Номер 5, страница 23 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 7. Электрический ток в электролитах. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 5, страница 23.

5. Каково применение электролиза в технике?

Электролиз — это физико-химический процесс, заключающийся в выделении на электродах составных частей растворенных веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита. Этот процесс нашел широкое применение в различных отраслях техники и промышленности.

Электрометаллургия

Электрометаллургия — это область металлургии, занимающаяся получением и рафинированием (очисткой) металлов с помощью электролиза.

1. Получение металлов: Многие активные металлы, такие как алюминий, магний, натрий, калий и кальций, в промышленности получают исключительно электролизом расплавов их солей или оксидов. Например, алюминий производят электролизом раствора оксида алюминия ($Al_2O_3$) в расплавленном криолите ($Na_3AlF_6$) при температуре около $950 \text{°C}$.

2. Рафинирование металлов (электролитическая очистка): Этот метод используется для получения металлов высокой чистоты. Классическим примером является рафинирование меди. Неочищенная (черновая) медь используется в качестве анода, а тонкий лист чистой меди — в качестве катода. Электролитом служит раствор сульфата меди ($CuSO_4$). При пропускании тока анод растворяется, ионы меди ($Cu^{2+}$) переходят в раствор, а затем осаждаются на катоде в виде чистого металла. Примеси либо остаются в осадке (шламе), либо растворяются, но не осаждаются на катоде.

Ответ: В электрометаллургии электролиз применяется для промышленного получения активных металлов (алюминий, натрий, магний) и для рафинирования (очистки) металлов, таких как медь, до высокой степени чистоты.

Гальванотехника

Гальванотехника объединяет два процесса: гальваностегию и гальванопластику.

1. Гальваностегия (электропокрытие): Это процесс нанесения тонкого слоя одного металла на поверхность другого изделия для придания ему определенных свойств: защиты от коррозии (цинкование, никелирование, хромирование), повышения износостойкости, электропроводности или в декоративных целях (позолота, серебрение). Изделие, которое нужно покрыть, служит катодом, а пластина из металла покрытия — анодом. Оба электрода погружают в раствор соли металла, которым производится покрытие.

2. Гальванопластика: Это процесс получения точных металлических копий предметов путем осаждения металла на их поверхности (или на слепке с них). Сначала изготавливают модель (матрицу) из воска, пластика или другого материала, ее поверхность делают электропроводной (например, покрывают графитом), а затем в электролитической ванне на ней осаждают толстый слой металла. Этот метод используется для изготовления печатных форм, матриц для грампластинок и компакт-дисков, ювелирных изделий и сложных по форме деталей.

Ответ: В гальванотехнике электролиз используется для нанесения защитных и декоративных металлических покрытий на изделия (гальваностегия) и для создания точных металлических копий предметов (гальванопластика).

Получение химических веществ

Электролиз является важным промышленным методом синтеза многих химических соединений.

1. Производство хлора, щелочи и водорода: Электролиз водного раствора поваренной соли ($NaCl$) — один из самых крупнотоннажных промышленных процессов. В результате получают три ценных продукта: хлор ($Cl_2$) на аноде, гидроксид натрия ($NaOH$, или едкий натр) в прикатодной области и водород ($H_2$) на катоде.

2. Получение водорода и кислорода: Электролиз воды позволяет получать химически чистые водород и кислород. Этот процесс приобретает особое значение в контексте развития водородной энергетики, где водород рассматривается как экологически чистое топливо.

3. Синтез других веществ: С помощью электролиза получают фтор (электролизом расплава $KHF_2$), перманганат калия, хлораты, перхлораты и другие окислители.

Ответ: Электролиз используется для промышленного получения таких важных химических веществ, как хлор, гидроксид натрия, водород, кислород, фтор и различные окислители.

Другие применения

1. Электрохимическая обработка металлов (ЭХО): Метод формообразования деталей из токопроводящих материалов путем их анодного растворения в потоке электролита. Позволяет обрабатывать очень твердые сплавы и получать детали сложной формы без механического и термического воздействия.

2. Анодирование (анодное оксидирование): Процесс создания защитной оксидной пленки на поверхности металлов (чаще всего алюминия и его сплавов) путем электролиза. Анодированная поверхность обладает высокой коррозионной стойкостью и износостойкостью, а также может быть окрашена в различные цвета.

3. Очистка сточных вод: Электролитические методы (электрокоагуляция, электрофлотация) применяются для удаления из воды тяжелых металлов, органических загрязнителей и других примесей.

Ответ: К другим важным применениям электролиза в технике относятся размерная обработка металлов, создание защитных оксидных пленок (анодирование) и очистка сточных вод от вредных примесей.