Тема 8 Електрохімічні процеси
1 Вихід по току:
(8.1)
де Gфакт – це кількість речовини, яка дійсно отримана при електролізі;
Gmax – це кількість речовини, яку можна отримати по закону Фарадея.
2
,
(8.2)
де І – сила току, А;
τ – тривалість електролізу, год;
Е – кількість речовини, яка виділяється на електроді при проходженні 1А·год.
3 Фактичні витрати енергії:
,
(8.3)
де vфакт – фактична напруга, яку можна розрахувати:
,
(8.4)
де Δφа – напруга, яка компенсує електрохімічну поляризацію анода;
Δφк – напруга, яка компенсує електрохімічну поляризацію анода;
ΣIR – спад напруги провідника внаслідок опору.
4 Коефіцієнт використання енергії:
(8.5)
8.2 Приклади розв’язку задач
Задача № 1
Металічний предмет необхідно покрити шаром нікелю товщиною 0,3мм. Поверхня предмету, що покривається, 100 см2. відносна густина нікелю 9. Скільки часу необхідно пропускати струм через розчин солі нікелю силою 3А, якщо вихід за струмом 90%.
Розв’язання.
Об’єм нікелю, який потрібен для покриття деталі:
Дійсна маса нікелю, яка потрібна для покриття деталі:
Теоретична маса нікелю, яка потрібна для покриття деталі:
Час, який потрібен для електролізу:
;
Задача № 2
Протягом 24 годин при електролізі NaCl при силі струму 17200 А було отримано 3600 л лугу, який містить 125 г/л NaОН. Знайти вихід за струмом.
Розв’язання.
Фактична маса лугу:
Теоретична маса лугу:
Вихід за струмом:
Задача № 3
Визначити додаткові витрати електроенергії на 1 т продукту, які визвані перенапругою 0,25 В при електрохімічному отриманні водню.
Розв’язання.
Витрати енергії на 1 кг продукту:
Витрати енергії на 1 т продукту:
Задача № 4
Металічна пластинка загальною поверхнею 300 см2 повинна бути покрита шаром срібла товщиною 0,015 мм. Відносна густина срібла 9. Скільки часу необхідно пропускати струм через розчин солі срібла силою 0,5А.
Розв’язання.
Об’єм срібла, який потрібен для покриття пластинки:
Дійсна маса срібла, яка потрібна для покриття пластинки:
Теоретична маса срібла, яка потрібна для покриття пластинки:
Час, який потрібен для електролізу:
;
Задача № 5
Залізо отримується електролізом сірчанокислого окислу заліза FeSO4. Яка кількість Fe теоретично виділяється при 1 А·год електроенергії і яке мінімальне значення напруги потрібне для електролізу.
Розв’язання.
.
Задача № 6
Через розчин CuCl2 проходить струм 1,5 А. Через 5 год отримали 8 г Cu. Визначити вихід за струмом.
Розв’язання.
Маса міді, яка повинна була виділитись теоретично:
Вихід за струмом:
Задача № 7
Струм 50 А за 5 год виділив 281 г Cu. Визначити вихід за струмом.
Розв’язання.
Задача № 8
Підрахувати потенціал ОВР при 18ºС, якщо Кр при цій температурі рівна 6,85·104.
Розв’язання.
Задача № 9
Залізний дріт розміщений у якості катода в розчин солі Zn. Довжина дроту 1 м, діаметр 4 мм. Струм густиною 2 А·дм3 проходить крізь неї 40 хв. Яка товщина відкладеного шару Zn на дроті. Густина Zn 7,1.
Розв’язання.
Площа поверхні дроту:
Сила струму:
Маса цинку, яка повинна була виділитись теоретично:
Об’єм цинку:
Товщина шару цинку:
Задача № 10
Визначити ККд установки, якщо напруга на затискачах ванни 5 В і вихід за струмом 40 %.
Розв’язання.
Задача № 11
Яка мінімальна напруга повинна бути при електролізі CuSO4 і CuCl2, якщо основні реакції відбуваються по такій схемі:
a) Cu2++2e→Cu0 K
H2O-2e→2H++0.5O2 A
Cu2++2H2O→ Cu02H++0.5O2
б) Cu2++2e→Cu0 K
2Cl--2e→2Cl0 A
Cu2++2Cl-→Cu0+2Cl0
Розв’язання.
а)
б)
Задача № 12
При вимірюванні потенціалу розчину CdSO4 отримані наступні дані: при струму 0,11 А величина потенціалу 2,6 В; при струму 0,192 А величина потенціалу 3В. Підрахувати потенціал розкладу CdSO4.
Розв’язання.
К ½Cd2++е→½Cd0 φ=-0,402 В
2H2O+2е→H2+2OН- φ=-0,828 В
А 2H2O-4e→4H++O2 φ=0,82 В
Задача № 13
Підрахувати потенціал розкладу NaOH при виділенні із нього металічного Na шляхом електролізу розплаву NaOH при температурі 300ºС.
Розв’язання.
K Na++e→Na0
A 4OH—-4e→O2+2H2O
Задача № 14
Яку кількість електричної енергії потрібно затратити на отримання 1 кг Al при нагріванні на електролізері 4,8 В і вихід за струмом 89 %.
Розв’язання.
Задача № 15
Необхідно нагріти 5 кг води від 20 до 100ºС за допомогою струму 4 А. В якості нагрівника служить обмотка із ніхромової проволоки довжиною 2 м і опором 65 Ом/м. Скільки потрібно часу на нагрівання води?
Розв’язання.
Опір проволоки:
Тепло нагрівника:
Час нагрівання
Зміст
Вступ……………………………..…………………………………………….3
Тема №1
Розрахунок витратних коефіцієнтів…………………………………………5
Тема №2
Основи технологічних розрахунків – закони збереження і
стехіометричних співвідношень……………………………………………10
Тема №3
Матеріальні розрахунки хіміко-технологічних процесів. Складення матеріальних балансів…………….……………………………………………..15
Тема №4
Теплові розрахунки хіміко-технологічних процесів. Складення теплових балансів…………………………………………………………………………..20
Тема №5
Хімічна рівновага. Розрахунки рівноважних виходів……………………25
Тема №6
Кінетика хіміко-технологічних процесів.
Розрахунок кінетичних параметрів………………………..………………..39
Тема №7
Розрахунок гетерогенно-каталітичних процесів………………………… 57
Тема №8
Електрохімічні процеси……………………………….…………………… 69