Điện phân và ứng dụng

Sử dụng các quá trình oxi hóa anot và khử của catot để làm nước thải khỏi các hợp chất hòa tan và phân tán.. - Trong quá trình oxi hóa , các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn tạ

KÍNH CHÀO CÔ VÀ CÁC

BẠN

Điện phân và ứng dụng

I Xử lý nước thải

II Điện phân sản xuất

III Tinh luyện kim loại bằng điện phân

IV Mạ điện

V Khoan điện hóa

I Xử lý nước thải

1 Xử lý nước thải bằng điện phân

- Sử dụng các quá trình oxi hóa anot và khử của catot để làm nước thải khỏi các hợp chất

hòa tan và phân tán Tất cả các quá trình này điều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng

điện một chiều đi qua nước thải

- Oxi hóa anot và khử của catot

Sơ đồ bể điện phân:

- Trong quá trình oxi hóa , các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO2, NH3 và H2O tạo thành các chất không độc và đơn giãn hơn để có thể tách ra bằng các phương pháp khác.

- Anot thường được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau có tính chất điện phân như graphit,

macnetit (Fe3O4) PbO2,… Catot được làm bằng

molipden, hợp kim của vonfram với sắt hay niken;

từ than chì, thép không gỉ và các kim loại khác được phủ lớp molipden, vonfram hay hợp chất của chúng.

- Quá trình được tiến hành trong bể điện phân có hoặc không có màng.

2 Khử độc xyanua

a Oxi hóa của anot

Oxi hóa anot của xyanua

CNO- + 2H2O → NH4 +

Quá trình oxi hóa cũng có thể dẫn đến sự tạo thành nitơ:

2CNO + 4OH- -6e → N2↑ + 2CO2↑ + H2O

→ Phương pháp này có hiệu quả xử lý gần

100%

b Kỹ thuật oxi bằng NaOCl mới sinh

- Trong kỹ thuật này, NaOCl mới sinh do quá trình điện phân dung dịch NaCl không có màng ngăn sẽ oxi hóa CN- theo phản ứng:

CN- + ClO ↔ CNO- +

2CNO- + 3ClO- + 2H2O ↔ 2CO2↑ +

3Cl-

+2OH-2 Khử kim loại nặng

- Các quá trình khử của catot được ứng dụng để loại các ion kim loại ra khỏi nước thải với sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô nhiễm thành các hợp chất ít độc hơn hoặc về dạng dễ tách ra khỏi nước như cặn, khí

- Quá trình khử của catot đối với ion kim loại xảy ra như sau:

Men+ + ne → Men

- Để xử lý nước thải chứa một số kim loại nặng, người ta tiến hành quá trình làm sạch nước

thải ra khỏi các ion Hg2+, Pb2+, Cd2+, Cu2+ bằng quá trình khử trên catot được làm từ hỗn hợp C và S Các ion này lắng trên cực ở dạng sunfua hoặc bisunfua và được tách ra bằng

phương pháp cơ học

- Cũng có thể sử dụng các phản ứng khử tách

chất gây ô nhiễm bằng cách chuyển chúng

sang pha khí

Ví dụ: khử NH4NO3 trên điện cực than chì

NH4NO3 + 2H+ + 2e → NH4NO2 + H2O

NH4NO2 → N2↑ + 2H2O

II Điện phân sản xuất

1 Sản xuất các chất vô cơ

a Điện phân nóng chảy

- Phương pháp diện phân nóng chảy được dùng

để điều chế các kim loải hoạt động mạnh như: Na,K, Mg, Ca,

+ Nhôm được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al2O3 nguyên chất ở 2000oC với criolit.

Catot: 2Al3+ + 6e → 2Al0Anot: 3O2- → 2 + 6e

Hay: Al2O3 3O2↑

•

+ Các kim loại kiềm được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy hidroxit hoặc muối clorua của chúng trong điều kiện không cho sản phẩm tiếp xúc với không khí Riêng kim loại kiềm

thổ,thực tế chỉ điện phân muối clorua

2MOH 2M + ↑ + H2O↑ (M= Na,K,.)

