Химия

8 класс

Сырой никель, содержащий 95,0 %

$Ni$ , 2,5 %

$Cu$ , 2,5 %

$Fe$ , подвергается электролитическому рафинированию. При осуществлении этого процесса пластина сырого никеля служит анодом, а пластина из тонкой стальной жести - катодом. Электролиз производится в электролизере, в котором анодное пространство отделено от катодного пористой диафрагмой. Катодное пространство заполнено раствором

$NiSO_4$ , концентрация которого в пересчете на никель равна

$60 г/дм^3$ , а также рядом других компонентов, содержащихся в малых концентрациях. Металлы, входящие в состав анода, окисляются на аноде и переходят в раствор, кислород при этом практически не выделяется. Раствор, заполняющий анодное пространство, непрерывно отводится из электролизера, так чтобы количество раствора в электролизере сохранялось неизменным. Выведенный из анодного пространства раствор, загрязненный ионами

$Cu^{2+}$ и

$Fe^{2+}$ , подвергается очистке и вновь вводится, теперь уже в катодное пространство в качестве питающего раствора. а. Напишите уравнения электродных процессов. Установите, какие ионы находятся в удаляемом из электролизера растворе. б. Объясните, почему из раствора электролита необходимо устранять посторонние ионы. в. Первый этап очистки раствора заключается в продувании воздуха через слегка подщелоченный раствор. После отделения осадка к раствору добавляют порошкообразный никель, затем после повторного фильтрования и легкого подкисления раствор направляют в катодное пространство. Напишите уравнения описанных химических реакций по очистке раствора, Какие компоненты (элементы) и в какой последовательности удаляют из раствора? г. Содержание

$Fe^{2+}$ в анодном растворе (в пересчете на железо) не превышает

$1 г/дм^3$ . Электролизер питают электрическим током силой 2,5 кА. Предполагая, что процессы анодного растворения металлов протекают со 100 %-ным выходом по току, вычислите минимально допустимую скорость течения раствора через электролизер (

$дм^3/мин$ ). Атомные массы принять для

$Ni$ - 58,7;

$Cu$ - 63,5;

$Fe$ - 55,8. д. Выход катодного процесса равен 98 %. Вычислите суточную продукцию электролизера (в килограммах чистого никеля).

Процессы анодного растворения (окисления) сырого никеля:

$Ni - 2e \rightarrow Ni^{2+}$ ,

$Cu - 2e \rightarrow Cu^{2+}$ ,

$Fe - 2e \rightarrow Fe^{2+}$ .

На аноде в небольшой степени происходит выделение кислорода, на катоде происходит восстановление ионов никеля (II)

$Ni^{2+} + 2e \rightarrow Ni$

и побочно идет выделение водорода

$2H_3O^{+} + 2e \rightarrow H_2 + 2H_2O$ .

Анодный раствор содержит ионы

$Ni^{2+}$ ,

$Fe^{2+}$ и

$Cu^{2+}$ . Медь расположена в ряду напряжений значительно левее, чем железо и никель, а никель и железо находятся рядом, поэтому в процессе электролиза все эти ионы разряжаются на катоде (медь практически количественно), загрязняя металлический никель.

Продувание воздуха через слабощелочной раствор вызывает окисление ионов

$Fe^{2+}$ до

$Fe^{3+}$ и осаждение

$Fe(OH)_3$