաղանթային էլեկտրոլիզատորով 0,1 մ2 թաղանթային մակերեսով: Պարզվել է, որ ընթացիկ արդյունավետությունը, որը նվազում է ալկալիների կոնցենտրացիայի ավելացման հետ մեկտեղ, հասնում է նվազագույնի 30% կոնցենտրացիայի դեպքում, այնուհետև բարձրանում է մինչև 34%, որից հետո նորից ընկնում է։ Դիտարկվում են թաղանթային գործընթացի տարբեր մեխանիզմներ և թաղանթային հատկությունների ընտրության, ինչպես նաև դրանց ծերացման պատճառները: Ցույց է տրված, որ միայն գոլորշու ցածր գնի դեպքում մեմբրանի էլեկտրոլիզում էներգիայի ծախսերը կարող են մոտենալ սնդիկի մեթոդին:
Այս աշխատությունում իրականացվել է առանց թաղանթի ալկալային և հողալկալիական մետաղների քլորիդների լուծույթների էլեկտրոլիզի գործընթացի համակարգված ուսումնասիրություն։ Ցույց է տրվում, որ անոդային պրոցեսի ընթացքի տարբերությունները, կախված սկզբնական էլեկտրոլիտի կատիոնի բնույթից, պայմանավորված են էլեկտրոլիզի արտադրանքների տարբեր լուծելիությամբ, հիմնականում՝ համապատասխան մետաղների հիդրօքսիդների լուծելիությամբ։
Քլորիդային թաղանթային էլեկտրոլիզատորում մեմբրանի առնվազն մի կողմում կա ծակոտկեն գազ և հեղուկ թափանցելի շերտ, որը չունի էլեկտրոդի ակտիվություն: Ցանկալի է, որ կաթոդի և անոդի խցերում ճնշումը պահպանվի մինչև 15 կգ/սմ2, ինչը հնարավորություն է տալիս նվազեցնել էլեկտրոլիզի լարումը: Մեթոդը կարող է կիրառվել ջրի և աղաթթվի էլեկտրոլիզի համար:
Աշխատանքում դիտարկվում է չհոսող էլեկտրոլիզատորում գազային քլորի ստացման գործընթացի մոդել:
Ջերմային ջրերի էլեկտրոլիզ
Վերջերս նատրիումի կամ կալցիումի հիպոքլորիտը օգտագործվում է ջրի մաքրման և հատկապես չեզոքացնելու համար: Հիպոքլորիտի նկատմամբ հետաքրքրության աճը մեծապես կապված է դրա օգտագործման մեծ հնարավորությունների հետ։ Կեղտաջրերի մաքրման համար ծովի ջրի էլեկտրոլիզի արդյունքում ստացված հիպոքլորիտի օգտագործումը էկոլոգիապես մաքուր է:
Նատրիումի քլորիդի կամ բնական ջրերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի միջոցով հիպոքլորիտային լուծույթների արտադրության էլեկտրաքիմիական մեթոդը թույլ է տալիս կազմակերպել այդ արտադրությունը անմիջապես լուծույթների սպառման վայրերում՝ միաժամանակ վերացնելով հիպոքլորիտային լուծույթների երկարատև պահպանման անհրաժեշտությունը:
Ներկայումս օգտագործվում է ախտահանիչի էլեկտրաքիմիական արտադրության երկու եղանակ՝ նատրիումի քլորիդի խտացված լուծույթների էլեկտրոլիզ, որին հաջորդում է մաքրված ջրի հետ խառնումը և ախտահանված ջրի ուղղակի էլեկտրոլիզը: Էլեկտրոլիզի գործընթացը, ինչպես մեկում, այնպես էլ մյուս դեպքում, կախված է էլեկտրոդների վրա հոսանքի խտությունից, նատրիումի քլորիդի կոնցենտրացիայից, pH-ից, ջերմաստիճանից և էլեկտրոլիտի շարժման բնույթից, էլեկտրոդների նյութից և դրանց պասիվացումից, ինչպես նաև էլեկտրոդներին հոսանքի մատակարարման եղանակը:
Ուսումնասիրվել է նատրիումի հիպոքլորիտի էլեկտրաքիմիական սինթեզի գործընթացը թաղանթային էլեկտրոլիտիկ խցում՝ OPTA էլեկտրոդով և անօրգանական կերամիկական թաղանթով, որը հիմնված է 2x0 գ-ի վրա։ Ուսումնասիրվել է հոսանքի խտության ազդեցությունը, նատրիումի քլորիդի լուծույթի կոնցենտրացիան, նատրիումի քլորիդի լուծույթի մատակարարման արագությունը, էլեկտրոդների խցիկներին լուծույթների մատակարարման արագությունը։ Ցույց է տրված, որ օպտիմալ պայմաններում նատրիումի հիպոքլորիտի ընթացիկ արդյունավետությունը 77% է 2,4 կՎտժ/կգ հատուկ էներգիայի սպառման դեպքում, իսկ նատրիումի քլորիդը՝ 3,1 կգ/կգ: Որոշվել է անոդի կոռոզիոն ունակությունը փորձի պայմաններում։
Առաջարկվում է ջրի մաքրման մեջ քլոր պարունակող միացությունների մոնիտորինգի մեթոդ և սարք, որը նախատեսված է հիմնականում լողավազանների ջուրը ախտահանելու համար: Նատրիումի հիպոքլորիտի ախտահանիչ լուծույթը առաջանում է էլեկտրոլիտիկ մեթոդով, ենթադրելով, որ լողավազանի ջուրը պարունակում է բավարար քանակությամբ քլորիդներ: Ջուրը շրջանառվում է փակ շղթայում, որի արտաքին մասում կա էլեկտրոլիզատոր, ինչպես նաև ջրի մաքրման զտիչ։
Արտոնագրի հեղինակներն առաջարկում են խմելու ջրի ախտահանման համար խողովակաշարի կողային մակերեսին մինի էլեկտրոլիզատոր տեղադրել, որում հիպոքլորիտը արտադրվում է էլեկտրաքիմիական եղանակով քլորիդ պարունակող նոսր լուծույթից։
