Электролизді өнеркәсіпте қолдану. Химия, 11 сынып, презентация.

Электролит балқымасы немесе ерітіндісі арқылы тұрақты электр тогын өткізгенде электродтарда жүретін Тотығу-тотықсыздану реакциялары ЭЛЕКТРОЛИЗ деп аталды

Электролиз дегеніміз не?

Ерітінді электролизі барысындағы анодтық өзгерістер

Тапсырма №1. Натрий гидроксидінің балқыма және ерітінді электролиз сызбанұсқасын құрыңыздар. Ссылкамен кіріп тапсырманы орындаңыздар.

Пайдалы химикаттар өндірісіндегі электролиз:

11.2.3.4 металдарды электролизбен алу әдісін түсіндіру;

NaCl, KCl, СuCl2, СuSO4

Тапсырма №2.

Берілген электролиттердің ерітінді Электролизінің сызбанұсқасын

құрастырыңыздар

Электролиз әдісі арқылы мыс, хлор және натрий гидроксидін қалай алуға болады?

Дескрипторлар:

Электролиттердің диссоциация теңдеулерін құрастырады

Катодта жүретін жартылай реакция теңдеуін құрастырады

Анодта жүретін жартылай реакция теңдеуін құрастырады

Тотығу/тотықсыздану процестерін анықтайды

Молекулалық теңдеуін заттардың агрегаттық күйлерін көрсете отырып құрастырады

Дұрыс жауабы арқылы өзін-өзі бағалау

натрий хлориді ерітіндісінің электролизі

NaCl ерітіндісінің электролизі

Диссоциация: NaCl ⇋ Na+ + Cl-

Катод: 2Н2О + 2е = Н 0 2 + 2ОН-

Анод: 2Сl- = Cl02 + 2e

Жалпы:

2NaCl(с.е.)+2H2O(с) =H2(г) +Cl2 (г) +2NaOH (с.е.)

KCl ерітіндісінің электролизі

Диссоциация: KCl ⇋ K+ + Cl-

Катод: 2Н2О + 2е = Н02 + 2ОН-

Анод: 2Cl- = Cl02 + 2e

Электролиз:

2KCl + 2Н2О (с) = H2 + Cl2 + 2KOH

калий хлориді ерітіндісінің электролизі

(с.е.)

Диссоциация: CuCl2 ⇋ Cu2+ + 2Cl-

Катод: Сu2+ + 2e = Cu0

Анод: 2Сl- = Cl02 + 2e

жалпы: CuCl2 (с.е.) = Cu (қ) + Cl2 (г)

Мыс (II) хлориді ерітіндісінің электролизі

CuSO4 ерітіндісінің электролизі

Диссоциация: CuSO4 ⇋ Cu2+ + SO42-

Катод: Cu2+ + 2e = Cu0 2

Анод: 2Н2О = О02 + 4Н+ + 4е 1

электролиз:

2CuSO4(с.е.) + 2Н2О (с)=2Cu(қ) +О2(г) +2H2SO4

Мыс (II) сульфаты ерітіндісінің электролизі

Хлор және натрий гидроксидін өндіру

Шикізат – ас тұзы (натрий хлориді)

Электролизёр (ванна) корпусы катодты және  анодты  бөлікке асбесттен жасалған диафрагма арқылы бөлінген, ол катодтың қасында орналасқан.

Анодты бөлімде графит аноды орналасқан.

Электролиз схемасы:

1 —катод, 2 —асбест диафрагма,

3 — катодтық бөлім, 4 — графитті анод,

5 — анодтық бөлім

Алюминий өндірісінің технологиясы 4 бөліктен тұрады

Фторлы тұздар мен

криолит өндірісі

Глинозем

(алюминий оксиді)

өндірісі

Электролиздік

алюминий

өндірісі

Көмір бұйымдарының

өндірісі

1

4

3

2

Алюминий өндірісі тарихынан

1825 жыл – Эрстед – химиялық әдіспен алюминийді бөліп алу

Al2O3 + 3C + 3Cl2 2AlCl3 +3СО

AlCl3 + 3K (Hg)  Al + Hg + 3KCl

Алюминий өндірісі тарихынан

1855 жыл – Сент-Клер Девиль – жаңа технологиялық химиялық әдіспен алюминийді бөліп алу

