Мыс ерітіндісінен мысты бөліп алу процессін зерттеу

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Алматы облысы

Еңбекшіқазақ аудандық білім бөлімінің

«Рахат ауылдық округі №1 орта мектебі»

коммуналдық мемлекеттік мекемесі

Ғылыми жоба:

«Мыс купросынан

мыс алу процессін зерттеу және осы әдістеді радиоқалдықтардан бағалы металдарды бөліп алу үшін пайдалану»

Дайындаған: 9«А» сынып оқушылары

Искакбай Бексултан Мұхтарұлы

Бақатай Жанель Ерқанатқызы

Ғылыми Жетекшісі:

Химия ғылымдарының магистірі,

химия пәні мұғалімі Нұртай Ерназар

2017-2018 оқу жылы

Мазмұны:

Кіріспе . . . 1

І. Әдеби шолу . . . 1-3

II. Тәжірибелік бөлім . . . 4-16

2. 1 Электролитты дайындау

2. 2 Катод массасының концентрацияға тәуелді өзгерісі

2. 3 Мыс сульфаты ерітіндісінің сілтілік гидролизі

ІІІ. Қорытынды . . . 17

Ұсыныстар . . . 18

Пайдаланған әдебиеттер . . . 19

«Рахат ауылдық округі №1 орта мектебі»

коммуналдық мемлекеттік мекемесі 9 «А» сынып оқушысы Исқақбай Бексұлтан Мұхтарұлы, 8 «Б» сынып Бақатай Жанель Ерқанатқызының

" Мыс купросынан

мыс алу процессін зерттеу және осы әдістерді радиоқалдықтардан бағалы металдарды бөліп алу үшін пайдалану ” деген тақырыпта жазылған ғылыми жобасына

Пікір

Қазіргі кезде электролиз әдісімен өндірісте көптеген таза металдар алынады. Шаруашылықтың барлық салаларында және өндірісте электролиз барлық жақты қолданылады. Бұл жұмыста оқушылар осы маңызды тақырыпты алып, электролиз процессін зерттеп, Электролиздің түсті металлургияда қолданылуы металдардың рафинирлеуі, радиоэлектронды қалдықтардан бағалы металдарды бөліп алу үшін электролиз әдісін пайдаланып жасаған жұмыстары өте тамаша, алда бірлесе жұмыс жасап, бағыт-бағдар беріп бұданда жақсы нәтіиже шығатынына сенемін.

Ғылыми жоба тақырыптың мазмұнын ашуға арналған кіріспе, 3 тараудан тұратын негізгі бөлім, қорытынды және пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Оларда электролиздың бүгінгі жай - күйі жан-жақты қарастырылған. Жобада оқушы деңгейіне сай жұмыстар, оқушы қолымен жасалынған. Нәтіижелер нақты әрі дәлелмен келтірілген. Сондықтан мен бұл жобаны барлық сұранымдарға жауап беретін ізденіс әрекетінің жемісі ретінде бағалап, оны облыстық, республикалық жарыстарға ұсынуға әбден лайық деп санаймын.

Пікір беруші: Ы. Алтынсарин атындағы

орта мектеп коммуналдық мемелекеттік

мекемесінің биология пәнінің мұғалімі

Станбекова Б. Л

Аннотация

Бұл ғылыми жұмыста, оқушы өз қолымен электролиз жүргізуге арналған аппаратты құрастырады әрі сол құрылғының көмегімен, электролиз процесстерін бақылауды үйреніп, көне электротехниканың құрамындағы бағалы металдарды бөліп алады. Оқушыны осы арқылы теориялық білімді практикамен ұштастыра отырып, ғылымға деген қызығушылығын арттырады, ғылымға жол бастайды.

Annotation

In this investigation work pupil builds his own electrolytic device, and with this device will study the process of electrolysis and obtaining gold metal from E-WASTE . Theoretical concepts where they are used and will go to start on scienes.

Аннотация

В этой статье ученик строит свой собственный электролизный аппарат с помощью этого устройства, изучает контроль процессов электролиза и распределяет драгоценные металлы в электротехнике. Теоретические знания в сочетании с практикой повышают интерес к науке и ведут к науке.

