इलेक्ट्रोलिसिस. गणना उदाहरणे

इलेक्ट्रोलिसिस म्हणजे इलेक्ट्रोलाइटचे विघटन (क्षार, आम्ल, बेस यांचे द्रावण) विद्युत प्रवाहाद्वारे.

इलेक्ट्रोलिसिस फक्त डायरेक्ट करंटनेच करता येते. इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान, मिठात असलेले हायड्रोजन किंवा धातू नकारात्मक इलेक्ट्रोड (कॅथोड) वर सोडले जाते. जर पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड (एनोड) धातूपासून बनलेला असेल (सामान्यत: मिठाप्रमाणेच), तर इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान सकारात्मक इलेक्ट्रोड विरघळतो. जर एनोड अघुलनशील असेल (उदा. कार्बन), तर इलेक्ट्रोलाइटमधील धातूचे प्रमाण इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान कमी होते.

कॅथोडवर इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान सोडलेल्या पदार्थाचे प्रमाण इलेक्ट्रोलाइटमधून गेलेल्या विजेच्या प्रमाणात असते.

एका कूलंब विजेने सोडलेल्या पदार्थाच्या प्रमाणाला A च्या इलेक्ट्रोकेमिकल समतुल्य म्हणतात, म्हणून G = A • Q; G = A • I • t,

जेथे G हे विलग केलेल्या पदार्थाचे प्रमाण आहे; Q हे विजेचे प्रमाण आहे; I - विद्युत प्रवाह; t वेळ आहे.

प्रत्येक धातूचे इलेक्ट्रोकेमिकल समतुल्य A असते.

गणना उदाहरणे

1. तांबे सल्फेट (CuSO4) (Fig. 1) मधून 30 मिनिटांसाठी वर्तमान I = 10 A सह किती तांबे सोडले जातील.तांब्याचे इलेक्ट्रोकेमिकल समतुल्य A = 0.329 mg/A • से.

तांदूळ. 1. योजना उदाहरणार्थ 1

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

कॅथोडवर निलंबित केलेली वस्तू 5.9 ग्रॅम शुद्ध तांबे सोडेल.

2. तांबे इलेक्ट्रोलाइटिक कोटिंगमध्ये परवानगीयोग्य वर्तमान घनता • = 0.4 A / dm2. तांब्याने झाकलेल्या कॅथोडचे क्षेत्रफळ S = 2.5 dm2 आहे. इलेक्ट्रोलिसिससाठी कोणता प्रवाह आवश्यक आहे आणि कॅथोडमध्ये 1 तासात किती तांबे सोडले जातात (चित्र 2).

तांदूळ. 2. उदाहरणार्थ योजना 2

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

3. इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान ऑक्सिडाइज्ड पाणी (उदाहरणार्थ, सल्फ्यूरिक ऍसिड H2SO4 चे कमकुवत द्रावण) हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनमध्ये विघटित होते. इलेक्ट्रोड कार्बन, कथील, तांबे इत्यादी असू शकतात, परंतु प्लॅटिनम सर्वोत्तम आहे. एनोडवर किती ऑक्सिजन सोडला जाईल आणि कॅथोडवर 1/4 तासात 1.5 A च्या प्रवाहाने किती हायड्रोजन सोडले जाईल. विजेचे प्रमाण 1 A सेकंद 0.058 सेमी 3 ऑक्सिजन आणि 0.116 सेमी 3 हायड्रोजन सोडते (चित्र 3).

तांदूळ. 3. उदाहरणार्थ योजना 3

Ga = A • I • t = 0.058 • 1.5 • 15 • 60 = 78.3 cm3 ऑक्सिजन कॅथोडवर सोडला जाईल.

Gc = A • I • t = 0.1162 • 1.5 • 15 • 60 = 156.8 cm3 हायड्रोजन एनोडवर सोडले जाईल.

या गुणोत्तरामध्ये हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या मिश्रणास स्फोटक वायू म्हणतात, जो प्रज्वलित झाल्यावर स्फोट होऊन पाणी तयार करतो.

