Rezolvari Examen Chimie Electrotehnica

1. Disocierea electrolitica, clasificarea electrolitilor, exemple.

2. Disocierea electroliilor slabi, legea diluiei, legea lui Ostwald.

3. Disocierea apei

4. Conductivitatea electrica

5. Electrozi de speta I

6. Electrodul de hidrogen7. Electrodul de oxigen8. Electrodul de clor9. Acumulatorul acid cu plumb

10. Electroliza soluiei apoase de clorur de sodiu

11. Electroliza apei

12. Electroliza topiturii de clorur de sodiu (Celula Downs)

13. Legile electrolizei ale lui Faraday

14. Clasificarea pilelor electrochimice, pila Weston

15. .Pile de concentraie16. Pile uscate17. Pile de combustie

18. Pila Daniel-Jacobi

19. Pila Volta

20. Acumulatorul acid cu plumb

21. Electrorafinarea i electroplacarea

22. Fabricarea aluminiului prin electroliza

23. Ordinea desfurrii reaciilor la electrozi24. Clasificarea coroziunii

25. Definiia i cauzele de apariie a coroziunii

26. Coroziunea cu depolarizare de hidrogen

27. Coroziunea cu depolarizare de oxigen28. Coroziunea in crevasa

29. Coroziunea galvanica

30. Coroziunea in pitting

1. Dupa gradul de disociere, electrolitii se clasifica in electroliti tari si electroliti slabi. Electrolitul tare este o substanta care in slutie apoasa este disociata total in ioni. Electrolitii tari sunt acizii tari, bazele tari si sarurile.

Un electrolit slab este o substanta ale carei molecule aflate in solutie ionizeaza in proportie mica. Electrolitii slabi sunt acizii slabi si bazele slabe.

Electroliti slabi: H2PO4, Al(OH)3,H2S; Electroliti Tari: H2SO4; HCl ; NaOH; KOH ; KCL

2.Legea lui Ostwald: Kd=(-/(1-)

Disocierea electrolitilor slabi

HA=+;

Kd=Ka=][]/[HA];

;== *c;

[HA]=c(1- );

Kd= /(1- )

3.Disocierea apei:

H2O=+;

Kd=][]/[H2O];

;=[][]=;

pH=-lg[;

pOH=-lg[];

pH+pOH=14;

4.Conductivitatea electrica:Proprietatea unui electrolil de a conduce curentul electric se numeste conductibilitatea electrica, iar fenomenul asociat se numerste conductivitatea. Prin analogie cu un conductor electric rezistenta unei coloane de electroli de lungime l si suprafata S situate intre doi conductor identici se determina folosind legea lui ohm :

E=i*R ; R= *l/S

Conductivitatea depinde de concetratia electrolitului =f(c)

5. Un ansamblu care conine n contact direct un conductor electronic i un conductor ionic este numit electrod. Electrozii de spea I sunt construii dintr-un metal imersat ntr-o soluie care conine o sare solubil a acestuia (aa cum s-a vzut mai sus). n funcie de rolul avut n pila galvanic, catod sau anod, un astfel de electrod este reprezentat n forma Me+z(aq) Me, sau Me Me+z(aq). n timpul generrii curentului electric, la anod are loc preponderent reacia de oxidare, iar la catod are loc preponderent reacia de reducere.

Electrozii de spea a II - a sunt construii dintr-un metal acoperit cu un compus puin solubil al acestuia (sare, oxid, hidroxid etc.) imersat ntr-o soluie care conine un anion comun cu compusul greu solubil. Astfel de electrozi sunt reprezentai simbolic fie n forma A-n MexAy, Me cnd sunt catozi, fie n forma Me, MexAy A-n cnd sunt anozi

6.Electrozii de gaz:Se obtin prin introducere unei placi de platina intr-o solutie de activitatea cunoscuta in care se barboteaza un gaz la presiunea de 1 atm. (O2,Cl2)

7.Electrozii de hydrogen:Se obtin prin introducerea unei placi de platina intro solutie bazica de activitate () in care se barboteaza la presiunea de 1 atm hydrogen.((Pt)H2/H+ ; (Pt)H2/HCl);