Ուսումնասիրվել են հոսքի պայմաններում նատրիումի քլորիդի նոսր (0,89%) լուծույթի էլեկտրոլիզի առանձնահատկությունները։ Հաստատվել է, որ հոսքի արագության բարձրացումը հանգեցնում է քլորատի ելքի կտրուկ նվազմանը և կարող է զգալիորեն մեծացնել էլեկտրոլիզատորի արտադրողականությունն ու կայունությունը: Լավագույն արդյունքները ստացվել են տիտանի էլեկտրոդներով էլեկտրոլիտիկ խցում, որն ունի ցրված պլատինե ծածկույթ՝ կոպտության գործակից առնվազն 200, անոդների պարբերական կաթոդիկ ակտիվացմամբ:
Ուսումնասիրվել է ճնշման տակ նատրիումի հիպոքլորիտի սինթեզի էլեկտրաքիմիական գործընթացը։ Էլեկտրոլիզն իրականացվում է տիտանի համաձուլվածքից պատրաստված ավտոկլավում, որը ներսից ամրացված է ֆտորոպլաստիկով` խառնելով: Կաթոդիկ ռեակցիայի ընթացքում առաջացած գազային ջրածինը կուտակվում է համակարգում՝ մեծացնելով նրա ճնշումը։ Ուսումնասիրությունները կատարվել են 100-150 ատմ ճնշման տակ։ Շնորհիվ այն բանի, որ լուծույթը գտնվում է բարձր ճնշման տակ, քլորի լուծելիությունը մեծանում է, ինչը հանգեցնում է նատրիումի հիպոքլորիտի ընթացիկ արդյունավետության բարձրացմանը։ Տիտանի վրա հիմնված ռութենիումի երկօքսիդը, գրաֆիտը և պլատինը օգտագործվում էին որպես կաթոդ նյութեր, մինչդեռ տիտանը ծառայում էր որպես կաթոդ։
Հաղորդվում է բնական ջրերի էլեկտրոլիզով ստացված նատրիումի հիպոքլորիտի օգտագործման մասին՝ Մախաչկալա-Տերնայրսկի հանքավայրի ջուրը ֆենոլից մաքրելու համար։
Ծովի ջուրն ունի բարձր հանքային պարունակություն։ Ծովի ջրի հանքայնացումը ընդհանուր առմամբ կազմում է 3,5% կամ 35,000 մլն «1: Դրանցից միայն երկու բաղադրիչ (քլորիդներ և նատրիում) առկա են ավելի քան 1%, մինչդեռ մյուս երկուսի կոնցենտրացիան՝ սուլֆատ և մագնեզիում, մոտ OD% է, կալցիումը, կալիումը, բիկարբոնատը և բրոմը մոտ 0,001%, մնացած տարրերը առկա են շատ ցածր կոնցենտրացիաներում:
Ըստ առանձին աղերի և դրանց գումարի հարաբերակցության՝ Կասպից ծովի ջրերի աղիությունը տարբերվում է օվկիանոսային և սև ծովերի ջրերի աղիությունից։ Կասպից ծովի ջրերը համեմատաբար աղքատ են օվկիանոսների համեմատ՝ Na և SG իոններով և հարուստ են Ca և SO4 իոններով, Կասպից ծովի ջրերի միջին աղիությունը կազմում է 12,8-12,85%, տատանումներով 3% Վոլգայի բերանը մինչև 20% Բալխանյան ծոցում: Ձմռանը Հյուսիսային Կովկասի ջրերի աղիությունը բարձր է, ինչը բացատրվում է սառույցի ձևավորմամբ և Վոլգայի ջրերի թույլ ներհոսքով:
Վերջին տարիներին նկատվում է ծով աղերի հոսքի ավելացում, ինչը կապված է գետերի իոնային հոսքի ավելացման հետ։
Ծովային ջրերում առկա կասեցված մասնիկների ամենամեծ քանակությունը պարունակում է նույն հանքանյութերը, ինչ շրջակա ապարները (կաոլինիտ, տալկ, քվարց, դաշտային սպաթ և այլն): Աղյուսակ 1.1. ներկայացնում է Կասպից ծովի ջրի հիմնական բաղադրությունը.
Էլեկտրաքիմիական սինթեզներ
Քլոր պարունակող միացությունների անալիզն իրականացվել է հետևյալ եղանակներով՝ Պոնտիուսի մեթոդով SC-ի որոշում. 10 մլ էլեկտրոլիտ (pH = 8) փոքր քանակությամբ օսլայի ավելացմամբ տիտրվել է կալիումի յոդիդի OD H լուծույթով: SG-ի սահմանումը. 1 մլ էլեկտրոլիտը թորած ջրի հետ բերեք 100 մլ: Նմուշի 10 մլ տիտրում են արծաթի նիտրատի 0,1 Ն լուծույթով՝ CH3COOH + K2CIO4 մի քանի կաթիլների առկայությամբ։
CCV-ի սահմանում. 10 մլ նմուշին ավելացրեք 25 մլ Մոհրի աղ: Տաքացրեք այնքան, մինչև փուչիկները հայտնվեն և արագ սառչեն: Ավելացնել 5 մլ Reingart-ի խառնուրդ և տիտրել 0,1 N կալիումի պերմանգանատով, մինչև հայտնվի վարդագույն գույն:
SU-ի սահմանում/. 10 մլ էլեկտրոլիտին ավելացրեք 10 մլ հագեցած կալիումի քլորիդի լուծույթ: Եթե տեղում չկա, ապա համակարգում չկան SC/: Ազատված քլորի քանակի որոշում Էլեկտրոլիզի ժամանակ առաջացած գազային քլորն անցնում է կալիումի յոդիդի լուծույթով և արտազատվող յոդը տիտրում են որոշակի կոնցենտրացիայի նատրիումի թիոսուլֆատով։ Քլորը որոշվում է յոդոմետրիկ տիտրաչափական մեթոդով։
Ռեակտիվներ՝ նատրիումի թիոսուլֆատ - 0,005 N լուծույթ; KI - 10% լուծույթ; ացետատի բուֆերային խառնուրդ: Պատրաստել՝ խառնելով CH3COONa-ի և CH3COOH-ի 1 N լուծույթների հավասար ծավալները; թարմ պատրաստված օսլայի լուծույթ - 1% լուծույթ:
