Électrolyse. Exemples de calcul

L'électrolyse est la décomposition d'un électrolyte (une solution de sels, d'acides, de bases) au moyen d'un courant électrique.

L'électrolyse ne peut se faire qu'avec du courant continu. Lors de l'électrolyse, l'hydrogène ou le métal contenu dans le sel est libéré au niveau de l'électrode négative (cathode). Si l'électrode positive (anode) est en métal (généralement le même que dans le sel), l'électrode positive se dissout pendant l'électrolyse. Si l'anode est insoluble (par exemple du carbone), la teneur en métal de l'électrolyte diminue pendant l'électrolyse.

La quantité de substance libérée lors de l'électrolyse à la cathode est proportionnelle à la quantité d'électricité qui a traversé l'électrolyte.

La quantité de substance libérée par un coulomb d'électricité est appelée l'équivalent électrochimique de A, donc G = A • Q ; G = UNE • je • t,

où G est la quantité de substance isolée ; Q est la quantité d'électricité ; I — courant électrique; c'est le temps.

Chaque métal a son équivalent électrochimique A.

Exemples de calcul

1. Quelle quantité de cuivre sera libérée du sulfate de cuivre (CuSO4) (Fig. 1) avec un courant I = 10 A pendant 30 minutes.Équivalent électrochimique du cuivre A = 0,329 mg/A • sec.

Riz. 1. Schéma par exemple 1

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

Un objet suspendu à la cathode libérera 5,9 g de cuivre pur.

2. Densité de courant admissible dans le revêtement électrolytique en cuivre • = 0,4 A / dm2. La surface de la cathode à recouvrir de cuivre est S = 2,5 dm2. Quel courant est nécessaire pour l'électrolyse et combien de cuivre est libéré à la cathode en 1 heure (Fig. 2).

Riz. 2. Schéma par exemple 2

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

3. L'eau oxydée (par exemple, une solution faible d'acide sulfurique H2SO4) pendant l'électrolyse se décompose en hydrogène et oxygène. Les électrodes peuvent être en carbone, en étain, en cuivre, etc., mais le platine est le meilleur. Combien d'oxygène sera libéré à l'anode et combien d'hydrogène sera libéré à la cathode en 1/4 d'heure à un courant de 1,5 A. La quantité d'électricité 1 A sec libère 0,058 cm3 d'oxygène et 0,116 cm3 d'hydrogène (Fig. 3).

Riz. 3. Schéma par exemple 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 d'oxygène seront libérés à la cathode.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 d'hydrogène seront libérés à l'anode.

Un mélange d'hydrogène et d'oxygène dans ce rapport est appelé un gaz explosif qui, lorsqu'il est enflammé, explose en formant de l'eau.

4. L'oxygène et l'hydrogène pour les expériences de laboratoire sont obtenus à l'aide de électrolyse de l'eau (acide sulfurique oxydé) (Fig. 4). Des électrodes de platine sont soudées dans le verre. En utilisant la résistance, nous fixons le courant I = 0,5 A. (Une batterie de trois piles sèches de 1,9 V est utilisée comme source de courant) Combien d'hydrogène et d'oxygène seront libérés après 30 minutes.

Riz. 4… Figure 4 par exemple

Dans le récipient de droite, Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 d'hydrogène seront libérés.

Dans le récipient de gauche, Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 d'oxygène seront dégagés (les gaz déplacent l'eau dans le récipient du milieu).

5. Le bloc convertisseur (moteur-générateur) fournit du courant pour obtenir du cuivre électrolytique (pur). En 8 heures, vous devriez obtenir 20 kg de miel. Quel courant le générateur doit-il fournir ? • L'équivalent électrochimique du cuivre est A = 0,329 mg/A • sec.

Puisque G = A • I • t, ​​​​alors I = G / (A • t) = 20 000 000 / (0,329 • 8 • 3600) = 20 000 000 / 9475,2 = 2110,7 A.

6. Il faut chromer 200 phares, dont 3 g de chrome sont nécessaires pour chacun. Quel courant est nécessaire pour effectuer ce travail en 10 heures (équivalent électrochimique de chrome A = 0,18 mg/A • sec).

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

7. L'aluminium est obtenu par électrolyse d'une solution d'argile de kaolin et de cryolite dans des bains à une tension de fonctionnement du bain de 7 V et un courant de 5000 A. Les anodes sont en charbon et le bain est en acier avec du charbon blocs (fig. 5).

Riz. 5Figure 5 par exemple

Les bains de production d'aluminium sont connectés en série pour augmenter la tension de travail (par exemple, 40 bains). Pour produire 1 kg d'aluminium, il faut environ 0,7 kg d'anodes en carbone et 25 à 30 kWh d'électricité. Sur la base des données fournies, déterminez la puissance du générateur, la consommation d'énergie pour 10 heures de fonctionnement et le poids de l'aluminium résultant.

Puissance du générateur en travaillant sur 40 bains P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Énergie électrique consommée pendant 10 heures, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

La quantité d'aluminium obtenu G = 14000:25 = 560 kg.

Sur la base de l'équivalent électrochimique théorique, la quantité d'aluminium obtenue doit être égale à :

GT = A • I • t = 0,093 • 5000 • 40 • 10 • 3600 = 0,093 • 720 000 000 mg = 669,6 kg.

Le rendement de l'installation électrolytique est égal à : Rendement = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83 %.