8.Electrozii de oxygen:Se obtine prin introducerea unei placi de platina intr-o solutie bazica de activitate in care se barboteaza oxygen la presiunea de 1 atm.((Pt) O2/HO- ;(Pt) O2/NaOH )

9.Electrozii de clor:Se obtine prin introducerea unei place de platina intro solutie bazica de activitatea in care se barboteaza clor la presiunea de 1 atm. (Pt) Cl2/Cl-; (Pt) Cl2/HCL

10.Acumulatoru acid cu Pb:

-Eo pila secundara reversibila;

-Cel mai cunoskut accumulator acid;

(-)Pb/H2SO4/PbO2(+);

Anod : Pb->+2e;

;+->PbSO4;

+=PbSO4 + 2e;

Catod:PbO2+4+2e->+2H2O;

.+->PbSO4;

.PbO2+++2e->PbSO4+2H2O;

Generala

Pb+ PbO2++->2PbSO4+2H2O;

In timpul procesului de incarcare reactiile ce au loc sunt :

PbSO4 +2H2O->PbO2+++2e; (anod);

PbSO4+2e->+;

Reactiile secundare ce pot aparea sun reactii de autodescarcare .Scaderea capacitatii acumulatorului se poate produce datorita sulfatariii,(imbatriniirii PbSO4,granulele de PbSO4 devin mari si nu se mai pot reduce formind Pb sau oxide ptru a forma PbO

11. Electroliza apei

la un electrod se degaja H2->sol din jurul electrodului devine bazicit

la celalalt electrod se degaja O2->sol din jurul electrodului devine acidit

A(+) H20->1/2O2+2H+2e-

C(-) 2H2O+2e--> 2HO-+2H2

Acidit sau bazidit se poate pune in evidenta cu un indicator numit Bromtiol albastru (bazic)

-galben (acid)

Reactia totala:

3H2O-> Y2O2+H2+2H++2HO-=Y2O2+H2+2H2O

H2O->Y2O2+H2

12. Electroliza topiturii de clorur de sodiu (Celula Downs)

-avem un recipient pt electrolit unde sunt imersati electrozii de obicei. Constituiti din grafit sau alt tip de electrod inert conectati la o sursa de curent.

-NaCl-solida nu conduce c.el. (ionii vibreaza in pozitii fixe si nu sunt liberi in structura cristalului)

-NaCl topita f. bun conductor electric

A(+) 2Cl- -> Cl2+2e-

C(-) 2Na+ +2e- -> 2Na

2Cl- + 2Na-> Cl2+2Na

2NaCl-> Cl2+2Na

-reactioneaza nu e spontana (se desfasoara datorita c.el. impus de s. ext)

-fluxul de e- trece de la anod la catod (+->-)

-anodul e pozitiv iar catodul negativ

-in industrie, celulele, trebuie construite astfel incat Na produs la catod sa nu intre in contact cu Cl format la anod (reactie f rapida si violenta -> se formeaza NaCl)

-celula industriala de obtinere a Na se numeste celula Downs

13.Legile electrolizei lui Farraday

Intr-un proces de electroliza , cantitatea de substanta formata la electrozi e diret proportionala cu cantitatea de electricitate consumata

m=Qxk=kIT

k=echivalent electrochimic

Pt a obtine un echivalent gram dintr-o substanta trebuie sa fie o cantitate de electricitate egala cu 96500 As=F(constanta lui Farraday)

La trecerea unei cantitati egale de electricitate prin doua sol de electrolit diferite , cantitatea de substanta transformata la electrozi sunt d.p. cu echivalentul chimic (E) care reprezinta raportul dintre A/z.

1/F=k/E=k/A k=A/zF m=A/zF.I.T

Pt a calcula cantitatea de electricitate se introduce in circuitul de electroliza o celula de electroliza cu randamentul (n|=100%) numita Coulometru n|=Qteoretica/Qpractica

14.Clasificarea pilelor electrochimice

-pile reversibile

-pile ireversibile

cel mai cunoscut tip de pila reversibila este pila daniel-jacobi

Dupa natura reactiei de descarcare pilele pot fi chimice sau de concentratie;

cele chimice pot fi simple sau complexe, iar cele de concentratie pot fi cu transport sua fara transport

Pilele chimice sunt pilele in care reactia de descarcare e o r de concentratie

-simple alcatuite dintr-un singur electrolit si 2 electrozi, unul reversibil in raport cu catiomul, celalalt cu aniomul. Ex.:pila O2-H2, pila Wetson

-complexe- alc din 2 electroliti (sol de electrolit) si 2 electrozi, ambii reversibili in raport cu catiomul.

