Номер 4, страница 223 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

4. Приведите примеры использования электролиза.

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

• Электрометаллургия — получение и очистка металлов

  Это одна из важнейших областей применения электролиза. С его помощью получают металлы, которые трудно или невозможно получить другими способами, а также проводят их очистку до высокой степени чистоты.

  • Получение активных металлов: Алюминий, натрий, магний, кальций, калий получают исключительно электролизом расплавов их солей или оксидов. Например, мировое производство алюминия основано на электролизе раствора оксида алюминия ($Al_2O_3$) в расплавленном криолите ($Na_3AlF_6$) при температуре около $950 \degree C$.
  • Электрорафинирование (очистка) металлов: Этот метод используется для получения металлов высокой чистоты, например, меди. Черновая медь служит анодом в ванне с раствором сульфата меди ($CuSO_4$). При пропускании тока анод растворяется, ионы меди переходят в раствор, а на катоде осаждается химически чистая медь ($99.99\%$). Примеси либо остаются на аноде (в виде шлама), либо растворяются, не осаждаясь на катоде.

• Получение химических веществ

  Электролиз является основой для промышленного производства многих важных неорганических и органических веществ.

  • Производство хлора, водорода и гидроксида натрия (каустической соды): Электролиз водного раствора поваренной соли ($NaCl$) — один из самых крупнотоннажных химических процессов. В результате на аноде выделяется хлор ($Cl_2$), на катоде — водород ($H_2$), а в растворе накапливается гидроксид натрия ($NaOH$). Суммарное уравнение реакции: $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$.
  • Получение фтора: Фтор — самый химически активный элемент, и его можно получить только электролизом. Процесс ведут в расплаве гидрофторида калия ($KHF_2$).
  • Получение водорода и кислорода: Электролиз воды (часто подкисленной или подщелоченной для увеличения электропроводности) позволяет получать очень чистые водород и кислород. Этот метод особенно важен для получения водорода для топливных элементов и в качестве экологически чистого топлива.

• Гальванотехника — нанесение металлических покрытий

  Гальванотехника объединяет два процесса: гальваностегию и гальванопластику.

  • Гальваностегия: Это процесс нанесения тонкого слоя одного металла на поверхность другого для защиты от коррозии (например, цинкование, никелирование, хромирование стальных изделий) или в декоративных целях (позолота, серебрение). Изделие, которое нужно покрыть, служит катодом в электролитической ванне, содержащей соль металла покрытия.
  • Гальванопластика: Это процесс получения точных металлических копий предметов. Металл осаждается на рельефной поверхности (форме, матрице), которая затем удаляется. Таким способом изготавливают печатные платы, клише для типографии, матрицы для грампластинок и компакт-дисков, сложные полые детали.

• Защита металлов и обработка поверхностей

  • Анодирование: Это процесс создания прочной оксидной плёнки на поверхности металла (чаще всего алюминия и его сплавов) путем его анодной поляризации в проводящей среде. Анодированный слой значительно повышает коррозионную стойкость, износостойкость и служит хорошей основой для окрашивания.
  • Электрохимическая полировка: Процесс, обратный гальваностегии, при котором с поверхности металлического изделия снимается тонкий слой металла, что приводит к её сглаживанию и приданию зеркального блеска.

• Другие применения

  • Очистка воды: Электролиз используется для обеззараживания воды (электрохлорирование) и для удаления из неё ионов тяжелых металлов (электрокоагуляция).
  • Химический анализ: Электрогравиметрический анализ позволяет определять содержание металла в растворе по массе осадка, выделившегося на катоде при электролизе.

Ответ: Примеры использования электролиза включают: 1) электрометаллургию (производство алюминия, натрия; рафинирование меди); 2) получение химических веществ (хлор, щелочи, водород, фтор); 3) гальванотехнику (нанесение защитных и декоративных покрытий — хромирование, позолота); 4) создание точных металлических копий (гальванопластика); 5) защиту металлов от коррозии (анодирование алюминия); 6) очистку и обеззараживание воды.