2MClx 2M + xCl2 (x=1,2)

•

b Điện phân dung dịch

 Dùng để điều chế các kim loại hoạt động

trung bình và yếu: Fe, Cu, Ag,

- Một lượng lớn xút, khí clo, khí oxi, khí hidro, các hợp chất chứa oxi của clo (hypoclrit, clorat) được sản xuất bằng phương pháp điện phân

dung dịch

+ Xút và khí clo được sản xuất từ nguyên liệu vô

cùng rẻ là muối ăn

NaCl → Na+ + Catot: 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH-

Cl-Anot: 2Cl- → Cl2 + 2e

Hay:

2NaCl + 2H2O Cl2↑ + H2↑ + 2NaOH

•

+ Oxi và hidro có thể được điều chế bằng cách điện phân nước

2H2O 2H2 ↑ + O2 ↑

2 Tổng hợp các chất hữu cơ

a Điện phân theo phương pháp Kolbe

Phân li trong dung dịch:

RCOONa → RCOO- + Na+

b Các hợp chất hữu cơ khác

- Ngày nay, người ta đã tiến hành tổng hợp các chất hữu cơ bằng phương pháp điện phân,

trên catot khử các hợp chất có liên kết đôi

hoặc liên kết ba để tạo ra các hợp chất có

polime hoặc là no hóa các hidrocacbua không no; khử hóa các hợp chất nitro Trên anot

tiến hành phản ứng oxi hóa, phản ứng thế,

phản ứng kết hợp Phản ứng flo hóa:

C2H6 + 12F- → C2F6 + 6HF + 12e

III Tinh luyện kim loại bằng điện phân

Tinh luyện loại một số kim loại: Cu, Pb, Zn ,Fe,

Nguyên tắc: Dùng ngay kim loại cần tinh chế làm anot

Khi điện phân, kim loại anot bị hòa tan chuyển vào dung dịch và kết tủa lại trên catt dưới dạng tinh khiết.

- Luyện kẽm thông dụng nhất là điện phân dung dịch

ZnSO4 Mục đích xử lý quặng Zn là để tạo ra dung dịch kẽm sunfat không có tạp chất, tránh ảnh hưởng không tốt đến phản ứng catot.

- Đồng được sản xuất bằng các quá trình luyện kim chứa nhiều tạp chất Các kim loại tạp chất

có mặt ở anot đồng, như Fe, Zn cũng bị oxi hóa thành Fe2+ Và Zn2+ trong dung dịch, song chúng không bị khử ở catot tại thế khử đồng Các kim loại có thế dương điện hơn như vàng, bạc không

bị oxi hóa anot và đọng lại ở đáy bình điện phân khi anot đồng bị hòa tan

IV Mạ điện

 Mạ điện dùng phương pháp điện phân để kết tủa trên

lớp kim loại hoặc hợp kim mỏng, để chống sự ăn mòn,

trang trí bề mặt, tăng tính dẫn điện, tăng kích thước, tăng

độ cứng bề mặt

1 Mài điện hóa

Định nghĩa: Mài điện hóa là phương pháp đặc biệt của

phương pháp gia công điện hóa trong đó đá mài quay

(catot) là một đĩa mài hình vành khăn dẫn điện có gắn các hạt kim cương, hoặc silic cô ranh đông, được dùng để tăng cường sự hòa tan của bề mặt kim loại gia công (anot)

- Đặc điểm:

+ Đá mài phải dẫn điện, thông thường đá mài có thành phần là graphit hạt mài và chất kết dính Dung dịch chất điện phân thường dùng là nước thủy tinh hoặc dung dịch CaNO3

+ Khi gia công đá mài là điện cực âm, chi tiết gia công là điện cực dương Các hạt mài nhô lên tạo khe hở giữa chi tiết và đá Khe hở này chứa đầy dung dịch chất điện phân Khi có dòng điện một chiều chạy qua, quá trình điện hóa- hòa tan điện cực dương sẽ xảy ra trong vùng này