Սահմանման առաջընթաց. 100 մլ ծորակից ջուր լցրեք 250 մլ կոնաձև կոլբայի մեջ, ավելացրեք 5 մլ 10% KI լուծույթ, 5 մլ ացետատային բուֆերային խառնուրդ և 1 մլ օսլայի լուծույթ։ Նմուշը տիտրում են նատրիումի թիոսուլֆատի 0,005 N լուծույթով, մինչև լուծույթի կապույտ գույնը անհետանա:
Ջրերում կալցիումի պարունակությունը որոշելու համար օգտագործվում է տրիլոնոմետրիկ մեթոդը, որը հնարավորություն է տալիս նմուշում Ca որոշել 0,1 մգ և բարձրից։ Այս մեթոդը հիմնված է Trilon B-ի օգտագործման վրա ցուցիչի մուրեքսիդի առկայության դեպքում: Մեթոդի էությունը կայանում է նրանում, որ Ca2+ իոնները ալկալային միջավայրում կազմում են բարդ միացություն մուրեքսիդի հետ, որը քայքայվում է Trilon B-ով տիտրման ժամանակ՝ նատրիումի ավելի կայուն կոմպլեքսոնատի ձևավորման արդյունքում։ Մուրեքսիդ (մանուշակագույն թթվի ամոնիումի աղը pH 12-ում փոխազդում է Ca իոնների հետ՝ ձևավորելով վարդագույն միացություններ։
Մուրեքսիդը չի փոխազդում Mg իոնների հետ, բայց եթե վերջինս փորձարկման ջրում 30 մգ/լ-ից ավելի է, Mg (OH) 2-ը նստում է՝ իր մակերեսի վրա ներծծելով ցուցիչ, ինչը դժվարացնում է համարժեքության կետի ամրագրումը: Այնուհետև դուք պետք է նոսրացնեք փորձարկման լուծույթը 5-6 անգամ՝ մագնեզիումի կոնցենտրացիան նվազեցնելու համար:
Ռեակտիվներ՝ Trilon B - 0,05 N լուծույթ: Ճշգրիտ նորմալությունը հաստատվում է MgSO4-ի ստանդարտ 0,05 N լուծույթով կամ պատրաստված ֆիկ-սանալից; NaOH - 10% լուծույթ; մուրեքսիդ - չոր խառնուրդ (1 մաս մուրեքսիդ և 99 մաս NaCl):
Վերլուծության առաջընթաց. 100 մլ փորձնական ջուր լցնել 250 մլ կոնաձև կոլբայի մեջ, ավելացնել 5 մլ 10% նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթ, ավելացնել մի փոքր չոր ցուցիչ խառնուրդ: Լուծումը դառնում է կարմիր: Նմուշը տիտրում են Trilon B-ով ուժեղ խառնելով, մինչև 3-5 րոպե կայուն մանուշակագույն գույնի հայտնվի: Trilon B-ի հետագա ավելացման դեպքում գույնը չի փոխվում: Գերտիտրված նմուշը կարող է օգտագործվել որպես «վկա», սակայն պետք է հիշել, որ տիտրված նմուշը համեմատաբար կարճ ժամանակով պահպանում է կայուն գույնը։ Ուստի անհրաժեշտ է նոր «վկա» պատրաստել, եթե նախապես պատրաստվածի գույնի փոփոխություն լինի։
Կաթոդիկ գործընթաց - կալցիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի ընթացքում գազային ջրածնի առաջացման կինետիկա
Հաշվի առնելով, որ պլատինը թանկարժեք էլեկտրոդային նյութ է, քլորի էվոլյուցիայի գործընթացը ուսումնասիրվել է ավելի էժան նյութի՝ գրաֆիտի վրա։ Նկ. 3.3-ը ցույց է տալիս գրաֆիտի անոդային հոսանք-լարման կորերը կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթներում 0,1 - 2,0 Մ. - 300 մՎ կոնցենտրացիայով:
Պլատինից, գրաֆիտից և OPTA-ից պատրաստված էլեկտրոդային նյութերի վրա քլորի արտազատման ընթացիկ-լարման կորերից հետևում է, որ կալցիումի քլորիդի կոնցենտրացիայի մեծացմամբ հեշտանում է մոլեկուլային քլորի արտազատման գործընթացը՝ դիֆուզիայի նվազման պատճառով։ գործընթացի բաղադրիչ.
Համեմատել քլորի էվոլյուցիայի կինետիկ պարամետրերը Նկ. 3.4-ը ցույց է տալիս գերլարման (p) համապատասխան տաֆելային կախվածությունը հոսանքի խտության լոգարիթմից (log i) պլատինի, գրաֆիտի էլեկտրոդների և ORTA-ի վրա:
Դրանց համապատասխան տողերի հավասարումները, a և b գործակիցները հաշվարկելուց հետո, կարող են ներկայացվել հետևյալ ձևով՝ ըստ հաշվարկված a և b գործակիցների, հայտնաբերվել են գործընթացի բնութագրերը՝ փոխանակման հոսանքը i0 և փոխանցման գործակիցը։ ա
Կալցիումի քլորիդի 2M լուծույթից քլորի էլեկտրաքիմիական տարանջատման պարամետրերը տրված են ստորև.
Նկ. 3.5. Համեմատական վերլուծության համար ներկայացված են անոդային հոսանք-լարման կորեր պլատինի, գրաֆիտի և OPTA-ի համար 2M կալցիումի քլորիդի լուծույթում: Ինչպես երևում է նկարից, կալցիումի քլորիդի լուծույթից քլորն ազատվում է ORTA-ի անոդում ամենացածր պոտենցիալով, իսկ գրաֆիտի վրա հոսանքի լարման կորը 250–300 մՎ-ով տեղափոխվում է ORTA-ի կորի համեմատ դեպի անոդի կողմը. Ուստի ակնհայտ է, որ կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզում որպես անոդ նյութ նախընտրելի է օգտագործել ORTA-ն։ Գրաֆիտի վրա էներգիայի սպառումը կլինի ավելի մեծ, իսկ վերջինս երկարակեցությամբ զիջում է ORTA-ին, հատկապես բարձր անոդային բեռների դեպքում։
