Elektrolízis. Számítási példák

Az elektrolízis egy elektrolit (sók, savak, bázisok oldata) lebontása elektromos áram segítségével.

Az elektrolízis csak egyenárammal végezhető. Az elektrolízis során a sóban lévő hidrogén vagy fém felszabadul a negatív elektródán (katódon). Ha a pozitív elektród (anód) fémből készül (általában ugyanaz, mint a sóban), akkor a pozitív elektród az elektrolízis során feloldódik. Ha az anód oldhatatlan (pl. szén), akkor az elektrolízis során az elektrolit fémtartalma csökken.

A katódon az elektrolízis során felszabaduló anyag mennyisége arányos az elektroliton áthaladó elektromosság mennyiségével.

Az egy coulomb elektromosság által felszabaduló anyagmennyiséget A elektrokémiai egyenértékének nevezzük, ezért G = A • Q; G = A • I • t,

ahol G az izolált anyag mennyisége; Q az elektromosság mennyisége; I — elektromos áram; itt az idő.

Minden fémnek megvan az A elektrokémiai megfelelője.

Számítási példák

1. Mennyi réz szabadul fel a réz-szulfátból (CuSO4) (1. ábra) I = 10 A áram mellett 30 percig.A réz elektrokémiai egyenértéke A = 0,329 mg / A • sec.

Rizs. 1. Séma például 1

G = A • I • t = 0,329 • 10 • 30 • 60 = 5922 mg = 5,922 g.

A katódon felfüggesztett tárgy 5,9 g tiszta rezet bocsát ki.

2. Megengedett áramsűrűség réz elektrolitikus bevonatban • = 0,4 A / dm2. A rézzel bevonandó katód területe S = 2,5 dm2. Mekkora áram szükséges az elektrolízishez és mennyi réz szabadul fel a katódon 1 óra alatt (2. ábra).

Rizs. 2. Séma például 2

I = •• S = 0,4-2,5 = l A; G = A • Q = A • I • t = 0,329 • 1 • 60 • 60 = 1184,4 mg.

3. Az oxidált víz (például kénsav H2SO4 gyenge oldata) az elektrolízis során hidrogénre és oxigénre bomlik. Az elektródák lehetnek szén, ón, réz stb., de a platina a legjobb. Mennyi oxigén szabadul fel az anódon és mennyi hidrogén a katódon 1/4 óra alatt 1,5 A áramerősség mellett. 1 A másodpercnyi elektromosság 0,058 cm3 oxigént és 0,116 cm3 hidrogént szabadít fel. . 3).

Rizs. 3. Séma például 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 oxigén szabadul fel a katódon.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 hidrogén szabadul fel az anódon.

A hidrogén és oxigén ilyen arányú keverékét robbanásveszélyes gáznak nevezzük, amely meggyújtva felrobban, vizet képezve.

4. A laboratóriumi kísérletekhez szükséges oxigént és hidrogént a felhasználásával nyerjük víz elektrolízise (oxidált kénsav) (4. ábra). Platina elektródákat forrasztanak az üvegbe. Az ellenállás segítségével beállítjuk az áramerősséget I = 0,5 A. (Áramforrásként három szárazelemből álló, 1,9 V-os akkumulátort használunk) Mennyi hidrogén és oxigén szabadul fel 30 perc múlva.

Rizs. 4… Például 4. ábra

A jobb oldali edényben Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 hidrogén szabadul fel.

A bal edényben Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 oxigén fog fejlődni (a gázok kiszorítják a vizet a középső edényben).

5. Az átalakító blokk (motor-generátor) áramot biztosít az elektrolitikus (tiszta) réz előállításához. 8 óra alatt 20 kg mézet kell kapnod. Milyen áramot kell biztosítania a generátornak? • A réz elektrokémiai egyenértéke A = 0,329 mg / A • sec.

Mivel G = A • I • t, ​​akkor I = G / (A • t) = 20 000 000 / (0,329 • 8 • 3600) = 20 000 000 / 9475,2 = 2110,7 A.

6. 200 db fényszóró krómozása szükséges, melyből mindegyikhez 3 g króm szükséges. Milyen áramra van szükség ennek a munkának a végrehajtásához 10 óra alatt (a króm A elektrokémiai egyenértéke = 0,18 mg / A • sec).

I = G / (A • t) = (200 • 3 • 1000) / (0,18 • 10 • 3600) = 92,6 A.

7. Az alumíniumot kaolin agyag és kriolit oldatának elektrolízisével állítják elő fürdőben, a fürdő üzemi feszültsége 7 V és áramerősség 5000 A. Az anódok szénből, a fürdő acélból és szénből készül. blokkok (5. ábra).

Rizs. 5Például az 5. ábra

Az alumínium gyártófürdők sorba vannak kötve az üzemi feszültség növelése érdekében (például 40 fürdő). 1 kg alumínium előállításához körülbelül 0,7 kg szénanód és 25-30 kWh villamos energia szükséges. A megadott adatok alapján határozza meg a generátor teljesítményét, 10 üzemóra energiafogyasztását, valamint a keletkező alumínium tömegét.

A generátor teljesítménye 40 fürdő esetén P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

10 órán keresztül fogyasztott elektromos energia, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

A kapott alumínium mennyisége G = 14000:25 = 560 kg.

Az elméleti elektrokémiai egyenérték alapján a kapott alumínium mennyiségének egyenlőnek kell lennie:

GT = A • I • t = 0,093 • 5000 • 40 • 10 • 3600 = 0,093 • 720 000 000 mg = 669,6 kg.

Az elektrolitikus berendezés hatásfoka: Hatékonyság = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.