Pila Weston:

lantul electrochimic e alcatuit din: (-) amalgam de cadmiu in solutie de CdSo4

(+) Hg2So4, Hg

(-) amalgam de Cd/CdSO4sol/Hg2SO4, Hg(+)

A(-) Cd->Cd2+ + 2e-

C(+) HgSO4 + 2e- -> 2Hg+SO4 2-

=>Cd+HgSO4 -> 2Hg + Cd2+ +SO4 2-

15. Pilele de concentratie

-in aceste pile se folosesc electrozi echivalenti dpdv al prop fizice, chimice si a reactiei ce are loc la electrozi

2 tipuri : cu transport si fara transport

Pile cu transport sunt pilele in care are loc transportul ionilor prin limita de separare a celor 2 electroliti

Limita de separare e constituita dintr-o diafragma poroasa

Ex.: (-)Cu/CuSO4(0,1M)//CuSO4(1M)/Cu(+)

A(-) Cu-> Cu2+ +2e-

C(+) Cu2++2e- -> Cu

solutie diluata (conc Cu2+ creste) sau concentrata (conc Cu2+ scade) => cand conc devin egale se atinge echilibrul

E=Ec + RT/2F ln (Csol conc / C sol diluata) = 0,03V

Pile de concetratie fara transport in aceste pile se elimina limita de separare a celor doi electroliti prin folosirea unui singur electrolit

electrozii pot fi: de gaz sau de amalgam

Pila de H2 -> Pt,H2(p1)/HCl/H2(p2), Pt(t) p1>p2

A(-) H2 -> 2H+ +2e

C(+) 2H+ + 2e -> H2 p2

H2(p1) -> H2(p2)

E=E0+RT/2F ln(p1/p2)

Pila cu amalgam de Cd

A(-) Cd -> Cd2+ +2e-

C(+) Cd2+ + 2e- -> Cd c(2)

Cd c(1)->Cd c(2)

E=E0 + RT/2F ln(C1/C2)

Pile uscate

-prima pila uscata a fost construita in 1866 de George L. (banala baterie)

-invelisul ext e din Zn, in interior un cilindru de grafit, iar ca electrolit se fol un amestec de clorura de amoniu, clorura de zinc si dioxid de mangan + material poros de umplere.

-intre zinc si electrolit se pune o hartie

A(-) Zn -> Zn 2+2e-

C(+) 2HN4+ +2e- -> 2NH3 + H2

Zn+2NH4+ -> Zn2+ + 2NH3 + H2

H2+MnO2-> 2MnO(OH)

Zn2+ +NH3 -> [Zn(NH3)4]2+

E gen de aceste pile = 1,6V

Pile alcaline uscate

-se inlocuieste electrolitul cu o solutie alcalina de KOH, iar recipientul de Zn e poros la interior marindu-se suprafata de reactie a anodului , durata de viata a pilelor e mai mare

(-)Zn/ KOH/MnO2 (+)

A(-)Zn+2HO- -> Zn(OH)2 + 2e-

C(+) MnO2 + 2e- -> Mn(OH) +2HO-

Zn+2MnO2 + 2H2O -> Zn(OH)2 + 2MnO(OH)

17. Pile de combustie

-celulele galvanice in care unul dintre electrozi e un compus tipic traditional. Pile de combustie O2( H2.

-in pila de combustie, reactantii sunt permanent alimentati in produsi de reactie evacuati

(-) C1H2 /KOH/O2 , C (+)

P(-) H2+2HO- ( 2H2O + 2e-

C(+) O + H2O +2e- ( 2HO-

---------------------------------------

H2+ O2 ( H2O

Reactia de ardere a H2 in O2. Arderea unsa nu are loc, iar energia e transformata in energie electrica.