Հաշվի առնելով, որ էլեկտրոլիզի ընթացքում էներգիայի ծախսերը նույնպես կախված են կաթոդային գործընթացի կինետիկայից, մենք ուսումնասիրեցինք էլեկտրոդների տարբեր նյութերի վրա կալցիումի քլորիդի ջրային լուծույթներից ջրածնի էվոլյուցիայի օրինաչափությունները:
Նկ. 3.6. Ցուցադրված են պլատինե էլեկտրոդի վրա 0,5 - 2,0 Մ կոնցենտրացիայով կալցիումի քլորիդի լուծույթներից կաթոդիկ ջրածնի էվոլյուցիայի հոսանք-լարման կորերը: Ընթացիկ-լարման կորերի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ կալցիումի քլորիդի կոնցենտրացիայի աճով ջրածնի էվոլյուցիայի գերլարումը մեծանում է (30–40 մՎ-ով): Հավանական բացատրությունը կարող է լինել կալցիումի աղերի քիչ լուծվող նստվածքի ձևավորումը, որը պաշտպանում է պլատինե էլեկտրոդի մակերեսը և որի քանակությունը մեծանում է Ca+ իոնների կոնցենտրացիայի աճով։ Այս առումով նկատվում է էլեկտրոլիզատորի վրա լարման նկատելի աճ, որն ավելի վաղ նշվել է կալցիումի հիպոքլորիտի էլեկտրաքիմիական արտադրության ընթացքում կատարված աշխատանքում:
Կաթոդիկ հոսանք-լարման կորերը, որոնք վերցված են գործնական էլեկտրոլիզի համար ավելի մատչելի էլեկտրոդային նյութերի վրա՝ գրաֆիտ, պողպատ, պղինձ և տիտան, ներկայացված են Նկար 3.7 և 3.8-ում: Ընթացիկ-լարման կորերը ցույց են տալիս, որ պլատինից հետո ջրածնի էվոլյուցիայի ցածր գերլարում է նկատվում գրաֆիտի էլեկտրոդի վրա (նկ. 3.7, կոր 2): մինչդեռ տիտանի կաթոդի վրա ջրածնի իոնների էլեկտրավերականգնումը (նկ. 3.8, կոր 2) ընթանում է ամենաբարձր գերլարումով: Այս վարքագիծը բնորոշ է ջրածնի էվոլյուցիայի պոտենցիալների միջակայքում գտնվող ֆազային օքսիդներով պատված և գործընթացի վրա արգելակող ազդեցություն ունեցող մետաղների համար: Հետևաբար, կալցիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզի համար ամենահարմար կաթոդ նյութը գրաֆիտն է։
Էլեկտրոլիտի ֆիզիկաքիմիական հատկությունները
Կալցիումի քլորիդի հալման կետը 774° է։ Որոշ դեպքերում էլեկտրոլիտին ավելացնում են կալիումի քլորիդ (հալման կետ 768°), երբեմն էլ նատրիումի քլորիդ (հալման կետ 800°)։
CaCl2-KCl համակարգի հալման սխեման ուսումնասիրվել է Օ.Մենգեի կողմից։ Համակարգում առաջանում է CaCl2 KCl միացությունը և կան երկու էվեկտիկա՝ 75% (մոլ.) CaCl2 հալման կետով 634° և 25% (մոլ.) CaCl2՝ 587° հալման կետով։
CaCl2-NaCl համակարգը 53% (մոլ.) CaCl2-ում տալիս է էվեկտիկա՝ մոտ 494° հալման կետով:
CaCl2-KCl-NaCl համակարգի վիճակի դիագրամն ուսումնասիրել է Կ. Նրանում, 508 °-ում, ձևավորվում է բաղադրության էվեկտիկա՝ 52% CaCl2, 41% NaCl, 7% KCL:
Ruff and Plateau-ի կողմից առաջարկվող էլեկտրոլիտը պարունակում է 85,8% CaCl2 և 14,2% CaF2 և հալվում է 660°-ում: Կալցիումի քլորիդի խտությունը, ըստ Արնդտի, արտահայտվում է հավասարմամբ՝ d = 2,03-0,00040 (t° - 850°):
Ըստ Վ.Պ. Բորզակովսկի, CaCl2-ի խտությունը 800°-ում 2,049 է; 900° 2.001, 1000° 1.953 Կալիումի քլորիդի կամ նատրիումի քլորիդի հավելումները նվազեցնում են հալման խտությունը
Կալցիումի քլորիդի մածուցիկության և մակերևութային լարվածության արժեքը գազային ֆազի հետ սահմանին, ըստ Վ.Պ. Բորզակովսկին, տրված են ստորև
Կալիումի քլորիդի և նատրիումի քլորիդի հավելումները կալցիումի քլորիդին նվազեցնում են հալվածքի մածուցիկությունը և մեծացնում մակերևութային լարվածությունը գազային փուլի միջերեսում
Կալցիումի քլորիդի էլեկտրական հաղորդունակությունը, ըստ Բորզակովսկու, 800° 2,02 ohm-1/cm3 է, 900° 2,33 ohm-1/cm3; Այս տվյալներին մոտ արժեք է ստացվել Սանդոնինիի կողմից: Հավելումները մինչև 25% (մոլ.) կալիումի քլորիդ կամ մինչև 55% (մոլ.) նատրիումի քլորիդ նվազեցնում են էլեկտրական հաղորդունակությունը. հավելումների հետագա աճը մեծացնում է հալվածքի էլեկտրական հաղորդունակությունը
Կալցիումի քլորիդի գոլորշու ճնշումը շատ ավելի բարձր է, քան KCl, NaCl, MgCl2: Կալցիումի քլորիդի եռման կետը մոտավորապես 1900° է։ Ընդհանուր գոլորշու ճնշումը կալցիումի քլորիդի խառնուրդում նշված քլորիդ աղերի հետ ուսումնասիրվել է Վ.Ա.Իլյիչևի և Կ.Դ. Մուժժավլև.
