Προβλήματα Ηλεκτρόλυσης και Λύσεις τους

Η ηλεκτρόλυση είναι η διαδικασία κατά την οποία η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια. Διέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα που προκαλεί μια χημική αλλαγή.

Π.χ. (i) Διάσπαση του νερού σε υδρογόνο.

      (ii) Διάσπαση του νερού σε οξυγόνο.

Ηλεκτρόλυση

Τα εξαρτήματα που απαιτούνται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρόλυσης είναι ο ηλεκτρολύτης, τα ηλεκτρόδια και η εξωτερική πηγή ενέργειας. Η διαδικασία της ηλεκτρόλυσης γίνεται συνήθως στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο που περιέχει δύο ηλεκτρόδια κάθοδος και άνοδο. Αυτά τα δύο ηλεκτρόδια συνδέονται με ένα συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα και έναν ηλεκτρολύτη. Τα ηλεκτρόδια αποτελούνται από μέταλλα και ημιαγωγούς.

Προβλήματα ηλεκτρόλυσης και οι λύσεις τους

Ερώτηση 1. Ένας σιδερένιος σωλήνας με διάμετρο 14 cm και μήκος 1 μέτρο γαλβανίζεται σε πάχος 0,01 cm χρησιμοποιώντας διαλύματα νιτρικού ψευδαργύρου και ρεύμα 25 A. Βρείτε το απώλεια μάζας από ψευδάργυρο, άνοδο και ποιος θα είναι ο χρόνος που απαιτείται για την ηλεκτρόλυση;

Η πυκνότητα του ψευδαργύρου είναι 7,14 g/cm3. Το ισοδύναμο βάρος του ψευδαργύρου είναι 32,8.

Απ. Μάζα του ψευδαργύρου που πρόκειται να επικαλυφθεί =V * D ( όπου 'V' είναι όγκος ψευδαργύρου) Όγκος ψευδάργυρου =2rxl * 0,01 cm3 (όπου 'r' είναι η ακτίνα και 'l' το μήκος).

=2*22/7*14/2*1000*0,01

=440 g

Τώρα, μάζα ψευδάργυρου που χάνεται από την άνοδο =440 g

Με τον πρώτο  νόμο της ηλεκτρόλυσης Faraday,

Τύπος του πρώτου νόμου της ηλεκτρόλυσης του Faraday.

M =EQ/96485 

=EIt/96485 (εδώ «m» είναι η μάζα, «Ε» είναι η ισοδύναμη μάζα, «Ι» είναι το ρεύμα, «t» ο χρόνος)

Λοιπόν,

t =96485 * m/E * I

=96485 * 440/32,8 * 25

=51772 δευτ. Ή 14,4 ώρες

Ερώτηση 2. Ποιος όγκος O2(g) και H2 παράγονται στο STP όταν είναι 30 Ένα ρεύμα διέρχεται από ένα αραιό υδατικό διάλυμα K2SO4 για 193 λεπτά ?

Απ. Ρεύμα =30 A 

         Χρόνος =193 λεπτά

Η ποσότητα του ρεύματος που πέρασε =193 * 60 * 30 =347400 columbus.

                                                       =347400/96500

                                                         =3,6 Faraday.

1 mole υδρογόνου και 0,5 mole οξυγόνου (από το νόμο Faraday)

Όταν 3,6 Faraday ηλεκτρικής ενέργειας σε 3,6 moles υδρογόνου και (3,6 * 0,5) =1,8 moles οξυγόνου.

Έτσι, ο όγκος του Υδρογόνου σε STP =3,6 * 22,4 =80,64 λίτρα.

Όγκος οξυγόνου σε STP =1,8 * 22,4 =40,32 λίτρα

Ερώτηση 3. Ποια μάζα μετάλλου νικελίου μπορεί να επιστρωθεί στην κάθοδο από ένα Ni( Διάλυμα NO3)2 με ρεύμα 12 A για 20 min.

Απ. Δεδομένου,

          I =12 A

         Χρόνος =20*60 =1200 s

Χρέωση  =12 * 1200

              =14400 C

Σύμφωνα με την αντίδραση.

Ni2+(aq.) + 2e → Ni(s)

Κατάθεση νικελίου κατά (2 * 96487) C =58,7 g

Κατάθεση νικελίου κατά 14400 C =58,7 * 14400/2 * 96487

                                        =40.779 g

Ερώτηση 4. Κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης τετηγμένου NaCl, ο χρόνος που απαιτείται για την παραγωγή 0,10 mol αερίου χλωρίου χρησιμοποιώντας  ρεύμα 2 A.

