elektroliza. Primeri izračunov

Elektroliza je razgradnja elektrolita (raztopine soli, kislin, baz) s pomočjo električnega toka.

Elektrolizo lahko izvajamo le z enosmernim tokom. Med elektrolizo se vodik ali kovina, ki jo vsebuje sol, sprosti na negativni elektrodi (katodi). Če je pozitivna elektroda (anoda) iz kovine (običajno enaka kot v soli), potem se pozitivna elektroda med elektrolizo raztopi. Če je anoda netopna (npr. ogljik), se vsebnost kovine v elektrolitu med elektrolizo zmanjša.

Količina snovi, ki se med elektrolizo sprosti na katodi, je sorazmerna s količino elektrike, ki je prešla skozi elektrolit.

Količino snovi, ki jo sprosti en kulon električne energije, imenujemo elektrokemijski ekvivalent A, torej G = A • Q; G = A • I • t,

kjer je G količina izolirane snovi; Q je količina električne energije; I - električni tok; t je čas.

Vsaka kovina ima svoj elektrokemijski ekvivalent A.

Primeri izračunov

1. Koliko bakra se bo sprostilo iz bakrovega sulfata (CuSO4) (slika 1) s tokom I = 10 A za 30 minut.Elektrokemični ekvivalent bakra A = 0,329 mg / A • sek.

riž. 1. Shema na primer 1

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

Predmet, obešen na katodo, bo sprostil 5,9 g čistega bakra.

2. Dovoljena gostota toka v bakreni elektrolitski prevleki • = 0,4 A / dm2. Površina katode, ki jo je treba prekriti z bakrom, je S = 2,5 dm2. Kolikšen tok je potreben za elektrolizo in koliko bakra se sprosti na katodi v 1 uri (slika 2).

riž. 2. Shema na primer 2

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

3. Oksidirana voda (na primer šibka raztopina žveplove kisline H2SO4) med elektrolizo razpade na vodik in kisik. Elektrode so lahko ogljikove, kositrne, bakrene itd., vendar je najboljša platina. Koliko kisika se bo sprostilo na anodi in koliko vodika se bo sprostilo na katodi v 1/4 ure pri toku 1,5 A. Količina električne energije 1 A s sprosti 0,058 cm3 kisika in 0,116 cm3 vodika (slika 3).

riž. 3. Shema na primer 3

Na katodi se bo sprostilo Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 kisika.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 vodika se bo sprostilo na anodi.

Mešanica vodika in kisika v tem razmerju se imenuje eksploziven plin, ki ob vžigu eksplodira in tvori vodo.

4. Kisik in vodik za laboratorijske poskuse pridobivamo z uporabo elektroliza vode (oksidirana žveplova kislina) (slika 4). Platinaste elektrode so spajkane v steklo. Z uporom nastavimo tok I = 0,5 A. (Kot vir toka se uporablja baterija treh suhih celic 1,9 V) Koliko vodika in kisika se bo sprostilo po 30 minutah.

riž. 4… Slika 4 na primer

V desni posodi se bo sprostilo Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 vodika.

V levi posodi se bo razvilo Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 kisika (plini izpodrivajo vodo v srednji posodi).

5. Pretvorniški blok (motor-generator) zagotavlja tok za pridobivanje elektrolitskega (čistega) bakra. V 8 urah bi morali dobiti 20 kg medu. Kakšen tok naj zagotavlja generator? • Elektrokemični ekvivalent bakra je A = 0,329 mg / A • s.

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

6. Kromirati je potrebno 200 žarometov, od tega za vsakega 3 g kroma. Kakšen tok je potreben za to delo v 10 urah (elektrokemični ekvivalent kroma A = 0,18 mg / A • s).

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

7. Aluminij pridobivamo z elektrolizo raztopine kaolinske gline in kriolita v kopelih pri delovni napetosti kopeli 7 V in toku 5000 A. Anode so iz premoga, kopel pa iz jekla s premogom bloki (slika 5).

riž. 5 Na primer slika 5

Kopeli za proizvodnjo aluminija so zaporedno povezane za povečanje delovne napetosti (na primer 40 kopeli). Za proizvodnjo 1 kg aluminija je potrebnih približno 0,7 kg ogljikovih anod in 25-30 kWh električne energije. Na podlagi podanih podatkov določite moč generatorja, porabo energije za 10 ur delovanja in težo nastalega aluminija.

Moč generatorja pri delu na 40 kopeli P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Električna energija, porabljena za 10 ur, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Količina pridobljenega aluminija G = 14000:25 = 560 kg.

Na podlagi teoretičnega elektrokemijskega ekvivalenta mora biti količina pridobljenega aluminija enaka:

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

Učinkovitost elektrolitske naprave je enaka: Učinkovitost = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.