Կալցիումի քլորիդի տարրալուծման լարումը (v) չափվում է Combi-ի և Devato-ի կողմից՝ օգտագործելով emf. բևեռացումը 700-1000° ջերմաստիճանի միջակայքում, արտահայտվում է բանաձևով
E \u003d 3.38 - 1.4 * 10v-3 (t ° -700 °)
Ստորև բերված է մի քանի քլորիդային աղերի տարրալուծման լարումների համեմատությունը 800° ջերմաստիճանում:
Գործնականում, 60-85% հոսանքի հզորությամբ, լոգարանում հետևի էմֆ-ը 2,8-3,2 Վ է: Դրոսբախը նշում է, որ հակառակ էլ. դ.ս. emf-ը պատասխանում է. բջիջները
Ca / CaCl / CaCl2 / Cl2:
Աղերի տարրալուծման լարումը նվազում է Ho ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, քանի որ տարբեր աղերի տարրալուծման լարման փոփոխության ջերմաստիճանի գործակիցները տարբեր են, աղերի խառնուրդից այս կամ այն մետաղի արդյունահանման հաջորդականությունը կարող է փոխվել ջերմաստիճանի հետ: Կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ջերմաստիճանում հնարավոր է մագնեզիումի և նատրիումի իոնների արտահոսք։ Հետեւաբար, կալցիումի բաղնիքի էլեկտրոլիտը պետք է զերծ լինի այդ աղերի կեղտից:
Էլեկտրոլիզ հպման կաթոդով
Տեսության հիմունքներ
Հալած կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ժամանակ կաթոդում արձակված կալցիումը, ինչպես մագնեզիումի կամ նատրիումի արտադրության ժամանակ, շատ ավելի թեթև է, քան էլեկտրոլիտը և, հետևաբար, լողում է լոգանքի մակերեսին: Սակայն հնարավոր չէ հեղուկ կալցիում ստանալ այնպես, ինչպես ստացվում է մագնեզիումը։ Մագնեզիումը փոքր-ինչ լուծվում է էլեկտրոլիտի մեջ և պաշտպանվում է մետաղական մակերեսի վրա պահվող էլեկտրոլիտային թաղանթով: Էլեկտրոլիտի մակերեսի վրա լողացող մագնեզիումը պարբերաբար դուրս է հանվում: Կալցիումը շատ ավելի ակտիվ է, քան մագնեզիումը և պաշտպանված չէ էլեկտրոլիտային թաղանթով: Էլեկտրոլիտում դրա լուծելիությունը բարձր է, ըստ Լորենցի հետազոտության՝ մետաղի 13%-ը լուծվում է կալցիումի քլորիդում։ Երբ այն լուծարվում է, առաջանում է CaCl ենթաքլորիդ, որը, արձագանքելով քլորի հետ, վերածվում է CaCl2-ի։ Թթվածնի և օդի խոնավության ազդեցության տակ ենթաքլորիդները հալոցքում ձևավորում են կալցիումի օքսիդի կասեցում: Եթե հալած կալցիումին թույլատրվի շփվել էլեկտրոլիտի հետ, ապա վերջինիս շրջանառության շնորհիվ կալցիումը կտեղափոխվի անոդ քլորի շրջան և ի վերջո բոլորը կվերածվի կալցիումի քլորիդի։ Բացի էլեկտրոլիտում լուծվելուց, կալցիումը, լինելով լոգանքի մակերեսին, ակտիվորեն արձագանքում է այն շրջապատող գազերի հետ։
Երբ կալցիումն ազատվում է իր հալման կետից ցածր, ձևավորվում է սպունգանման դենդրիտային մետաղ՝ ներծծված աղով, օքսիդացման մեծ մակերեսով։ Նման մետաղի հալումը շատ դժվար է։ Հետևաբար, ընդունելի հոսանքի ելքով մետաղական կալցիումը կարելի է ձեռք բերել միայն Rathenau և Süter մեթոդով `էլեկտրոլիզ հպման կաթոդով / Մեթոդի էությունը կայանում է նրանում, որ կաթոդը սկզբում դիպչում է հալած էլեկտրոլիտին: Շփման վայրում առաջանում է կաթոդը թրջող մետաղի հեղուկ կաթիլ, որը, երբ կաթոդը դանդաղ և հավասարաչափ բարձրանում է, դրանով հանվում է հալոցքից և ամրանում։ Այս դեպքում ամրացնող կաթիլը ծածկված է պինդ էլեկտրոլիտային թաղանթով, որը պաշտպանում է մետաղը օքսիդացումից և ազոտումից: Անընդհատ և զգույշ բարձրացնելով կաթոդը, կալցիումը քաշվում է ձողերի մեջ:
Կալցիումի քլորիդի և ֆտորիդի էլեկտրոլիտի վրա հպման կաթոդով էլեկտրոլիզի պայմանները հետագայում ուսումնասիրվել և բարելավվել են Գուդվինի կողմից, ով լաբորատոր փորձերի համար ապարատ է մշակել, Ֆրերին, ով ուշադրություն է հրավիրել էլեկտրոլիզի գործնական մեթոդների վրա, Բրեյսը, ով կառուցել է 200 Բաղնիք և այլն։
Ռուսաստանում այս մեթոդը ուսումնասիրվել և կատարելագործվել է 100-ից 600 Ա հզորությամբ լոգարանների վրա (Զ. Յու.Վ. Բայմակով):
Բավարար հոսանքի արդյունավետության հասնելու պայմաններից մեկը կաթոդում հոսանքի բարձր խտության օգտագործումն է։ Դա անհրաժեշտ է, որպեսզի միավոր ժամանակում թողարկված մետաղի քանակը զգալիորեն գերազանցի դրա տարրալուծումը: Կախված կաթոդի աշխատանքային մակերեսից, բջիջի հզորությունից և այլ գործոններից՝ կաթոդի հոսանքի խտությունը ընտրվում է 50–250 Ա/սմ2 միջակայքում։ Գործընթացի բնականոն ընթացքի համար կարևոր է ապահովել կաթոդի բարձրացման ճշգրիտ վերահսկումը: Կաթոդի չափազանց արագ բարձրացումը հանգեցնում է մետաղի հեղուկ կաթիլի անջատմանը և էլեկտրոլիտի մեջ դրա տարրալուծմանը: Դանդաղ աճով կալցիումը գերտաքանում է և հալվում ձողից: Մետաղների տարանջատումը կարող է առաջանալ նաև էլեկտրոլիտի գերտաքացումից: Էլեկտրոլիտում կալցիումի տարրալուծումը ենթաքլորիդի և կալցիումի օքսիդի առաջացմամբ առաջացնում է էլեկտրոլիտի խտացում և փրփուրի առաջացում, որը խաթարում է լոգանքի բնականոն աշխատանքը։ Լոգանքի սառը ընթացքի ժամանակ կաթոդի վրա մետաղը աճում է դենդրիտների տեսքով։
Անոդի վրա հոսանքի խտությունը ընտրվում է հնարավորինս ցածր (0,7-1,5 Ա/սմ2 կարգի)՝ անոդի ազդեցությունից խուսափելու համար։ Անոդի էֆեկտը դրսևորվում է, երբ գրաֆիտի վրա հոսանքի խտությունը հասնում է 8 Ա/սմ2, իսկ ածխածնային անոդի վրա՝ 5,6 Ա/սմ2։ Առանց հավելումների կալցիումի քլորիդ էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը պահպանվում է 800-810°-ում, մինչդեռ այլ աղերի ավելացման դեպքում այն նվազում է։ Կաթոդի շուրջ, հոսանքի բարձր կոնցենտրացիայի պատճառով, կա 820-850 ° ջերմաստիճան ունեցող գերտաքացած էլեկտրոլիտի եզր: Էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը կալցիումի հալման կետին մոտ պահպանելու անհրաժեշտության պատճառով (851°), էլեկտրոլիտի հալման կետը իջեցնելու համար հավելումները էական չեն, սակայն դրանց դերը դրական է էլեկտրոլիտում կալցիումի լուծելիությունը նվազեցնելու գործում։ .
