הַפרָדָה חַשְׁמָלִית. דוגמאות חישוב

אלקטרוליזה היא פירוק של אלקטרוליט (תמיסה של מלחים, חומצות, בסיסים) באמצעות זרם חשמלי.

אלקטרוליזה יכולה להיעשות רק עם זרם ישר. במהלך האלקטרוליזה, המימן או המתכת הכלולים במלח משתחררים באלקטרודה השלילית (קתודה). אם האלקטרודה החיובית (אנודה) עשויה ממתכת (בדרך כלל זהה למלח), אז האלקטרודה החיובית מתמוססת במהלך האלקטרוליזה. אם האנודה אינה מסיסה (למשל פחמן), אז תכולת המתכת של האלקטרוליט יורדת במהלך האלקטרוליזה.

כמות החומר המשתחררת במהלך האלקטרוליזה בקתודה היא פרופורציונלית לכמות החשמל שעברה דרך האלקטרוליט.

כמות החומר המשתחררת מקולומב אחד של חשמל נקראת המקבילה האלקטרוכימית של A, לכן G = A • Q; G = A • I • t,

כאשר G הוא כמות החומר המבודד; Q היא כמות החשמל; I - זרם חשמלי; זה הזמן.

לכל מתכת יש את המקבילה האלקטרוכימית שלה A.

דוגמאות חישוב

1. כמה נחושת תשתחרר מגופרת נחושת (CuSO4) (איור 1) עם זרם I = 10 A למשך 30 דקות.מקבילה אלקטרוכימית של נחושת A = 0.329 מ"ג / A • שניות.

אורז. 1. תכנית לדוגמה 1

G = A • I • t = 0.329 • 10 • 30 • 60 = 5922 מ"ג = 5.922 גרם.

חפץ תלוי בקתודה ישחרר 5.9 גרם נחושת טהורה.

2. צפיפות זרם מותרת בציפוי אלקטרוליטי נחושת • = 0.4 A / dm2. שטח הקתודה שיש לכסות בנחושת הוא S = 2.5 dm2. איזה זרם נדרש לאלקטרוליזה וכמה נחושת משתחררת בקתודה בשעה אחת (איור 2).

אורז. 2. תכנית לדוגמה 2

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

3. מים מחומצנים (לדוגמה, תמיסה חלשה של חומצה גופרתית H2SO4) במהלך האלקטרוליזה מתפרקים למימן ולחמצן. אלקטרודות יכולות להיות פחמן, פח, נחושת וכו', אבל פלטינה היא הטובה ביותר. כמה חמצן ישתחרר באנודה וכמה מימן ישתחרר בקתודה תוך 1/4 שעה בזרם של 1.5 A. כמות החשמל 1 A שניה משחררת 0.058 סמ"ק חמצן ו-0.116 סמ"ק מימן (איור .3).

אורז. 3. תכנית למשל 3

Ga = A • I • t = 0.058 • 1.5 • 15 • 60 = 78.3 סמ"ק של חמצן ישוחרר בקתודה.

Gc = A • I • t = 0.1162 • 1.5 • 15 • 60 = 156.8 סמ"ק של מימן ישוחרר באנודה.

תערובת של מימן וחמצן ביחס זה נקראת גז נפץ, אשר בעת הצתתו מתפוצץ ויוצר מים.

4. חמצן ומימן לניסויי מעבדה מתקבלים באמצעות אלקטרוליזה של מים (חומצה גופרתית מחומצנת) (איור 4). אלקטרודות פלטינה מולחמות לתוך הזכוכית. באמצעות ההתנגדות, אנו קובעים את הזרם I = 0.5 A. (סוללה של שלושה תאים יבשים של 1.9 V משמשת כמקור זרם) כמה מימן וחמצן ישתחררו לאחר 30 דקות.

אורז. 4... איור 4 למשל

בכלי הימני ישתחרר Gc = A • I • t = 0.1162 • 0.5 • 30 • 60 = 104.58 סמ"ק של מימן.

בכלי השמאלי יתפתח Ga = A • l • t = 0.058 • 0.5 • 30 • 60 = 52.2 סמ"ק חמצן (הגזים מחליפים מים בכלי האמצעי).

5. בלוק הממיר (מנוע-גנרטור) מספק זרם להשגת נחושת אלקטרוליטית (טהורה). תוך 8 שעות אתה אמור לקבל 20 ק"ג דבש. איזה זרם צריך לספק הגנרטור? • המקבילה האלקטרוכימית של נחושת היא A = 0.329 מ"ג / A • שניה.

מכיוון ש-G = A • I • t, ​​אז I = G / (A • t) = 20,000,000 / (0.329 • 8 • 3600) = 20,000,000 / 9475.2 = 2110.7 A.

6. יש צורך בכרום 200 פנסים, מתוכם 3 גרם כרום נדרשים לכל אחד. איזה זרם נדרש כדי לבצע עבודה זו תוך 10 שעות (מקבילה אלקטרוכימית של כרום A = 0.18 מ"ג / A • שניות).

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

7. אלומיניום מתקבל על ידי אלקטרוליזה של תמיסה של חימר קאולין וקריוליט באמבטיות במתח עבודה של האמבטיה של 7 וולט וזרם של 5000 A. האנודות עשויות פחם, והאמבטיה עשויה מפלדה עם פחם בלוקים (איור 5).

אורז. 5איור 5 למשל

אמבטיות ייצור אלומיניום מחוברות בסדרה להגברת מתח העבודה (לדוגמה, 40 אמבטיות). כדי לייצר 1 ק"ג של אלומיניום, נדרשים כ-0.7 ק"ג של אנודות פחמן ו-25-30 קילו-וואט של חשמל. בהתבסס על הנתונים הנתונים, קבע את הספק הגנרטור, את צריכת האנרגיה למשך 10 שעות פעולה ואת משקל האלומיניום המתקבל.

הספק של הגנרטור בעת עבודה על 40 אמבטיות P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 קילוואט.

אנרגיה חשמלית הנצרכת במשך 10 שעות, A = P • t = 1400 קילוואט 10 שעות = 14,000 קילוואט • שעה.

כמות האלומיניום המתקבלת G = 14000:25 = 560 ק"ג.

בהתבסס על המקבילה האלקטרוכימית התיאורטית, כמות האלומיניום המתקבלת צריכה להיות שווה ל:

GT = A • I • t = 0.093 • 5000 • 40 • 10 • 3600 = 0.093 • 720,000,000 מ"ג = 669.6 ק"ג.

יעילות המתקן האלקטרוליטי שווה ל: יעילות = G / GT = 560 / 669.6 = 0.83 = 83%.