Темы докладов, страница 312 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Технические применения электролиза.

Электролиз — это совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. Это явление нашло широкое применение в различных отраслях промышленности и техники.

Электрометаллургия

Это область металлургии, занимающаяся получением и рафинированием (очисткой) металлов с помощью электролиза.
Получение металлов: Электролизом расплавов солей или оксидов получают наиболее активные металлы, которые трудно или невозможно восстановить другими способами. Например, алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия $Al_2O_3$ в расплавленном криолите $Na_3AlF_6$. На катоде восстанавливается алюминий: $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$. На аноде окисляются кислородсодержащие ионы. Также электролизом получают натрий, калий, магний, кальций из расплавов их солей (чаще всего хлоридов).
Рафинирование металлов: Этот метод используется для получения металлов высокой чистоты. Например, при рафинировании меди пластины из неочищенной (черновой) меди служат анодом, а тонкие листы из чистой меди — катодом. Электролитом является раствор сульфата меди ($CuSO_4$). При прохождении тока анод растворяется: $Cu - 2e^- \rightarrow Cu^{2+}$. Примеси, более активные, чем медь (например, цинк, железо), также переходят в раствор в виде ионов, но не восстанавливаются на катоде при правильном подборе напряжения. Менее активные примеси (золото, серебро, платина) оседают на дно ванны в виде шлама. На катоде осаждается чистая медь: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$.

Ответ: В электрометаллургии электролиз применяется для промышленного получения активных металлов (алюминий, натрий, магний) и для очистки (рафинирования) менее активных металлов (медь, никель).

Гальванотехника

Это раздел прикладной электрохимии, занимающийся нанесением металлических покрытий на поверхность изделий. Гальванотехника делится на гальваностегию и гальванопластику.
Гальваностегия: Это процесс нанесения тонкого слоя одного металла на поверхность другого для защиты от коррозии, придания декоративного вида или изменения поверхностных свойств (например, твердости). Изделие, которое нужно покрыть, служит катодом. Анодом может быть пластина из металла, которым покрывают изделие, или инертный (нерастворимый) анод. Электролитом является раствор соли металла покрытия. Примеры: хромирование, никелирование, цинкование, позолота, серебрение деталей.
Гальванопластика: Это процесс получения точных металлических копий предметов. С предмета снимают слепок (матрицу) из воска, гипса или пластика. Поверхность слепка делают электропроводной, покрывая ее графитовым порошком, и погружают в электролитическую ванну в качестве катода. В процессе электролиза на матрице осаждается толстый слой металла (например, меди). После достижения нужной толщины металлическую копию отделяют от матрицы. Этим методом изготавливают печатные платы, клише для полиграфии, ювелирные изделия и скульптуры.

Ответ: Гальванотехника использует электролиз для нанесения защитных и декоративных металлических покрытий на изделия (гальваностегия) и для создания точных металлических копий различных предметов (гальванопластика).

Получение химических веществ

Электролиз является важным промышленным методом синтеза многих неорганических и органических веществ.
Производство хлора, водорода и гидроксида натрия: Электролиз водного раствора поваренной соли ($NaCl$) — один из самых крупнотоннажных электрохимических процессов. На катоде выделяется водород, а в прикатодной области накапливается гидроксид натрия ($NaOH$): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$. На аноде выделяется хлор: $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$. Суммарное уравнение: $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$. Эти три продукта имеют огромное значение в химической промышленности.
Получение водорода и кислорода: Электролиз воды (подкисленной или подщелоченной для увеличения электропроводности) используется для получения химически чистых водорода и кислорода. На катоде выделяется водород ($2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-$), а на аноде — кислород ($2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 + 4H^+$).
Получение других веществ: Электролизом получают фтор, перманганат калия ($KMnO_4$), диоксид марганца ($MnO_2$) для химических источников тока и многие другие соединения.

Ответ: С помощью электролиза в промышленных масштабах получают такие важные химические продукты, как хлор, щелочи (гидроксид натрия), водород, кислород, фтор и другие неорганические и органические соединения.

Другие технические применения

Электролиз также используется в ряде других специфических областей.
Анодирование: Это процесс создания защитной оксидной пленки на поверхности металлов, чаще всего алюминия и его сплавов. Изделие служит анодом в электролитической ванне (обычно с раствором серной кислоты). В процессе электролиза на его поверхности образуется прочная и толстая оксидная пленка, которая защищает металл от коррозии и может быть окрашена.
Электрохимическая обработка: Используется для обработки очень твердых металлов и сплавов. Деталь является анодом и растворяется под действием тока, принимая форму катода-инструмента. Этот метод позволяет создавать детали сложной формы.
Очистка сточных вод: Электролиз (электрокоагуляция, электрофлотация) применяется для удаления из промышленных стоков ионов тяжелых металлов, органических загрязнителей и других вредных примесей.

Ответ: К прочим техническим применениям электролиза относятся создание защитных оксидных пленок на металлах (анодирование), размерная обработка металлов, а также очистка сточных вод от вредных примесей.