điện phân. ví dụ tính toán

Điện phân là sự phân hủy chất điện phân (dung dịch muối, axit, bazơ) bằng dòng điện.

Điện phân chỉ có thể được thực hiện với dòng điện một chiều. Trong quá trình điện phân, hydro hoặc kim loại chứa trong muối được giải phóng ở điện cực âm (cực âm). Nếu điện cực dương (cực dương) được làm bằng kim loại (thường giống như trong muối), thì điện cực dương sẽ hòa tan trong quá trình điện phân. Nếu cực dương không hòa tan (ví dụ carbon), thì hàm lượng kim loại của chất điện phân sẽ giảm trong quá trình điện phân.

Lượng chất thoát ra trong quá trình điện phân ở catốt tỉ lệ thuận với điện lượng đã chạy qua bình điện phân.

Lượng chất giải phóng theo 1 culông điện được gọi là đương lượng điện hóa của A, do đó G = A • Q; G = A•I•t,

trong đó G là lượng chất bị cô lập; Q là lượng điện năng; I — dòng điện; t là thời gian.

Mỗi kim loại có đương lượng điện hóa A.

ví dụ tính toán

1. Có bao nhiêu đồng sẽ được giải phóng từ đồng sunfat (CuSO4) (Hình 1) với dòng điện I = 10 A trong 30 phút.Đương lượng điện hóa của đồng A = 0,329 mg/A • giây.

Cơm. 1. Lược đồ ví dụ 1

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

Một vật được treo ở cực âm thì thoát ra 5,9 g đồng nguyên chất.

2. Mật độ dòng điện cho phép trong lớp mạ điện phân đồng • = 0,4 A/dm2. Diện tích catot cần phủ đồng là S = 2,5 dm2. Dòng điện cần thiết cho quá trình điện phân là bao nhiêu đồng được giải phóng ở cực âm trong 1 giờ (Hình 2).

Cơm. 2. Lược đồ ví dụ 2

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

3. Nước bị oxi hóa (ví dụ dung dịch axit sunfuric H2SO4 yếu) trong quá trình điện phân bị phân hủy thành hiđro và oxi. Các điện cực có thể là carbon, thiếc, đồng, v.v., nhưng bạch kim là tốt nhất. Bao nhiêu oxy sẽ được giải phóng ở cực dương và bao nhiêu hydro sẽ được giải phóng ở cực âm trong 1/4 giờ với dòng điện 1,5 A. Lượng điện 1 giây giải phóng 0,058 cm3 oxy và 0,116 cm3 hydro (Hình .3).

Cơm. 3. Lược đồ ví dụ 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 khí oxi sẽ thoát ra ở cực âm.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 hydro sẽ thoát ra ở cực dương.

Hỗn hợp hydro và oxy theo tỷ lệ này được gọi là khí nổ, khi đốt cháy sẽ nổ tạo thành nước.

4. Oxy và hydro cho các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm thu được bằng cách sử dụng điện phân nước (axit sunfuric bị oxy hóa) (Hình 4). Các điện cực bạch kim được hàn vào kính. Dùng điện trở, ta đặt cường độ dòng điện I = 0,5 A. (Dùng một cục pin khô 3 cell 1,9 V làm nguồn dòng) Hỏi sau 30 phút giải phóng ra bao nhiêu hiđro và oxi.

Cơm. 4… Hình 4 chẳng hạn

Trong bình bên phải, Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 hydro sẽ được giải phóng.

Ở bình bên trái, Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 oxy sẽ thoát ra (khí chiếm chỗ của nước ở bình giữa).

5. Khối chuyển đổi (động cơ-máy phát điện) cung cấp dòng điện để thu được đồng điện phân (tinh khiết). Trong 8 giờ bạn sẽ thu được 20 kg mật ong. Máy phát điện nên cung cấp dòng điện nào? • Đương lượng điện hóa của đồng là A = 0,329 mg/A • giây.

Vì G = A•I•t nên I = G/(A•t) = 20.000.000/(0.329•8•3600) = 20.000.000/9475.2 = 2110.7 A .

6. Cần phải mạ crôm 200 đèn pha, trong đó cần 3 g crôm cho mỗi chiếc. Dòng điện cần thiết để thực hiện công việc này trong 10 giờ (đương lượng điện hóa của crom A = 0,18 mg/A • giây).

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

7. Nhôm thu được bằng cách điện phân dung dịch đất sét cao lanh và criolit trong bồn tắm ở điện áp làm việc của bồn tắm là 7 V và dòng điện 5000 A. Các cực dương được làm bằng than và bồn tắm được làm bằng thép với than khối (Hình 5).

Cơm. 5Hình 5 chẳng hạn

Các bể sản xuất nhôm được nối nối tiếp để tăng điện áp làm việc (ví dụ: 40 bể). Để sản xuất 1 kg nhôm, cần khoảng 0,7 kg cực dương carbon và 25-30 kWh điện. Dựa trên dữ liệu đã cho, hãy xác định công suất của máy phát điện, mức tiêu thụ năng lượng trong 10 giờ hoạt động và trọng lượng của nhôm thu được.

Công suất của máy phát điện khi làm việc trên 40 bồn tắm P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Năng lượng điện tiêu thụ trong 10 giờ, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Khối lượng nhôm thu được G = 14000:25 = 560 kg.

Dựa vào đương lượng điện hóa lý thuyết, khối lượng nhôm thu được phải bằng:

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

Hiệu suất của dàn điện phân bằng: Hiệu suất = G/GT = 560/669,6 = 0,83 = 83%.