Elektroliz. Hesaplama örnekleri

Elektroliz, bir elektrolitin (bir tuzlar, asitler, bazlar çözeltisi) bir elektrik akımı vasıtasıyla ayrışmasıdır.

Elektroliz sadece doğru akım ile yapılabilir. Elektroliz sırasında tuzun içerdiği hidrojen veya metal negatif elektrotta (katot) salınır. Pozitif elektrot (anot) metalden yapılmışsa (genellikle tuzdakiyle aynı), pozitif elektrot elektroliz sırasında çözülür. Anot çözünmezse (örneğin karbon), elektroliz sırasında elektrolitin metal içeriği azalır.

Katotta elektroliz sırasında salınan madde miktarı, elektrolitten geçen elektrik miktarı ile orantılıdır.

Bir coulomb elektrik tarafından salınan madde miktarına A'nın elektrokimyasal eşdeğeri denir, dolayısıyla G = A • Q; G = Bir • Ben • t,

burada G, izole edilen maddenin miktarıdır; Q elektrik miktarıdır; ben — elektrik akımı; zaman.

Her metalin elektrokimyasal eşdeğeri A vardır.

Hesaplama örnekleri

1. 30 dakika boyunca I = 10 A akımla bakır sülfattan (CuSO4) (Şekil 1) ne kadar bakır salınır.Bakırın elektrokimyasal eşdeğeri A = 0,329 mg / A • sn.

Pirinç. 1. Şema örneğin 1

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

Katotta asılı duran bir nesne 5.9 g saf bakır salacaktır.

2. Bakır elektrolitik kaplamada izin verilen akım yoğunluğu • = 0,4 A / dm2. Katodun bakırla kaplanacak alanı S = 2,5 dm2 dir. Elektroliz için hangi akım gereklidir ve 1 saat içinde katotta ne kadar bakır salınır (Şekil 2).

Pirinç. 2. Örnek 2 için şema

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

3. Oksitlenmiş su (örneğin, zayıf bir sülfürik asit H2SO4 çözeltisi) elektroliz sırasında hidrojen ve oksijene ayrışır. Elektrotlar karbon, kalay, bakır vb. olabilir, ancak platin en iyisidir. 1,5 A akımda 1/4 saatte anotta ne kadar oksijen ve katotta ne kadar hidrojen salınacak. 1 A saniye elektrik miktarı 0,058 cm3 oksijen ve 0,116 cm3 hidrojen açığa çıkarır (Şekil 3).

Pirinç. 3. Örnek 3 için şema

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 oksijen katottan salınır.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 hidrojen anotta salınır.

Bu orandaki bir hidrojen ve oksijen karışımına, tutuştuğunda patlayarak su oluşturan patlayıcı gaz denir.

4. Laboratuvar deneyleri için oksijen ve hidrojen kullanılarak elde edilir. suyun elektrolizi (oksitlenmiş sülfürik asit) (Şek. 4). Platin elektrotlar cama lehimlenmiştir. Direnci kullanarak akımı I = 0,5 A olarak ayarladık. (Akım kaynağı olarak 1,9 V'luk üç kuru hücreden oluşan bir pil kullanılır) 30 dakika sonra ne kadar hidrojen ve oksijen salınacak.

Pirinç. 4… Örneğin Şekil 4

Sağ kapta Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 hidrojen salınır.

Sol kapta Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 oksijen açığa çıkacaktır (gazlar orta kapta suyun yerini alır).

5. Dönüştürücü bloğu (motor-jeneratör), elektrolitik (saf) bakır elde etmek için akım sağlar. 8 saat içinde 20 kg bal almalısınız. Jeneratör hangi akımı sağlamalıdır? • Bakırın elektrokimyasal karşılığı A = 0,329 mg / A • sn.

G = A • I • t olduğundan, I = G / (A • t) = 20.000.000 / (0.329 • 8 • 3600) = 20.000.000 / 9475.2 = 2110.7 A.

6. Her biri için 3 gr krom gerekli olan 200 adet farın kromlanması gerekmektedir. Bu işi 10 saatte yapmak için hangi akım gereklidir (krom A'nın elektrokimyasal eşdeğeri = 0,18 mg / A • sn).

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

7. Alüminyum, 7 V banyo çalışma voltajı ve 5000 A akımda banyolarda bir kaolin kili ve kriyolit çözeltisinin elektrolizi ile elde edilir. Anotlar kömürden ve banyo kömürlü çelikten yapılır. bloklar (Şek. 5).

Pirinç. 5Şekil 5 örneğin

Alüminyum üretim banyoları çalışma voltajını artırmak için seri bağlanır (örneğin 40 banyo). 1 kg alüminyum üretmek için yaklaşık 0,7 kg karbon anot ve 25-30 kWh elektrik gerekir. Verilen verilere dayanarak, jeneratörün gücünü, 10 saatlik çalışma için enerji tüketimini ve elde edilen alüminyumun ağırlığını belirleyin.

40 banyo üzerinde çalışırken jeneratörün gücü P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

10 saat boyunca tüketilen elektrik enerjisi, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Elde edilen alüminyum miktarı G = 14000:25 = 560 kg.

Teorik elektrokimyasal eşdeğerine bağlı olarak, elde edilen alüminyum miktarı şuna eşit olmalıdır:

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

Elektrolitik tesisatın verimliliği şuna eşittir: Verimlilik = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = %83.