57. Взаимодействие металлов с кислотами и щелочами

Во всех трёх типах сред ОВР с металлами идут одинаково. Me → Meⁿ⁺+ ne; 2H⁺ + 2e → H₂. Окислитель – катион водорода. Среды различаются по концентрации в них H⁺: в р-рах сильных кислотах [H⁺]=1моль/литр, а в воде и щелочах [H⁺]≤10^-7моль/литр. Процесс может протекать самопроизвольно, если Δϕ>0, т.е. ϕ_H2|2H+-ϕ_{Me|Me n+}> 0 В растворах кислот металлы могут восстанавливать водород металлы с потенциалом <0. В воде необходимо установить окислительно-восстановительный потенциал водорода. Концентрация [H⁺] в чистой воде при 25^о составляет 10^-7 моль/литр. Тогда ϕ_h2|2h+= -- 0,413В, т.е. Ме с ϕ < --0,413B могут восстанавливать водород из воды. В щелочных растворах [H⁺] зависит от концентрации щелочи. Так, в 1М растворе NaOH [H⁺] = [H][OH]/[OH] = 10^-14моль/литр, а ϕ_h2|2h+=0,059lg10^-14=--0,826B, но пользоваться стандартными потенциалами для Ме нельзя, т.к. образуется более сложный ион вида [Me(OH)_n]^-k. Также следует отметить, что даже из Ме, способных восстанавливать водород, не все смогут это сделать самопроизвольно или вообще. Например, металл может окружать нерастворимая оксидная плёнка (как, например, TiO₂). Такие металлы будут восстанавливать водород только если есть возможность разрушить оксидную плёнку. Также Ме при реакции с раствором кислоты (Pb+H₂SO₄) могут образовывать нерастворимую плёнку, которая прекратит реакцию. Необходимо отметить, что при взаимодействии Ме с азотной кислотой продуктами реакции будут соль азотной кислоты, вода и оксид азота/азот, т.к. такой путь реакции более энергетически выигрышен.

59. Применение электролиза в промышленности.

Электроэкстракция является электролитическим способом выделения металла из раствора. В этом случае руда или концентрат подвергается гидрометаллургической обработке ( выщелачиванию) с помощью определенных растворителей, которые растворяют минералы, содержащие металл, или весь продукт целиком. Раствор, содержащий извлекаемый металл, после очистки от примесей направляют на электролиз с нерастворимыми анодами. Металл выделяется на катоде, а отработанный электролит, как правило, вновь направляют на выщелачивание. Катодный металл, как и в случае электролитического рафинирования, представляет собой конечный продукт высокой чистоты. Электролитическое рафинирование, представляющее собой электролиз водных растворов или солевых расплавов, позволяет получать металлы высокой чистоты. Cостоит в анодном растворении очищаемых металлов и осаждении на катоде чистых металлов в результате приобретения ионами основного металла электронов внешней цепи. Разделение металлов под действием электролиза возможно вследствие различия электрохимических потенциалов примесей и основного металла. Например, нормальный электродный потенциал Cu относительно водородного электрода сравнения, принятого за нуль, + 0,346, у Au и Ag эта величина имеет большее положительное значение, a y Ni, Fe, Zn, Mn, Pb, Sn, Co нормальный электродный потенциал отрицателен. При электролизе медь осаждается на катоде, благородные металлы, не растворяясь, оседают на дно электролитной ванны в виде шлама, а металлы, обладающие отрицательным электродным потенциалом, накапливаются в электролите, который периодически очищают. Гальваностегия. Для предохранения металлов от окисления, а также для прида­ния изделиям прочности и лучшего внешнего вида их покрывают тонким слоем благородных металлов (золото, серебро) или малоокисляющимися металлами (хром, никель). Предмет, подлежащий гальваническому покрытию, тщательно очищают, полируют и обезжиривают, после чего погружают в качестве катода в гальваническую ванну. Электролитом является раствор соли металла, которым осуществляется покрытие. Анодом служит пластина из того же металла. Электролитом служит водный раствор вещества, содержащего никель (напри­мер, сернокислый никель NiS04), катодом является предмет, подвергающийся покрытию. Для равномерного покрытия предмета его помещают между двумя анодными пластинами. После покрытия предмет выни­мают из ванны, сушат и полируют. Гальванопластика. Для получения копий с металлических предметов (монет, медалей, барельефов и т. п.) делают слепки из какого-нибудь пластичного материала (например, воска). Для придания слепку электропроводимости его покрывают графитовой пылью, погружают в ванну в качестве катода и получают на нем слой металла нужной толщины. Затем путем нагревания удаляют воск.