WICZENIE NR 4
ELEKTROCHEMICZNE OTRZYMYWANIE MnO2
W przemyle ogniw galwanicznych dwutlenek manganu znajduje bardzo szerokie zastosowanie jako depolaryzator. Do tego celu mona stosowa zarówno naturalny jak i sztucznie przygotowany dwutlenek manganu. Stosowanie aktywowanego MnO2 prawie dwukrotnie zwiksza pojemno amperogodzinow ogniwa w porównaniu z naturalnym MnO2. Równolegle z metod chemiczn otrzymywania aktywowanego MnO2 opracowano metod elektrochemiczn, która polega na anodowym utlenianiu manganu dwuwartociowego.
Elektrolizie poddaje si roztwór siarczanu manganawego w kwasie siarkowym, zawierajcy w litrze 300 - 350 g MnSO4 i 180 - 200 g H2SO4. Proces powstawania MnO2 moe by wyraony nastpujcym równaniem sumarycznym:
MnSO4 + 2 H2O 
MnO2 + H2SO4 + H2
Mechanizm powstawania MnO2 moe by róny w zalenoci od kwasowoci rodowiska. W roztworze wodnym pomidzy jonami dwu -, trój - i czterowartociowymi Mn ustala si równowaga:
2 Mn+3 
Mn+2 + Mn+4
Potencjay normalne dla procesów:
Mn+2 
Mn+3 + e
Mn+3 
Mn+4 + e
wnosz odpowiednio + 1.511 V i + 1.642 V. Warto potencjau procesu:
Mn+2 
Mn+4 + 2e
powinna znajdowa si pomidzy wartociami 1.511 i 1.642 V. Wzajemny stosunek tych potencjaów wskazuje, e na anodzie powinien najatwiej przebiega proces powstawania jonów Mn+3. Istotnie w silnie kwanych roztworach mona otrzyma jony Mn+4 w wikszych ilociach dopiero wówczas, gdy wszystkie jony Mn+2 zostan utlenione do Mn+3, wtedy dopiero nastpuje (przy wyszym potencjale) utlenianie jonów Mn+3 do Mn+4.
W roztworach sabo kwanych powstawanie MnO2 moe przebiega inaczej, a mianowicie w wyniku hydrolizy zwizków manganu czterowartociowego.
Mn(SO4)2 + 2 H2O 
MnO2 + 2 H2SO4
Hydroliza zachodzi bardzo atwo nawet w rodowisku kwanym. Dziki tworzeniu si nierozpuszczalnego dwutlenku manganu i usuwaniu go ze rodowiska reakcji równowaga przesuwa si w prawo i MnO2 powstaje z pominiciem poredniego tworzenia si Mn+3.
Zalenie od kwasowoci roztworu zmienia si wydajno prdowa MnO2. W roztworach silnie kwanych, gdy hydroliza Mn+4 jest nieznaczna, straty prdu nastpuj gównie z powodu redukcji katodowej jonów Mn+3 i Mn+4, poniewa stenie ich jest wtedy wysze ni w roztworach sabo kwanych. Straty wskutek redukcji na katodzie mog siga 25 % i wicej. Przy maej kwasowoci w wyniku hydrolizy Mn+4 na anodzie powstaje luny osad MnO2, który obnia nadnapicie tlenu i utrudnia dostp jonów Mn+2. Stenie kwasu w czasie elektrolizy wzrasta, a stenie jonów Mn+2 maleje.
Cel wiczenia
Zapoznanie si z elektrochemiczn metod otrzymywania aktywnego dwutlenku manganu. Okrelenie wydajnoci prdowej procesu oraz wpywu zanieczyszcze jonami elaza.
Przebieg wiczenia
Kpiel - MnSO4 + H2SO4
Anody - blacha oowiana
Katoda - blacha oowiana lub paeczki grafitowe
Ia = 500 A/m2
Ik = 1000 - 2000 A/m2
t = 1 h
otrzyma MnO2 z kpieli o rónych temperaturach,
wagowo okreli ciar otrzymanego osadu MnO2,
obliczy wydajno prdow dla obu procesów,
przeprowadzi elektroliz z kpieli zanieczyszczonej jonami elaza, okreli wydajno procesu,
opisa przebieg wiczenia, przedyskutowa wyniki.
Literatura
Wadysaw Rek - „Elektrochemia techniczna”, Wyd. PP. Pozna 1990 r.
Wyszukiwarka