ઇલેક્ટ્રોલિસિસ. ગણતરી ઉદાહરણો

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ એ વિદ્યુત પ્રવાહ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (ક્ષાર, એસિડ, પાયાનું દ્રાવણ) નું વિઘટન છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ ફક્ત ડાયરેક્ટ કરંટ સાથે જ કરી શકાય છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન, મીઠામાં સમાયેલ હાઇડ્રોજન અથવા ધાતુ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ) પર મુક્ત થાય છે. જો સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (એનોડ) ધાતુથી બનેલું હોય (સામાન્ય રીતે મીઠું જેવું જ), તો વિદ્યુત વિચ્છેદન દરમિયાન હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ઓગળી જાય છે. જો એનોડ અદ્રાવ્ય હોય (દા.ત. કાર્બન), તો વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ધાતુની સામગ્રી ઘટે છે.

કેથોડ પર વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન છોડવામાં આવતા પદાર્થની માત્રા ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર થતી વીજળીની માત્રાના પ્રમાણસર છે.

એક કૂલમ્બ વીજળી દ્વારા છોડવામાં આવતા પદાર્થના જથ્થાને A ના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સમકક્ષ કહેવાય છે, તેથી G = A • Q; G = A • I • t,

જ્યાં G એ અલગ પદાર્થનો જથ્થો છે; Q એ વીજળીનો જથ્થો છે; I - ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ; તે સમય છે.

દરેક ધાતુમાં તેની ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સમકક્ષ A હોય છે.

ગણતરી ઉદાહરણો

1. 30 મિનિટ માટે વર્તમાન I = 10 A સાથે કોપર સલ્ફેટ (CuSO4) (ફિગ. 1)માંથી કેટલું કોપર છોડવામાં આવશે.તાંબાના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સમકક્ષ A = 0.329 mg/A • સેકન્ડ.

ચોખા. 1. ઉદાહરણ તરીકે યોજના 1

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

કેથોડ પર સસ્પેન્ડ કરેલી વસ્તુ 5.9 ગ્રામ શુદ્ધ તાંબુ છોડશે.

2. કોપર ઇલેક્ટ્રોલિટીક કોટિંગમાં અનુમતિપાત્ર વર્તમાન ઘનતા • = 0.4 A/dm2. તાંબાથી આવરી લેવાના કેથોડનો વિસ્તાર S = 2.5 dm2 છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટે કયો પ્રવાહ જરૂરી છે અને 1 કલાકમાં કેથોડ પર કેટલું તાંબુ છોડવામાં આવે છે (ફિગ. 2).

ચોખા. 2. ઉદાહરણ તરીકે યોજના 2

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

3. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઓક્સિડાઇઝ્ડ પાણી (ઉદાહરણ તરીકે, સલ્ફ્યુરિક એસિડ H2SO4 નું નબળું દ્રાવણ) હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં વિઘટિત થાય છે. ઇલેક્ટ્રોડ્સ કાર્બન, ટીન, કોપર, વગેરે હોઈ શકે છે, પરંતુ પ્લેટિનમ શ્રેષ્ઠ છે. એનોડ પર કેટલો ઓક્સિજન છોડવામાં આવશે અને 1/4 કલાકમાં 1.5 A ના પ્રવાહ પર કેથોડ પર કેટલો હાઇડ્રોજન છોડવામાં આવશે. વીજળીની માત્રા 1 A સેકન્ડ 0.058 cm3 ઓક્સિજન અને 0.116 cm3 હાઇડ્રોજન (ફિગ) મુક્ત કરે છે. 3).

ચોખા. 3. ઉદાહરણ તરીકે યોજના 3

Ga = A • I • t = 0.058 • 1.5 • 15 • 60 = 78.3 cm3 ઓક્સિજન કેથોડ પર છોડવામાં આવશે.

Gc = A • I • t = 0.1162 • 1.5 • 15 • 60 = 156.8 cm3 હાઇડ્રોજન એનોડ પર છોડવામાં આવશે.

આ ગુણોત્તરમાં હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનના મિશ્રણને વિસ્ફોટક ગેસ કહેવામાં આવે છે, જે જ્યારે સળગાવવામાં આવે છે, ત્યારે વિસ્ફોટ થાય છે અને પાણી બનાવે છે.