Օգտագործված էլեկտրոլիտը պետք է լինի հնարավորինս ջրազրկված և չպարունակի վնասակար կեղտեր: Էլեկտրոլիտում պարունակվող խոնավությունը քայքայվում է կաթոդում ջրածնի արտազատմամբ, որը, զուգակցվելով կալցիումի հետ, ձևավորում է կալցիումի հիդրիդ, որն ուղեկցվում է կաթոդում ջերմաստիճանի բարձրացմամբ։ Բացի այդ, խոնավությունը նպաստում է էլեկտրոլիտում փրփուրի առաջացմանը: Այս ամենը խաթարում է էլեկտրոլիզի բնականոն ընթացքը։ Մեկ այլ վնասակար էլեկտրոլիտային աղտոտվածություն է սիլիցիումը, որը, նույնիսկ փոքր քանակությամբ, առաջացնում է կալցիումի լուծարում էլեկտրոլիտում: Արդյունքում ձևավորվում է ենթաքլորիդ և էլեկտրոլիտը խտանում է, ինչը դժվարացնում է կալցիումի տարանջատումը կաթոդում։ Մագնեզիումի և նատրիումի կեղտերը անցանկալի են, քանի որ դրանք ազատվում են էլեկտրոլիզի և կալցիումի հետ համաձուլվածքի ժամանակ՝ նվազեցնելով կաթոդի մետաղի հալման կետը և դժվարացնելով նկարելը:
Էլեկտրոլիզի պրակտիկա
Կալցիումի արդյունաբերական արտադրությունը հպման կաթոդով էլեկտրոլիզով սկսվել է դեռևս Առաջին համաշխարհային պատերազմից առաջ Գերմանիայում (Բիթերֆելդ) և Ֆրանսիայում (Jarry): Մոնթելը և Հարդին նշում են, որ էլեկտրաէներգիայի սպառումը տատանվում էր 30,000-50,000 կՎտ *-ժամ 1 գ մետաղի համար՝ կախված բջջի չափից, դրա դիզայնի առանձնահատկություններից և էլեկտրոլիզի արշավի տևողությունից: Կալցիումի քլորիդի սպառումը 4,5 էր: կգ 1 կգ մետաղի դիմաց:
Գերմանական բաղնիքի աշխատանքային խցիկը (նկ. 2) ունի ութանկյուն ձև՝ 400 մմ տրամագծով և 350 մմ բարձրությամբ։ Այն պատված է ածխի բլոկներով, որոնք ծառայում են որպես անոդ։ Բլոկների և լոգանքի պատյանների միջև ընկած տարածությունը երեսպատված է և ծածկված ջերմամեկուսիչով։ Լոգանքի աշխատանքային խցիկի վերևում ամրացված է 60 մմ տրամագծով երկաթե կաթոդ, որը շարժվում է ուղղահայաց և հորիզոնական ուղղությամբ՝ լոգանքի վրա լարումը կարգավորելու համար։ Օդային հովացումը միացված է կաթոդին, իսկ օդը անոդ գազերի հետ միասին հեռացվում է բաղնիքի պատի մեջ դասավորված ալիքով։ Լոգանքի տարողությունը 40 լ 90 կգ հալման համար։ Էլեկտրոլիտի բաղադրությունը՝ %՝ 35,46 Ca, 63 Cl, 0,35 CaO, 0,03 SiO2 (առավելագույնը), 0,04 Fe2O3+Al2O3 (առավելագույնը)։ Բացի այդ, լոգանքին ավելացնում են 1-1,5 կգ կալիումի քլորիդ, երբեմն տրվում է նաև ֆտորային աղի փոքր հավելում։ Էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը 800-820°C, կաթոդային հոսանքի խտությունը՝ 50-100 Ա/սմ2, անոդը՝ 1-1,5 Ա/սմ2, լոգանքի հոսանքը՝ 900-2000 Ա, լարումը 20-25 Վ։ Ընթացիկ ելքը մեծ տատանվում է տարվա տարբեր ժամանակներում և կախված օդի խոնավությունից և կազմում է միջինը 35-40%: Սակայն լոգանքն օրական տալիս է 6-ից 15 կգ կալցիում։ 1 կգ կալցիումի դիմաց սպառվում է մոտ 70 կՎտ/ժ էլեկտրաէներգիա և 8 կգ աղ։ Կաթոդային մետաղի կեղտերի անալիզ, % (wt.)՝ 0.01-0.08 Mg 0.01-0.05 Si, 0.1-0.3 Fe + Al, 0.05-0.07 Mn, 0.008 -0.03 N, 0.7-1.6 Cl.
Ըստ Բագլիի նկարագրության՝ ԱՄՆ-ում (Միչիգան) 1939 թվականին 2000 Ա հոսանքի համար կառուցվել է երեք բաղնիքից պիլոտային կայան, որը շուտով կրկնապատկվել է (նկ. 3)։ Կաթոդի կառավարումը ավտոմատացված է եղել, մինչդեռ էլեկտրոլիտի պարբերական ավելացման և կալցիումի ձողերի հեռացման գործողությունները կատարվել են ձեռքով։ Այնուհետև մատակարարվել է 4000 Ա-ի, այնուհետև 5000 Ա-ի և վերջապես 10000 Ա-ի լոգանքների նոր շարք:
Ստացված կալցիումի ձողերն ունեն 175-ից 350 մմ տրամագիծ և մինչև 600 մմ երկարություն: Ձողը դրսից ծածկված է էլեկտրոլիտային կեղևով: Ձողի ներքին մետաղական մասը բավականին կոմպակտ է։
Այնուամենայնիվ, հարկ է նշել, որ, չնայած առկա տեխնիկական նվաճումներին, հպման կաթոդով էլեկտրոլիզն ունի լուրջ թերություններ. ցածր հոսանքի արդյունավետություն, մեծ էներգիայի սպառում, հումքից կալցիումի ցածր արդյունահանում, էլեկտրոլիտ օգտագործելու անհրաժեշտություն, որը լիովին զերծ է: H2O, SiO2 և այլն միացությունների կեղտերը, ավելի հզոր բաղնիքի նախագծման դժվարությունը և այլն: Այս ամենը ստիպեց վերջին տասնամյակում, երբ կալցիումի պահանջարկը մեծապես աճել է, փնտրել ստացման սկզբունքորեն տարբեր մեթոդներ: Որոնումն անհաջող է անցել։
Հեղուկ կաթոդի էլեկտրոլիզ և կալցիումի համաձուլվածքների արտադրություն
Տեսության հիմունքներ
