Elektrolyse. Regneeksempler

Elektrolyse er nedbrydning af en elektrolyt (en opløsning af salte, syrer, baser) ved hjælp af en elektrisk strøm.

Elektrolyse kan kun udføres med jævnstrøm. Under elektrolyse frigives brintet eller metal indeholdt i saltet ved den negative elektrode (katode). Hvis den positive elektrode (anode) er lavet af metal (normalt det samme som i salt), så opløses den positive elektrode under elektrolyse. Hvis anoden er uopløselig (fx kulstof), så falder metalindholdet i elektrolytten under elektrolyse.

Mængden af ​​stof, der frigives under elektrolyse ved katoden, er proportional med mængden af ​​elektricitet, der er passeret gennem elektrolytten.

Mængden af ​​stof, der frigives af en coulomb elektricitet, kaldes den elektrokemiske ækvivalent af A, derfor G = A • Q; G = A • I • t,

hvor G er mængden af ​​isoleret stof; Q er mængden af ​​elektricitet; I — elektrisk strøm; det er tid.

Hvert metal har sin elektrokemiske ækvivalent A.

Regneeksempler

1. Hvor meget kobber vil der frigives fra kobbersulfat (CuSO4) (Fig. 1) med en strøm I = 10 A i 30 minutter.Elektrokemisk ækvivalent af kobber A = 0,329 mg / A • sek.

Ris. 1. Skema for eksempel 1

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

En genstand ophængt ved katoden vil frigive 5,9 g rent kobber.

2. Tilladt strømtæthed i kobber elektrolytisk belægning • = 0,4 A / dm2. Området af katoden, der skal dækkes med kobber, er S = 2,5 dm2. Hvilken strøm der kræves til elektrolyse, og hvor meget kobber frigives ved katoden på 1 time (fig. 2).

Ris. 2. Skema for eksempel 2

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

3. Oxideret vand (for eksempel en svag opløsning af svovlsyre H2SO4) under elektrolyse nedbrydes til brint og oxygen. Elektroder kan være kulstof, tin, kobber osv., men platin er bedst. Hvor meget ilt frigives ved anoden, og hvor meget brint frigives ved katoden på 1/4 time ved en strøm på 1,5 A. Mængden af ​​elektricitet 1 A sek. frigiver 0,058 cm3 ilt og 0,116 cm3 brint (fig. 3).

Ris. 3. Skema for eksempel 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 ilt vil blive frigivet ved katoden.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 brint vil blive frigivet ved anoden.

En blanding af brint og ilt i dette forhold kaldes en eksplosiv gas, som, når den antændes, eksploderer og danner vand.

4. Ilt og brint til laboratorieforsøg opnås vha elektrolyse af vand (oxideret svovlsyre) (fig. 4). Platinelektroder er loddet ind i glasset. Ved hjælp af modstanden sætter vi strømmen I = 0,5 A. (Et batteri af tre tørre celler på 1,9 V bruges som strømkilde) Hvor meget brint og ilt vil der frigives efter 30 minutter.

Ris. 4... Figur 4 for eksempel

I højre kar vil Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 brint blive frigivet.

I venstre kar vil Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 ilt blive udviklet (gasserne fortrænger vand i det midterste kar).

5. Konverterblokken (motor-generator) leverer strøm til opnåelse af elektrolytisk (rent) kobber. På 8 timer skulle du få 20 kg honning. Hvilken strøm skal generatoren levere? • Den elektrokemiske ækvivalent af kobber er A = 0,329 mg / A • sek.

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

6. Det er nødvendigt at forkrome 200 forlygter, hvoraf der kræves 3 g krom til hver. Hvilken strøm der kræves for at udføre dette arbejde på 10 timer (elektrokemisk ækvivalent af chrom A = 0,18 mg / A • sek.).

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

7. Aluminium opnås ved elektrolyse af en opløsning af kaolinler og kryolit i bade ved en arbejdsspænding af badet på 7 V og en strøm på 5000 A. Anoderne er lavet af kul, og badet er lavet af stål med kul blokke (fig. 5).

Ris. 5Figur 5 for eksempel

Aluminiumsproduktionsbade er forbundet i serie for at øge arbejdsspændingen (for eksempel 40 bade). For at producere 1 kg aluminium kræves cirka 0,7 kg kulstofanoder og 25-30 kWh elektricitet. Baseret på de givne data bestemmes generatorens effekt, energiforbruget i 10 timers drift og vægten af ​​det resulterende aluminium.

Generatorens effekt ved arbejde på 40 bade P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Elektrisk energi forbrugt i 10 timer, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Mængden af ​​opnået aluminium G = 14000:25 = 560 kg.

Baseret på den teoretiske elektrokemiske ækvivalent skal mængden af ​​opnået aluminium være lig med:

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

Effektiviteten af ​​den elektrolytiske installation er lig med: Virkningsgrad = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.