Elektrolýza. Príklady výpočtov

Elektrolýza je rozklad elektrolytu (roztok solí, kyselín, zásad) pomocou elektrického prúdu.

Elektrolýzu je možné vykonať iba jednosmerným prúdom. Počas elektrolýzy sa vodík alebo kov obsiahnutý v soli uvoľňuje na zápornej elektróde (katóde). Ak je kladná elektróda (anóda) vyrobená z kovu (zvyčajne rovnakého ako v soli), potom sa kladná elektróda pri elektrolýze rozpúšťa. Ak je anóda nerozpustná (napr. uhlík), potom obsah kovu v elektrolyte počas elektrolýzy klesá.

Množstvo látky uvoľnenej počas elektrolýzy na katóde je úmerné množstvu elektriny, ktorá prešla cez elektrolyt.

Množstvo látky uvoľnené jedným coulombom elektriny sa nazýva elektrochemický ekvivalent A, preto G = A • Q; G = A • I • t,

kde G je množstvo izolovanej látky; Q je množstvo elektriny; I - elektrický prúd; to je čas.

Každý kov má svoj elektrochemický ekvivalent A.

Príklady výpočtov

1. Koľko medi sa uvoľní zo síranu meďnatého (CuSO4) (obr. 1) prúdom I = 10 A počas 30 minút.Elektrochemický ekvivalent medi A = 0,329 mg / A • sek.

Ryža. 1. Schéma napríklad 1

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

Predmet zavesený na katóde uvoľní 5,9 g čistej medi.

2. Prípustná prúdová hustota v medenom elektrolytickom povlaku • = 0,4 A / dm2. Plocha katódy, ktorá má byť pokrytá meďou, je S = 2,5 dm2. Aký prúd je potrebný na elektrolýzu a koľko medi sa uvoľní na katóde za 1 hodinu (obr. 2).

Ryža. 2. Schéma napríklad 2

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

3. Oxidovaná voda (napríklad slabý roztok kyseliny sírovej H2SO4) sa pri elektrolýze rozkladá na vodík a kyslík. Elektródy môžu byť uhlíkové, cínové, medené atď., Ale platina je najlepšia. Koľko kyslíka sa uvoľní na anóde a koľko vodíka sa uvoľní na katóde za 1/4 hodiny pri prúde 1,5 A. Množstvo elektriny 1 A s uvoľní 0,058 cm3 kyslíka a 0,116 cm3 vodíka (obr. 3).

Ryža. 3. Schéma napríklad 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 kyslíka sa uvoľní na katóde.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 vodíka sa uvoľní na anóde.

Zmes vodíka a kyslíka v tomto pomere sa nazýva výbušný plyn, ktorý po zapálení exploduje a vytvorí vodu.

4. Kyslík a vodík pre laboratórne experimenty sa získavajú pomocou elektrolýza vody (oxidovaná kyselina sírová) (obr. 4). Platinové elektródy sú prispájkované do skla. Pomocou odporu nastavíme prúd I = 0,5 A. (Ako zdroj prúdu je použitá batéria troch suchých článkov 1,9 V) Koľko vodíka a kyslíka sa uvoľní po 30 minútach.

Ryža. 4... Napríklad obrázok 4

V pravej nádobe sa uvoľní Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 vodíka.

V ľavej nádobe sa uvoľní Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 kyslíka (plyny vytlačia vodu v strednej nádobe).

5. Blok meniča (motor-generátor) dodáva prúd na získavanie elektrolytickej (čistej) medi. Za 8 hodín by ste mali dostať 20 kg medu. Aký prúd by mal generátor poskytnúť? • Elektrochemický ekvivalent medi je A = 0,329 mg / A • sek.

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

6. Je potrebné pochrómovať 200 svetlometov, z toho na každý treba 3 g chrómu. Aký prúd je potrebný na vykonanie tejto práce za 10 hodín (elektrochemický ekvivalent chrómu A = 0,18 mg / A • s).

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

7. Hliník sa získava elektrolýzou roztoku kaolínového ílu a kryolitu v kúpeľoch pri pracovnom napätí kúpeľa 7 V a prúde 5000 A. Anódy sú z uhlia, kúpeľ z ocele s uhlím bloky (obr. 5).

Ryža. 5 Napríklad obrázok 5

Kúpele na výrobu hliníka sú zapojené do série na zvýšenie pracovného napätia (napríklad 40 kúpeľov). Na výrobu 1 kg hliníka je potrebných približne 0,7 kg uhlíkových anód a 25-30 kWh elektrickej energie. Na základe uvedených údajov určite výkon generátora, spotrebu energie na 10 hodín prevádzky a hmotnosť výsledného hliníka.

Výkon generátora pri práci na 40 vaniach P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Elektrická energia spotrebovaná za 10 hodín, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Množstvo získaného hliníka G = 14000:25 = 560 kg.

Na základe teoretického elektrochemického ekvivalentu by sa množstvo získaného hliníka malo rovnať:

GT = A • I • t = 0,093 • 5 000 • 40 • 10 • 3 600 = 0,093 • 720 000 000 mg = 669,6 kg.

Účinnosť elektrolytickej inštalácie sa rovná: Účinnosť = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83 %.