Elektrolīze. Aprēķinu piemēri

Elektrolīze ir elektrolīta (sāļu, skābju, bāzu šķīduma) sadalīšana ar elektriskās strāvas palīdzību.

Elektrolīzi var veikt tikai ar līdzstrāvu. Elektrolīzes laikā ūdeņradis vai metāls, kas atrodas sālī, tiek atbrīvots pie negatīvā elektroda (katoda). Ja pozitīvais elektrods (anods) ir izgatavots no metāla (parasti tāds pats kā sālī), tad pozitīvais elektrods elektrolīzes laikā izšķīst. Ja anods ir nešķīstošs (piemēram, ogleklis), elektrolīzes laikā elektrolīta metālu saturs samazinās.

Vielas daudzums, kas izdalās elektrolīzes laikā pie katoda, ir proporcionāls elektroenerģijas daudzumam, kas izgājis caur elektrolītu.

Vielas daudzumu, ko izdala viens kulons elektrības, sauc par A elektroķīmisko ekvivalentu, tāpēc G = A • Q; G = A • I • t,

kur G ir izolētās vielas daudzums; Q ir elektroenerģijas daudzums; I — elektriskā strāva; t ir laiks.

Katram metālam ir savs elektroķīmiskais ekvivalents A.

Aprēķinu piemēri

1. Cik daudz vara izdalīsies no vara sulfāta (CuSO4) (1. att.) ar strāvu I = 10 A 30 minūtes.Vara elektroķīmiskais ekvivalents A = 0,329 mg / A • sek.

Rīsi. 1. Shēma piemēram 1

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

Priekšmets, kas apturēts pie katoda, izdala 5,9 g tīra vara.

2. Pieļaujamais strāvas blīvums vara elektrolītiskā pārklājumā • = 0,4 A / dm2. Katoda laukums, kas jāpārklāj ar varu, ir S = 2,5 dm2. Kāda strāva nepieciešama elektrolīzei un cik vara izdalās pie katoda 1 stundas laikā (2. att.).

Rīsi. 2. Shēma piemēram 2

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

3. Oksidēts ūdens (piemēram, vājš sērskābes H2SO4 šķīdums) elektrolīzes laikā sadalās ūdeņradī un skābeklī. Elektrodi var būt oglekļa, alvas, vara utt., bet vislabākais ir platīns. Cik daudz skābekļa izdalīsies pie anoda un cik daudz ūdeņraža izdalīsies pie katoda 1/4 stundas laikā pie 1,5 A strāvas. Elektrības daudzums 1 A sek izdala 0,058 cm3 skābekļa un 0,116 cm3 ūdeņraža (att. . 3).

Rīsi. 3. Shēma piemēram 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 skābekļa izdalīsies pie katoda.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 ūdeņraža izdalīsies pie anoda.

Ūdeņraža un skābekļa maisījumu šādā attiecībā sauc par sprādzienbīstamu gāzi, kas, aizdedzinot, eksplodē, veidojot ūdeni.

4. Skābekli un ūdeņradi laboratorijas eksperimentiem iegūst, izmantojot ūdens elektrolīze (oksidētā sērskābe) (4. att.). Platīna elektrodi ir pielodēti stiklā. Izmantojot pretestību, mēs iestatām strāvu I = 0,5 A. (Par strāvas avotu tiek izmantots trīs sauso elementu 1,9 V akumulators) Cik daudz ūdeņraža un skābekļa izdalīsies pēc 30 minūtēm.

Rīsi. 4… Piemēram, 4. attēls

Labajā traukā izdalīsies Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 ūdeņraža.

Kreisajā traukā Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 skābekļa (gāzes izspiež ūdeni vidējā traukā).

5. Pārveidotāja bloks (motors-ģenerators) nodrošina strāvu elektrolītiskā (tīrā) vara iegūšanai. 8 stundu laikā jums vajadzētu iegūt 20 kg medus. Kādu strāvu vajadzētu nodrošināt ģeneratoram? • Vara elektroķīmiskais ekvivalents ir A = 0,329 mg / A • sek.

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

6. Nepieciešams hromēt 200 lukturus, no kuriem katram nepieciešami 3 g hroma. Kāda strāva ir nepieciešama, lai veiktu šo darbu 10 stundās (hroma A elektroķīmiskais ekvivalents = 0,18 mg / A • sek).

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

7. Alumīniju iegūst kaolīna māla un kriolīta šķīduma elektrolīzē vannās ar vannas darba spriegumu 7 V un strāvu 5000 A. Anodi ir izgatavoti no oglēm, un vanna ir izgatavota no tērauda ar akmeņoglēm. bloki (5. att.).

Rīsi. 5Piemēram, 5. attēls

Alumīnija ražošanas vannas tiek savienotas virknē, lai palielinātu darba spriegumu (piemēram, 40 vannas). Lai saražotu 1 kg alumīnija, nepieciešami aptuveni 0,7 kg oglekļa anodu un 25-30 kWh elektroenerģijas. Pamatojoties uz dotajiem datiem, nosakiet ģeneratora jaudu, enerģijas patēriņu 10 darbības stundām un iegūtā alumīnija svaru.

Ģeneratora jauda, ​​strādājot pie 40 vannām P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Elektroenerģija patērēta 10 stundas, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Iegūtais alumīnija daudzums G = 14000:25 = 560 kg.

Pamatojoties uz teorētisko elektroķīmisko ekvivalentu, iegūtajam alumīnija daudzumam jābūt vienādam ar:

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

Elektrolītiskās iekārtas efektivitāte ir vienāda ar: Efektivitāte = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.