Հեղուկ մետաղի կաթոդի վրա կալցիում ստանալը վերացնում է մաքուր հեղուկ մետաղի մեկուսացման ժամանակ հանդիպող հիմնական դժվարությունները: Կալցիումի միաձուլումը էլեկտրոլիտի տակ գտնվող բաղնիքի ստորին մասում տեղակայված կաթոդ մետաղի հետ կանխում է դրա տարրալուծումը էլեկտրոլիտում և քլորի հետ վերահամակցումը և անհնար է դարձնում կալցիումի օքսիդացումը շրջակա գազերի կողմից: Սա հանգեցնում է բարձր ընթացիկ արտադրանքի: Էլեկտրոդների միջև մոտիկության հնարավորությունը, հպման կաթոդով էլեկտրոլիզի համար պահանջվող բարձր կաթոդային հոսանքի խտության բացակայությունը և հեղուկ կաթոդի վրա կալցիումի արտանետման ժամանակ ապաբևեռացումը կարող է զգալիորեն նվազեցնել լարումը լոգանքի վրա: Բարձր արդյունավետության հասնելը կախված է կաթոդի ընտրությունից, կաթոդի հոսանքի խտությունից, ջերմաստիճանից և գործընթացի այլ պայմաններից: Կաթոդային մետաղը պետք է համաձուլվի կալցիումի հետ, իսկ կաթոդի հոսանքի խտության արժեքը պետք է համապատասխանի համաձուլվածքի մեջ կալցիումի տարածման արագությանը։ Հետևաբար, կաթոդի համաձուլվածքի խառնումը օգտակար է։ Մեծ նշանակություն ունի կալցիումի և կաթոդ մետաղի վիճակի դիագրամի բնույթը։ Այսպիսով, օրինակ, հեղուկ կապարի կաթոդով կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ժամանակ հնարավոր չէ լավ հոսանքի արդյունավետությամբ հարուստ համաձուլվածքներ ստանալ այն պատճառով, որ համաձուլվածքի ձևավորման ժամանակ հալման ջերմաստիճանը, ըստ վիճակի. դիագրամ (նկ. 4), կտրուկ աճում է՝ հասնելով 28% Ca 1106°:
Վ.Մ. Գուսկովը և Վ.Ֆ. Ֆեդորովը ստացավ լավ հոսանքի արդյունավետություն (89,3%) Pb-Ca համաձուլվածքը խառնելիս և այն հագեցնելով կալցիումով մինչև 4,4%; էլեկտրոլիզի ջերմաստիճանը եղել է 800-810°։ Համաձուլվածքում կալցիումի պարունակության ավելացմամբ և ջերմաստիճանի բարձրացմամբ ընթացիկ արդյունավետությունը կտրուկ նվազում է։
Մինչ համաձուլվածքում կալցիումի քանակը կհասնի 1-2%-ի, կաթոդի հոսանքի խտությունը կարող է ավելացվել միայն մինչև 2 Ա/սմ2։ Համաձուլվածքում կալցիումի քանակի հետագա ավելացմամբ, ընթացիկ խտությունը պետք է կրճատվի: Նմանատիպ օրինաչափություն հաստատվել է Ա.Ֆ. Ալաբիշև.
Ca-Al վիճակի դիագրամի տարբեր բնույթի պատճառով A. Yu. Taits-ը և A.V. Գոլինսկայա կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզը հեղուկ ալյումինի կաթոդով արտադրել է 62% Ca պարունակող համաձուլվածքներ 840–880°C ջերմաստիճանում և 1,5 Ա/սմ2 կաթոդային հոսանքի խտությամբ։ Որպեսզի կալցիումով հարուստ համաձուլվածքը վեր չլողանա, բաղնիքին ավելացրին 15% կալիումի քլորիդ, որը նվազեցրեց էլեկտրոլիտի խտությունը 2,03-ից մինչև 1,84:
Ըստ Zn-Ca-ի վիճակի գծապատկերի (նկ. 5), կալցիումի էլեկտրոլիտիկ նստեցումը ցինկի կաթոդի վրա՝ համաձուլվածքում Ca պարունակությունը հասցնելով 90%-ի, հնարավոր է 720°-ից ոչ ավելի ջերմաստիճանում: Այնուամենայնիվ, դժվար է ցինկի կաթոդի վրա շատ հարուստ համաձուլվածքներ ձեռք բերել խառնուրդի մասնիկների լողացող և կասեցման պատճառով:
Պղնձի կաթոդի վրա կալցիումի նստվածքը լավ է ընթանում: Ըստ Cu-Ca-ի վիճակի գծապատկերի (նկ. 6), համաձուլվածքի հալման կետը գտնվում է 750 °-ից ցածր, երբ այն պարունակում է 25-ից մինչև 70% Ca, այս կազմի համաձուլվածքը չի լողում, դրա խտությունը նույնիսկ պարունակության դեպքում: 60% Ca-ը 4.4 է էլեկտրոլիտի խտության դեպքում 2.2: Մաքուր կալցիումի արտադրության համար բացառիկ հետաքրքրություն է ներկայացնում կալցիում-պղնձի համաձուլվածքների էլեկտրոլիտային արտադրությունը։ Պղնձի (եռման կետը 2600°) և կալցիումի (եռման կետը 1490°) գոլորշու ճնշման մեծ տարբերությունը թույլ է տալիս թորումով մեկուսացնել մաքուր կալցիումը համաձուլվածքից։
Էլեկտրոլիզի պրակտիկա
Արդյունաբերության մեջ օգտագործվում է էլեկտրոլիզ կապարի, ցինկի և պղնձի կաթոդներով։ Կալցիումով և բարիումով կապարի համաձուլվածքների արտադրությունը կազմակերպվում է ԱՄՆ-ում՝ United Ltd. ընկերության գործարանում։ Յուրաքանչյուր բաղնիք երկաթե կարաս է, որը տեղադրված է աղյուսի մեջ, որի մեջ դրված է արտաքին ջեռուցում: Մոտ 2 տոննա կապարի ձուլակտորներ բեռնված են լոգանքի մեջ: Կապարը ծածկված է մաքուր կալցիումի և բարիումի քլորիդների հալված շերտով՝ 75-100 մմ բարձրությամբ։ Լոգանքի կենտրոնում ընկղմված է գրաֆիտային անոդ՝ իջեցնելու և բարձրացնող սարքով, որի տեղափոխմամբ կարգավորվում է լոգանքի ջերմաստիճանը։ Ներքևում, ինչպես նաև բաղնիքի պատերի երկայնքով ձևավորվում է եզր, որը կանխում է հոսանքի կորուստները, որոնք հնարավոր են անոդից դեպի լոգանքի պատեր հոսելու պատճառով՝ շրջանցելով հեղուկ կապարի կաթոդը։ Էլեկտրոլիզի ընթացքում արձակված կալցիումը և բարիումը ներծծվում են հալված կապարի միջոցով։ Նշվում է, որ գործընթացի արդյունավետությունը նվազում է անոդային էֆեկտների, մետաղների տարրալուծման և կալցիումի և բարիումի կարբիդների առաջացման պատճառով։ Էլեկտրոլիզն իրականացվում է 2% հողալկալիական մետաղներ պարունակող համաձուլվածք ստանալու համար (մոտավորապես երեք օր էլեկտրոլիզ): Ցանկալի կոնցենտրացիան հասնելուց հետո հոսանքն անջատվում է, և համաձուլվածքն ազատվում է շերեփի մեջ, որից այն լցվում է ընդհանուր խառնիչի մեջ։
