อิเล็กโทรลิซิส. ตัวอย่างการคำนวณ

อิเล็กโทรไลซิสคือการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ (สารละลายของเกลือ กรด เบส) โดยใช้กระแสไฟฟ้า

อิเล็กโทรลิซิสสามารถทำได้ด้วยไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น ในระหว่างการอิเล็กโทรลิซิส ไฮโดรเจนหรือโลหะที่อยู่ในเกลือจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ (แคโทด) หากขั้วบวก (แอโนด) ทำจากโลหะ (โดยปกติจะเหมือนกับในเกลือ) จากนั้นขั้วบวกจะละลายในระหว่างการอิเล็กโทรลิซิส หากแอโนดไม่ละลายน้ำ (เช่น คาร์บอน) ปริมาณโลหะของอิเล็กโทรไลต์จะลดลงในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิส

ปริมาณของสารที่ปล่อยออกมาในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสที่แคโทดนั้นเป็นสัดส่วนกับปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์

ปริมาณของสารที่ปล่อยออกมาจากไฟฟ้าหนึ่งคูลอมบ์เรียกว่าสมมูลเคมีไฟฟ้าของ A ดังนั้น G = A • Q; G = A • I • เสื้อ,

โดยที่ G คือปริมาณของสารที่แยกได้ Q คือปริมาณไฟฟ้า ฉัน - กระแสไฟฟ้า t คือเวลา

โลหะแต่ละชนิดมีคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าเทียบเท่า A

ตัวอย่างการคำนวณ

1. ปริมาณทองแดงจะถูกปล่อยออกมาจากคอปเปอร์ซัลเฟต (CuSO4) (รูปที่ 1) ด้วยกระแส I = 10 A เป็นเวลา 30 นาทีเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของทองแดง A = 0.329 mg / A • วินาที

ข้าว. 1. แบบแผนตัวอย่าง 1

G = A • I • t = 0.329 • 10 • 30 • 60 = 5922 mg = 5.922 g.

วัตถุที่แขวนอยู่ที่แคโทดจะปล่อยทองแดงบริสุทธิ์ออกมา 5.9 กรัม

2. ความหนาแน่นกระแสที่อนุญาตในการเคลือบทองแดงด้วยไฟฟ้า • = 0.4 A / dm2 พื้นที่ของแคโทดที่จะหุ้มด้วยทองแดงคือ S = 2.5 dm2 กระแสไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการอิเล็กโทรลิซิสและจำนวนทองแดงที่ปล่อยออกมาที่แคโทดใน 1 ชั่วโมง (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. แบบแผนตัวอย่าง 2

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

3. น้ำออกซิไดซ์ (เช่น สารละลายกรดซัลฟิวริก H2SO4 อย่างอ่อน) ระหว่างอิเล็กโทรลิซิสจะสลายตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน อิเล็กโทรดอาจเป็นคาร์บอน ดีบุก ทองแดง ฯลฯ แต่แพลทินัมจะดีที่สุด ปริมาณออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวกและจำนวนไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบใน 1/4 ชั่วโมงที่กระแส 1.5 A ปริมาณไฟฟ้า 1 A วินาทีจะปล่อยออกซิเจน 0.058 cm3 และไฮโดรเจน 0.116 cm3 (รูปที่ . 3).

ข้าว. 3. แบบแผนตัวอย่าง 3

Ga = A • I • t = 0.058 • 1.5 • 15 • 60 = 78.3 cm3 ของออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาที่แคโทด

Gc = A • I • t = 0.1162 • 1.5 • 15 • 60 = 156.8 cm3 ของไฮโดรเจนจะถูกปลดปล่อยที่ขั้วบวก

ส่วนผสมของไฮโดรเจนและออกซิเจนในอัตราส่วนนี้เรียกว่าแก๊สระเบิด ซึ่งเมื่อติดไฟจะระเบิดและกลายเป็นน้ำ

