IV) Điện phân dung dịch sản xuất NaOH, Cl2, H2 1)Điều kiện thực hiện quá trỡnh điện phân
4) Quỏ trỡnh điện phân trên Catôt rắn (Fe)
Dung dịch muối cú quỏ trỡnh phõn ly nh− sau: NaCL → Na+ + Cl-
H2O → H+ + OH-
D−ới tác dụng của dũng điện một chiều bên ngoμi đặt vμo các ion âm sẽ di chuyển về cực d−ơng, các ion d−ơng di chuyển về cực âm.
Trờn Catụt (Cực õm) Sẽ tập trung Ion H+ ,Na+
ϕ0
Na+/Na = -2,7 (V)
ϕ0
H+/H2 = 0 (V)
Trong dung dịch muối trung tớnh giỏ trị thế Oxy hoỏ khử của
ϕ Na+/Na ~ -2,66 (V)
ϕ H+/H2 ~ - 0,41 (V)
Số liệu trên cho thấy thế oxy hoá khử của Natri rất bé so với hydro, đồng thời quá thế của nó trên điện cực rắn cũng rất lớn. Do vậy điện thế phân huỷ của Natri rất lớn nên natri không tham gia phản ứng ở điện cực. Chỉ có ion H+ vμ H2O tham gia H+ + e → H
H2O + e → H + OH- 2H → H2
Trên Anôt (Cực d−ơng): Tập trung ion CL-, OH-
ϕ0
Cl2/2Cl- = 1,36 (V)
ϕ0
O2/4OH- = 0,41 (V)
Trong dung dịch muối bóo hoμ thế oxy hoỏ khử của Clo vμ Oxy cú giỏ trị xấp xỉ
ϕ Cl2/2Cl- ~ 1,32 (V)
ϕ O2/4OH- ~ 0,82 (V)
Giá trị điện thế của chúng xấp xỉ nhau do vậy khi điện phân cả Clo vμ Oxy có thể thoát ra đồng thờị Để khống chế cho Clo thoát ra tr−ớc chúng ta cần tăng điện thế phân huỷ của Oxy bằng cách tăng quá thế thoát oxỵ Cách tăng quá thế sử dụng các điện cực đặc biệt nh− Pt, Ti , Ti-Pt. Đồng thời dùng dung dịch muối có nồng độ cao để giảm thế oxy hoá khử của Clo, nhiệt độ dung dịch cao để cho Clo thoát ra dễ rμng(giảm đ−ợc quá thế của Clo)
Phản ứng tại Anốt 2Cl- - 2e → Cl2
Túm lại quỏ trỡnh điện phân xảy ra nh− sau: 2NaCl + 2H2O ⎯dpđ⎯ →⎯
2NaOH + H2 + Cl2
5) quỏ trỡnh điện phân sử dụng Catôt lỏng (Hg) Quỏ trỡnh Anụt cũng t−ơng tự nh− trên
Trên Catôt lỏng do Na tạo Hỗn hống với Hg nên điện thế phóng điện của Na dịch về phía d−ơng hơn vμ d−ơng hơn cả so với Hyđrô. Nói cách khác điện thế phân huỷ của Na bé hơn so với Hyđrô do vậy khi điện phân Na thoát ra tr−ớc.
Na + nHg → NaHgn NaHgn + H2O → NaOH + 0.5H2 + nHg . V- Sản xuất Pin khụ Mn-Zn a)Cấu tạo 1 2 3 4 1. Cọc than 2. Bao than 3. Giấy 4. Vỏ Kẽm
Cấu tạo Pin
Vỏ lμm bằng Zn đóng vai trũ lμm cực õm(Anụt).
