- •Херсонский национальный технический университет к афедра экологии и бжд
- •Цель работы
- •2. Теоретическая часть
- •Электрические эквиваленты некоторых ионов
- •2.2. Вычисления в электрохимических процессах
- •Экспериментальная часть
- •3.1. Описание экспериментальной установки
- •3.2. Порядок проведения работы
- •4. Составление отчета
- •5. Контрольные вопросы
- •6. Техника безопасности
- •7. Материальное обеспечение
- •Варианты для выполнения работы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
Херсонский национальный технический университет к афедра экологии и бжд
Рег №5/881-08.12.09
«ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»
Методические указания к проведению
лабораторной работы №3
«ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»
Херсон 2010
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Общая химическая технология»
Составил ст. преподаватель Кузнецов С.И., количество страниц 17.
Рецензент:
Утверждено на заседании кафедры Экологии и БЖД протокол №1 от 03.09.08 р.
Зав. кафедры Михайлик В.Д.
Цель работы
1. Ознакомиться с теоретическими основами электрохимических процессов.
2. Ознакомиться с методами защиты черных металлов от коррозии.
3. Осуществить на практике гальваническое покрытие (никелирование) образца из черного металла.
4. Рассчитать основные технико-экономические показатели процесса никелирования.
2. Теоретическая часть
Для защиты от коррозии широко применяют покрытия черных металлов цинком, медью, никелем и другими металлами. Металлические покрытия получают различными способами.
Горячий способ осуществляется кратковременным погружением изделия в расплавленный металл, в результате чего на изделии остается пленка защитного металла.
Термомеханический способ основан на совместной горячей прокатке защищаемого и защищающего металла (биметаллы).
Способ распыления (металлизация) заключается в распылении расплавленного металла по поверхности защищаемого изделия при помощи воздуха или инертного газа.
Электрохимический способ - покрытие черных металлов тонкими пленками цветных металлов для защиты от коррозии и придания изделиям красивого вида (декоративные покрытия).
Электрохимическими называются такие процессы, в которых химические реакции протекают под действием постоянного электрического тока. Они имеют ряд преимуществ перед другими методами защиты металлов: упрощается технологический процесс, более полно используется сырье и энергия, достигается хорошее качество покрытия. К недостаткам электрохимического способа следует отнести сравнительно большой расход электроэнергии. Электрохимические (гальванические) покрытия обычно получают осаждением на изделия цветного металла при электролизе водных растворов соответствующих солей. При этом покрываемое изделие служит катодом, на котором осаждаются катионы металла тонким, ровным и, как правило, блестящим слоем. Источником покрывающего металла может быть пластина из него, служащая анодом, которая растворяется в электролите. Применяют также аноды, нерастворимые в электролите, добавляя в ванну раствор соли покрывающего металла по мере расхода последнего.
Большим преимуществом гальванического метода нанесения покрытий является легкость регулировки процесса в отношении толщины осаждаемого металла, а также отсутствие нагрева и, следовательно, изменения структуры металла изделия и возможной его деформации. Гальванические покрытия обладают блеском и поэтому часто применяются в качестве декоративных. Как правило, они недостаточно плотны для полной защиты металлов от агрессивных жидкостей: ионы растворов проникают в поры покрытия и вызывают коррозию.
Различают анодные и катодные покрытия. Если электродный потенциал покрывающего металла меньше защищаемого (т.е. металл более, электроотрицателен), то покрытие будет анодным и при взаимодействии электролита растворяет покрывающий металл.
По отношению к стали анодным является цинковое покрытие. Покрытия медью, хромом, никелем, оловом, свинцом будут катодными.
Для получения плотного и красивого металлического покрытия необходима хорошая подготовка покрываемой поверхности, поэтому ее тщательно готовят к покрытию. Сначала с поверхности удаляют окалину, ржавчину, заусеницы и устраняют другие неровности, а затем шлифуют на наждачных кругах проволочных щеток. Для полного удаления окислов с поверхности металла широко применяют травление слабыми растворами серной или соляной кислот. Масла и другие жиры удаляют обработкой разбавленными растворами щелочей и органическими растворителями: керосином, бензином, дихлорэтаном и др.
Гальваническое хромирование и никелирование - одно из наиболее распространенных покрытий. Хром и никель устойчивы во влажной атмосфере и длительное время сохраняют блеск, так как пассивирующая пленка, образующаяся на поверхности, обладает высокой прозрачностью, предохраняет от быстрого окисления и поэтому даже в условиях высокой температуры (800°С) защищает стальные изделия.
Защитно-декоративному хромированию и никелированию подвергаются стальные, медные, латунные, алюминиевые изделия.
Осаждения хрома производится из электролита, содержащего в качестве основного компонента не соль хрома, как в большинстве других гальванических процессов, а хромовый ангидрид CrО3.
Для осаждения хрома в защитно-декоративных целях применяет электролит следующего состава и оптимальные условия:
Cr03 250 г/дм3
H2SO4 2,5 г/дм3
При никелировании в качестве электролита используется раствор NiSO4. Блестящие хромовые и никелевые покрытия могут быть получены непосредственно из электролита только при условии осаждения их на полированной поверхности. Толщина покрытия составляет 10-15 мк. Процессы хромирования и никелирования проводят при катодной плотности тока 1-10 А/дм2 и при 20-500С.
2.1. Основные закономерности электрохимических процессов
В основе электрохимических процессов лежат законы Фарадея.
Первый закон Фарадея. Количество вещества, выделяющееся на электродах, прямо пропорционально количеству прошедшего через электролит электричества.
Второй закон Фарадея. Одно и тоже количество электричества выделяет у электродов различные вещества в количествах, пропорциональных их химическим эквивалентам (эквивалентным массам), причем для выделения одного грамм-эквивалента любого вещества требуется пропустить 96500 Кл или 26,8 А·ч электричества.
Теоретическое количество вещества (г), выделяющееся на электродах, рассчитывают по уравнению, объединяющему оба закона Фарадея:
, (1)
где Е - электрохимический эквивалент, г/А·ч;
– сила тока, А;
Т – время электролиза, ч.
Электрохимический эквивалент показывает, какое количество вещества должно выделяться на электроде при прохождении 1 A·ч электричества.
Электрохимический эквивалент вещества определяют по формуле
, (2)
где А- атомная масса вещества;
F - число Фарадея;
n - валентность осаждаемого металла.
Число Фарадея (или постоянная Фарадея) F = 96500 Кл или А·ч
Электрохимические эквиваленты некоторых ионов приведены в табл. 1.
Важными параметрами электрохимического процесса являются выход по току и коэффициент использования электричества.
Выход по току - это отношение массы вещества, осажденного на изделия практически в результате затраты определенного количества электричества, к массе вещества, которое должно было бы выделиться теоретически в соответствии с законами Фарадея:
(3)
где - масса вещества, осажденного фактически при электролизе (определяются путем взвешивания образца до и после покрытия), г;
– масса вещества, которая должна выделиться теоретически по законам Фарадея, г.
Таблица 1