التحليل الكهربائي. أمثلة حسابية

التحليل الكهربائي هو تحلل المنحل بالكهرباء (محلول من الأملاح والأحماض والقواعد) بواسطة تيار كهربائي.

لا يمكن إجراء التحليل الكهربائي إلا بالتيار المباشر. أثناء التحليل الكهربائي ، يتم إطلاق الهيدروجين أو المعدن الموجود في الملح عند القطب السالب (الكاثود). إذا كان القطب الموجب (الأنود) مصنوعًا من المعدن (عادةً ما يكون هو نفسه الموجود في الملح) ، فإن القطب الموجب يذوب أثناء التحليل الكهربائي. إذا كان الأنود غير قابل للذوبان (مثل الكربون) ، فإن المحتوى المعدني للإلكتروليت ينخفض ​​أثناء التحليل الكهربائي.

تتناسب كمية المادة المنبعثة أثناء التحليل الكهربائي عند الكاثود مع كمية الكهرباء التي مرت عبر الإلكتروليت.

تسمى كمية المادة التي يطلقها كولوم واحد من الكهرباء بالمكافئ الكهروكيميائي لـ A ، وبالتالي G = A • Q ؛ G = A • I • t ،

حيث G هي كمية المادة المعزولة ؛ س هو مقدار الكهرباء. أنا - التيار الكهربائي ر حان الوقت.

كل معدن له مكافئه الكهروكيميائي أ.

أمثلة حسابية

1. كمية النحاس التي سيتم إطلاقها من كبريتات النحاس (CuSO4) (الشكل 1) بتيار I = 10 A لمدة 30 دقيقة.المكافئ الكهروكيميائي للنحاس أ = 0.329 مجم / أ • ثانية.

أرز. 1. مخطط على سبيل المثال 1

G = A • I • t = 0.329 • 10 • 30 • 60 = 5922 مجم = 5.922 جم.

سيطلق جسم معلق عند الكاثود 5.9 جم من النحاس النقي.

2. كثافة التيار المسموح بها في طلاء النحاس بالكهرباء • = 0.4 أمبير / ديسيمتر 2. مساحة الكاثود المراد تغطيتها بالنحاس هي S = 2.5 dm2. ما هو التيار المطلوب للتحليل الكهربائي وكمية النحاس التي يتم إطلاقها عند الكاثود في ساعة واحدة (الشكل 2).

أرز. 2. مخطط على سبيل المثال 2

أنا = •• S = 0.4-2.5 = لتر أ ؛ G = A • Q = A • I • t = 0.329 • 1 • 60 • 60 = 1184.4 مجم.

3. يتحلل الماء المؤكسد (على سبيل المثال ، محلول ضعيف من حمض الكبريتيك H2SO4) أثناء التحليل الكهربائي إلى هيدروجين وأكسجين. يمكن أن تكون الأقطاب الكهربائية من الكربون والقصدير والنحاس وما إلى ذلك ، ولكن البلاتين هو الأفضل. مقدار الأكسجين الذي سيتم إطلاقه عند الأنود وكمية الهيدروجين التي سيتم إطلاقها عند الكاثود في 1/4 ساعة عند تيار 1.5 أ. كمية الكهرباء 1 أ ثانية تطلق 0.058 سم 3 من الأكسجين و 0.116 سم 3 من الهيدروجين (الشكل . 3).

أرز. 3. مخطط على سبيل المثال 3

Ga = A • I • t = 0.058 • 1.5 • 15 • 60 = 78.3 سم 3 من الأكسجين سيتم إطلاقه عند الكاثود.

Gc = A • I • t = 0.1162 • 1.5 • 15 • 60 = 156.8 سم 3 من الهيدروجين سيتم إطلاقه عند الأنود.

يسمى خليط الهيدروجين والأكسجين في هذه النسبة بالغاز المتفجر ، والذي ينفجر عند الاشتعال مكونًا الماء.

4. يتم الحصول على الأكسجين والهيدروجين للتجارب المعملية باستخدام التحليل الكهربائي للماء (حمض الكبريتيك المؤكسد) (الشكل 4). أقطاب البلاتين ملحومة في الزجاج. باستخدام المقاومة ، قمنا بتعيين التيار I = 0.5 A. (يتم استخدام بطارية من ثلاث خلايا جافة بقوة 1.9 فولت كمصدر حالي) كم سيتم إطلاق الهيدروجين والأكسجين بعد 30 دقيقة.

أرز. 4 ... الشكل 4 على سبيل المثال

في الوعاء الأيمن ، Gc = A • I • t = 0.1162 • 0.5 • 30 • 60 = 104.58 سم 3 من الهيدروجين سيتم إطلاقه.

في الوعاء الأيسر ، Ga = A • l • t = 0.058 • 0.5 • 30 • 60 = 52.2 سم 3 من الأكسجين سوف يتطور (الغازات تزيح الماء في الوعاء الأوسط).

5. توفر كتلة المحول (مولد محرك) تيارًا للحصول على النحاس الإلكتروليتي (النقي). في غضون 8 ساعات يجب أن تحصل على 20 كجم من العسل. ما التيار الذي يجب أن يوفره المولد؟ • المكافئ الكهروكيميائي للنحاس A = 0.329 مجم / ألف • ثانية.

بما أن G = A • I • t ، إذن أنا = G / (A • t) = 20.000.000 / (0.329 • 8 • 3600) = 20.000.000 / 9475.2 = 2110.7 A.

6. من الضروري الكروم 200 مصباح أمامي ، يتطلب كل منها 3 جرام من الكروم. ما هو التيار المطلوب للقيام بهذا العمل في 10 ساعات (المكافئ الكهروكيميائي للكروم أ = 0.18 مجم / ألف • ثانية).

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

7. يتم الحصول على الألمنيوم عن طريق التحليل الكهربائي لمحلول من طين الكاولين والكريوليت في الحمامات بجهد عمل للحمام 7 فولت وتيار 5000 أ. الأنودات مصنوعة من الفحم ، والحمام مصنوع من الفولاذ بالفحم. كتل (الشكل 5).

أرز. 5 الشكل 5 على سبيل المثال

يتم توصيل حمامات إنتاج الألمنيوم في سلسلة لزيادة جهد التشغيل (على سبيل المثال ، 40 حمامًا). لإنتاج 1 كجم من الألومنيوم ، يلزم ما يقرب من 0.7 كجم من أنودات الكربون و 25-30 كيلو وات ساعة من الكهرباء. بناءً على البيانات المقدمة ، حدد قوة المولد واستهلاك الطاقة لمدة 10 ساعات من التشغيل ووزن الألمنيوم الناتج.

طاقة المولد عند العمل على 40 حمام P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

الطاقة الكهربائية المستهلكة لمدة 10 ساعات ، A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

كمية الألمنيوم التي تم الحصول عليها G = 14000: 25 = 560 كجم.

بناءً على المكافئ الكهروكيميائي النظري ، يجب أن تكون كمية الألمنيوم التي يتم الحصول عليها مساوية:

GT = A • I • t = 0.093 • 5000 • 40 • 10 • 3600 = 0.093 • 720.000.000 مجم = 669.6 كجم.

كفاءة التركيب الكهربائي تساوي: الكفاءة = G / GT = 560 / 669.6 = 0.83 = 83٪.