Elektrolisis. Contoh pengiraan

Elektrolisis ialah penguraian elektrolit (larutan garam, asid, bes) melalui arus elektrik.

Elektrolisis hanya boleh dilakukan dengan arus terus. Semasa elektrolisis, hidrogen atau logam yang terkandung dalam garam dibebaskan pada elektrod negatif (katod). Jika elektrod positif (anod) diperbuat daripada logam (biasanya sama seperti dalam garam), maka elektrod positif larut semasa elektrolisis. Jika anod tidak larut (contohnya karbon), maka kandungan logam elektrolit berkurangan semasa elektrolisis.

Jumlah bahan yang dibebaskan semasa elektrolisis di katod adalah berkadar dengan jumlah elektrik yang telah melalui elektrolit.

Jumlah bahan yang dibebaskan oleh satu coulomb elektrik dipanggil setara elektrokimia A, oleh itu G = A • Q; G = A • I • t,

di mana G ialah jumlah bahan terpencil; Q ialah jumlah elektrik; I - arus elektrik; t ialah masa.

Setiap logam mempunyai persamaan elektrokimia A.

Contoh pengiraan

1. Berapa banyak kuprum yang akan dibebaskan daripada kuprum sulfat (CuSO4) (Rajah 1) dengan arus I = 10 A selama 30 minit.Elektrokimia bersamaan kuprum A = 0.329 mg / A • sec.

nasi. 1. Skim contohnya 1

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

Objek yang digantung pada katod akan membebaskan 5.9 g kuprum tulen.

2. Ketumpatan arus yang dibenarkan dalam salutan elektrolitik kuprum • = 0.4 A / dm2. Luas katod yang akan ditutup dengan kuprum ialah S = 2.5 dm2. Apakah arus yang diperlukan untuk elektrolisis dan berapa banyak kuprum yang dibebaskan pada katod dalam 1 jam (Rajah 2).

nasi. 2. Skim contohnya 2

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

3. Air teroksida (contohnya, larutan asid sulfurik H2SO4 yang lemah) semasa elektrolisis terurai menjadi hidrogen dan oksigen. Elektrod boleh menjadi karbon, timah, tembaga, dll., tetapi platinum adalah yang terbaik. Berapa banyak oksigen akan dibebaskan di anod dan berapa banyak hidrogen akan dibebaskan di katod dalam 1/4 jam pada arus 1.5 A. Jumlah tenaga elektrik 1 A saat membebaskan 0.058 cm3 oksigen dan 0.116 cm3 hidrogen (Rajah . 3).

nasi. 3. Skim contohnya 3

Ga = A • I • t = 0.058 • 1.5 • 15 • 60 = 78.3 cm3 oksigen akan dibebaskan di katod.

Gc = A • I • t = 0.1162 • 1.5 • 15 • 60 = 156.8 cm3 hidrogen akan dibebaskan di anod.

Campuran hidrogen dan oksigen dalam nisbah ini dipanggil gas letupan, yang, apabila dinyalakan, meletup, membentuk air.

4. Oksigen dan hidrogen untuk eksperimen makmal diperoleh menggunakan elektrolisis air (asid sulfurik teroksida) (Rajah 4). Elektrod platinum dipateri ke dalam kaca. Menggunakan rintangan, kami menetapkan arus I = 0.5 A. (Bateri tiga sel kering 1.9 V digunakan sebagai sumber arus) Berapa banyak hidrogen dan oksigen akan dibebaskan selepas 30 minit.

nasi. 4… Rajah 4 sebagai contoh

Dalam bekas kanan, Gc = A • I • t = 0.1162 • 0.5 • 30 • 60 = 104.58 cm3 hidrogen akan dibebaskan.

Di dalam bekas kiri, Ga = A • l • t = 0.058 • 0.5 • 30 • 60 = 52.2 cm3 oksigen akan berkembang (gas menyesarkan air di dalam bekas tengah).

5. Blok penukar (penjana motor) menyediakan arus untuk mendapatkan kuprum elektrolitik (tulen). Dalam 8 jam anda sepatutnya mendapat 20 kg madu. Apakah arus yang perlu disediakan oleh penjana? • Setara elektrokimia kuprum ialah A = 0.329 mg / A • sec.

Oleh kerana G = A • I • t, ​​​​maka I = G / (A • t) = 20,000,000 / (0.329 • 8 • 3600) = 20,000,000 / 9475.2 = 2110.7 A.

6. Ia adalah perlu untuk lampu krom 200, yang mana 3 g krom diperlukan untuk setiap satu. Apakah arus yang diperlukan untuk melakukan kerja ini dalam 10 jam (elektrokimia bersamaan kromium A = 0.18 mg / A • saat).

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

7. Aluminium diperolehi melalui elektrolisis larutan tanah liat kaolin dan kriolit dalam tab mandi pada voltan kerja mandi 7 V dan arus 5000 A. Anod diperbuat daripada arang batu, dan mandi diperbuat daripada keluli dengan arang batu blok (Rajah 5).

nasi. 5Rajah 5 sebagai contoh

Tempat mandi pengeluaran aluminium disambungkan secara bersiri untuk meningkatkan voltan kerja (contohnya, 40 mandi). Untuk menghasilkan 1 kg aluminium, kira-kira 0.7 kg anod karbon dan 25-30 kWj elektrik diperlukan. Berdasarkan data yang diberikan, tentukan kuasa penjana, penggunaan tenaga selama 10 jam operasi, dan berat aluminium yang terhasil.

Kuasa penjana apabila bekerja pada 40 tempat mandi P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Tenaga elektrik yang digunakan selama 10 jam, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Jumlah aluminium yang diperolehi G = 14000:25 = 560 kg.

Berdasarkan persamaan elektrokimia teori, jumlah aluminium yang diperolehi hendaklah sama dengan:

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

Kecekapan pemasangan elektrolitik adalah sama dengan: Kecekapan = G / GT = 560 / 669.6 = 0.83 = 83%.