Elektrolýza. Příklady výpočtů

Elektrolýza je rozklad elektrolytu (roztoku solí, kyselin, zásad) pomocí elektrického proudu.

Elektrolýzu lze provádět pouze stejnosměrným proudem. Při elektrolýze se vodík nebo kov obsažený v soli uvolňuje na záporné elektrodě (katodě). Pokud je kladná elektroda (anoda) vyrobena z kovu (většinou stejného jako u soli), pak se kladná elektroda při elektrolýze rozpouští. Pokud je anoda nerozpustná (např. uhlík), pak se obsah kovu v elektrolytu během elektrolýzy snižuje.

Množství látky uvolněné během elektrolýzy na katodě je úměrné množství elektřiny, která prošla elektrolytem.

Množství látky uvolněné jedním coulombem elektřiny se nazývá elektrochemický ekvivalent A, proto G = A • Q; G = A • I • t,

kde G je množství izolované látky; Q je množství elektřiny; I — elektrický proud; to je čas.

Každý kov má svůj elektrochemický ekvivalent A.

Příklady výpočtů

1. Kolik mědi se uvolní ze síranu měďnatého (CuSO4) (obr. 1) proudem I = 10 A po dobu 30 minut.Elektrochemický ekvivalent mědi A = 0,329 mg / A • sec.

Rýže. 1. Schéma například 1

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

Předmět zavěšený na katodě uvolní 5,9 g čisté mědi.

2. Přípustná proudová hustota v měděném elektrolytickém povlaku • = 0,4 A / dm2. Plocha katody, která má být pokryta mědí, je S = 2,5 dm2. Jaký proud je potřeba k elektrolýze a kolik mědi se uvolní na katodě za 1 hodinu (obr. 2).

Rýže. 2. Schéma například 2

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

3. Oxidovaná voda (například slabý roztok kyseliny sírové H2SO4) se při elektrolýze rozkládá na vodík a kyslík. Elektrody mohou být uhlíkové, cínové, měděné atd., ale nejlepší je platina. Kolik kyslíku se uvolní na anodě a kolik vodíku se uvolní na katodě za 1/4 hodiny při proudu 1,5 A. Množství elektřiny 1 A s uvolní 0,058 cm3 kyslíku a 0,116 cm3 vodíku (obr. 3).

Rýže. 3. Schéma například 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 kyslíku se uvolní na katodu.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 vodíku se uvolní na anodě.

Směs vodíku a kyslíku v tomto poměru se nazývá výbušný plyn, který po zapálení exploduje a vytvoří vodu.

4. Kyslík a vodík pro laboratorní experimenty se získávají pomocí elektrolýza vody (oxidovaná kyselina sírová) (obr. 4). Do skla jsou připájeny platinové elektrody. Pomocí odporu nastavíme proud I = 0,5 A. (Jako zdroj proudu je použita baterie tří suchých článků 1,9 V) Kolik vodíku a kyslíku se uvolní po 30 minutách.

Rýže. 4… Například obrázek 4

V pravé nádobě se uvolní Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 vodíku.

V levé nádobě se uvolní Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 kyslíku (plyny vytlačí vodu ve střední nádobě).

5. Blok měniče (motor-generátor) dodává proud pro získávání elektrolytické (čisté) mědi. Za 8 hodin byste měli získat 20 kg medu. Jaký proud by měl generátor poskytovat? • Elektrochemický ekvivalent mědi je A = 0,329 mg / A • sec.

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

6. Je nutné chromovat 200 světlometů, z toho na každý je potřeba 3 g chromu. Jaký proud je potřeba k provedení této práce za 10 hodin (elektrochemický ekvivalent chrómu A = 0,18 mg / A • s).

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

7. Hliník se získává elektrolýzou roztoku kaolinového jílu a kryolitu v lázních při pracovním napětí lázně 7 V a proudu 5000 A. Anody jsou z uhlí, vana z oceli s uhlím bloky (obr. 5).

Rýže. 5 Například obrázek 5

Výrobní vany hliníku se zapojují do série pro zvýšení pracovního napětí (například 40 van). K výrobě 1 kg hliníku je potřeba přibližně 0,7 kg uhlíkových anod a 25-30 kWh elektrické energie. Na základě uvedených údajů určete výkon elektrocentrály, spotřebu energie na 10 hodin provozu a hmotnost výsledného hliníku.

Výkon generátoru při práci na 40 vanách P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Elektrická energie spotřebovaná za 10 hodin, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14 000 kW • h.

Množství získaného hliníku G = 14000:25 = 560 kg.

Na základě teoretického elektrochemického ekvivalentu by se množství získaného hliníku mělo rovnat:

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

Účinnost elektrolytické instalace se rovná: Účinnost = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83 %.