Elektrolyse. Regneeksempler

Elektrolyse er nedbrytning av en elektrolytt (en løsning av salter, syrer, baser) ved hjelp av en elektrisk strøm.

Elektrolyse kan bare gjøres med likestrøm. Under elektrolyse frigjøres hydrogenet eller metallet i saltet ved den negative elektroden (katoden). Hvis den positive elektroden (anode) er laget av metall (vanligvis det samme som i salt), så løses den positive elektroden opp under elektrolyse. Hvis anoden er uløselig (f.eks. karbon), avtar metallinnholdet i elektrolytten under elektrolyse.

Mengden stoff som frigjøres under elektrolyse ved katoden er proporsjonal med mengden elektrisitet som har gått gjennom elektrolytten.

Mengden stoff som frigjøres av én coulomb elektrisitet kalles den elektrokjemiske ekvivalenten til A, derfor G = A • Q; G = A • I • t,

hvor G er mengden av isolert stoff; Q er mengden elektrisitet; I — elektrisk strøm; det er tid.

Hvert metall har sin elektrokjemiske ekvivalent A.

Regneeksempler

1. Hvor mye kobber vil frigjøres fra kobbersulfat (CuSO4) (Fig. 1) med en strøm I = 10 A i 30 minutter.Elektrokjemisk ekvivalent av kobber A = 0,329 mg / A • sek.

Ris. 1. Opplegg for eksempel 1

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

En gjenstand suspendert ved katoden vil frigjøre 5,9 g rent kobber.

2. Tillatt strømtetthet i kobber elektrolytisk belegg • = 0,4 A / dm2. Arealet av katoden som skal dekkes med kobber er S = 2,5 dm2. Hvilken strøm kreves for elektrolyse og hvor mye kobber som frigjøres ved katoden i løpet av 1 time (fig. 2).

Ris. 2. Opplegg 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. Oksidert vann (for eksempel en svak løsning av svovelsyre H2SO4) under elektrolyse spaltes til hydrogen og oksygen. Elektroder kan være karbon, tinn, kobber osv., men platina er best. Hvor mye oksygen vil frigjøres ved anoden og hvor mye hydrogen frigjøres ved katoden i løpet av 1/4 time ved en strøm på 1,5 A. Mengden elektrisitet 1 A sek frigjør 0,058 cm3 oksygen og 0,116 cm3 hydrogen (fig. 3).

Ris. 3. Opplegg for eksempel 3

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

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

En blanding av hydrogen og oksygen i dette forholdet kalles en eksplosiv gass, som, når den antennes, eksploderer og danner vann.

4. Oksygen og hydrogen for laboratorieforsøk oppnås vha elektrolyse av vann (oksidert svovelsyre) (fig. 4). Platinaelektroder er loddet inn i glasset. Ved hjelp av motstanden setter vi strømmen I = 0,5 A. (Et batteri med tre tørre celler på 1,9 V brukes som strømkilde) Hvor mye hydrogen og oksygen vil frigjøres etter 30 minutter.

Ris. 4... Figur 4 for eksempel

I høyre kar vil Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 hydrogen frigjøres.

I venstre kar vil det utvikles Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 oksygen (gassene fortrenger vann i midtkar).

5. Omformerblokken (motor-generator) gir strøm for å oppnå elektrolytisk (rent) kobber. På 8 timer skal du få 20 kg honning. Hvilken strøm skal generatoren gi? • Den elektrokjemiske ekvivalenten til kobber er A = 0,329 mg / A • sek.

Siden 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 nødvendig å krom 200 frontlykter, hvorav 3 g krom kreves for hver. Hvilken strøm kreves for å gjøre dette arbeidet på 10 timer (elektrokjemisk ekvivalent av krom A = 0,18 mg / A • sek.).

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

7. Aluminium oppnås ved elektrolyse av en løsning av kaolinleire og kryolitt i bad ved en arbeidsspenning av badet på 7 V og en strøm på 5000 A. Anodene er laget av kull, og badet er laget av stål med kull blokker (fig. 5).

Ris. 5Figur 5 for eksempel

Produksjonsbad av aluminium er koblet i serie for å øke arbeidsspenningen (for eksempel 40 bad). For å produsere 1 kg aluminium kreves det omtrent 0,7 kg karbonanoder og 25-30 kWh elektrisitet. Basert på de gitte dataene, bestemme kraften til generatoren, energiforbruket i 10 timers drift og vekten av det resulterende aluminiumet.

Kraften til generatoren ved arbeid på 40 bad P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

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

Mengden av aluminium oppnådd G = 14000:25 = 560 kg.

Basert på den teoretiske elektrokjemiske ekvivalenten, bør mengden oppnådd aluminium være lik:

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

Effektiviteten til den elektrolytiske installasjonen er lik: Virkningsgrad = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.