Зерттеу мақсаты:

Зерттеу мақсаты:
Электролиз жүргізуге арналған, қарапайым әрі қолайлы құрылғы құрастыру. Оны практикада пайдаланып, мыс купросынан мысты алу процесі кезіндегі РН мәні мен концентрацияның өзгерісін зерттеу . Электролиз процесін зерттеу арқылы, Электролиз әдісін басқа әдістермен қоса пайдаланып, радиодеталдардан алтын, күміс, платина секілді бағалы металдарды бөліп алу. бағалы металдарды ескі электротехникалық құрылғылардың қалдығынан бөлу .
Міндеттері:

Электролиз аппаратын құрастыру.
Мыс ерітіндісінен мысты бөліп алу процессін зерттеу.
Ескі электротехникадан бағалы металдарды бөліп алу.

Зерттеу орны : Мектеп лабораторясы (№1 Рахат орта мектебі, Сатпаев орта мектебі)

Ғылыми болжамы:Мыс купросынан судағы ертіндісінің РН мәні бірқалыпты азаяды, ерітіндідегі мыс иондарының концентрациясының артқан сайын шығым уақытқа байланысты бір қалыпты өзгереді. Радиоэлектронды қалдықтардан бағалы металдарды бөліп алуға болады.

Зерттеу кезеңдері:

І. Кіріспе. Электролиз жүргізу құрылғысы туралы мәліметтер жинау, мыс купросын алу жағдайларын талдау, бағалы металдарды бөліу әдісін қарастыру.
ІІ. Тәжірибелік бөлімде. Эксперименттер жасау, алынған нәтижелерді тіркеу, электролиз процессін қадағалау.
ІII. Алынған нәтіижелерге талдау жасау. Тәжірибе нәтижесінде алынған мәліметтерді, талдау, анализ жасау.

Зерттеу тәсілдері: Болжам жасау, ақпарат жинап, мақсат қою, танысу, жоспарлау, эксперимент жасау, талдау, салыстыру, іздену, зерттеу, қорытынды шығару.

Зерттеу жаңашылдығы: Оқушы қолымен жассалған электролиз аппаратын, мектептерде пайдалануға болады, арзан, әрі қол жетімді. Электролиз арқылы мысты бөліп алғанда, ортаның РН пен концентрацияны мәнін бақылап отыру.

Кірспе

Электролиз тақырыбы мектеп бағдарламасы бойынша тоғызыншы және оныншы сыныптарды қайталанып келетін маңызды тақырыптардың бірі әрі күрделі тақырып. Қазіргі кезде электролиз әдісімен өндірісте көптеген таза металдар алынады. Шаруашылықтың барлық салаларында және өндірісте электролиз барлық жақта қолданылады. Электролиздің түсті металлургияда қолданылуы: металдардың рафинирлеуі, рудалардан металды бөліп алу үшін. Бақыланған орталардан электролиз арқылы алынған металдар қатарына аллюминий, магний, цирконий, титан, уран, берилий және басқа металдардың қатары. Сулы ерітінділерден бөлініп ала алмайтын металдарды жоғары теріс потенциал нәтижесінде түсті металлургияда балқыған орталадың электролизі нәтижесінде алады. Бұл балқыған орталар болып әртүрлі қоспалардың қосындысынан тұратын тұздар болады. Олар балқыманың балқу температурасын төмендету, электрөткізгіштікті мақсатында жоғарылату үшін қолданылады. Химиялық өндірісте электролиз арқылы хлорат және перхлорат, персульфат, калий перманганаты, хлор және сілтілер, органикалық қосылыстар, химиялық таза сутегі, оттегі фтор және басқа да маңызды өнімдерді алуға болады. Машина жасау, радиотехника, полиграфты өндіріс салаларында электролизді металдар немесе бұйымдар бетіне жұқа жабылғы салу үшін қолданады[1] .

