Εφαρμογές ποσοτικών πτυχών της ηλεκτρόλυσης

Στο κείμενο Ποσοτικές πτυχές της ηλεκτρόλυσης, είδατε κάποιες μαθηματικές σχέσεις που δημιουργούνται μεταξύ των ποσοτήτων που εμπλέκονται σε μια διαδικασία ηλεκτρόλυσης, όπως το ηλεκτρικό ρεύμα (i), το ποσό του ηλεκτρικού φορτίου (Q) που απαιτείται για την πραγματοποίηση της διαδικασίας και το χρόνο (t) που οδηγεί σε. Ανακαλύφθηκε επίσης η ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου που μεταφέρεται όταν υπάρχουν 1 γραμμομόριο ηλεκτρονίων ή, σύμφωνα με τη σταθερά του Avogadro, 6.02. 10²³ ηλεκτρόνια.

Εν συντομία, οι σχέσεις είναι:

Ακολουθούν τρία παραδείγματα για το πώς μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτές τις πληροφορίες για την επίλυση πρακτικών προβλημάτων ηλεκτροχημείας. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι εδώ χρησιμοποιούμε την τιμή 96486 C. Ωστόσο, στις περισσότερες χημικές βιβλιογραφίες, χρησιμοποιείται η στρογγυλεμένη τιμή 96500 C.

1ο Παράδειγμα: Σκεφτείτε μια ηλεκτρολυτική επικάλυψη στην οποία ένα μέρος έχει επικαλυφθεί με ασήμι. Στο τέλος αυτής της ηλεκτρολυτικής διαδικασίας, το ποσό της επιβάρυνσης που χρησιμοποιείται για τα ιόντα

⁺ αν μείωσαν το Ag ήταν 0,05 faraday. Γνωρίζοντας ότι η μοριακή μάζα του αργύρου είναι ίση με 108 g / mol, ας πούμε ποια ήταν η μάζα του αργύρου που εναποτέθηκε σε αυτήν τη διαδικασία;

Ανάλυση:

Αγ⁺ _(εδώ) + και- → Ag_(μικρό)
↓ ↓
1 mol e-1 mol
↓ ↓
1 faraday 108 γρ
0,05 faraday m
m = 5,4 g

2ο Παράδειγμα: Ας πούμε ότι πραγματοποιούμε την ηλεκτρόλυση ενός υδατικού διαλύματος θειικού νικελίου (NiSO₄), εφαρμόζοντας ηλεκτρικό ρεύμα ίσο με 0,10 A για 386 δευτερόλεπτα. Ποια θα είναι η μάζα του νικελίου που θα ληφθεί στην κάθοδο; (Δεδομένου: μοριακή μάζα Ni = 58,7 g / mol)

Ανάλυση:

Νι²⁺  + 2e- → Νί_(μικρό)
↓ ↓
2 mol e-1 mol
↓ ↓
2 (96486 C) 58,7 γρ

Για να κάνουμε μια σχέση κανόνα-τριών και να βρούμε τη μάζα που σχηματίστηκε σε αυτήν την περίπτωση, πρέπει πρώτα να βρούμε την ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου (Q):

Ε = i. τ
Q = 0,10. 386
Q = 38,6C

Έτσι έχουμε:

2 (96486 C) 58,7 γρ
38,6 εκ
m = 2265.82C. σολ
192972 Γ
m = 0,01174 g ή 11,74 mg

3ο Παράδειγμα: Έχουμε τρεις ηλεκτρολυτικές δεξαμενές συνδεδεμένες σε σειρά και υπόκεινται σε ρεύμα 5 A για χρόνο 32 λεπτών και 10 δευτερολέπτων. Στον πρώτο κάδο, έχουμε μια λύση CuSO₄; στη δεύτερη, έχουμε μια λύση FeCl_3; και στο τρίτο, έχουμε μια λύση AgNO₃. Προσδιορίστε τις μάζες καθενός από τα μέταλλα που εναποτίθενται στα ηλεκτρόδια των τριών φρεατίων. (Μοριακές μάζες: Cu = 63,5 g / mol, Fe = 56 g / mol, Ag = 108 g / mol).

Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση.)

Ανάλυση:

Αρχικά, ας περάσουμε την τιμή του χρόνου σε δευτερόλεπτα:

1 λεπτό 60 δευτερόλεπτα
32 λεπτά τ
t = 1920 + 10 δευτερόλεπτα = 1930 δευτερόλεπτα

Με αυτά τα δεδομένα, μπορούμε να προσδιορίσουμε το ποσό της ηλεκτρικής φόρτισης Q:

Ε = i. τ
Ε = 5. 1930
Q = 9650 C

Τώρα, χρησιμοποιούμε κανόνες τριών για καθεμία από τις μισές αντιδράσεις που εμφανίζονται στα τρία δοχεία για να μάθουμε τις αντίστοιχες μάζες των κατατεθέντων μετάλλων:

1η Κούβα: 2η Κούβα: 3η Κούβα:

Γάιδαρος²⁺  + 2e- → Cu_(μικρό) Πίστη³⁺ _(εδώ) + 3 και- → Fe_(μικρό) Αγ⁺ _(εδώ) + και- → Ag_(μικρό)
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
2 mol e-1 mol 3 mol e-1 mol 1 mol e-1 mol
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
2. (96486 C) 63,5 g 3. (96486 C) 56 g 96486 C 108 g
9650 C m 9650 C m 9650 C m
m ≈ 3,175 g Cu_(μικρό)m ≈ 1,867 g Fe_(μικρό)m = 10,8 g Ag_(μικρό)

Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία

Θα θέλατε να αναφέρετε αυτό το κείμενο σε σχολείο ή ακαδημαϊκό έργο; Κοίτα:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Εφαρμογές των ποσοτικών πτυχών της ηλεκτρόλυσης". Σχολείο της Βραζιλίας. Διαθέσιμο σε: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/aplicacoes-dos-aspectos-quantitativos-eletrolise.htm. Πρόσβαση στις 28 Ιουνίου 2021.