4. प्रयोगशाळेतील प्रयोगांसाठी ऑक्सिजन आणि हायड्रोजन वापरून मिळवले जातात पाण्याचे इलेक्ट्रोलिसिस (ऑक्सिडाइज्ड सल्फ्यूरिक ऍसिड) (चित्र 4). प्लॅटिनम इलेक्ट्रोड्स ग्लासमध्ये सोल्डर केले जातात. प्रतिकार वापरून, आम्ही वर्तमान I = 0.5 A सेट करतो. (1.9 V च्या तीन कोरड्या पेशींची बॅटरी वर्तमान स्त्रोत म्हणून वापरली जाते) 30 मिनिटांनंतर किती हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन सोडले जातील.

तांदूळ. 4… उदाहरणार्थ आकृती 4

उजव्या पात्रात, Gc = A • I • t = 0.1162 • 0.5 • 30 • 60 = 104.58 cm3 हायड्रोजन सोडले जाईल.

डाव्या पात्रात, Ga = A • l • t = 0.058 • 0.5 • 30 • 60 = 52.2 cm3 ऑक्सिजन उत्क्रांत होईल (वायू मधल्या पात्रातील पाण्याचे विस्थापन करतात).

5. कन्व्हर्टर ब्लॉक (मोटर-जनरेटर) इलेक्ट्रोलाइटिक (शुद्ध) तांबे मिळविण्यासाठी विद्युत प्रवाह प्रदान करते. 8 तासांत तुम्हाला 20 किलो मध मिळावे. जनरेटरने कोणता विद्युत प्रवाह प्रदान केला पाहिजे? • तांब्याचे इलेक्ट्रोकेमिकल समतुल्य A = 0.329 mg/A • सेकंद आहे.

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

6. 200 हेडलाइट्स क्रोम करणे आवश्यक आहे, त्यापैकी प्रत्येकासाठी 3 ग्रॅम क्रोम आवश्यक आहे. हे काम 10 तासांत करण्यासाठी कोणता विद्युतप्रवाह आवश्यक आहे (क्रोमियम A = 0.18 mg/A • सेकंदाच्या इलेक्ट्रोकेमिकल समतुल्य).

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

7. आंघोळीमध्ये 7 V च्या वर्किंग व्होल्टेजवर आणि 5000 A च्या विद्युतप्रवाहात केओलिन चिकणमाती आणि क्रायोलाइटच्या द्रावणाच्या इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे अॅल्युमिनियम प्राप्त केले जाते. एनोड कोळशाचे बनलेले असतात आणि बाथ कोळशासह स्टीलचे बनलेले असतात. ब्लॉक्स (चित्र 5).

तांदूळ. 5 उदाहरणार्थ आकृती 5

कार्यरत व्होल्टेज (उदाहरणार्थ, 40 बाथ) वाढविण्यासाठी अॅल्युमिनियम उत्पादन बाथ मालिकेत जोडलेले आहेत. 1 किलो अॅल्युमिनियम तयार करण्यासाठी, अंदाजे 0.7 किलो कार्बन एनोड्स आणि 25-30 kWh वीज लागते. दिलेल्या डेटाच्या आधारे, जनरेटरची शक्ती, 10 तासांच्या ऑपरेशनसाठी ऊर्जा वापर आणि परिणामी अॅल्युमिनियमचे वजन निर्धारित करा.

40 बाथवर काम करताना जनरेटरची शक्ती P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

10 तासांसाठी वापरलेली विद्युत ऊर्जा, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

G = 14000:25 = 560 kg मिळालेल्या अॅल्युमिनियमचे प्रमाण.

सैद्धांतिक इलेक्ट्रोकेमिकल समतुल्य वर आधारित, प्राप्त अॅल्युमिनियमचे प्रमाण समान असावे:

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

इलेक्ट्रोलाइटिक इंस्टॉलेशनची कार्यक्षमता समान आहे: कार्यक्षमता = जी / जीटी = 560 / 669.6 = 0.83 = 83%.