इलेक्ट्रोलिसिस। गणना के उदाहरण

इलेक्ट्रोलिसिस एक विद्युत प्रवाह के माध्यम से एक इलेक्ट्रोलाइट (लवण, अम्ल, क्षार का एक समाधान) का अपघटन है।

इलेक्ट्रोलिसिस केवल डायरेक्ट करंट के साथ किया जा सकता है। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, नमक में निहित हाइड्रोजन या धातु नकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) पर छोड़ी जाती है। यदि सकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) धातु से बना है (आमतौर पर नमक के समान), तो इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान सकारात्मक इलेक्ट्रोड घुल जाता है। यदि एनोड अघुलनशील है (जैसे कार्बन), तो इलेक्ट्रोलाइट की धातु सामग्री इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान घट जाती है।

कैथोड पर इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान निकलने वाले पदार्थ की मात्रा इलेक्ट्रोलाइट से गुजरने वाली बिजली की मात्रा के समानुपाती होती है।

विद्युत के एक कुलाम द्वारा छोड़े गए पदार्थ की मात्रा को A का विद्युत रासायनिक समतुल्य कहा जाता है, इसलिए G = A • Q; जी = ए • आई • टी,

जहाँ G पृथक पदार्थ की मात्रा है; क्यू बिजली की मात्रा है; मैं - विद्युत प्रवाह; टी समय है।

प्रत्येक धातु का अपना विद्युत रासायनिक समतुल्य A होता है।

गणना के उदाहरण

1. 30 मिनट के लिए करंट I = 10 A के साथ कॉपर सल्फेट (CuSO4) (चित्र 1) से कितना कॉपर निकलेगा।कॉपर ए = 0.329 मिलीग्राम / ए • सेकंड के विद्युत रासायनिक समकक्ष।

चावल। 1. उदाहरण के लिए योजना 1

जी = ए • आई • टी = 0.329 • 10 • 30 • 60 = 5922 मिलीग्राम = 5.922 ग्राम।

कैथोड पर निलंबित एक वस्तु 5.9 ग्राम शुद्ध तांबे को छोड़ देगी।

2. कॉपर इलेक्ट्रोलाइटिक कोटिंग में अनुमेय वर्तमान घनत्व • = 0.4 A / dm2। कॉपर से ढके जाने वाले कैथोड का क्षेत्रफल S = 2.5 dm2 है। इलेक्ट्रोलिसिस के लिए किस करंट की आवश्यकता होती है और 1 घंटे में कैथोड पर कितना कॉपर निकलता है (चित्र 2)।

चावल। 2. उदाहरण के लिए योजना 2

मैं = •• एस = 0.4-2.5 = एल ए; जी = ए • क्यू = ए • आई • टी = 0.329 • 1 • 60 • 60 = 1184.4 मिलीग्राम।

3. ऑक्सीकृत पानी (उदाहरण के लिए, सल्फ्यूरिक एसिड H2SO4 का एक कमजोर समाधान) इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित हो जाता है। इलेक्ट्रोड कार्बन, टिन, कॉपर आदि हो सकते हैं, लेकिन प्लैटिनम सबसे अच्छा है। 1/4 घंटे में 1.5 A की धारा पर एनोड पर कितनी ऑक्सीजन छोड़ी जाएगी और कैथोड पर कितनी हाइड्रोजन छोड़ी जाएगी। बिजली की मात्रा 1 A सेकंड में 0.058 cm3 ऑक्सीजन और 0.116 cm3 हाइड्रोजन छोड़ती है (चित्र) 3).

