Elektrolüüs. Arvutamise näited

Elektrolüüs on elektrolüüdi (soolade, hapete, aluste lahus) lagundamine elektrivoolu toimel.

Elektrolüüsi saab teha ainult alalisvooluga. Elektrolüüsi käigus eraldub negatiivsel elektroodil (katoodil) soolas sisalduv vesinik või metall. Kui positiivne elektrood (anood) on metallist (tavaliselt sama, mis soolas), siis positiivne elektrood lahustub elektrolüüsi käigus. Kui anood on lahustumatu (nt süsinik), siis elektrolüüsi käigus väheneb elektrolüüdi metallisisaldus.

Katoodil elektrolüüsi käigus vabaneva aine hulk on võrdeline elektrolüüdi läbinud elektrihulgaga.

Ühest elektrienergia kulonist vabanevat ainehulka nimetatakse A elektrokeemiliseks ekvivalendiks, seetõttu G = A • Q; G = A • I • t,

kus G on eraldatud aine kogus; Q on elektrienergia hulk; I — elektrivool; t on aeg.

Igal metallil on oma elektrokeemiline ekvivalent A.

Arvutamise näited

1. Kui palju vaske vabaneb vasksulfaadist (CuSO4) (joonis 1) vooluga I = 10 A 30 minuti jooksul.Vase elektrokeemiline ekvivalent A = 0,329 mg / A • sek.

Riis. 1. Skeem näiteks 1

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

Katoodil riputatud objekt vabastab 5,9 g puhast vaske.

2. Lubatud voolutihedus vaskelektrolüütilises kattekihis • = 0,4 A / dm2. Vasega kaetava katoodi pindala on S = 2,5 dm2. Millist voolu kulub elektrolüüsiks ja kui palju vaske eraldub katoodil 1 tunni jooksul (joonis 2).

Riis. 2. Skeem näiteks 2

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

3. Oksüdeerunud vesi (näiteks nõrk väävelhappe H2SO4 lahus) laguneb elektrolüüsi käigus vesinikuks ja hapnikuks. Elektroodid võivad olla süsinikust, tinast, vasest jne, kuid parim on plaatina. Kui palju eraldub anoodil hapnikku ja kui palju vesinikku katoodil 1/4 tunni jooksul vooluga 1,5 A. Elektrienergia hulk 1 A s vabastab 0,058 cm3 hapnikku ja 0,116 cm3 vesinikku (joonis fig. . 3).

Riis. 3. Skeem näiteks 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 hapnikku eraldub katoodil.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 vesinikku eraldub anoodil.

Sellises vahekorras vesiniku ja hapniku segu nimetatakse plahvatusohtlikuks gaasiks, mis süttimisel plahvatab, moodustades vett.

4. Laboratoorseteks katseteks vajalik hapnik ja vesinik saadakse kasutades vee elektrolüüs (oksüdeeritud väävelhape) (joon. 4). Plaatina elektroodid joodetakse klaasi sisse. Takistuse abil määrame voolu I = 0,5 A. (Vooluallikana kasutatakse kolmest kuivelemendist koosnevat 1,9 V akut) Kui palju vesinikku ja hapnikku eraldub 30 minuti pärast.

Riis. 4… Näiteks joonis 4

Parempoolses anumas eraldub Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 vesinikku.

Vasakpoolses anumas eraldub Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 hapnikku (gaasid tõrjuvad keskmises anumas vee välja).

5. Konverteriplokk (mootor-generaator) annab voolu elektrolüütilise (puhta) vase saamiseks. 8 tunniga peaks saama 20 kg mett. Millist voolu peaks generaator andma? • Vase elektrokeemiline ekvivalent on A = 0,329 mg / A • sek.

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

6. Kroomida on vaja 200 esilaternat, millest igaühe jaoks kulub 3 g kroomi. Millist voolu on vaja selle töö tegemiseks 10 tunni jooksul (kroomi A elektrokeemiline ekvivalent = 0,18 mg / A • sek).

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

7. Alumiinium saadakse kaoliinsavi ja krüoliidi lahuse elektrolüüsil vannides vanni tööpingel 7 V ja voolul 5000 A. Anoodid on valmistatud kivisöest ja vann on valmistatud terasest kivisöega. plokid (joon. 5).

Riis. 5Näiteks joonis 5

Alumiiniumist tootmisvannid ühendatakse tööpinge tõstmiseks järjestikku (näiteks 40 vanni). 1 kg alumiiniumi tootmiseks kulub ligikaudu 0,7 kg süsinikanoode ja 25-30 kWh elektrit. Antud andmete põhjal määrake generaatori võimsus, energiakulu 10 töötunniks ja tekkiva alumiiniumi kaal.

Generaatori võimsus 40 vanniga töötamisel P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

10 tunni jooksul tarbitud elektrienergia, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Saadud alumiiniumi kogus G = 14000:25 = 560 kg.

Teoreetilise elektrokeemilise ekvivalendi põhjal peaks saadud alumiiniumi kogus olema võrdne:

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

Elektrolüütilise paigalduse efektiivsus on võrdne: Kasutegur = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.