Elektrolys. Räkneexempel

Elektrolys är nedbrytningen av en elektrolyt (en lösning av salter, syror, baser) med hjälp av en elektrisk ström.

Elektrolys kan endast göras med likström. Under elektrolys frigörs vätet eller metallen som finns i saltet vid den negativa elektroden (katoden). Om den positiva elektroden (anoden) är gjord av metall (vanligtvis samma som i salt), så löses den positiva elektroden upp under elektrolysen. Om anoden är olöslig (t.ex. kol), så minskar metallhalten i elektrolyten under elektrolysen.

Mängden ämne som frigörs under elektrolys vid katoden är proportionell mot mängden elektricitet som har passerat genom elektrolyten.

Mängden ämne som frigörs av en coulomb elektricitet kallas den elektrokemiska ekvivalenten till A, därför G = A • Q; G = A • I • t,

där G är mängden isolerad substans; Q är mängden elektricitet; I — elektrisk ström; det är dags.

Varje metall har sin elektrokemiska motsvarighet A.

Räkneexempel

1. Hur mycket koppar kommer att frigöras från kopparsulfat (CuSO4) (Fig. 1) med en ström I = 10 A under 30 minuter.Elektrokemisk ekvivalent av koppar A = 0,329 mg / A • sek.

Ris. 1. Schema till exempel 1

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

Ett föremål hängande vid katoden kommer att frigöra 5,9 g ren koppar.

2. Tillåten strömtäthet i kopparelektrolytisk beläggning • = 0,4 A / dm2. Ytan av katoden som ska täckas med koppar är S = 2,5 dm2. Vilken ström krävs för elektrolys och hur mycket koppar som frigörs vid katoden på 1 timme (Fig. 2).

Ris. 2. Schema till exempel 2

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

3. Oxiderat vatten (till exempel en svag lösning av svavelsyra H2SO4) under elektrolys sönderdelas till väte och syre. Elektroder kan vara kol, tenn, koppar, etc., men platina är bäst. Hur mycket syre kommer att frigöras vid anoden och hur mycket väte kommer att frigöras vid katoden på 1/4 timme vid en ström på 1,5 A. Mängden elektricitet 1 A sek frigör 0,058 cm3 syre och 0,116 cm3 väte (Fig. 3).

Ris. 3. Schema till exempel 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 syre kommer att frigöras vid katoden.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 väte kommer att frigöras vid anoden.

En blandning av väte och syre i detta förhållande kallas en explosiv gas, som vid antändning exploderar och bildar vatten.

4. Syre och väte för laboratorieexperiment erhålls med användning av elektrolys av vatten (oxiderad svavelsyra) (Fig. 4). Platinaelektroder löds in i glaset. Med hjälp av motståndet ställer vi in ​​strömmen I = 0,5 A. (Ett batteri med tre torra celler på 1,9 V används som strömkälla) Hur mycket väte och syre kommer att frigöras efter 30 minuter.

Ris. 4... Bild 4 till exempel

I det högra kärlet kommer Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 väte att frigöras.

I det vänstra kärlet kommer Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 syre att utvecklas (gaserna tränger undan vatten i mittkärlet).

5. Omvandlarblocket (motorgenerator) tillhandahåller ström för att erhålla elektrolytisk (ren) koppar. På 8 timmar bör du få 20 kg honung. Vilken ström ska generatorn ge? • Den elektrokemiska ekvivalenten för koppar är A = 0,329 mg / A • sek.

Eftersom G = A • I • t, ​​då I = G / (A • t) = 20 000 000 / (0,329 • 8 • 3600) = 20 000 000 / 9475,2 = 2110,7 A.

6. Det är nödvändigt att kroma 200 strålkastare, varav 3 g krom krävs för varje. Vilken ström som krävs för att utföra detta arbete på 10 timmar (elektrokemisk 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 erhålls genom elektrolys av en lösning av kaolinlera och kryolit i bad med en arbetsspänning av badet på 7 V och en ström av 5000 A. Anoderna är gjorda av kol, och badet är gjorda av stål med kol block (fig. 5).

Ris. 5Figur 5 till exempel

Produktionsbad av aluminium är seriekopplade för att öka arbetsspänningen (till exempel 40 bad). För att producera 1 kg aluminium krävs cirka 0,7 kg kolanoder och 25-30 kWh el. Baserat på givna data, bestäm generatorns effekt, energiförbrukningen under 10 timmars drift och vikten av det resulterande aluminiumet.

Generatorns effekt vid arbete på 40 bad P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Elektrisk energi förbrukad i 10 timmar, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Mängden aluminium som erhålls G = 14000:25 = 560 kg.

Baserat på den teoretiska elektrokemiska ekvivalenten bör mängden aluminium som erhålls vara lika med:

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

Effektiviteten för den elektrolytiska installationen är lika med: Verkningsgrad = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.