Electrolysis. Mga halimbawa ng pagkalkula

Ang electrolysis ay ang agnas ng isang electrolyte (isang solusyon ng mga asin, acid, base) sa pamamagitan ng isang electric current.

Ang electrolysis ay maaari lamang gawin sa direktang kasalukuyang. Sa panahon ng electrolysis, ang hydrogen o metal na nakapaloob sa asin ay inilabas sa negatibong elektrod (cathode). Kung ang positibong elektrod (anode) ay gawa sa metal (karaniwan ay katulad ng sa asin), kung gayon ang positibong elektrod ay natutunaw sa panahon ng electrolysis. Kung ang anode ay hindi matutunaw (hal. carbon), ang metal na nilalaman ng electrolyte ay bumababa sa panahon ng electrolysis.

Ang dami ng substance na inilabas sa panahon ng electrolysis sa cathode ay proporsyonal sa dami ng kuryente na dumaan sa electrolyte.

Ang dami ng substance na inilabas ng isang coulomb ng kuryente ay tinatawag na electrochemical equivalent ng A, samakatuwid G = A • Q; G = A • I • t,

kung saan ang G ay ang dami ng nakahiwalay na substance; Ang Q ay ang dami ng kuryente; I - electric current; t ay oras na.

Ang bawat metal ay may katumbas na electrochemical na A.

Mga halimbawa ng pagkalkula

1. Gaano karaming tanso ang ilalabas mula sa tansong sulpate (CuSO4) (Fig. 1) na may kasalukuyang I = 10 A sa loob ng 30 minuto.Electrochemical na katumbas ng tanso A = 0.329 mg / A • sec.

kanin. 1. Scheme halimbawa 1

G = A • I • t = 0.329 • 10 • 30 • 60 = 5922 mg = 5.922 g.

Ang isang bagay na nasuspinde sa cathode ay maglalabas ng 5.9 g ng purong tanso.

2. Pinahihintulutang kasalukuyang density sa tansong electrolytic coating • = 0.4 A / dm2. Ang lugar ng katod na sakop ng tanso ay S = 2.5 dm2. Ano ang kasalukuyang kinakailangan para sa electrolysis at kung gaano karaming tanso ang inilabas sa katod sa loob ng 1 oras (Larawan 2).

kanin. 2. Scheme halimbawa 2

I = •• S = 0.4-2.5 = l A; G = A • Q = A • I • t = 0.329 • 1 • 60 • 60 = 1184.4 mg.

3. Oxidized na tubig (halimbawa, isang mahinang solusyon ng sulfuric acid H2SO4) sa panahon ng electrolysis ay nabubulok sa hydrogen at oxygen. Ang mga electrodes ay maaaring carbon, lata, tanso, atbp., ngunit ang platinum ay pinakamahusay. Gaano karaming oxygen ang ilalabas sa anode at kung gaano karaming hydrogen ang ilalabas sa cathode sa loob ng 1/4 na oras sa kasalukuyang 1.5 A. Ang dami ng kuryente 1 A sec ay naglalabas ng 0.058 cm3 ng oxygen at 0.116 cm3 ng hydrogen (Fig . 3).

kanin. 3. Scheme halimbawa 3

Ga = A • I • t = 0.058 • 1.5 • 15 • 60 = 78.3 cm3 ng oxygen ang ilalabas sa cathode.

Gc = A • I • t = 0.1162 • 1.5 • 15 • 60 = 156.8 cm3 ng hydrogen ay ilalabas sa anode.

Ang isang halo ng hydrogen at oxygen sa ratio na ito ay tinatawag na isang sumasabog na gas, na, kapag nag-apoy, sumasabog, na bumubuo ng tubig.

4. Ang oxygen at hydrogen para sa mga eksperimento sa laboratoryo ay nakuha gamit ang electrolysis ng tubig (oxidized sulfuric acid) (Larawan 4). Ang mga platinum electrodes ay ibinebenta sa salamin. Gamit ang paglaban, itinakda namin ang kasalukuyang I = 0.5 A. (Ang isang baterya ng tatlong dry cell na 1.9 V ay ginagamit bilang kasalukuyang pinagmumulan) Magkano ang hydrogen at oxygen na ilalabas pagkatapos ng 30 minuto.

kanin. 4… Halimbawa, Larawan 4

Sa kanang sisidlan, ang Gc = A • I • t = 0.1162 • 0.5 • 30 • 60 = 104.58 cm3 ng hydrogen ay ilalabas.

Sa kaliwang sisidlan, ang Ga = A • l • t = 0.058 • 0.5 • 30 • 60 = 52.2 cm3 ng oxygen ay mag-evolve (ang mga gas ay nag-aalis ng tubig sa gitnang sisidlan).

5. Ang converter block (motor-generator) ay nagbibigay ng kasalukuyang para sa pagkuha ng electrolytic (purong) tanso. Sa 8 oras dapat kang makakuha ng 20 kg ng pulot. Anong kasalukuyang dapat ibigay ng generator? • Ang electrochemical equivalent ng tanso ay A = 0.329 mg / A • sec.

Dahil G = A • I • t, ​​​​i = G / (A • t) = 20,000,000 / (0.329 • 8 • 3600) = 20,000,000 / 9475.2 = 2110.7 A.

6. Ito ay kinakailangan upang chrome 200 headlight, kung saan 3 g ng chrome ay kinakailangan para sa bawat isa. Anong kasalukuyang kinakailangan para magawa ang gawaing ito sa loob ng 10 oras (electrochemical equivalent ng chromium A = 0.18 mg / A • sec).

I = G / (A • t) = (200 • 3 • 1000) / (0.18 • 10 • 3600) = 92.6 A.

7. Ang aluminyo ay nakuha sa pamamagitan ng electrolysis ng isang solusyon ng kaolin clay at cryolite sa mga paliguan sa isang gumaganang boltahe ng paliguan ng 7 V at isang kasalukuyang ng 5000 A. Ang mga anod ay gawa sa karbon, at ang paliguan ay gawa sa bakal na may karbon mga bloke (Larawan 5).

kanin. 5Figure 5 halimbawa

Ang mga paliguan ng produksyon ng aluminyo ay konektado sa serye upang mapataas ang gumaganang boltahe (halimbawa, 40 paliguan). Upang makagawa ng 1 kg ng aluminyo, humigit-kumulang 0.7 kg ng carbon anodes at 25-30 kWh ng kuryente ang kinakailangan. Batay sa ibinigay na data, tukuyin ang kapangyarihan ng generator, ang pagkonsumo ng enerhiya para sa 10 oras na operasyon, at ang bigat ng nagresultang aluminyo.

Kapangyarihan ng generator kapag nagtatrabaho sa 40 paliguan P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Natupok na kuryente sa loob ng 10 oras, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Ang halaga ng aluminyo na nakuha G = 14000:25 = 560 kg.

Batay sa teoretikal na katumbas ng electrochemical, ang halaga ng aluminyo na nakuha ay dapat na katumbas ng:

GT = A • I • t = 0.093 • 5000 • 40 • 10 • 3600 = 0.093 • 720,000,000 mg = 669.6 kg.

Ang kahusayan ng pag-install ng electrolytic ay katumbas ng: Efficiency = G / GT = 560 / 669.6 = 0.83 = 83%.