Studencka Pracownia Elektrochemiczna

6b Elektrochemiczne otrzymywanie chloranów(VII)

KClO₄ jak i NH₄ClO₄ są stosowane w pirotechnice i do produkcji materiałów wybuchowych. KClO₄ stosuje się również jako odczynnik utleniający w stałych paliwach rakietowych. Jony ClO₄^- tworzą się przez anodowe utlenianie jonów ClO₃^-. W taki sposób otrzymuje się NaClO₄, ponieważ NaClO₃ jest lepiej rozpuszczalny w wodzie niż KClO₃.

Reakcja anodowa:

z potencjałem opisanym równaniem Nersta

który jest tylko trochę niższy od potencjału reakcji tworzenia tlenu

Badania dotyczące wydajności tego procesu wykazały, że trzeba:

1) stosować anodę z polerowanej platyny, aby uniknąć wydzielania się tlenu

2) pracować (z tego samego powodu) przy dużej gęstości prądowej

3) ustalić pH około 7. Wyższe pH faworyzuje wydzielanie tlenu, niższe prowadziłoby do redukcji katodowej jonów ClO₄^-.

4) unikać śladowych nawet ilości chlorków. Jeśli jony Cl^­ są obecne w roztworze to one właśnie utleniają się na elektrodzie. Z tego powodu chlorany(VII) otrzymuje się z chloranów(V) wstępnie oczyszczonych i przekrystalizowanych.

5) ustalić temperaturę między 30 a 40^oC. Taka wartość jest wynikiem kompromisu: podwyższenie

6) pracować (w przeciwieństwie do innych produkcji elektrochemicznych) w systemie nieciągłym, tak aby utrzymać duże stężenie ClO₃^- w elektrolizerze. Stwierdzono bowiem, że wydajność znacznie spada ze zmniejszeniem się stężenia ClO₃^- .

Reakcje katodowe. Na katodzie wydziela się wodór. Jeśli roztwór zawiera K₂CrO₄ ani chlorany(V) ani chlorany(VII) nie są redukowane.

Wykonanie ćwiczenia

Porównamy dla tego samego zużycia energii wydajności otrzymanego chloranu(VII) w zależności od kwasowości elektrolitu.

Warunki prowadzenia procesu

Naczyńko: zlewka o poj. 250 cm³

Anoda: płytka platynowa 5x3 cm (A=30 cm³)

Katoda: siatka żelazna otaczająca anodę

Elektrolit:

200 cm³ r-ru zawierającego 350g NaClO₃ na litr nasyconego KClO₄ (nasycenie roztworu chloranem(VII) ma na celu unikniecie błędu w obliczeniach wydajności w trakcie końcowego wytrącania KClO₄).

pH =3 (za pomocą H₂SO₄)

Temperatura: ze względu bezpieczeństwa pracujemy w temperaturze niższej (15-20^oC) niż to jest praktykowane w przemyśle.

Gęstość prądu anodowego: 20 A/dm² lub i=6A

Czas trwania elektrolizy: 60 min

Oznaczanie wytworzonego KClO₄.

Po zakończonej elektrolizie (w tej samej zlewce) przeprowadzamy NaClO₄ w słabo rozpuszczalny KClO₄ (rozpuszczalność 1.1 g/100g H₂O).

W tym celu należy dodać do zlewki z elektrolitem 50 cm³ roztworu nasyconego KCl i KClO₄. Zamieszać i poczekać aż wydzieli się krystaliczny osad. Przesączyć osad przez tygiel z porowatym dnem. Do przemywania używać nasyconego r-ru KClO₄. Po wysuszeniu tygla z osadem (60^oC) zważyć osad.

Wyniki

1) masa otrzymanego KClO₄ m =

2) ilość moli otrzymanego KClO₄ n = m/106.5

3) Ładunek elektryczny Q = i t , Q = 10 A ^. 3600 s

4) teoretyczna liczba moli KClO₄ przy 100% wydajności n_t = Q/F ,

m = (10 A ^. 3600 s)/ 96500C

5) wydajność w = n / n_t

6) wyjaśnić czym może być spowodowane obniżenie wydajności poniżej 100%.

---