Al2O3 + 3C + 3Cl2  2AlCl3 + 3СО

AlCl3 + NaCl + 3Na  Al + 4NaCl

Алюминий өндірісі тарихынан

1886 жыл – Ч. Холл (США) және П. Эру (Франция) –алюминий алудың электролиттік жолы - электролиз криолитті-глинозём балқымасы:

6-8% Al2O3, 92-94% Na3AlF6

Қазіргі таңда Холл-Эру процесі алюминийді бөліп алудағы негізгі әдістердің бірі болып саналады. Анодта коксты немесе графитті электрод қолданылады. Бұл әдіс өте көп электрэнергиясын қажет ететіндіктен ХХ ғасырда ғана қолданыла бастады.

1000 кг қара алюминий алу үшін 1920 кг глинозём, 65 кг криолит, 35 кг алюминий фториді , 600 кг анодты графит электроды және 17 МВт·ч электроэнергия (~61 ГДж) қажет.

Алюминий өндірісіне қажет шикізат

Криолит Na3AlF6, Tбалқу= 10110 С

AlF3(ерітінді) + 3NaF(ерітінді)  Na3AlF6

2Al(OH)3 + 3Na2CO3 + 12HF  2Na3AlF6 + 9H2O + 3CO2

AlF3

-Al2O3 -глинозём, Tбалқу= 20440 С

Глиноземды алуға қажетті шикізаттар:

Глиноземды алу

Al2O3 : SiO2 > 6-7 –Байер әдісі (дымқыл сілтілі)

Al(OH)3 + NaOH ([Na3Al(OH)6] ) 

[Na3Al(OH)6]  Al(OH)3  Al2O3

225-2300C, автоклав

сұйылту

12000C

Al2O3 : SiO2 < 6-7 – құрғақ сілтілі әдіс – 1250-13000 C температурада әктас және соданы біріктіреді, одан кейін сулы сілтілі әдіс қолданылады

Тапсырма №3.

Бейнекөріністерді көріңіз, алған мәліметтерді №4 тапсырманы орындауда қолданыңыз

Алюминийдің конвертерлік өндірісі

https://bilimland.kz/kk/subject/ximiya/10-synyp/shojyn-men-bolat-ondirisi-alyuminij-ondirisi?mid=029ad5f6-9d5a-11e9-be78-49d30a05e051

Алюминий өндірісі

https://twig-bilim.kz/film/extraction-of-aluminium-5742/

Алюминий өндірісіне қажет шикізат

Қазіргі заманғы электролит құрамы:

75-90% Na3AlF6

5-12% AlF3

2-10% CaF2

1-10% Al2O3

Na3[AlF6] 3 Na+ + 2 F- + AlF4-

Диссоциация: Al2O3 Al3+ + O2-

Катод: Al3+ + 3 e Al0 3 4

Анод: 2 O2- O2 + 4e 4 3

4Al3+ + 6O2- 4Al0 + 3O2

Бөлінген оттегі газы көміртегі анодымен реакцияға түсіп, көмірқышқыл газын түзеді:

C(қ) + O2(г) → CO2(г)

Анодтар жанып кетеді, сондықтан жиі ауыстырылуы қажет.

Алюминий оксидінің балқыма электролизі

Na3[AlF6] 3 Na+ + 2 F- + AlF4-

Al2O3 AlO+ + AlO2-

AlO2- Al3+ + 2 O2-

AlO+ Al3+ + O2-

Катод: Al3+ + 3 e Al0

Анод: 2 O2- O2 + 4e

диссоциация

Al2O3

Бөлінген оттегі газы көміртегі анодымен реакцияға түсіп, көмірқышқыл газын түзеді:

C(қ) + O2(г) → CO2(г)

Анодтар жанып кетеді, сондықтан жиі ауыстырылуы қажет.

