Electroliză. Exemple de calcul

Electroliza este descompunerea unui electrolit (o soluție de săruri, acizi, baze) prin intermediul unui curent electric.

Electroliza se poate face numai cu curent continuu. În timpul electrolizei, hidrogenul sau metalul conținut în sare este eliberat la electrodul negativ (catod). Dacă electrodul pozitiv (anodul) este fabricat din metal (de obicei la fel ca în sare), atunci electrodul pozitiv se dizolvă în timpul electrolizei. Dacă anodul este insolubil (de exemplu, carbon), atunci conținutul de metal al electrolitului scade în timpul electrolizei.

Cantitatea de substanță eliberată în timpul electrolizei la catod este proporțională cu cantitatea de electricitate care a trecut prin electrolit.

Cantitatea de substanță eliberată de un coulomb de electricitate se numește echivalentul electrochimic al lui A, prin urmare G = A • Q; G = A • I • t,

unde G este cantitatea de substanță izolată; Q este cantitatea de energie electrică; I — curent electric; este timpul.

Fiecare metal are echivalentul său electrochimic A.

Exemple de calcul

1. Cât de mult cupru va fi eliberat din sulfatul de cupru (CuSO4) (Fig. 1) cu un curent I = 10 A timp de 30 de minute.Echivalent electrochimic de cupru A = 0,329 mg / A • sec.

Orez. 1. Schema de exemplu 1

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

Un obiect suspendat la catod va elibera 5,9 g de cupru pur.

2. Densitatea de curent admisă în stratul electrolitic de cupru • = 0,4 A / dm2. Aria catodului care trebuie acoperit cu cupru este S = 2,5 dm2. Ce curent este necesar pentru electroliză și cât de mult cupru este eliberat la catod în 1 oră (Fig. 2).

Orez. 2. Schema de exemplu 2

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

3. Apa oxidată (de exemplu, o soluție slabă de acid sulfuric H2SO4) în timpul electrolizei se descompune în hidrogen și oxigen. Electrozii pot fi carbon, staniu, cupru etc., dar cel mai bine este platina. Cât oxigen va fi eliberat la anod și cât hidrogen va fi eliberat la catod în 1/4 de oră la un curent de 1,5 A. Cantitatea de electricitate 1 A sec eliberează 0,058 cm3 de oxigen și 0,116 cm3 de hidrogen (Fig. . 3).

Orez. 3. Schema de exemplu 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 de oxigen va fi eliberat la catod.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 de hidrogen va fi eliberat la anod.

Un amestec de hidrogen și oxigen în acest raport se numește gaz exploziv, care, atunci când este aprins, explodează, formând apă.

4. Oxigenul și hidrogenul pentru experimente de laborator se obțin folosind electroliza apei (acid sulfuric oxidat) (Fig. 4). Electrozii de platină sunt lipiți în sticlă. Folosind rezistența, setăm curentul I = 0,5 A. (Se folosește o baterie de trei celule uscate de 1,9 V ca sursă de curent) Cât hidrogen și oxigen vor fi eliberate după 30 de minute.

Orez. 4... Figura 4 de exemplu

În vasul din dreapta se va elibera Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 de hidrogen.

În vasul din stânga se va degaja Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 de oxigen (gazele deplasează apa în vasul din mijloc).

5. Blocul convertor (motor-generator) furnizează curent pentru obținerea cuprului electrolitic (pur). În 8 ore ar trebui să obțineți 20 kg de miere. Ce curent ar trebui să furnizeze generatorul? • Echivalentul electrochimic al cuprului este A = 0,329 mg / A • sec.

Deoarece G = A • I • t, ​​​​atunci I = G / (A • t) = 20.000.000 / (0,329 • 8 • 3600) = 20.000.000 / 9475,2 = 2110,7 A.

6. Este necesară cromarea a 200 de faruri, din care sunt necesare 3 g de crom pentru fiecare. Ce curent este necesar pentru a face această lucrare în 10 ore (echivalentul electrochimic de crom A = 0,18 mg / A • sec).

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

7. Aluminiul se obține prin electroliza unei soluții de argilă caolinică și criolit în băi la o tensiune de lucru a băii de 7 V și un curent de 5000 A. Anozii sunt din cărbune, iar baia din oțel cu cărbune blocuri (Fig. 5).

Orez. 5Figura 5, de exemplu

Băile de producție de aluminiu sunt conectate în serie pentru a crește tensiunea de lucru (de exemplu, 40 de băi). Pentru a produce 1 kg de aluminiu sunt necesari aproximativ 0,7 kg de anozi de carbon și 25-30 kWh de energie electrică. Pe baza datelor date, determinați puterea generatorului, consumul de energie pentru 10 ore de funcționare și greutatea aluminiului rezultat.

Puterea generatorului la lucru pe 40 de băi P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Energia electrică consumată timp de 10 ore, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Cantitatea de aluminiu obtinuta G = 14000:25 = 560 kg.

Pe baza echivalentului electrochimic teoretic, cantitatea de aluminiu obținută ar trebui să fie egală cu:

GT = A • I • t = 0,093 • 5000 • 40 • 10 • 3600 = 0,093 • 720.000.000 mg = 669,6 kg.

Eficiența instalației electrolitice este egală cu: Eficiență = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.