Electròlisi. Exemples de càlcul

L'electròlisi és la descomposició d'un electròlit (una solució de sals, àcids, bases) per mitjà d'un corrent elèctric.

L'electròlisi només es pot fer amb corrent continu. Durant l'electròlisi, l'hidrogen o metall contingut en la sal s'allibera a l'elèctrode negatiu (càtode). Si l'elèctrode positiu (ànode) està fet de metall (normalment el mateix que a la sal), aleshores l'elèctrode positiu es dissol durant l'electròlisi. Si l'ànode és insoluble (per exemple, carboni), aleshores el contingut metàl·lic de l'electròlit disminueix durant l'electròlisi.

La quantitat de substància alliberada durant l'electròlisi al càtode és proporcional a la quantitat d'electricitat que ha passat per l'electròlit.

La quantitat de substància alliberada per un coulomb d'electricitat s'anomena equivalent electroquímic de A, per tant G = A • Q; G = A • I • t,

on G és la quantitat de substància aïllada; Q és la quantitat d'electricitat; I — corrent elèctric; t és el temps.

Cada metall té el seu equivalent electroquímic A.

Exemples de càlcul

1. Quant coure s'alliberarà del sulfat de coure (CuSO4) (Fig. 1) amb un corrent I = 10 A durant 30 minuts.Equivalent electroquímic del coure A = 0,329 mg / A • seg.

Arròs. 1. Esquema per exemple 1

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

Un objecte suspès al càtode alliberarà 5,9 g de coure pur.

2. Densitat de corrent admissible en recobriment electrolític de coure • = 0,4 A / dm2. L'àrea del càtode a cobrir amb coure és S = 2,5 dm2. Quin corrent es requereix per a l'electròlisi i quant coure s'allibera al càtode en 1 hora (Fig. 2).

Arròs. 2. Esquema per exemple 2

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

3. L'aigua oxidada (per exemple, una solució feble d'àcid sulfúric H2SO4) durant l'electròlisi es descompon en hidrogen i oxigen. Els elèctrodes poden ser de carboni, estany, coure, etc., però el platí és el millor. Quant d'oxigen s'alliberarà a l'ànode i quant d'hidrogen s'alliberarà al càtode en 1/4 d'hora a un corrent d'1,5 A. La quantitat d'electricitat 1 A s allibera 0,058 cm3 d'oxigen i 0,116 cm3 d'hidrogen (Fig. . 3).

Arròs. 3. Esquema per exemple 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 d'oxigen s'alliberaran al càtode.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 d'hidrogen s'alliberaran a l'ànode.

Una mescla d'hidrogen i oxigen en aquesta proporció s'anomena gas explosiu que, quan s'encén, explota, formant aigua.

4. S'obtenen oxigen i hidrogen per a experiments de laboratori electròlisi de l'aigua (àcid sulfúric oxidat) (Fig. 4). Els elèctrodes de platí es solden al vidre. Utilitzant la resistència, posem el corrent I = 0,5 A. (Com a font de corrent s'utilitza una bateria de tres cel·les seques d'1,9 V) Quant hidrogen i oxigen s'alliberaran al cap de 30 minuts.

Arròs. 4... Figura 4 per exemple

Al recipient dret, s'alliberaran Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 d'hidrogen.

Al vas esquerre, es desenvoluparà Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 d'oxigen (els gasos desplacen l'aigua al vas mitjà).

5. El bloc convertidor (motor-generador) proporciona corrent per a l'obtenció de coure electrolític (pur). En 8 hores hauríeu d'aconseguir 20 kg de mel. Quin corrent ha de proporcionar el generador? • L'equivalent electroquímic del coure és A = 0,329 mg / A • seg.

Com que G = A • I • t, ​​aleshores I = G / (A • t) = 20.000.000 / (0,329 • 8 • 3600) = 20.000.000 / 9475,2 = 2110,7 A.

6. Cal cromar 200 fars, dels quals calen 3 g de crom per a cadascun. Quina intensitat es necessita per fer aquest treball en 10 hores (equivalent electroquímic de crom A = 0,18 mg / A • s).

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

7. L'alumini s'obté per electròlisi d'una solució d'argila caolí i criolita en banys a una tensió de treball del bany de 7 V i un corrent de 5000 A. Els ànodes són de carbó, i el bany és d'acer amb carbó blocs (Fig. 5).

Arròs. 5 Figura 5, per exemple

Els banys de producció d'alumini es connecten en sèrie per augmentar la tensió de treball (per exemple, 40 banys). Per produir 1 kg d'alumini es necessiten aproximadament 0,7 kg d'ànodes de carboni i 25-30 kWh d'electricitat. A partir de les dades proporcionades, determineu la potència del generador, el consum d'energia durant 10 hores de funcionament i el pes de l'alumini resultant.

Potència del generador quan es treballa en 40 banys P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Energia elèctrica consumida durant 10 hores, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

La quantitat d'alumini obtinguda G = 14000:25 = 560 kg.

En funció de l'equivalent electroquímic teòric, la quantitat d'alumini obtinguda hauria de ser igual a:

GT = A • I • t = 0,093 • 5000 • 40 • 10 • 3600 = 0,093 • 720.000.000 mg = 669,6 kg.

L'eficiència de la instal·lació electrolítica és igual a: Eficiència = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.