Курсовая работа по металлургии на тему Построение диаграммы Пурбе (Е=f(pH)) для системы медь-вода

Вариант 2. Построение диаграммы Пурбе (Е=f(pH)) для системы медь-вода при наличии следующих фаз: 〖Cu〗_мет, [CuOH]^+, Cu(ОН)_2, [Cu(OH)_3 ]^-, [Cu(OH)_3 ]^(2-).

Введение

Электрометаллургией называется наука, которая изучает закономерности получения металлов с помощью электрического тока.
Теоретической основой электрометаллургии является электрохимия, рассматривающая закономерности взаимного превращения электрической и химической форм энергии. Электрохимия – часть химии, изучающая превращения веществ на границе раздела проводник электричества первого рода – проводник электричества второго рода, происходящее с участием свободных электронов. Металлы являются электронным проводником (проводником электричества первого рода). Ионы вещества служат ионным проводником (проводником электричества второго рода).
Электрохимия занимается изучением закономерностей, связанных с взаимным превращением химической и электрической форм энергии. Такое определение предмета основано на том, что в результате протекания химических реакций можно получить электрическую энергию. С другой стороны, затрачивая электрическую энергию от внешнего источника тока можно провести те же реакции, но в обратном направлении, т.е. осуществить химическое превращение. Электрохимия – строгая наука, устанавливающая количественные закономерности между химическими, поверхностными и электрическими свойствами различных систем. Особенности электрохимических реакций состоят в том, что эти реакции гетерогенны.
Кроме того, электрохимические реакции протекают не на любой гетерогенной границе, а на такой, где электронная проводимость электрического тока заменяется ионной проводимостью.
Главными направлениями совершенствования процессов получения металлов электрометаллургическими способами являются: создание и применение энергосберегающих технологических процессов, улучшение составов электролитов и повышение их электропроводности, интенсификация технологических режимов электролиза, автоматизация производства. Большое значение приобретает оптимизация технологических процессов для обеспечения минимума суммарных затрат, расхода электроэнергии, выпуска металла заданной степени чистоты. Все это требует исследований физико-химических и термодинамических свойств электролитов, изучения кинетики электродных процессов, механизма потерь металла при электролизе.


. 
Построение диаграммы

Процессы растворения металлов часто сопровождаются образованием оксидов и гидроксидов. Соответствующие электрохимические реакции зависят в основном от pH-среды и электродного потенциала. В связи с этим очень удобной формой представления условий, при которых термодинамически устойчивы те или иные формы (металл, его оксиды и гидроксиды), являются диаграммы Пурбе.
Диаграммы Пурбе построены для большинства металлов. На этих диаграммах в координатах потенциал– pH (Е=f(pH)) сплошными линиями показаны границы областей устойчивости металлов, ионов, оксидов и гидроксидов. Диаграмма Пурбе для систем медь–вода приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Диаграмма Пурбе для системы медь-вода

Каждая линия соответствует какому-либо равновесию, то есть условию ∆G=0.
Горизонтальные линии (то есть линии, параллельные оси pH) отображают термодинамические равновесия реакций, в которых участвуют электроны, но не участвуют ионы водорода или гидроксила.
Вертикальные линии (параллельные оси потенциалов) соответствуют термодинамическим равновесиям реакций, в которых водород и гидроксил участвуют, но не участвуют электроны.