Алюминий оксидінің балқыма электролизі

Алюминий оксидінің балқыма электролизі

Жоғары температурада (900 0С) балқытқанда диссоциацияға ұшырайды

Бөлінген оттегі газы көміртегі анодымен реакцияға түсіп, көмірқышқыл газын түзеді:

C(қ) + O2(г) → CO2(г)

Анодтар жанып кетеді, сондықтан жиі ауыстырылуы қажет.

Электролиз көрсеткіштері:

Тоқ тығыздығы

анодта j = 0,7-0,9 А/см2

катодта j = 0,4-0,5 А/см2

Тоқ күші I = 100-250 кА

Кернеу U = 4,2 – 4,5 В

Астауша өнімділігі – 550 – 1200 кг/тәулігіне

Aluminium Oxide

What type of compound (ionic, metallic or covalent) is aluminium oxide?

Ionic (metal and non-metal)

Why does it have to be kept molten (melted)?

Ionic compounds can only conduct electricity when melted or dissolved because this allowed the ions to move and carry a charge.

Electrolysis of Aluminium

The aluminium ion has a charge of 3+. Does it gain or lose electrons at the cathode? How many?

Aluminium gains 3 electrons (3e-)

The oxygen has a charge of 2-. Does it gain or lose electrons at the anode? How many?

Oxygen loses 2 electrons (2e-)

Negative Electrode (Cathode)

Positive Electrode (Anode)

Al3+

Al3+

Al3+

Al

Al

Al

O2-

O2-

O

O

Electrolysis of Aluminium

Қазақстандағы алюминий өндірісі

Акционерлік қоғам «Қазақстан алюминийі» — бұрынғы Павлодар алюминий заводы– глиназем өндірісінен әлем бойынша алғашқы ондыққа кіреді

 Айет бокситті кен орны және  Амангелді бокситті ауданы өнеркәсіптің негізгі шикізат базасы болып табылады.

Алюминий құймасы. Формаға құю арқылы өнім жасау, кремний/мыс/магний қосу. Автобөлшектер, авиақозғалтқыш, көлік дискілерін жасау.

Прокат. Алюминий созылымдылығы арқасында 9м тік төртбұрыш кесек жасау. Қақтама/жұқалтыр, сусын банкалары, автобөлшектер жасау.

Экструзия. Арнайы пішін алу үшін металды тесу. Көзілдірік ілдірігі, телефон корпусы, ұшақ фюзеляжы, ғарыш кемесін жасау.

Қайта құю. Алюминий коррозияға ұшырамайды, қайта қолдану мүмкіндігі бар.

Алюминий оксидінің электролизі енгізілмегенде, алюминийді алу үшін мына әдіс қолданылуы мүмкін еді:

6Na(қ) + Al2 O3 (қ) → 2Al(қ) + 3Na2 O(қ)

Не себепті бұл әдіс қымбат болады?

Таза натрийді тек электролиз арқылы алуға болады. Сондықтан ол қымбат металл болар еді. Сонымен қатар, реакцияның жүруі үшін жоғары температура қажет. Себебі алюминий оксиді өте жоғары температурада балқиды.

Алюминий – өте белсенді металл.

Не себепті алюминий жұқалтырын тағамдарды орау үшін және тамақ дайындайтын ыдыс жасау үшін қолдануға болады?

Алюминийдің беті өте жұқа, тығыз алюминий оксидінің қабатынан тұрады. Ол кедергі рөлін атқарып, ауа мен судың алюминийдің ішкі қабаттарына енуіне жол бермейді. Сол себепті алюминий белсенділік қатарындағы орнына сай белсенді бола алмайды.

Тапсырма №4. Мәтінмен танысыңыз.

Бейнекөріністерден алған ақпараттарыңызды және мәтіндегі ақпараттарды қолдана отырып,

таратпа материалда берілген тапсырмаларды орындаңыз

Рефлексия

1. Бүгінгі сабақтан қандай жаңа ақпарат алдыңыз?

2. Сабақта нені өзгерткіңіз келеді?

3. Не түсініксіз болды?

4. Не пайдалы болды?