Elektroliza jest ogólnie badana w elektrochemii jako system zawierający kadź lub ogniwo elektrolityczne (pojemnik) z substancją płynną lub w roztworze, w którym zanurzone są dwie elektrody (katoda lub biegun ujemny i anoda lub biegun pozytywny). Takie elektrody są podłączone do generatora (ogniwa lub akumulatora), który po włączeniu przewodzi prąd z elektroda do drugiej przez ciecz, powodując reakcje utleniania-redukcji, które przekształcają energię elektryczną w energię chemia.
Jednak, gdy elektroliza jest stosowana w przemyśle, w praktyce nie jest to tylko ogniwo elektrochemiczne z dwiema elektrodami; ale raczej kilka ogromnych czołgów połączonych szeregowo, jak pokazano na obrazku początkowym. Ponadto do obsługi wszystkich tych zbiorników wykorzystywany jest tylko jeden generator o wystarczającej wydajności, ponieważ gdyby do każdego zbiornika użyto generatora, straty ekonomiczne sprawiłyby, że produkcja byłaby niewykonalna przemysłowy.
W tekście Ilościowe aspekty elektrolizy wykazano, że za pomocą wzoru na ładunek elektryczny (Q = i. t) i przez związek stałej Faradaya (96500 C) z masami molowymi substancji i z reakcjami połówkowymi zrównoważony katodowy i anodowy, możliwe jest określenie masy substancji, która została przekształcona lub otrzymana w kadzi elektrolityczny.
Można to również zrobić w przypadku elektrolizy szeregowej. Należy jednak wziąć pod uwagę dwa czynniki:
1. Ponieważ generator jest jeden dla wszystkich ogniw elektrolitycznych, czas (t) i natężenie prądu elektrycznego (i) będą takie same dla wszystkich ogniw. W związku z tym, ładunek elektryczny (Q) również będzie taki sam dla wszystkich ogniw;
2. Masa uzyskana lub przekształcona w każdej komórce będzie inna, ponieważ substancje zawarte w każdym z nich są odrębne. Dzieje się tak, ponieważ na przykład jon Zn2+ wymaga dwa razy więcej elektronów niż jon Ag1+. Masy te można obliczyć za pomocą reguł trzech lub bezpośrednio za pomocą poniższego wzoru:
m = __M. P__
q. 96500
Na czym:
M = masa molowa każdej substancji;
Q = ładunek elektryczny systemu;
q = ładunki jonów, np. jeśli jony to Ag1+, wartość q będzie wynosić 1.
Zobacz przykład, jak wykonać tego typu obliczenia:
Przykład: Istnieją trzy kadzie elektrolityczne połączone szeregowo, z których każda zawiera AgNO3, CuSO4 i ZnCℓ2. Wiedząc, że w pierwszej kadzi zostało zdeponowanych 108 g metalicznego srebra, można wywnioskować, że zdeponowano również:
a) 31,75 g metalicznej miedzi.
b) 65,4 g metalicznego cynku.
c) 63,5 g metalicznej miedzi.
d) 108 g metalicznej miedzi.
e) 108 g metalicznego cynku.
(masy atomowe: Ag = 108; Cu = 63,5; Zn = 65,4).
Rozkład:
Na podstawie masy znajdującej się w pierwszym ogniwie elektrolitycznym możemy odkryć ładunek elektryczny układu, który jest taki sam dla wszystkich ogniw:
Ag+ + 1e-→ Ag
↓ ↓
1 mol 1 mol
1 mol. 96500 C 108 g (masa molowa)
Q 108 g (uzyskana masa)
Q = 96500C
Mając tę wartość w ręku, możemy odkryć masy innych metali. Można to zrobić za pomocą zasady trzech lub formuły podanej wcześniej:
- Zgodnie z zasadą trzech:
2. miska elektrolityczna: III miska elektrolityczna:
Tyłek2+ + 2e-→ Cu Zn+2 + 2e-→ Zn
↓ ↓ ↓ ↓
2 mol 1 mol 2 mol 1 mol
2. 96500 C 63,5 g 2. 96500C 65,4g
96500 cmTyłek 96500 cmZn
mTyłek = 31,75 gmZn = 32,7 g
- Według wzoru: m = __M. P__
q. 96500
2. miska elektrolityczna: III miska elektrolityczna:
mTyłek = (63,5). (96500) mZn = (32,7). (96500)
2. 96500 1. 96500
mTyłek = 31,75 gmZn =32,7 g
Dlatego właściwą alternatywą jest litera „a”.
Jennifer Fogaça
Absolwent chemii
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-serie.htm