Cực d−ơng (Katôt) : chế tạo từ bột MnO2, bột Graphit, muội than, NH4Cl, ZnCL2, H2O đ−ợc trộn đều sau đó nhồi ép thμnh khối theo vỏ, khối nμy gọi lμ bao than vμ
Giữa cực d−ơng vμ cực âm lμ điện dịch NH4Cl, điện dịch nμy đ−ợc tẩm vμo giấy, thêm hồ tinh bột để chuyển dịch sang dạng khô hơn.
b)Cơ chế phóng điện
- Trên cực d−ơng: Khi phóng điện Ion H+ từ điện dịch chui qua lớp điện tích kép vμ
chuyển vμo MnO2, H+ bị trung hoμ bởi điện tử tự do đồng thời Mn bị khử xuống số Oxy hóa thấp.
MnO2 + e + H+ → MnOOH
Khi phóng điện sẽ giầu MnOOH thỡ Mn cú thể tồn tại theo cỏc dạng sau MnOOH + e + H+ → Mn(OH)2
MnOOH + e + 3H+ → Mn2+ + 2H2O
- Trên cực âm: Zn phóng điện Zn - 2e → Zn2+
Zn + 2H2O - 2e → Zn(OH)2 + 2H+ (môi tr−ờng trung tính vμ kiềm) Zn + H2O - 2e → ZnO + 2H+ (Môi tr−ờng axit yếu)
c)Tính năng của pin
- sức điện động: có giá trị từ 1,5-1,9 V , sđ nμy phụ thuộc vμo nồng độ điện dịch vμ bản chất MnO2.
- Dung l−ợng của Pin phụ thuộc vμo kích th−ớc của Pin, nhiệt độ môi tr−ờng vμ thời gian bảo quản. pin cμng lớn dung l−ợng cμng lớn. Nhiệt độ thấp dung l−ơng cao do điện trở pin lớn, nhiệt độ cao dung l−ợng của pin thấp do tự phóng điện.
P− tự phóng
Zn + O2 + H2O → Zn(OH)2
MnO2 + H2O → MnOOH + O2.
VỊSản xuất ắc quy 1)Giới thiệu
Sự xắp xếp lỏ cực
Cực d−ơng: gồm s−ờn cực vμ bột cực. S−ờn cực có vai trũ giữ bột cực, bột đ−ợc chế tạo từ bột Pb, PbO2, H2SO4, H2O, sợi húa học
Cực õm: gồm có s−ờn cực,bột cực. Bột đ−ợc chế tạo từ bột Pb, PbO2, H2SO4, H2O, sợi húa học, BaSO4, NH4SO4, phụ gia
Lỏ cỏch: cú vai trũ ko cho chập cực d−ơng vμ cực âm, giữ cho bột cực ko bị rơị có thể đ−ợc lμm từ sợi thủy tinh, giấy, nhựa Polyme xốp (để cho chất phóng điện đi qua)
Điện dịch: dựng axit H2SO4 có nồng độ 30% (d~1,22) vỡ nồng độ nμy dung dịch có điện trở thấp.
3) Cơ chế phóng nạp
Khi nạp điện thỡ ở trờn cực õm sẽ khử PbSO4 thμnh Pb, cực d−ơng oxy hóa PbSO4 thμnh PbO2
(-) PbSO4 – 2e = Pb + SO22—
(+) PbSO4 + 2H2O +2e = PbO2 + H2SO4 + 2H+
Khi phóng điện thỡ xảy ra quỏ trỡnh ng−ợc lại với quá trỡnh nạp
Cực õm xảy ra quỏ trỡnh oxy húa Pb thμnh PbSO4, cực d−ơng khử PbO2 thμnh PbSO4
(-) Pb + SO22— -2e = PbSO4
(+)PbO2 + H2SO4 + 2H+ +2e = PbSO4
Phản ứng phóng nạp điện tổng quát: Pb + PbO2 + H2SO4 ←⎯→⎯n,p
2PbSO4 + 2H2O
Khi ắc quy sử dụng thời gian dμi thỡ PbSO4 thay đổi cấu trúc nên ko tham gia phản ứng phóng điện.
Khi phóng điện sẽ lμm nũng độ H2SO4 giảm , khi nạp thỡ nồng độ axit nμy lại tăng. quá trỡnh sử dụng sẽ bay hơi n−ớc(đối với ắc quy hở) nên chúng ta phải bổ xung thêm n−ớc cất định kỳ.