Соған қарамастан мектепте практикалық және зертханалық жұмыстардың орындалмауынан, кей мектептерде ешқандай зертханалық жұмыс жүргізетін жағдайдың болмауынан, практикалық жұмыстар жүргізілмейді. Сол себепті біз ағайдың көрсеткен қарапайым электролиз жасайтын құрлғысын негізге ала отырып, сабақтан кейін осы құрылғыны жетілдіріп, барлық мұғалімдерге қолжетімді әрі қарапайым құрылғы жинауды қолға алғанбыз. Нәтижесінде ойымыз сәтті жүзеге асып, төмендегідей(1-сурет) құрылғыны әдебиеттермен, интернеттен қарап құрастырып ағайға көрсеткен соң, ағай бұл құрылғы арқылы тәжірибе жасап зерттеу жұмыстарын жүргізуді айтты.

Әдебиеттерден, электролит деп, ерітіндісі арқылы өтетін токтың нәтижесінде жүретін химиялық процесті айтамыз. Электр тогының өткізгіштеріне мыналар жатады: тұздардың, қышқылдардың, негіздердің сулы ерітінділері. Электр тогын өткізетін заттар мен ерітінділер электролит деген атқа ие болды. Сонымен қышқылдар, негіздер және тұздар электролит болып табылады[2] .

Электролиз нәтижесінде катодта жаңа өнімдердің пайда болуымен электролит молекулалары мен иондарының тотығуы жүреді. Катиондар электрондарды қабылдап, тотықсызданудың төмен дәрежелі иондарға немесе атомдарға айналады. Электролиз нәтижесінде анодта анод материялына жататын немесе электролитте болатын иондар немесе молекулалардың тотықсыздануы жүреді (анод ыдырайды немесе тотықсызданады) . Сол әдіспен, электролиздердің бастапқы өнімдері қышқылдар, негіздер және тұздардың алмасу реакциясы кезіндегі бөлшектері болып табылады, олар өзгермейді, бір заттан екіншісіне ауысады. Бірінші жақты өткізгіштер белгілі, оларда электр электрондар арқылы тасымалданады, ал екінші жақты өткізгіштерде электр иондар арқылы тасымалданады.

Егер металды суға салатын болсақ, оның катиондары сұйықтыққа өте бастайды. Катион бетінде электр зарядының болуына байланысты метал бетінде өлшемі бойынша тең, таңбасы бойынша қарама қарсы болатын заряд артық электрондар түрінде жүреді, яғни металл беті теріс зарядталған болады. Ол өзіне металдың ерітіндіге өткен оң зарядты иондарын біртіндеп тарта бастайды, сол арқылы катиондар ерітінді көлеміне еркін өте алмайды. Сондықтан, металл мен ерітінді шекарасында теріс жағы металл беті, ал оң жағы еріген иондардың жанасу қабаты болып келетін жазық конденсатор тәрізді жұп электрлік қабат түзіледі. Иондардың аз мөлшері ерігеннен кейіннен-ақ жұп қабаттың заряды соншалықты өседі, металдың балқуы тоқталады. Егер металл суға емес, өзінің иондарының ерітіндісне салынған болса, (мвсалы, Сu ті CuSO4 ке салғанда), онда бұл процесс біршама өзгеше болады. Егер ерітінді концентрациясы аз болса, онда жұп электрлік қабаттың түзілуі металдың судағы ерітіндісіндегідей өтеді. Егер ерітіндіде иондар концентрациясы жоғары болса, онда алдымен металл бетіндегі оң зарядталған катиондардың тұнбаға түсуі байқалады. Енді металл беті өзіне теріс иондарды тарта бастайды және жұп электрлік қабат түзіледі. Катиондар металдың бір таңбалы заттарының және оның иондарының ары қарай тұнбаға түсуі тоқталғанға дейін катиондар тұнбаға түседі. Екі теріс таңбалы зарядталған денелер болғанда олардың арасында потенциалдар айырмасының болатыны белгілі. Бұндай потенциалдар айырмасы мұнда да, жұп электрлі қабатта, металл-ерітінді шекарасында байқалады. Иондардың металдан ерітіндіге және қайта өтуі олардың арасында потенциалдар айырмасын тудырады[3] .