4. પ્રયોગશાળાના પ્રયોગો માટે ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવે છે પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ (ઓક્સિડાઇઝ્ડ સલ્ફ્યુરિક એસિડ) (ફિગ. 4). પ્લેટિનમ ઇલેક્ટ્રોડ કાચમાં સોલ્ડર કરવામાં આવે છે. પ્રતિકારનો ઉપયોગ કરીને, અમે વર્તમાન I = 0.5 A. સેટ કરીએ છીએ. (1.9 V ની ત્રણ શુષ્ક કોષોની બેટરી વર્તમાન સ્ત્રોત તરીકે વપરાય છે) 30 મિનિટ પછી કેટલું હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન છોડવામાં આવશે.

ચોખા. 4… ઉદાહરણ તરીકે આકૃતિ 4

જમણા પાત્રમાં, Gc = A • I • t = 0.1162 • 0.5 • 30 • 60 = 104.58 cm3 હાઇડ્રોજન છોડવામાં આવશે.

ડાબા વાસણમાં, Ga = A • l • t = 0.058 • 0.5 • 30 • 60 = 52.2 cm3 ઓક્સિજનનો વિકાસ થશે (વાયુઓ મધ્ય પાત્રમાં પાણીને વિસ્થાપિત કરે છે).

5. કન્વર્ટર બ્લોક (મોટર-જનરેટર) ઇલેક્ટ્રોલિટીક (શુદ્ધ) કોપર મેળવવા માટે વર્તમાન પ્રદાન કરે છે. 8 કલાકમાં તમારે 20 કિલો મધ મેળવવું જોઈએ. જનરેટરે કયો પ્રવાહ આપવો જોઈએ? • કોપરનું વિદ્યુતરાસાયણિક સમકક્ષ A = 0.329 mg/A • સેકન્ડ છે.

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

6. 200 હેડલાઇટને ક્રોમ કરવી જરૂરી છે, જેમાંથી દરેક માટે 3 ગ્રામ ક્રોમ જરૂરી છે. આ કામ 10 કલાકમાં કરવા માટે કયો પ્રવાહ જરૂરી છે (ક્રોમિયમ A = 0.18 mg/A • સેકન્ડના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સમકક્ષ).

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

7. એલ્યુમિનિયમ 7 V ના બાથના વર્કિંગ વોલ્ટેજ અને 5000 A ના વર્તમાન વોલ્ટેજ પર બાથમાં કાઓલિન માટી અને ક્રાયોલાઇટના દ્રાવણના વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. એનોડ કોલસાના બનેલા હોય છે, અને બાથ કોલસા સાથે સ્ટીલના બનેલા હોય છે. બ્લોક્સ (ફિગ. 5).

ચોખા. ઉદાહરણ તરીકે આકૃતિ 5

વર્કિંગ વોલ્ટેજ (ઉદાહરણ તરીકે, 40 બાથ) વધારવા માટે એલ્યુમિનિયમ ઉત્પાદન સ્નાન શ્રેણીમાં જોડાયેલા છે. 1 કિલો એલ્યુમિનિયમનું ઉત્પાદન કરવા માટે લગભગ 0.7 કિલો કાર્બન એનોડ અને 25-30 kWh વીજળીની જરૂર પડે છે. આપેલ ડેટાના આધારે, જનરેટરની શક્તિ, 10 કલાકની કામગીરી માટે ઊર્જાનો વપરાશ અને પરિણામી એલ્યુમિનિયમનું વજન નક્કી કરો.

40 બાથ પર કામ કરતી વખતે જનરેટરની શક્તિ P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

10 કલાક માટે વપરાયેલી વિદ્યુત ઊર્જા, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

મેળવેલ એલ્યુમિનિયમનો જથ્થો G = 14000:25 = 560 kg.

સૈદ્ધાંતિક ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સમકક્ષના આધારે, પ્રાપ્ત એલ્યુમિનિયમની માત્રા સમાન હોવી જોઈએ:

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

ઇલેક્ટ્રોલિટીક ઇન્સ્ટોલેશનની કાર્યક્ષમતા સમાન છે: કાર્યક્ષમતા = જી / જીટી = 560 / 669.6 = 0.83 = 83%.