18. Pila Daniel-Jacobi

-una dintre cele mai cunoscute pile reversibile

(-) Zn / Zn SO4 (a1) // CuSO4 (a2) / Cu (+)

A(-) Zn ( Zn 2+ + 2e-

C(+) Cu 2+ +2e- ( Cu

----------------------------------

Zn + Cu2+ ( Zn 2+ + Cu

E= 3C-3A (3=epsilon)

19. Pila Volta-a fost prima pila construita

(-) Zn / H2SO4 / Cn (+)

Zn 2+ + 2e-(A(-) Zn

C (+) 2H+ H2(+ 2e-

------------------------------

ZnSO4 + H2(Zn + H2SO4

P(-) Cu2+(Cu +2e-

C(+) 2H+ +2e- ( H2

-------------------------------

Cu2+(Cu + 2H+ + H2 - pila e ireversibila

20. Acumulatorul acid cu Pb e o pila secundara (reversibila)

cel mai cunoscut accumulator acid (intalnit la autoturisme)

(-) Pb / H2SO4 / PbO2 (+)

A(-) Pb ( Pb 2+ +2e-

Pb2+ +SO42- ( PbSO4

--------------------------------

Pb + SO42- ( PbSO4 +2e-

C(+) PbO2 + 4H+ +2e- ( Pb2+ + 2H2O

Pb2+ + SO42- ( PbSO4

-----------------------------------------------

PbO2 + 4H+ + SO42- +2e- ( PbSO4 + 2H2O

Pb+PbO2 + 4H+ + 2SO42- ==== (desc/incarc) 2PbSO4 + 2 H2O

In procesul de incarcare, procesele ce au loc sunt :

A(-) : PbSO4 + 2H2O ( PbO2 + 4H+ + SO42- +2e-

C(+) : PbSO4 + 2e- ( Pb + SO42-

Reactile secundare ce pot sa apara sunt reactiile de autodescarcare . Scaderea capacitatii acumulatorului se poate produce datorita sulfatarii

Sulfatarea = imbatranirea PbSO4

(Granulele de PbSO4, devin mari si nu se mai pot reduce formand Pb sau oxida pentru a forma PbO)

Intensitatea a H2SO4 variaza de la 1,23 la 1,9 g/cm3

Clasificarea coroziunilor:

1.dupa natura agentului coroziv

a) coroziune umeda-implica prezenta unui lichid sau a umezelii

b) uscata- de obicei coroziunea in gaze la temp inalte

2. dupa aspectul exterior al metalului corodat

a) uniforma-consta intr-un atac coroziv cu aceeasi viteza pe toata suprafata metalului

b) localizata se formeaza zone limitate de atac coroziv, restul suprafetei metalului ramanand intanca

3. dupa mecanismul de desfasurare a procesului de coroziune

a)coroziunea chimica apare la contactul unui metal cu un agent chimic in stare gazoasa sau lichida producand o reactive chimica. Acest tip de coroziune nu este insotit de generare de current electric.

b) cor. biochimica se datoreaza actiunii microorganismelor care folosesc metalul ca mediu de cultura. Acest tip de coroz. Este intotdeauna insotit de alte forme de coroziune.

c) coroz. Electrochimica- cea mai imp. Forma de coroziune si apare atunci cand un metal intra in contact cu unu mediu cu conductivitate electrica. Conductivitate principal consta in transferul de sarcina ce are loc la limita de faza metal-electrolit. Cor. electrochimica este defapt un process redox ce se desfasoara la interfata metal-solutie in trasferul de electroni prin metal si de ioni prin solutie. Viteza de coroziune si tipul de atac coroziv depasind de natura metalului dar si de natura mediului.

Coroziunea metalelor reprezinta procesul de distrugere fizico-chimica spontana si ireversibila a acestora in urma intereactiei chimice, biochimice si electrochimice cu mediul inconjurator.