Осы процесстерді зерттеу барысында, Электролиздің түсті металлургияда қолданылуы: металдардың рафинирлеуі, рудалардан металды бөліп алу үшін қолданылады екен, сонымен бірге кейбір электротехникада, нақтырақ айтсақ телевизор, процессор сияқты заттарда электр тоғын жақсы өткізу үшін аз мөлшерде бағалы металдар қолданылады. олар бұзылғанда немесе жұмыс істеу мерзімі жеткенде қайта өңдеуге жіберіледі. Сол техниканың құрамындағы, әсіресе, ескі техникада көп мөлшерде алтын, платина кездесетіні әдебиеттерден белгілі.

Сол бағалы металдарды бөліп алуға электролиз әдісін пайдалану және жетілдіру жұмыстары жұргізілді.

2. Тәжірибелік бөлім

№

Қажетті құрал-жабдықтар

Мәліметтер

№: 1

Қажетті құрал-жабдықтар: Амперметр

Мәліметтер:

№: 2

Қажетті құрал-жабдықтар: Мыс купросы

Мәліметтер:

№: 3

Қажетті құрал-жабдықтар: Электрод

Мәліметтер:

№: 4

Қажетті құрал-жабдықтар: Хplorer GLX аппараты.

Мәліметтер:

№: 5

Қажетті құрал-жабдықтар: рН өлшеу датчигі pH PASPORT PS-2102

Мәліметтер:

№: 6

Қажетті құрал-жабдықтар: Спирометр PASPORT PS-2152

Мәліметтер:

№: 7

Қажетті құрал-жабдықтар: О ₂ газды анықтайтын датчикPASPORT PS-2126

Мәліметтер:

Ең алдымен электролиз жүргізуге арналған құрлғыны құрастырдық.

$E:\mektep ernaz\ғылыми жоба\foto\9ff51a2e-1b6f-472d-bbcf-ba386354b930.jpg$ $E:\mektep ernaz\ғылыми жоба\foto\20171105_124425.jpg$

№1 - сурет. Электролиз құрылғысы және жүру механизмі

2. 1 Электролитты дайындау

Мыс купросының; 1) 0, 1м 2) 0, 2м 3) 0, 3м 4) 0, 4м ертінділерін дайындау үшін СuSO ₄ . 5H ₂ O, C _M = n / V формуласы бойынша 500мл белгісі бар колбаға:

0, 1 малярлы ерітінді дайындау үшін 12, 5 г мыс купросын;

0, 2 малярлы ерітінді дайындау үшін 25 г мыс купросын;

0, 3 малярлы ерітінді дайындау үшін 37, 5г мыс купросын;

0, 4 малярлы ерітінді дайындау үшін 50 г мыс купросын салып суда еріттік.

Дайын болған ертінділермен жеке-жеке электролиз жүргіздік.

Электролизді төмендегі берілген схема негізінде жабдықтап, оған өз өзгерістерімізді енгізе отырып, катод ретінде графитті, ал анод ретінде мысты орналастырып, бөлінген газдың көлемін өлшеуге, электролиттен сынама алып электролиз барысында бақылауға қолайлы болатындай етіп орналастырдық, әрі уақыттың өтіуімен РН мәнінің өзгеруін бақыладық. Ал концентрацияның өзгерісін электролиз басында және соңында сілті иондарының көмегімен анықтадық, келесі жұмыстарды титірлеу арқылы сандық анализ жасаймыз.

2. 2 Катод массасының концентрацияға тәуелді өзгерісі

Электролиз алдында және электролизден кейін катотпен анод массаларын өлшедік.