+ Vật liệu bị hòa tan được tách khỏi bề mặt gia

công nhờ tác dụng cơ học của hạt mài khi đá mài chuyển động Vật liệu bị hòa tan cùng với chất

điện phân được những hạt mài chuyển động cuốn

ra, đồng thời chất điện phân mới được phun vào chứa đầy vùng khe hở

+ Phương pháp mài bằng điện phân chủ yếu sử

dụng để mài sắc hợp kim cứng

2 Mạ điện

a) Đặc điểm

- Các bộ phận thiết yếu của bộ phận mạ điện:

+ Dung dịch mạ gồm có muối dẫn điện, ion kim loại sẽ kết tủa thành lớp mạ, chất đệm, các phụ gia.

+ Catot dẫn điện chình là vật cần được mạ.

+ Anot dẫn điện, có thể tan hoặc không tan; các chỗ nối tiếp điện cần phải bắt chặt, bảo đảm tiếp xúc điện tốt.

+ Bể mạ bằng thép, thép lót cao su, polyvinylclorua, chịu được dung dịch mạ.

+ Nguồn điện một chiều

- Mạ điện thường dùng anot hòa tan Khi có dòng điện di qua, kim loại hòa tan do sự phân cực

chuyển về phía dương

Me – ne → Me+n (Me là kim loại gốc)

- Trên anot, ngoài quá trình hòa tan còn có khí oxi thoát ra Trong môi trường kiềm, oxi thoát ra

theo phản ứng:

4OH- -4e → 2H2O + O2↑

- Trong môi trường axit, oxi thoát ra theo phản ứng:

2H2O – 4e → 4H+ + O2↑

b) lớp mạ anot và lớp mạ catot.

- Nếu kim loại được mạ có điện thế âm hơn so với kim loại nền thì gọi là lớp mạ catot Như vậy kim lớp mạ bị ăn mòn kim loại được bảo vệ

- Nếu kim loại có điện thế dương hơn với kim loại nền thì gọi là lớp mạ catot Như vậy kim loại nền

sẽ bị ăn mòn

c) Mạ điện Niken

Thành phần dung dịch Watts mạ niken

- Nikensunfat NiSO4.7H2O: chứa 21% niken, là chất kết màu xanh đậm, dễ tan trong nước và phân ly hoàn toàn

NiSO4 → Ni2+ +

SO2 Niken clorua NiCl2.6H2O: niken chiếm 22%; là chất kết tủa màu xanh lá mạ, dễ tan trong nước và phân ly hoàn toàn:

NiCl2 = Ni2+ +

2Cl Axit boric H3BO3: là chất đệm của dung dịch mạ niken.

d) Ứng dụng

- Trong lĩnh vực xây dựng: mạ ống nước, đường sắt, các thiết bị ngoài trời, mạ các thiết bị ngoài trời, mạ kẽm cho tôn,

- Trong sản xuất dân dụng: làm đồ trang sức, lư đồng, bát đĩa, vòi nước,

- Trong ngành kĩ thuật cao: sản xuất linh kiện điện tử, sản xuất robot, tên lửa,

- Trong công nghiệp đóng tàu: thường mạ một lớp kẹm lên bề mặt vỏ tàu.

- Trong các lĩnh vừa khác: mạ vàng điện thoại, xe hơi, laptop,

V Khoan điện hóa

- Khoan điện hóa có khả năng khoan các lỗ rất

nhỏ bằng cách sử dụng các dòng điện có áp thế cao và dung dịch điện phân axit

- Dụng cụ như một là một đầu thủy tinh có điện cực bên trong Người ta có thể sử dụng một

ống thủy tinh có nhiều nhánh để gia công cùng một lúc 50 lỗ.

- Công nghệ này được phát triển để khoan các lỗ làm mát trong các tua bin của động cơ phản

lực.

THANK YOU