Elektrolisa. Contoh perhitungan

Elektrolisis adalah penguraian suatu elektrolit (larutan garam, asam, basa) dengan menggunakan arus listrik.

Elektrolisis hanya dapat dilakukan dengan arus searah. Selama elektrolisis, hidrogen atau logam yang terkandung dalam garam dilepaskan pada elektroda negatif (katoda). Jika elektroda positif (anoda) terbuat dari logam (biasanya sama seperti pada garam), maka elektroda positif akan larut selama elektrolisis. Jika anoda tidak larut (misalnya karbon), maka kandungan logam elektrolit berkurang selama elektrolisis.

Jumlah zat yang dilepaskan selama elektrolisis di katoda sebanding dengan jumlah listrik yang melewati elektrolit.

Jumlah zat yang dilepaskan oleh satu coulomb listrik disebut ekuivalen elektrokimia A, oleh karena itu G = A • Q; G = A•I•t,

di mana G adalah jumlah zat yang diisolasi; Q adalah jumlah listrik; I—arus listrik; t adalah waktu.

Setiap logam memiliki ekuivalen elektrokimia A.

Contoh perhitungan

1. Berapa banyak tembaga yang akan dilepaskan dari tembaga sulfat (CuSO4) (Gbr. 1) dengan arus I = 10 A selama 30 menit.Setara elektrokimia tembaga A = 0,329 mg / A • detik.

Beras. 1. Skema misalnya 1

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

Sebuah benda yang tergantung pada katoda akan melepaskan 5,9 g tembaga murni.

2. Kepadatan arus yang diizinkan dalam lapisan elektrolitik tembaga • = 0,4 A / dm2. Luas katoda yang akan dilapisi tembaga adalah S = 2,5 dm2. Berapa arus yang dibutuhkan untuk elektrolisis dan berapa banyak tembaga yang dilepaskan di katoda dalam 1 jam (Gbr. 2).

Beras. 2. Skema misalnya 2

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

3. Air teroksidasi (misalnya, larutan lemah asam sulfat H2SO4) selama elektrolisis terurai menjadi hidrogen dan oksigen. Elektroda dapat berupa karbon, timah, tembaga, dll., tetapi platinum adalah yang terbaik. Berapa banyak oksigen yang akan dilepaskan di anoda dan berapa banyak hidrogen yang akan dilepaskan di katoda dalam 1/4 jam dengan arus 1,5 A. Besarnya listrik 1 A detik melepaskan 0,058 cm3 oksigen dan 0,116 cm3 hidrogen (Gbr. .3).

Beras. 3. Skema misalnya 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 oksigen akan dilepaskan di katoda.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 hidrogen akan dilepaskan di anoda.

Campuran hidrogen dan oksigen dalam rasio ini disebut gas eksplosif, yang ketika dinyalakan akan meledak, membentuk air.

4. Oksigen dan hidrogen untuk percobaan laboratorium diperoleh dengan menggunakan elektrolisis air (asam sulfat teroksidasi) (Gbr. 4). Elektroda platinum disolder ke dalam kaca. Dengan menggunakan resistansi, kami menetapkan arus I = 0,5 A. (Baterai tiga sel kering 1,9 V digunakan sebagai sumber arus) Berapa banyak hidrogen dan oksigen yang akan dilepaskan setelah 30 menit.

Beras. 4… Gambar 4 misalnya

Di bejana kanan, Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 hidrogen akan dilepaskan.

Di bejana kiri, Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 oksigen akan dilepaskan (gas menggantikan air di bejana tengah).

5. Blok konverter (motor-generator) menyediakan arus untuk memperoleh tembaga elektrolitik (murni). Dalam 8 jam Anda harus mendapatkan 20 kg madu. Berapa arus yang harus disediakan oleh generator? • Setara elektrokimia tembaga adalah A = 0,329 mg / A • detik.

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

6. Lampu depan krom 200 diperlukan, yang masing-masing membutuhkan 3 g krom. Berapa arus yang dibutuhkan untuk melakukan pekerjaan ini dalam 10 jam (ekuivalen elektrokimia kromium A = 0,18 mg / A • detik).

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

7. Aluminium diperoleh dengan elektrolisis larutan tanah liat kaolin dan kriolit dalam bak pada tegangan kerja bak 7 V dan arus 5000 A. Anoda terbuat dari batubara, dan bak terbuat dari baja dengan batubara blok (Gbr. 5).

Beras. 5Gambar 5 misalnya

Bak produksi aluminium dihubungkan secara seri untuk meningkatkan tegangan kerja (misalnya, 40 bak). Untuk menghasilkan 1 kg aluminium, dibutuhkan sekitar 0,7 kg anoda karbon dan 25-30 kWh listrik. Berdasarkan data yang diberikan, tentukan daya generator, konsumsi energi selama 10 jam operasi, dan berat aluminium yang dihasilkan.

Daya genset saat bekerja pada 40 bath P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Energi listrik yang dikonsumsi selama 10 jam, A = P • t = 1400 kW 10 jam = 14000 kW • jam.

Jumlah aluminium yang diperoleh G = 14000:25 = 560 kg.

Berdasarkan ekuivalen elektrokimia teoretis, jumlah aluminium yang diperoleh harus sama dengan:

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

Efisiensi instalasi elektrolisis tersebut sama dengan: Efisiensi = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.