№1 - кесте 30 минут аралығында әртүрлі концентрацияда катодпен анод массаларының өзгерісі

Электродтар

Электролизге дейін

Электролиздан кейін

Электродтар: Концентрация

Электролизге дейін:

Электролиздан кейін: 0, 1М

0, 2М

0, 3М

0, 4М

Электродтар: Анодтың массасы гр (Графит )

Электролизге дейін: 12

Электролиздан кейін: 12

Электродтар: Катодтың массасы гр (мыс)

Электролизге дейін: 14

Электролиздан кейін: 6

Теңдеу бойынша катодта бөлінген теориялық шығымды есептедік[4] :

0. 1M ерітіндіден электролиз нәтіижесінде:

2CuSO ₄ + 2H ₂ O 2Cu + O ₂ + 2H ₂ SO ₄

320гр, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, 124гр

8гр (0, 1М), ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, , х

Х = 8*124/320 = 3, 1гр(Сu)

0. 2M ертіндіден электролиз нәтіижесінде:

2CuSO ₄ + 2H ₂ O 2Cu + O ₂ + 2H ₂ SO ₄

320гр, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, 124гр

16гр (0, 2М), ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, , х

Х = 16*124/320 = 6, 2гр(Сu)

0. 3M ерітіндіден электролиз нәтижесінде:

2CuSO ₄ + 2H ₂ O 2Cu + O ₂ + 2H ₂ SO ₄

320гр, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, 124гр

24гр (0, 3М), ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, , х

Х = 24*124/320 = 9, 3гр(Сu)

0. 4M ерітіндіден электролиз нәтижесінде:

2CuSO ₄ + 2H ₂ O 2Cu + O ₂ + 2H ₂ SO ₄

320гр, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, 124гр

32гр (0, 4М), ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, , х

Х = 32*124/320 = 12, 4гр(Сu)

№2 - кесте Әртүрлі уақыт аралығында әртүрлі концентрацияда өнімнің шығымы

Электродтар

Электролиз-ге дейін

Электролиздан кейін

Электродтар: Уақыт, мин

Электролиз-ге дейін:

Электролиздан кейін: 30

120

Электродтар: Концентрация

Электролиз-ге дейін:

Электролиздан кейін: 0, 1М

0, 2М

0, 3М

0, 4М

Электродтар: Анодтың массасы гр (графид )

Электролиз-ге дейін: 12

Электролиздан кейін: 12

Электродтар: Катодтың массасы гр (мыс)

Электролиз-ге дейін: 14

Электролиздан кейін: 16, 1

20, 2

21, 05

22, 1

Электродтар: Катодтың массасы теория б/ша

Электролиз-ге дейін:

Электролиздан кейін: 14+3, 2

14+6, 2

14+9, 3

14+12, 4

Электродтар: Теңдеу бойынша шығым %

Электролиз-ге дейін: η = m _пр /m _тео *100

Электролиздан кейін: 83

Электродтар: Тоқ бойынша шығым η %

Электролиз-ге дейін: m =M*Q/ (96500*Z)

Электролиздан кейін: 59%

87, 32%

63, 36%

57%

6А ток күші электролит ерітіндісі арқылы 30 минут, 60 мин, 90мин және 120мин бойы өткен кезде ерітіндіден бөлінген металлды теңдеу бойынша және тоқ бойынша шығымдарын салыстырдық.

Металдың эквиваленттік массасын таптық шығымы Фарадей заңы бойынша шешеміз.

Q=I*t

I- тоқ күші, А
t- уақыт (сек) ,

Электродта бөлінген мыстың массасы
m =M*Q/ (96500*Z)
M- молекулалық масса, г/моль,
Q- электр қуаты Кл
Z-химиялық эквивалент (мыс -2)
96500- фарадей саны кл/моль
№3 - кесте тоқ бойынша шығым

0, 1М (30мин )

0, 2М (60мин )

0, 1М (30мин ):

Q=6*1800=10800Кл

m=63, 5 *10800/(96500*2) =3, 55г

n =(2, 1/3, 55) *100%=59%

0, 2М (60мин ):

Q=6*3600=21600Кл

m=63, 5 *21600/(96500*2) =7, 1г

n =(6, 2/7, 1) *100%=87, 32%

0, 1М (30мин ): 0, 3М (90мин )

0, 2М (60мин ): 0, 4М(120мин )