電解。計算例

電気分解は、電流による電解質（塩、酸、塩基の溶液）の分解です。

電気分解は直流でのみ行うことができます。電気分解中、塩に含まれる水素または金属が負極 (カソード) で放出されます。正極（アノード）が金属（通常は塩と同じ）でできている場合、電気分解中に正極が溶解します。アノードが不溶性（カーボンなど）の場合、電解中に電解質の金属含有量が減少します。

陰極での電気分解中に放出される物質の量は、電解質を通過した電気量に比例します。

1 クーロンの電気によって放出される物質の量は、A の電気化学当量と呼ばれます。したがって、G = A · Q; G = A・I・t、

ここで、G は分離された物質の量です。 Q は電気量です。 I - 電流。もう時間だ。

各金属には電気化学的等価物 A があります。

計算例

1. 電流 I = 10 A を 30 分間流した場合、硫酸銅 (CuSO4) (図 1) からどのくらいの量の銅が放出されるか。銅の電気化学当量 A = 0.329 mg / A · 秒。

米。 1. スキーム例 1

G = A · I · t = 0.329 · 10 · 30 · 60 = 5922 mg = 5.922 g。

陰極に吊り下げられた物体からは 5.9 g の純銅が放出されます。

2. 銅電解皮膜の許容電流密度 • = 0.4 A / dm2。銅で覆われる陰極の面積はS = 2.5 dm2です。電気分解に必要な電流と、1 時間で陰極から放出される銅の量 (図 2)。

米。 2. スキーム例 2

I = •• S = 0.4-2.5 = l A; G = A · Q = A · I · t = 0.329 · 1 · 60 · 60 = 1184.4 mg。

3. 電気分解中の酸化水 (たとえば、硫酸の弱溶液 H2SO4) は水素と酸素に分解します。電極にはカーボン、錫、銅などが使用できますが、プラチナが最適です。 1.5 A の電流で 1/4 時間以内にアノードでどのくらいの酸素が放出され、カソードでどのくらいの水素が放出されるか。電気量 1 A 秒で 0.058 cm3 の酸素と 0.116 cm3 の水素が放出されます (図3）。

米。 3. スキーム例 3

Ga = A · I · t = 0.058 · 1.5 · 15 · 60 = 78.3 cm3 の酸素がカソードで放出されます。

Gc = A · I · t = 0.1162 · 1.5 · 15 · 60 = 156.8 cm3 の水素がアノードで放出されます。

この比率の水素と酸素の混合物は爆発性ガスと呼ばれ、点火すると爆発して水が生成します。

4. 実験室実験用の酸素と水素は、次の方法で得られます。 水の電気分解 （酸化硫酸）（図4）。白金電極はガラスにはんだ付けされています。抵抗を利用して電流 I = 0.5 A に設定します。（電流源には 1.9 V の乾電池 3 本を使用） 30 分後にどれだけの水素と酸素が放出されるか。

米。 4…たとえば図 4

右側の容器では、Gc = A · I · t = 0.1162 · 0.5 · 30 · 60 = 104.58 cm3 の水素が放出されます。

左側の容器では、Ga = A · l · t = 0.058 · 0.5 · 30 · 60 = 52.2 cm3 の酸素が発生します (ガスは中央の容器内の水を置き換えます)。

5. コンバーター ブロック (モーター ジェネレーター) は、電解 (純) 銅を得るために電流を供給します。 8時間以内に20kgの蜂蜜が得られます。発電機はどのような電流を供給する必要がありますか? • 銅の電気化学当量は A = 0.329 mg / A • 秒です。

G = A · I · t なので、I = G / (A · t) = 20,000,000 / (0.329 · 8 · 3600) = 20,000,000 / 9475.2 = 2110.7 A となります。

6. 200 個のヘッドライトをクロム化する必要があり、そのうち 1 個あたり 3 g のクロムが必要です。この作業を 10 時間で行うにはどのような電流が必要ですか (クロム A の電気化学的当量 = 0.18 mg / A • 秒)。

I = G / (A · t) = (200 · 3 · 1000) / (0.18 · 10 · 3600) = 92.6 A。

7. アルミニウムは、浴内でカオリン粘土と氷晶石の溶液を、浴の動作電圧 7 V、電流 5000 A で電気分解することによって得られます。陽極は石炭でできており、浴は石炭を含む鋼でできています。ブロック（図5）。

米。 5図5の例

アルミニウム製造槽は、動作電圧を高めるために直列に接続されます (たとえば、40 槽)。 1kgのアルミニウムを生産するには、約0.7kgの炭素陽極と25〜30kWhの電力が必要です。与えられたデータに基づいて、発電機の出力、10 時間の動作によるエネルギー消費量、および得られるアルミニウムの重量を決定します。

40 の浴槽で作業する場合の発電機の電力 P = U · I = 40 · 7 · 5000 = 1400000 W = 1400 kW。

10 時間に消費される電気エネルギー、A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h。

得られたアルミニウムの量 G = 14000:25 = 560 kg。

理論上の電気化学当量に基づいて、得られるアルミニウムの量は次のようになります。

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

電解装置の効率は次のとおりです: 効率 = G / GT = 560 / 669.6 = 0.83 = 83%。