Cauzele coroziunii: Faptul ca majoritatea metalelor se gasesc in natura sub forma de combinatii este dovada clara a trecerii lor din starea metalica ce este caracterizata de un continut energetic ridicat, intr-o stare cu continut energetic scazut. Scaderea energiei este o masura a gradului de reactive al metalului cu mediul si este exprimata in termini termodinamici prin variatia de entalpie libera. CAUZA principala a coroziunii o constituie instabilitatea termodinamica a metalului fata de o forma exidata a sa in aceleasi conditii.

Coroziunea cu depolarizare de H2- in acest tip are loc degajarea unui vol de H rezultat la contactul unui metal sau aliaj cu mediul.

Coroziunea cu depolarizare de O- acest tip nu poate avea loc deacat daca in react e implicat si un dizolvat in mediul coroziv

Coroziunea in crevasa: un urma ei, se prod o adancitura (crevasa) intre met si st protector in care patrunde md. coroziv. Contactul dintre metal si str. pasiv protector nu e perfect si are loc patrunderea md. coroziv. Volumul crevasei e f mic a.i. are loc acumularea prod de coroziune deoarece difuzia lor e limitata, ce conduce la modif, Ph md coroziv din crevasa. O infl imp o are si cocentr O in int si ext crevasei. Refacere filmului de oxid din int crevasei consuma O si pt ca difuzia lui din restul vol de md coroziv e slaba, are loc scaderea concentr. de O in crevasa. Suprafata met din int crevasei devine cu potential negative-zona anodica(active)care se dizolva, restul supraf met funct ca si zona catodica(pasiva). Pt a preveni acest tip de coroz tb ca supraf met sa fie mentinuta la un potential destul de nobil, a.i. met sa se gaseasca intr-o stare pasiva stabila.

Coroziunea in Pitting: acest tip consta in atac localizat pe supraf mici dar pe adancimi mari-perforarea pieselor metalice. Coroziunea in P apare numai pe met passive de tip Fe, Al, NI, Fe-Cr care prez straturi protectoare cu defecte, imperfectiuni, impuritati. Orice neuniformitate a str protector conduce la aparitia de pile locale de coroziune. Pe supraf met apar mici zone anodice in care se corodeaza , in timp ce restul supraf fct ca zona catodica. Coroz in P are 3 etape: 1. Initierea pitturilor, 2. Propagarea adancirii pitturilor, 3. Intreruperea adancirii pitturilor

Coroziunea galvanica este cea mai intalnita coroz localiz apare cand intr-un med coroziv sunt introduce 2 metale care sunt in contact direct sau legate printr-un conductor electric- cuplu galvanic. Cand in med coroziv e un met (M1) si in contact cu el un met (M2) mai active, are loc accelerarea proc de dizolv anodica a met M2. Cei mai imp fact care influent coroz galvanica sunt: rap supraf C-A, nat si Ph med coroziv, concert. depolarizanti catodici, caract statice/dinamice ale med. coroziv.

Ordinea de desfasurarea a reactilor la electrozin depinde de potentialele standard si seria Volta. La catod ionul metallic se reduce cu atat mai repede cu cat pot sau standard este mai +.

Fabricarea Al.- Desi este al3-lea elem ca raspandire in scoarta terestra pana in 1866 era unul dintre cele mai scumpe si mai rare metale. In 1866 un americat Martin Hall si un francez Paul Heroult, in mod independent au pus la punct procedeul de fabricare a aluminiului prin electroliza oxidului de Al, in amestec cu criolit la 1000C folosind electrozi de grafit. Oxidul de AL pur nu poate fi folosit deoarece temp lui de topire este de 2045C. Nu poate face nici electroliza sol apoase ce contin ioni de Al deoarece la catod nu s-ar reduce cationul de Al si apa.

Una din aplicatiile electrolizei cu anozi activi (care se consuma in decursul electrolizei) este electrorafinarea. Aceasta metoda este utilizata in procesul de obtinere a cuprului de mare puritate si pentru recuperarea metalelor pretioase. De fapt, rafinarea electrolitica reprezinta ultima etapa in metalurgia cuprului.

Electroplacarea consta in aplicarea unui start fin, ornamental si protector al unui metal pe altul. Este o tehnica comuna utilizata pentru a imbunatati aparenta si durabilitatea unor obiecte metalice. De exemplu aur si platinasunt aplicate pe bijuterii fabricate din materiale ieftine.