Для очистки коллоидных растворов от электролита применяют методы диализа и электродиализа. Первый метод зависит от скорости диффузии, а потому является довольно медленным. Значительно ускорить этот процесс можно, совместив диализ с электролизом, при этом кроме экономии времени достигается ещё и большая степень очистки. В этом случае применяют электродиализатор, т.е. трехкамерную ячейку, среднее пространство которой отделено от двух боковых камер электрохимически активными мембранами.
В боковые камеры помещают электроды, соединенные с источником постоянного тока, а мембраны размещают таким образом, чтобы заряд твердой фазы мембраны совпадал по знаку с зарядом соответствующего электрода (положительно заряженную мембрану ставят к аноду, а отрицательно заряженную – к катоду). Схема электродиализатора и происходящих в нем процессов приведена на рис. X.18.
Правая мембрана пропускает преимущественно катионы (т.е. она уводит ионы Na+ из средней камеры с коллоидным раствором и в тоже время не пропускает в эту камеру ионы OH– ). Левая мембрана напротив пропускает преимущественно анионы (поэтому она уводит из средней камеры ионы SO4– и не пускает туда ионы H+).
Электродиализ находит широкое применение прежде всего для очистки воды. При получении дистиллированной воды методом перегонки приходится испарять огромную массу воды для удаления ничтожно малой по весу части примесей. При электродиализе поступают наоборот и удаляют электролиты, не затрагивая массы воды. При этом оказалось, что расход энергии на электродиализ невской воды был в 16 раз меньше, чем расход на её дистилляцию.
Электродиализатор, применяющийся в данной работе, состоит из трех П – образных рамок из органического стекла, четырех резиновых прокладок, вырезанных по форме этих рамок, и двух сплошных крайних пластин. Две электрохимически активные мембраны вставляют между двумя парами резиновых прокладок, помещенными соответственно между 1 и 2-й, а также между 2 и 3-й П – образными рамками, следя за тем, чтобы заряд твердой фазы мембраны совпадал по знаку с зарядом соответствующего электрода. Катодом служит никелевая пластинка, анодом ― графитовый стержень. Среднюю камеру заполняют раствором, подлежащим очистке от электролита, в нашем случае – этот электролит KCl (его получают у преподавателя), боковые камеры заполняют дистиллированной водой. Перед заполнением средней камеры рабочим раствором определяют исходную концентрацию электролита методом титрования раствором 0,01 н. AgNO3 в присутствии индикатора K2CrO4 (метод Мора). Для титрования отбирают 5 мл исходного раствора и разбавляют его 15 мл дистиллированной воды. Найденную концентрацию проверяют у преподавателя. После сборки установки проверяют правильность подключения электродов у преподавателя, и подключают постоянный ток. Затем через каждые 15 минут отмечают показания амперметра и производят отбор проб из средней камеры с последующим их титрованием, точно так же, как и для исходного раствора.
Образец оформления протокола по лабораторной работе “Электродиализ”.
Выполнил студент …… группы …… курса
(Фамилия …….. имя………..)
Таблица 1. Результаты эксперимента
| Длительность электродиализа, час. | Сила тока I, А | Средняя сила тока ICP, А | Количество электричества Q, A*час | Концентрация раствора в средней камере, ммоль/л | ||||
| За время Δt | За всё время опыта | |||||||
| 0,04 | 0,01 | 0,01 | 15,6 | |||||
| 0,25 | 0,08 | 0,16 | 0,04 | 0,05 | 13,5 | |||
| 0,5 | 0,24 | 0,33 | 0,0825 | 0,1325 | 10,4 | |||
| 0,75 | 0,42 | 0,4 | 0,1 | 0,2325 | 7,0 | |||
| 0,37 | 0,225 | 0,0563 | 0,2888 | 3,6 | ||||
| 1,25 | 0,08 | 0,045 | 0,0113 | 0,3001 | 0,6 | |||
| 1,5 | 0,01 | 0,005 0,005 | 0,0013 | 0,3014 | 0,6 | |||
| 1,75 | 0,5 | |||||||
|
Рис. X.20. Зависимость концентрации раствора в средней камере от количества прошедшего электричества.
Кажущийся выход по току может быть вычислен на основании изменений концентрации электролита в средней камере и суммарного количества прошедшего электричества по формуле:
(Со – Скон)[ моль/л]*V[ л ]*96500 Кл
ηкаж = _______________________________________________________________
I [A]*[ c ]
Q = I [A]*t [ c ] - количество прошедшего электричества в А*c; V- объём раствора в л; Сo и Скон - концентрации иона до и после электродиализа в моль/л
Для данных приведенных в таблице №1 ηкаж = 40,3%
Лабораторная работа №5.