ԳԴՀ-ում IHF գործարանում արտադրվել է կալցիում-ցինկ համաձուլվածք:
Բաղնիքը (նկ. 7) բաղկացած է 2250x700x540 մմ չափերով չուգուն տուփից՝ պատված աղյուսով, անոդը 200X200 մմ հատվածով վեց ածուխի բլոկ է, որը կախված է ընդհանուր լիսեռի վրա՝ մեխանիկական շարժիչով իջեցման և բարձրացման համար: Ցինկը լցվում է տուփի հատակին, և համաձուլվածքը կուտակվում է լոգարանում, որտեղից 60-65% Ca պարունակության դեպքում այն պարբերաբար հանվում է առանց լոգանքը դադարեցնելու: Ազատված քլորը վերևից ներծծվում է գլխարկի միջով: Յուրաքանչյուր լոգանք 25 Վ լարման դեպքում սպառում է 10000 Ա հոսանք: Էլեկտրոլիտը կալցիումի քլորիդի համաձուլվածք է՝ 18% կալիումի քլորիդով։ Էլեկտրոլիզի ջերմաստիճանը 750°: Լոգանքի հզորությունը ժամում 4 կգ կալցիում է համաձուլվածքի մեջ, գործարանը արտադրում էր ամսական 10 տոննա համաձուլվածք։
Վերջին տարիներին կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզը հեղուկ կալցիում-պղնձի կաթոդով, որին հաջորդում է համաձուլվածքից կալցիումի թորումը, լայն արդյունաբերական կիրառություն է ստացել:
Կալցիում-պղնձի համաձուլվածք ստանալու էլեկտրոլիտիկ բջիջը (նկ. 8) ուղղանկյուն թուջե բաղնիք է։ Լոգանքի լայնությունը 0,90 մ է, երկարությունը՝ 3 մ, դրսից երեսպատված է հրակայուն աղյուսներով և մեխանիկական ամրության համար փակված մետաղյա պատյանով։
Անոդը գրաֆիտի ձողերի փաթեթ է, որոնք ամրացված են մետաղյա տրավերսի վրա։ Հոսանքը մատակարարվում է անոդին ճկուն լիսեռների միջոցով, որոնք կցված են տրավերսին: Անոդը կարելի է բարձրացնել և իջեցնել ձեռքի անիվով: Քլորը դուրս է մղվում լոգանքի կողային մասում գտնվող գազատար խողովակներով: Լոգանքի ներքեւի մասում լցվում է պղինձ-կալցիումի խառնուրդ, որը ծառայում է որպես կաթոդ: Նման էլեկտրոլիզատորի ընթացիկ ուժը 15000 ա է։ Վերջերս ստեղծվել են բարձր հոսանքի ուժի էլեկտրոլիզատորներ: Լոգանքի վրա լարումը 7-9 Վ է։ Էլեկտրոլիտիկ բջիջի օրական հզորությունը 15000 ա-ի համար կազմում է մոտավորապես 300 կգ կալցիում համաձուլվածքում:
Տեխնոլոգիական ռեժիմն ապահովվում է հետևյալ պայմաններով. Էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը 675°-715° է։ Էլեկտրոլիտի բաղադրությունը կազմում է 80-85% կալցիումի քլորիդ և 15-20% կալիումի քլորիդ։ Լոգարանում էլեկտրոլիտի մակարդակը 20-25 սմ է, կաթոդի համաձուլվածքի մակարդակը՝ 5-20 սմ, համաձուլվածքը հագեցած է կալցիումով մինչև 60-65% - Թորումից հետո վերադարձվող խառնուրդը պարունակում է մոտավորապես 30% Ca: Էլեկտրոդների միջև հեռավորությունը 3-5 սմ է, էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը կարգավորվում է միջբևեռային հեռավորությունը փոխելով։
Կաթոդիկ հոսանքի խտությունը 0,4-0,5 ա/սմ2, անոդ 1,0-1,2 ա/սմ2։ Գրեթե երկու անգամ ավելի բարձր հոսանքի խտության կիրառման ցուցումներ կան։
Լոգարանը սնվում է պինդ կալցիումի քլորիդի փոքր չափաբաժիններով (յուրաքանչյուրը 20-30 կգ): Ի տարբերություն հպման կաթոդով էլեկտրոլիզատորների, այս բաղնիքը կարող է սնվել մասնակի ջրազրկված հումքով, որը պարունակում է մինչև 10% խոնավություն: Դրա վերջնական ջրազրկումը տեղի է ունենում լոգանքի մակերեսին:
Համաձուլվածքը հանվում է, երբ կալցիումի պարունակությունը 65%-ից բարձր չէ: Ավելի հարուստ համաձուլվածքի դեպքում դրա լողանալու վտանգ կա։ Համաձուլվածքը դուրս է բերվում վակուումային շերեփի միջոցով մինչև 5 սմ լոգանքի մակարդակ: Հարուստ համաձուլվածքը ցամաքեցնելուց հետո վատ համաձուլվածքը և կալցիումի քլորիդը լցվում են լոգանքի մեջ:
Հեղուկ կալցիում-պղնձի կաթոդով կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզի ժամանակ ընթացիկ արդյունավետությունը կազմում է 70-75%: Հատուկ էներգիայի սպառումը կազմում է 15000 - 18000 կՎտ/ժ համաձուլվածքի 1 տոննա կալցիումի դիմաց, կալցիումի քլորիդի սպառումը կազմում է 3,5 գ, իսկ գրաֆիտի անոդները կազմում են 60-70 կվտ՝ համաձուլվածքի 1 գ կալցիումի դիմաց։ Չուգունյա լոգարանները աշխատում են 10-14 ամիս։