4. ได้รับออกซิเจนและไฮโดรเจนสำหรับการทดลองในห้องปฏิบัติการโดยใช้ อิเล็กโทรไลซิสของน้ำ (กรดกำมะถันออกซิไดซ์) (รูปที่ 4) อิเล็กโทรดแพลทินัมถูกบัดกรีเข้ากับแก้ว เมื่อใช้ความต้านทานเราตั้งค่าปัจจุบัน I = 0.5 A. (ใช้แบตเตอรี่เซลล์แห้ง 1.9 V สามก้อนเป็นแหล่งกระแส) จำนวนไฮโดรเจนและออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาหลังจาก 30 นาที

ข้าว. 4… รูปที่ 4 เช่น

ในภาชนะด้านขวา Gc = A • I • t = 0.1162 • 0.5 • 30 • 60 = 104.58 cm3 ของไฮโดรเจนจะถูกปลดปล่อยออกมา

ในภาชนะด้านซ้าย Ga = A • l • t = 0.058 • 0.5 • 30 • 60 = 52.2 cm3 ของออกซิเจนจะพัฒนาขึ้น (ก๊าซแทนที่น้ำในภาชนะกลาง)

5. บล็อกตัวแปลง (เครื่องกำเนิดมอเตอร์) ให้กระแสสำหรับการรับทองแดงด้วยไฟฟ้า (บริสุทธิ์) ใน 8 ชั่วโมงคุณควรได้รับน้ำผึ้ง 20 กิโลกรัม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรให้กระแสอะไร • ค่าสมมูลทางเคมีไฟฟ้าของทองแดงคือ A = 0.329 mg/A • วินาที

เนื่องจาก G = A • I • t ดังนั้น I = G / (A • t) = 20,000,000 / (0.329 • 8 • 3600) = 20,000,000 / 9475.2 = 2110.7 ก.

6. จำเป็นต้องใช้ไฟหน้าโครเมียม 200 ซึ่งแต่ละอันต้องใช้โครเมียม 3 กรัม ต้องใช้กระแสเท่าใดในการทำงานนี้ใน 10 ชั่วโมง (เทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของโครเมียม A = 0.18 มก. / A • วินาที)

I = G / (A • t) = (200 • 3 • 1,000) / (0.18 • 10 • 3600) = 92.6 ก.

7. อลูมิเนียมได้มาจากการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายดินขาวและไครโอไลต์ในอ่างที่แรงดันใช้งานของอ่าง 7 V และกระแส 5,000 A แอโนดทำจากถ่านหินและอ่างทำจากเหล็กพร้อมถ่านหิน บล็อก (รูปที่ 5)

ข้าว. 5รูปที่ 5 เช่น

อ่างอะลูมิเนียมสำหรับการผลิตถูกเชื่อมต่อเป็นอนุกรมเพื่อเพิ่มแรงดันใช้งาน (เช่น 40 อ่าง) ในการผลิตอะลูมิเนียม 1 กก. ต้องใช้คาร์บอนแอโนดประมาณ 0.7 กก. และไฟฟ้า 25-30 กิโลวัตต์ชั่วโมง จากข้อมูลที่ให้มา กำหนดกำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การใช้พลังงานสำหรับการทำงาน 10 ชั่วโมง และน้ำหนักของอะลูมิเนียมที่ได้

กำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเมื่อทำงาน 40 บาท P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW

พลังงานไฟฟ้าที่ใช้เป็นเวลา 10 ชั่วโมง A = P • t = 1400 kW 10 h = 14,000 kW • h

ปริมาณอะลูมิเนียมที่ได้ G = 14000:25 = 560 กก.

ตามหลักการเทียบเท่าไฟฟ้าเคมี ปริมาณอะลูมิเนียมที่ได้รับควรเท่ากับ:

GT = A • I • t = 0.093 • 5,000 • 40 • 10 • 3600 = 0.093 • 720,000,000 มก. = 669.6 กก.

ประสิทธิภาพของการติดตั้งด้วยไฟฟ้าเท่ากับ: ประสิทธิภาพ = G / GT = 560 / 669.6 = 0.83 = 83%