전기 분해. 계산 예

전기분해는 전류에 의한 전해질(염, 산, 염기의 용액)의 분해입니다.

전기 분해는 직류로만 수행할 수 있습니다. 전기 분해 중에 염에 포함된 수소 또는 금속이 음극(음극)에서 방출됩니다. 양극(양극)이 금속(일반적으로 소금과 동일)으로 만들어진 경우 양극은 전기 분해 중에 용해됩니다. 양극이 불용성(예: 탄소)인 경우 전해액의 금속 함량은 전기 분해 중에 감소합니다.

음극에서 전기분해하는 동안 방출되는 물질의 양은 전해질을 통과한 전기의 양에 비례합니다.

1 쿨롱의 전기가 방출하는 물질의 양을 A의 전기화학적 등가물이라고 합니다. 따라서 G = A • Q; G = A • I • t,

여기서 G는 분리된 물질의 양입니다. Q는 전기량입니다. 나는 - 전류; t는 시간입니다.

각 금속은 전기화학적 등가물 A를 가지고 있습니다.

계산 예

1. 전류 I = 10A에서 30분 동안 황산구리(CuSO4)에서 얼마나 많은 구리가 방출될 것인가(그림 1).구리 A의 전기화학적 당량 = 0.329 mg/A • sec.

쌀. 1. 실시예 1에 대한 반응식

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

음극에 매달려 있는 물체는 5.9g의 순 구리를 방출합니다.

2. 구리 전해 코팅의 허용 전류 밀도 • = 0.4 A / dm2. 구리로 덮일 음극의 면적은 S = 2.5 dm2입니다. 전기분해에 필요한 전류와 1시간 동안 음극에서 방출되는 구리의 양(그림 2).

쌀. 2. 실시예 2에 대한 반응식

나는 = •• S = 0.4-2.5 = lA; G = A • Q = A • I • t = 0.329 • 1 • 60 • 60 = 1184.4mg.

3. 전기 분해 중 산화수(예: 황산 H2SO4의 약한 용액)는 수소와 산소로 분해됩니다. 전극은 탄소, 주석, 구리 등이 될 수 있지만 백금이 가장 좋습니다. 1.5A의 전류에서 1/4시간 동안 양극에서 얼마나 많은 산소가 방출되고 음극에서 얼마나 많은 수소가 방출될 것인가. 전기량 1A초는 0.058cm3의 산소와 0.116cm3의 수소를 방출한다 . 삼).

쌀. 3. 실시예 3에 대한 반응식

Ga = A • I • t = 0.058 • 1.5 • 15 • 60 = 78.3 cm3의 산소가 음극에서 방출됩니다.

Gc = A • I • t = 0.1162 • 1.5 • 15 • 60 = 156.8 cm3의 수소가 양극에서 방출됩니다.

이 비율의 수소와 산소의 혼합물을 폭발성 가스라고 하며, 점화되면 폭발하여 물을 형성합니다.

4. 실험실 실험을 위한 산소와 수소는 다음을 사용하여 얻습니다. 물의 전기분해 (산화 황산) (그림 4). 백금 전극은 유리에 납땜됩니다. 저항을 사용하여 전류 I = 0.5A로 설정합니다. (1.9V의 건전지 3개를 전류원으로 사용) 30분 후에 얼마나 많은 수소와 산소가 방출될까요?

쌀. 4… 예를 들어 그림 4

오른쪽 용기에서 Gc = A • I • t = 0.1162 • 0.5 • 30 • 60 = 104.58cm3의 수소가 방출됩니다.

왼쪽 용기에서 Ga = A • l • t = 0.058 • 0.5 • 30 • 60 = 52.2 cm3의 산소가 발생합니다(가스가 중간 용기에서 물을 대체함).

5. 컨버터 블록(모터 발전기)은 전해(순수한) 구리를 얻기 위한 전류를 제공합니다. 8시간 안에 20kg의 꿀을 섭취해야 합니다. 발전기는 어떤 전류를 제공해야 합니까? • 구리의 전기화학적 당량은 A = 0.329 mg/A • sec입니다.

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

6. 200개의 헤드라이트를 크롬 처리해야 하며, 그 중 각각에 3g의 크롬이 필요합니다. 10시간 동안 이 작업을 수행하는 데 필요한 전류(크롬 A의 전기화학적 등가 = 0.18 mg/A • sec).

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

7. 알루미늄은 욕조의 작동 전압 7V와 전류 5000A에서 욕조에서 카올린 점토와 빙정석 용액을 전기 분해하여 얻습니다. 양극은 석탄으로 만들어지고 욕조는 석탄과 함께 강철로 만들어집니다. 블록(그림 5).

쌀. 5예를 들어 그림 5

알루미늄 생산 수조는 작동 전압을 높이기 위해 직렬로 연결됩니다(예: 40개 수조). 1kg의 알루미늄을 생산하려면 약 0.7kg의 탄소 양극과 25~30kWh의 전기가 필요합니다. 주어진 데이터를 바탕으로 발전기의 전력, 10시간 작동 시 에너지 소비량, 생성된 알루미늄의 무게를 결정하십시오.

40개의 수조에서 작업할 때 발전기의 전력 P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

10시간 동안 소비된 전기 에너지, A = P • t = 1400kW 10h = 14000kW • h.

얻어진 알루미늄의 양 G = 14000:25 = 560 kg.

이론적인 전기화학적 당량을 기준으로 얻은 알루미늄의 양은 다음과 같아야 합니다.

GT = A • I • t = 0.093 • 5000 • 40 • 10 • 3600 = 0.093 • 720,000,000mg = 669.6kg.

전해 설비의 효율성은 다음과 같습니다. 효율성 = G / GT = 560 / 669.6 = 0.83 = 83%.