चावल। 3. योजना उदाहरण के लिए 3

Ga = A • I • t = 0.058 • 1.5 • 15 • 60 = 78.3 cm3 ऑक्सीजन कैथोड पर छोड़ा जाएगा।

एनोड पर Gc = A • I • t = 0.1162 • 1.5 • 15 • 60 = 156.8 cm3 हाइड्रोजन छोड़ा जाएगा।

इस अनुपात में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मिश्रण को एक विस्फोटक गैस कहा जाता है, जो प्रज्वलित होने पर फट जाती है, जिससे पानी बन जाता है।

4. प्रयोगशाला प्रयोगों के लिए ऑक्सीजन और हाइड्रोजन का उपयोग कर प्राप्त किया जाता है पानी का इलेक्ट्रोलिसिस (ऑक्सीडाइज़्ड सल्फ्यूरिक एसिड) (चित्र 4)। प्लेटिनम इलेक्ट्रोड्स को ग्लास में सोल्डर किया जाता है। प्रतिरोध का उपयोग करते हुए, हम धारा I = 0.5 A निर्धारित करते हैं।

चावल। 4… उदाहरण के लिए चित्र 4

सही बर्तन में, Gc = A • I • t = 0.1162 • 0.5 • 30 • 60 = 104.58 cm3 हाइड्रोजन मुक्त होगा।

बाएं बर्तन में, Ga = A • l • t = 0.058 • 0.5 • 30 • 60 = 52.2 cm3 ऑक्सीजन निकलेगा (गैसें बीच के बर्तन में पानी को विस्थापित करती हैं)।

5. कन्वर्टर ब्लॉक (मोटर-जनरेटर) इलेक्ट्रोलाइटिक (शुद्ध) कॉपर प्राप्त करने के लिए करंट प्रदान करता है। 8 घंटे में आपको 20 किलो शहद मिल जाना चाहिए। जनरेटर को क्या करंट देना चाहिए? • तांबे का विद्युत रासायनिक समतुल्य A = 0.329 mg / A • सेकंड है।

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

6. 200 हेडलाइट्स को क्रोम करना आवश्यक है, जिनमें से प्रत्येक के लिए 3 ग्राम क्रोम की आवश्यकता होती है। इस कार्य को 10 घंटे में करने के लिए कितने करंट की आवश्यकता होगी (क्रोमियम A का विद्युत रासायनिक समतुल्य = 0.18 mg/A • sec)।

मैं = जी / (ए • टी) = (200 • 3 • 1000) / (0.18 • 10 • 3600) = 92.6 ए।

7. एल्युमीनियम को 7 वी के स्नान के काम करने वाले वोल्टेज और 5000 ए के वर्तमान वोल्टेज पर स्नान में काओलिन मिट्टी और क्रायोलाइट के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है। एनोड कोयले से बने होते हैं, और स्नान कोयले से स्टील से बना होता है। ब्लॉक (चित्र 5)।

चावल। उदाहरण के लिए चित्र 5

काम कर रहे वोल्टेज को बढ़ाने के लिए एल्यूमीनियम उत्पादन स्नान श्रृंखला में जुड़े हुए हैं (उदाहरण के लिए, 40 स्नान)। 1 किलो एल्यूमीनियम का उत्पादन करने के लिए लगभग 0.7 किलो कार्बन एनोड और 25-30 kWh बिजली की आवश्यकता होती है। दिए गए आंकड़ों के आधार पर, जनरेटर की शक्ति, संचालन के 10 घंटे के लिए ऊर्जा की खपत और परिणामी एल्यूमीनियम का वजन निर्धारित करें।

40 बाथ पी = यू • आई = 40 • 7 • 5000 = 1400000 डब्ल्यू = 1400 किलोवाट पर काम करते समय जनरेटर की शक्ति।

10 घंटे के लिए विद्युत ऊर्जा की खपत, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h।

प्राप्त एल्युमिनियम की मात्रा G = 14000:25 = 560 किग्रा.

सैद्धांतिक विद्युत रासायनिक समकक्ष के आधार पर, प्राप्त एल्यूमीनियम की मात्रा बराबर होनी चाहिए:

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

इलेक्ट्रोलाइटिक इंस्टॉलेशन की दक्षता इसके बराबर है: दक्षता = G / GT = 560 / 669.6 = 0.83 = 83%।