Sarjaelektrolyysi. Laskelmat sarjaelektrolyysissä

Elektrolyysiä tutkitaan yleensä sähkökemiassa järjestelmänä, joka sisältää altaan tai elektrolyyttikennon (säiliön) nestemäisen aineen kanssa tai liuoksessa, johon on upotettu kaksi elektrodia (katodi tai negatiivinen napa ja anodi tai napa positiivinen). Tällaiset elektrodit on kytketty generaattoriin (kennoon tai paristoon), joka kytkettynä päälle johtaa sähköä a elektrodi toiseen nesteen läpi aiheuttaen hapettumis-pelkistysreaktioita, jotka muuttavat sähköenergian energiaksi kemia.

Kuitenkin, kun elektrolyysiä käytetään teollisuudessa, käytännössä se ei ole vain sähkökemiallinen kenno, jossa on kaksi elektrodia; vaan pikemminkin useita valtavia säiliöitä, jotka on kytketty sarjaan, kuten alkukuvassa näkyy. Lisäksi kaikkien näiden säiliöiden huoltoon käytetään vain yhtä riittävän kapasiteettigeneraattoria, koska jos jokaiselle säiliölle käytettäisiin generaattoria, taloudellinen menetys tekisi tuotannon mahdottomaksi teollinen.

Tekstissä Elektrolyysin kvantitatiiviset näkökohdat osoitettiin, että sähkövarauksen kaavan (Q = i. t) ja Faraday-vakion (96500 C) suhde aineiden moolimassaan ja puolireaktioihin tasapainossa katodinen ja anodinen, on mahdollista määrittää aineen massa, joka on muunnettu tai saatu altaasta elektrolyyttinen.

Tämä voidaan tehdä myös sarjaelektrolyysin yhteydessä. Mutta on otettava huomioon kaksi tekijää:

1. Koska generaattori on yksi kaikille elektrolyyttikennoille, sähkövirran aika (t) ja intensiteetti (i) ovat samat kaikille kennoille. Siksi, myös sähkövaraus (Q) on sama kaikille soluille;

2. Kussakin solussa saatu tai transformoitu massa on erilainen, koska kuhunkin sisältyvät aineet ovat erillisiä. Tämä johtuu esimerkiksi Zn-ionista²⁺ vaatii kaksinkertaisen määrän elektroneja kuin Ag-ioni¹⁺. Nämä massat voidaan laskea kolmen sääntöjen avulla tai suoraan seuraavalla kaavalla:

m = __M. Q__
q. 96500

Mistä:

M = kunkin aineen moolimassa;
Q = järjestelmän sähkövaraus;
q = ionivaraus, esim. jos ionit ovat Ag¹⁺, q: n arvo on 1.

Katso esimerkki tämän tyyppisen laskennan suorittamisesta:

Esimerkki: On kolme sarjaan kytkettyä elektrolyyttisäiliötä, joista kukin sisältää AgNO: ta₃, CuSO₄ ja ZnC2₂. Kun tiedetään, että ensimmäiseen altaaseen kerrostui 108 g metallihopeaa, voidaan päätellä, että myös seuraavat:

a) 31,75 g metallikuparia.

b) 65,4 g metallisinkkiä.

Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)

c) 63,5 g metallikuparia.

d) 108 g metallikuparia.

e) 108 g metallisinkkiä.

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

Resoluutio:

Ensimmäisestä elektrolyyttikennosta löydetystä massasta voimme löytää järjestelmän sähkövarauksen, joka on sama kaikille soluille:

Ag⁺ + 1e^-→ Ag
↓ ↓
1 mol 1 mol

1 mol. 96500 C 108 g (moolimassa)
Q 108 g (saatu massa)
Q = 96500C

Tämän arvon ollessa kädessä voimme löytää muiden metallien massat. Tämä voidaan tehdä kolmen säännön tai aiemmin annetun kaavan avulla:

• Kolmen säännön mukaan:

2. elektrolyyttikulho: 3. elektrolyyttikulho:

Perse²⁺ + 2e^-→ Cu Zn⁺² + 2e^-→ Zn
↓ ↓ ↓ ↓
2 mol 1 mol 2 mol 1 mol 
2. 96500 C 63,5 g 2. 96500 C 65,4 g
96500 cm_Perse 96500 cm_Zn
m_Perse = 31,75 gm_Zn = 32,7 g

• Kaavalla: m = __M. Q__
  q. 96500

2. elektrolyyttikulho: 3. elektrolyyttikulho:

m_Perse = (63,5). (96500) m_Zn = (32,7). (96500)
2. 96500 1. 96500
m_Perse = 31,75 gm_Zn = 32,7 g

Siksi oikea vaihtoehto on a-kirjain.

Kirjailija: Jennifer Fogaça
Valmistunut kemian alalta

Haluatko viitata tähän tekstiin koulussa tai akateemisessa työssä? Katso:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Sarjaelektrolyysi"; Brasilian koulu. Saatavilla: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-serie.htm. Pääsy 28. kesäkuuta 2021.