Електролиза. Примери за изчисление

Електролизата е разлагане на електролит (разтвор на соли, киселини, основи) чрез електрически ток.

Електролизата може да се извършва само с постоянен ток. По време на електролизата водородът или металът, съдържащ се в солта, се освобождават при отрицателния електрод (катод). Ако положителният електрод (анод) е направен от метал (обикновено същият като в солта), тогава положителният електрод се разтваря по време на електролиза. Ако анодът е неразтворим (например въглерод), тогава съдържанието на метал в електролита намалява по време на електролизата.

Количеството вещество, отделяно по време на електролиза на катода, е пропорционално на количеството електричество, което е преминало през електролита.

Количеството вещество, отделяно от един кулон електричество, се нарича електрохимичен еквивалент на A, следователно G = A • Q; G = A • I • t,

където G е количеството на изолираното вещество; Q е количеството електроенергия; I — електрически ток; t е време.

Всеки метал има свой електрохимичен еквивалент А.

Примери за изчисление

1. Колко мед ще се отдели от меден сулфат (CuSO4) (фиг. 1) с ток I = 10 A за 30 минути. Електрохимичен еквивалент на мед A = 0,329 mg / A • сек.

Ориз. 1. Схема например 1

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

Обект, окачен на катода, ще освободи 5,9 g чиста мед.

2. Допустима плътност на тока в медно електролитно покритие • = 0,4 A / dm2. Площта на катода, който трябва да бъде покрит с мед, е S = 2,5 dm2. Какъв ток е необходим за електролиза и колко мед се отделя на катода за 1 час (фиг. 2). 

Ориз. 2. Схема например 2

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

3. Окислена вода (например слаб разтвор на сярна киселина H2SO4) по време на електролиза се разлага на водород и кислород. Електродите могат да бъдат въглерод, калай, мед и т.н., но платината е най -добрата. Колко кислород ще бъде освободен на анода и колко водород ще бъде освободен на катода за 1/4 час при ток от 1,5 А. Количеството електричество 1 A sec освобождава 0,058 cm3 кислород и 0,116 cm3 водород (фиг. . 3).

Ориз. 3. Схема например 3

При катода ще се отдели Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 см3 кислород.

На анода ще се отдели Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 водород.

Смес от водород и кислород в това съотношение се нарича експлозивен газ, който при запалване експлодира, образувайки вода.

4. Кислород и водород за лабораторни експерименти се получават с помощта електролиза на вода (окислена сярна киселина) (фиг. 4). Платинени електроди са запоени в стъклото. Използвайки съпротивлението, задаваме тока I = 0,5 A. (Като източник на ток се използва батерия от три сухи клетки от 1,9 V) Колко водород и кислород ще се освободят след 30 минути.

Ориз. 4… Фигура например 4

В десния съд ще се отдели Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 см3 водород.

В левия съд ще се отдели Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 см3 кислород (газовете изтласкват вода в средния съд).

5. Конверторният блок (мотор-генератор) осигурява ток за получаване на електролитна (чиста) мед. За 8 часа трябва да получите 20 кг мед. Какъв ток трябва да осигури генераторът? • Електрохимичният еквивалент на медта е A = 0,329 mg / A • сек.

Тъй като G = A • I • t, ​​тогава I = G / (A • t) = 20 000 000 / (0,329 • 8 • 3600) = 20 000 000 / 9475,2 = 2110,7 А.

6. Необходимо е да се хромират 200 фара, от които са необходими 3 g хром за всеки. Какъв ток е необходим, за да се извърши тази работа за 10 часа (електрохимичен еквивалент на хром А = 0,18 мг / А • сек).

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

7. Алуминият се получава чрез електролиза на разтвор от каолинова глина и криолит във вани при работно напрежение на ваната 7 V и ток 5000 А. Анодите са изработени от въглища, а банята е от стомана с въглищни блокове (Фиг. 5).

Ориз. 5Фигура 5 например

Ваните за производство на алуминий са свързани последователно, за да се увеличи работното напрежение (например 40 бани). За да се получи 1 кг алуминий, са необходими приблизително 0,7 кг въглеродни аноди и 25-30 кВтч електроенергия. Въз основа на дадените данни определете мощността на генератора, консумацията на енергия за 10 часа работа и теглото на получения алуминий.

Мощност на генератора при работа на 40 бани P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Консумирана електрическа енергия за 10 часа, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Количеството на получения алуминий G = 14000:25 = 560 кг.

Въз основа на теоретичния електрохимичен еквивалент, количеството на получения алуминий трябва да бъде равно на:

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

Ефективността на електролитната инсталация е равна на: КПД = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.