khái niệm chung về kỹ thuật điện hóa

PHẦN I. CÔNG NGHỆ ĐIỆN HÓA Chương 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KỸ THUẬT ĐIỆN HÓA I.1. Một số khái niệm : Điện hóa là tên gọi một lĩnh vực trong hóa học nghiên cứu về mối liên hệ giữa các quá trình hóa học và dòng điện. Một phản ứng hóa học xảy ra khi có dòng điện chạy qua, hay qua phản ứng hóa học có một hiệu điện thế, đây là những quá trình điện hóa. Trong các quá trình này luôn tồn tại đồng thời hai hiện tượng: ôxi hóa và ôxi hóa khử (phản ứng ôxi hóa khử) Điện hóa học là khoa học nghiên cứu sự chuyển hóa tương hỗ giữa hóa năng và điện năng, tức là nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa phản ứng hóa học và dòng điện. Việc nghiên cứu sự chuyển hóa tương hỗ giữa hai dạng năng lượng được phát triển từ lâu và ngày càng có nhiều ứng dụng rộng rãi, hữu ích trong đời sống và trong công nghiệp. Khi nghiên cứu đến các quá trình điện hóa, thường hay gặp các đại lượng sau đây : Điện thế : ( V, mV) Điện thế điện cực, điện thế điểm không tích điện Điện thế oxy hóa khử Điện thế thoát kim loại, điện thế phóng điện Phân cực Quá thế Dòng điện, mật độ dòng điện : (A,mA ; am2, mAcm2 Alit ) Dòng A nốt; dòng Ca tốt; Mật độ dòng anôt ; mật độ dòng catốt Mật độ dòng thể tích ( Alit) Chất điện ly : Thành phần chất điện ly Anolic – dung dich ở vùng anôt; Catolic Dung dịch vùng catốt Dung lượng, Hiệu suất dòng Điện cực trong kỹ thuật điện hóa : Điện cực anôt ; điện cực phụ, điện cực làm việc Điện cực catôt Điện cực so sánh ; Điện cực so sánh điều khiển Quá thế Quá thế là hiện tượng khi đặt vào điện cực một hiệu điện thế bằng thế điện cực nhưng không xãy ra quá trình điện phân mà cần một hiệu điện thế cao hơn. Phân cực Điện trở phân cực Thụ động, hoạt động. Đương lượng điện hóa Định luật Faraday Định luật 1 Khối lượng chất thoát ra tỉ lệ với điện lượng qua bình điện phân. m = k.Q Trong đó, k là đương lượng điện hóa; về giá trị của nó bằng khối lượng chất thoát ra ở điện cực khi có một đơn vị điện lượng đi qua bình điện phân. Q là điện lượng có thể tính bằng đơn vị Faraday (F), 1F = 96.500 C = 26,8 A.h Định luật 2 Những điện lượng như nhau đi qua bình điện phân làm thoát ra cùng một số đương lượng gam chất. Cứ 1F điện lượng đi qua bình điện phân thoát ra 1 đương lượng gam chất bất kỳ. Thay Q = I.t và Đ = An thì biểu thức toán học của định luật là m = (A.I.t)(n.F) Trong đó, I cường độ dòng điện (Ampe); t là thời gian (giây), F = 96500 Coulomb. I.2. Một số ứng dụng kỹ thuật điện hóa I.2.1. Tách và tinh luyện kim loại bằng điện phân Tinh luyện Zn, Tinh luyện Đồng Tinh luyện Zn bằng điện phân Luyện Zn thông dụng nhất là điện phân dung dịch ZnSO4. Sản phẩm Zn thu được có thể đạt 99,99%. Phản ứng ở cathode, kết tủa Zn: Zn2+ + 2e → Zn Oxi thoát ra trên điện cực không tan: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Do quá thế của H2 trên Zn rất cao nên Zn có thể kết tủa trong môi trường acid với hiệu suất rất cao. Thế khử của Zn+ âm hơn điện thế khử của H+. Có mặt các tạp chất khác, chúng sẽ kết tủa đồng thời với Zn. Trên cathode, có những vị trí có quá thế hiđro thấp. Tinh luyện Zn bằng điện phân Quá trình thoát hiđro xảy ra mạnh, đồng thời với hòa tan Zn đã được kết tủa (theo cơ chế pin cục bộ). Các tạp chất như Cu, Bi, Ge và Sb không chỉ làm giảm hiệu suất dòng mà còn ngăn không cho Zn kết tủa. Vì vậy mục đích xử lý quặng Zn để tạo ra dung dịch kẽm sunfat không có tạp chất ảnh hưởng không tốt đến phản ứng cathode. Tinh luyện Zn bằng điện phân.