Απ. I=3 A

          2Cl → Cl2 +2e 

         W =E/96500 * it

        0,1 * 71 =35,5/96500 * 3 * t

                t =76.570(περίπου)δευτ.

Ερώτηση 5.  Εάν 10 g χλωρίου εκλύονται σε 6 ώρες από το διάλυμα NACl από το ρεύμα.

Απ. 2Cl   → Cl2 +2e  

        2F → 1mol Cl2

          10/35,5 → 10/35,5*2F 

  10 * 2/35,5 =αλλαγή/96500 =6 * 60 * 60 * I/96500

I =4 A.(περίπου)

Ερώτηση 6. Με ρεύμα 20 A, πόσος χρόνος θα πάρει για να σβήσει 50,00 g Al από διάλυμα AlCl3;

Απ. Πρώτα,  Μετατρέψτε το γραμμάριο σε κουλόμπ.

     50,00 g Al * 1 mol/26,98 g * 3 / 1 Al * 96500/1 mol 

               =563.500 C

Τώρα, υπολογίστε τον απαιτούμενο χρόνο 

     I =q/t

        20,00 A =563.500 C/t

                       =281,75 δευτερόλεπτα.

Ερώτηση 7. Η ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας περνάει από δύο κυψέλες που περιέχουν λιωμένο Al2O3 και λιωμένο NACl. Εάν ελευθερώθηκαν 1,6 g Al σε ένα κύτταρο, η ποσότητα Na που απελευθερώθηκε σε ένα άλλο κύτταρο.

Απ. Όταν, 27 g Al → 3F

           1,8 g →  1,6/27 * 3F

Τώρα, ο αριθμός του mole Na που παρήχθη.

   Ηλεκτρική ενέργεια =1,6/27 * 3 * 23

             Μάζα =1,164 g

Ερώτηση 8. Η πυκνότητα του χαλκού είναι 8,94 g/cm3, ο αριθμός των Faraday που απαιτούνται για την πλάκα μια περιοχή είναι 20 * 10 cm2 πάχους 10-2 cm χρησιμοποιώντας διάλυμα CuSO4.

Απ. Ο όγκος χαλκού  είναι =20 * 10 * 10-2 =2 cm3

  Πυκνότητα =Μάζα/Όγκος

            Η μάζα του χαλκού είναι =8,94 g

        Cu2+ + 2e → 2 mol F

           63,5 g →  2 mol F

            8,94 g →  2/63,5 * 8,94 =0,28 F

Ερώτηση 9. Υπολογίστε τη μάζα του μαγνησίου  που κατατέθηκε με ηλεκτρόλυση τετηγμένου MgCl2 περνώντας τα 10Α ρεύματος σε 600 λεπτά.

Απ. Μάζα Mg =(24 * 193 * 600 * 60)/(2 * 96500)

                            =4,168g

Ερώτηση 10. Ένα ρεύμα 3,50 A διέρχεται από ένα καλώδιο 4,00 λεπτών. Βρείτε την ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου που διέρχεται από ένα καλώδιο;

Απ. Ρεύμα που διέρχεται από σύρμα=3,50 A

           I =q/t

        3,50 A =q/180 δευτερόλεπτα.

       q =51,42 C   

Ερώτηση 11. Εάν η κάθοδος είναι ηλεκτρόδιο Hg Βρείτε τη μέγιστη μάζα αμαλγάματος από ένα διάλυμα;

Απ. Na + 1e + Hg → NaHg

      2,0 moles NACl υπάρχουν στο διάλυμα 2 moles Na.

    Η μάζα 2 γραμμομορίων NaHg =2(23 + 200)

                                                   =446 g

Συμπέρασμα

Ηλεκτρόδια και εξωτερική πηγή ενέργειας. Η διαδικασία της ηλεκτρόλυσης γίνεται συνήθως στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο που περιέχει δύο ηλεκτρόδια κάθοδος και άνοδο. Αυτά τα δύο ηλεκτρόδια συνδέονται με ένα συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα και έναν ηλεκτρολύτη. Τα ηλεκτρόδια αποτελούνται από μέταλλα και ημιαγωγούς.