Електролиза. Примери израчунавања

Електролиза је разлагање електролита (раствора соли, киселина, база) уз помоћ електричне струје.

Електролиза се може урадити само једносмерном струјом. Током електролизе, водоник или метал садржан у соли се ослобађа на негативној електроди (катоди). Ако је позитивна електрода (анода) направљена од метала (обично иста као у соли), онда се позитивна електрода раствара током електролизе. Ако је анода нерастворљива (нпр. угљеник), онда се садржај метала у електролиту смањује током електролизе.

Количина супстанце која се ослобађа током електролизе на катоди је пропорционална количини електричне енергије која је прошла кроз електролит.

Количина супстанце коју ослобађа један кулон електричне енергије назива се електрохемијски еквивалент А, стога је Г = А • К; Г = А • И • т,

где је Г количина изоловане супстанце; К је количина електричне енергије; И — електрична струја; време је.

Сваки метал има свој електрохемијски еквивалент А.

Примери израчунавања

1. Колико ће се бакра ослободити из бакар сулфата (ЦуСО4) (сл. 1) са струјом И = 10 А током 30 минута.Електрохемијски еквивалент бакра А = 0,329 мг / А • сек.

Пиринач. 1. Шема на пример 1

Г = А • И • т = 0,329 • 10 • 30 • 60 = 5922 мг = 5,922 г.

Предмет суспендован на катоди ће ослободити 5,9 г чистог бакра.

2. Дозвољена густина струје у бакарном електролитичком премазу • = 0,4 А / дм2. Површина катоде коју треба прекрити бакром је С = 2,5 дм2. Која је струја потребна за електролизу и колико се бакра ослободи на катоди за 1 сат (сл. 2).

Пиринач. 2. Шема на пример 2

И = •• С = 0,4-2,5 = л А; Г = А • К = А • И • т = 0,329 • 1 • 60 • 60 = 1184,4 мг.

3. Оксидована вода (на пример, слаб раствор сумпорне киселине Х2СО4) током електролизе се разлаже на водоник и кисеоник. Електроде могу бити угљеничне, калајне, бакарне итд., али је најбоља платина. Колико кисеоника ће се ослободити на аноди, а колико водоника на катоди за 1/4 сата при струји од 1,5 А. Количина електричне енергије од 1 А сек ослобађа 0,058 цм3 кисеоника и 0,116 цм3 водоника (сл. 3).

Пиринач. 3. Шема на пример 3

Га = А • И • т = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 цм3 кисеоника ће се ослободити на катоди.

Гц = А • И • т = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 цм3 водоника ће се ослободити на аноди.

Мешавина водоника и кисеоника у овом односу назива се експлозивним гасом, који, када се запали, експлодира, формирајући воду.

4. Кисеоник и водоник за лабораторијске експерименте добијају се коришћењем електролиза воде (оксидована сумпорна киселина) (слика 4). Платинасте електроде су залемљене у стакло. Користећи отпор, постављамо струју И = 0,5 А. (Као извор струје се користи батерија од три суве ћелије од 1,9 В) Колико ће се водоника и кисеоника ослободити после 30 минута.

Пиринач. 4… Слика 4 на пример

У десном суду ће се ослободити Гц = А • И • т = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 цм3 водоника.

У левом суду ће се развити Га = А • л • т = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 цм3 кисеоника (гасови истискују воду у средњем суду).

5. Блок претварача (мотор-генератор) обезбеђује струју за добијање електролитског (чистог) бакра. За 8 сати требало би да добијете 20 кг меда. Коју струју треба да обезбеди генератор? • Електрохемијски еквивалент бакра је А = 0,329 мг/А • сец.

Пошто је Г = А • И • т, онда је И = Г / (А • т) = 20.000.000 / (0.329 • 8 • 3600) = 20.000.000 / 9475,2 = 2110,7 А.

6. Потребно је хромирати 200 фарова, од којих је за сваки потребно 3 г хрома. Која је струја потребна да се овај рад обави за 10 сати (електрохемијски еквивалент хрома А = 0,18 мг/А • сек).

И = Г / (А • т) = (200 • 3 • 1000) / (0,18 • 10 • 3600) = 92,6 А.

7. Алуминијум се добија електролизом раствора каолинске глине и криолита у купатилима при радном напону купатила од 7 В и струји од 5000 А. Аноде су од угља, а купатило од челика са угљем. блокови (слика 5).

Пиринач. 5Слика 5 на пример

Купке за производњу алуминијума су повезане у серију како би се повећао радни напон (на пример, 40 купатила). За производњу 1 кг алуминијума потребно је приближно 0,7 кг угљеничних анода и 25-30 кВх електричне енергије. На основу датих података одредите снагу генератора, потрошњу енергије за 10 сати рада и тежину добијеног алуминијума.

Снага генератора при раду на 40 купатила П = У • И = 40 • 7 • 5000 = 1400000 В = 1400 кВ.

Потрошена електрична енергија за 10 сати, А = П • т = 1400 кВ 10 х = 14000 кВ • х.

Количина добијеног алуминијума Г = 14000:25 = 560 кг.

На основу теоретског електрохемијског еквивалента, количина добијеног алуминијума треба да буде једнака:

ГТ = А • И • т = 0,093 • 5000 • 40 • 10 • 3600 = 0,093 • 720 000 000 мг = 669,6 кг.

Ефикасност електролитичке инсталације је једнака: Ефикасност = Г / ГТ = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.