Eletrólise. Exemplos de cálculo

A eletrólise é a decomposição de um eletrólito (uma solução de sais, ácidos, bases) por meio de uma corrente elétrica.

A eletrólise só pode ser feita com corrente contínua. Durante a eletrólise, o hidrogênio ou metal contido no sal é liberado no eletrodo negativo (cátodo). Se o eletrodo positivo (ânodo) for feito de metal (geralmente o mesmo que no sal), o eletrodo positivo se dissolve durante a eletrólise. Se o ânodo for insolúvel (por exemplo, carbono), o teor de metal do eletrólito diminui durante a eletrólise.

A quantidade de substância liberada durante a eletrólise no cátodo é proporcional à quantidade de eletricidade que passou pelo eletrólito.

A quantidade de substância liberada por um coulomb de eletricidade é chamada de equivalente eletroquímico de A, portanto G = A • Q; G = A • I • t,

onde G é a quantidade de substância isolada; Q é a quantidade de eletricidade; I — corrente elétrica; t é hora.

Cada metal tem seu equivalente eletroquímico A.

Exemplos de cálculo

1. Quanto cobre será liberado do sulfato de cobre (CuSO4) (Fig. 1) com uma corrente I = 10 A por 30 minutos.Equivalente eletroquímico de cobre A = 0,329 mg / A • seg.

Arroz. 1. Esquema do exemplo 1

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

Um objeto suspenso no cátodo liberará 5,9 g de cobre puro.

2. Densidade de corrente permitida no revestimento eletrolítico de cobre • = 0,4 A / dm2. A área do cátodo a ser coberta com cobre é S = 2,5 dm2. Que corrente é necessária para a eletrólise e quanto cobre é liberado no cátodo em 1 hora (Fig. 2).

Arroz. 2. Esquema do exemplo 2

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

3. Água oxidada (por exemplo, uma solução fraca de ácido sulfúrico H2SO4) durante a eletrólise se decompõe em hidrogênio e oxigênio. Os eletrodos podem ser de carbono, estanho, cobre, etc., mas a platina é melhor. Quanto oxigênio será liberado no ânodo e quanto hidrogênio será liberado no cátodo em 1/4 hora a uma corrente de 1,5 A. A quantidade de eletricidade 1 A seg libera 0,058 cm3 de oxigênio e 0,116 cm3 de hidrogênio (Fig . 3).

Arroz. 3. Esquema do exemplo 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 de oxigênio serão liberados no cátodo.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 de hidrogênio serão liberados no ânodo.

Uma mistura de hidrogênio e oxigênio nessa proporção é chamada de gás explosivo, que, quando inflamado, explode, formando água.

4. O oxigênio e o hidrogênio para experimentos de laboratório são obtidos usando eletrólise da água (ácido sulfúrico oxidado) (Fig. 4). Eletrodos de platina são soldados no vidro. Usando a resistência, definimos a corrente I = 0,5 A. (Uma bateria de três células secas de 1,9 V é usada como fonte de corrente) Quanto hidrogênio e oxigênio serão liberados após 30 minutos.

Arroz. 4… Figura 4, por exemplo

No vaso direito, Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 de hidrogênio serão liberados.

No vaso esquerdo, Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 de oxigênio será liberado (os gases deslocam a água no vaso do meio).

5. O bloco conversor (motor-gerador) fornece corrente para obtenção de cobre eletrolítico (puro). Em 8 horas você deve obter 20 kg de mel. Que corrente o gerador deve fornecer? • O equivalente eletroquímico do cobre é A = 0,329 mg / A • seg.

Como G = A • I • t, ​​​​então I = G / (A • t) = 20.000.000 / (0,329 • 8 • 3600) = 20.000.000 / 9475,2 = 2110,7 A.

6. É necessário cromar 200 faróis, dos quais são necessários 3 g de cromo para cada um. Qual é a corrente necessária para fazer este trabalho em 10 horas (equivalente eletroquímico de cromo A = 0,18 mg / A • seg).

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

7. O alumínio é obtido por eletrólise de uma solução de argila de caulim e criolita em banhos a uma tensão de trabalho do banho de 7 V e uma corrente de 5000 A. Os ânodos são feitos de carvão e o banho é feito de aço com carvão blocos (Fig. 5).

Arroz. 5Figura 5 por exemplo

Os banhos de produção de alumínio são conectados em série para aumentar a tensão de trabalho (por exemplo, 40 banhos). Para produzir 1 kg de alumínio, são necessários aproximadamente 0,7 kg de ânodos de carbono e 25-30 kWh de eletricidade. Com base nos dados fornecidos, determine a potência do gerador, o consumo de energia por 10 horas de operação e o peso do alumínio resultante.

Potência do gerador ao trabalhar em 40 banhos P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Energia elétrica consumida por 10 horas, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

A quantidade de alumínio obtida G = 14000:25 = 560 kg.

Com base no equivalente eletroquímico teórico, a quantidade de alumínio obtida deve ser igual a:

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

A eficiência da instalação eletrolítica é igual a: Eficiência = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.