Σειριακή ηλεκτρόλυση. Υπολογισμοί σε σειρά ηλεκτρόλυσης

Η ηλεκτρόλυση γενικά μελετάται στην Ηλεκτροχημεία ως ένα σύστημα που περιέχει έναν κάδο ή ηλεκτρολυτικό στοιχείο (ένα δοχείο) με μια υγρή ουσία ή σε διάλυμα, στο οποίο βυθίζονται δύο ηλεκτρόδια (η κάθοδος ή ο αρνητικός πόλος και η άνοδος ή ο πόλος θετικός). Τέτοια ηλεκτρόδια συνδέονται με μια γεννήτρια (κυψέλη ή μπαταρία) η οποία, όταν είναι ενεργοποιημένη, μεταφέρει ηλεκτρισμό από ένα ηλεκτρόδιο σε άλλο μέσω του υγρού, προκαλώντας αντιδράσεις μείωσης της οξείδωσης που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια χημεία.

Ωστόσο, όταν η ηλεκτρόλυση εφαρμόζεται σε βιομηχανίες, στην πράξη δεν είναι μόνο ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο με δύο ηλεκτρόδια. αλλά μάλλον πολλές τεράστιες δεξαμενές συνδέονται σε σειρά, όπως φαίνεται στην αρχική εικόνα. Επιπλέον, μόνο μία γεννήτρια με αρκετή χωρητικότητα χρησιμοποιείται για τη συντήρηση όλων αυτών των δεξαμενών, γιατί εάν χρησιμοποιήθηκε μια γεννήτρια για κάθε δεξαμενή, η οικονομική απώλεια θα έκανε την παραγωγή ανέφικτη βιομηχανικός.

Στο κείμενο Ποσοτικές πτυχές της ηλεκτρόλυσης

αποδείχθηκε ότι μέσω του τύπου ηλεκτρικής φόρτισης (Q = i. t) και μέσω της σχέσης της σταθεράς Faraday (96500 C) με τις μοριακές μάζες των ουσιών και με τις μισές αντιδράσεις ισορροπημένο καθοδικό και ανοδικό, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η μάζα της ουσίας που έχει μετατραπεί ή ληφθεί σε κάδο ηλεκτρολυτικός.

Αυτό μπορεί επίσης να γίνει στην περίπτωση της ηλεκτρόλυσης της σειράς. Υπάρχουν όμως δύο παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη:

1. Δεδομένου ότι η γεννήτρια είναι μία για όλα τα ηλεκτρολυτικά στοιχεία, ο χρόνος (t) και η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος (i) θα είναι οι ίδιες για όλα τα στοιχεία. Ως εκ τούτου, το ηλεκτρικό φορτίο (Q) θα είναι επίσης το ίδιο για όλα τα στοιχεία.

2. Η μάζα που λαμβάνεται ή μετασχηματίζεται σε κάθε κύτταρο θα είναι διαφορετική, καθώς οι ουσίες που περιέχονται σε κάθε μία είναι διακριτές. Αυτό συμβαίνει επειδή, για παράδειγμα, το ιόν Zn²⁺ απαιτεί διπλάσια ηλεκτρόνια από το ιόν Ag¹⁺. Αυτές οι μάζες μπορούν να υπολογιστούν χρησιμοποιώντας κανόνες τριών ή απευθείας χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο:

m = __Μ. Ερ
ε. 96500

Σε τι:

M = μοριακή μάζα κάθε ουσίας ·
Q = ηλεκτρικό φορτίο του συστήματος ·
q = φορτία ιόντων, π.χ. εάν τα ιόντα είναι Ag¹⁺, η τιμή του q θα είναι 1.

Δείτε ένα παράδειγμα για τον τρόπο εκτέλεσης αυτού του τύπου υπολογισμού:

Παράδειγμα: Υπάρχουν τρεις ηλεκτρολυτικοί κάδοι συνδεδεμένοι σε σειρά, το καθένα περιέχει AgNO₃, CuSO₄ και ZnCℓ₂. Γνωρίζοντας ότι 108 g μεταλλικού αργύρου κατατέθηκαν στον πρώτο κάδο, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι κατατέθηκαν επίσης τα ακόλουθα:

α) 31,75 g μεταλλικού χαλκού.

β) 65,4 g μεταλλικού ψευδαργύρου.

γ) 63,5 g μεταλλικού χαλκού.

δ) 108 g μεταλλικού χαλκού.

ε) 108 g μεταλλικού ψευδαργύρου.

(Ατομικές μάζες: Ag = 108; Cu = 63,5; Zn = 65,4).

Ανάλυση:

Από τη μάζα που βρίσκεται στο πρώτο ηλεκτρολυτικό στοιχείο, μπορούμε να ανακαλύψουμε το ηλεκτρικό φορτίο του συστήματος, το οποίο είναι το ίδιο για όλα τα κύτταρα:

Αγ⁺ +1ε^-→ Αγ
↓ ↓
1 mol 1 mol

1 mol. 96500 C 108 g (μοριακή μάζα)
Q 108 g (ληφθείσα μάζα)
Q = 96500C

Με αυτήν την τιμή στο χέρι, μπορούμε να ανακαλύψουμε τις μάζες άλλων μετάλλων. Αυτό μπορεί να γίνει μέσω του κανόνα των τριών ή του τύπου που δόθηκε νωρίτερα:

• Κατά κανόνα των τριών:

2ο ηλεκτρολυτικό μπολ: 3ο ηλεκτρολυτικό μπολ:

Γάιδαρος²⁺ + 2ε^-→ Cu Zn⁺² + 2ε^-→ Zn
↓ ↓ ↓ ↓
2 mol 1 mol 2 mol 1 mol 
2. 96500 C 63,5 g 2. 96500 C 65,4 g
96500 εκ_{Γάιδαρος} 96500 εκ_Ζν
Μ_{Γάιδαρος} = 31,75 γρΜ_Ζν = 32,7 g

• Με τον τύπο: m = __Μ. Ερ
  ε. 96500

2ο ηλεκτρολυτικό μπολ: 3ο ηλεκτρολυτικό μπολ:

Μ_{Γάιδαρος} = (63,5). (96500) Μ_Ζν = (32,7). (96500)
2. 96500 1. 96500
Μ_{Γάιδαρος} = 31,75 γρΜ_Ζν = 32,7 g

Επομένως, η σωστή εναλλακτική λύση είναι το γράμμα «a».

Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία

Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-serie.htm