Большой архив готовых типовиков (Типовой Расчет по Электрохимии №4)

Посмотреть архив целиком

Задание №1


Задание:


1. Определите, какой электрод будет анодом, какой - катодом при стандартных условиях.

2. Напишите уравнение анодного и катодного процессов, а также уравнение токообразующей реакции.

3. Вычислите стандартную ЭДС гальванического элемента.

4. Рассчитайте равновесные потенциалы анода и катода, если активность потенциалопределяющих ионов в растворе электролита равна 10 моль/л.

5. Покажите на рисунке, как изменяются потенциалы анода и катода с увеличением тока.

6. Предложите условия, которые позволили бы увеличить напряжение работающего ГЭ.

7. Определите активную минимальную массу (для газовых электродов - объем) анода для получения химического источника тока с разрядной емкостью 134 Ачас. Выход по току считать равным 100%.


Гальваническая пара: Zn/Hg



Решение:


  1. Выпишем стандартные электродные потенциалы:

Е= -0.763. В Е= 0.854

Следовательно Анод-Zn Катод-Hg


2) (A) Zn-2e -> Zn2+


(К) Hg2++2e -> Hg


Zn+Hg2+ ->Zn2++Hg


  1. E= E - Е E=0.854 - (-0.763) = 1.617 В

  2. При аА=10 [моль/литр], аК=10 [моль/литр]

E= E+ 0.059/n log (аА) E=-0.763+0.059/2 log (10) =-0.734

E= E+0.059/n log (аК) E= 0.854+0.059/2 log (10) =0.883





  1. Построим график зависимости E(i)


На рисунке показано как изменяются потенциалы анода и катода с увеличением тока. Данный рисунок описывается уравнением Тафеля:

(где a,b константы, зависящие от природы реакции материала электрода, состава раствора и температуры, а i – плотность тока).


  1. Чтобы повысить напряжение работающего элемента следует изменить коэффициенты a и b уравнения Тафеля (это можно сделать, изменив температуру или состав раствора) или уменьшить плотность тока, увеличив площадь электродов.


  1. Определим минимальную активную массу анода для получения химического источника тока с разрядной емкостью 134 Ачас.


Q = 134 Ачас, F = 26.8 Ачас, M = 32.25 г/моль-эквивалент


m = 187.5 г









Задание №2

Задание:


1. Выписать потенциалы процессов, могущих иметь место на катоде и на аноде.

2. Выбрать из них те, которые практически могут иметь место при электролизе данного водного раствора и записать уравнения соответствующих электродных реакций.

3. Рассчитать количества веществ, выделившихся на катоде в процессе электролиза (для металлов в граммах, для газов - в литрах, приведенных к нормальным условиям).

4. Рассчитать толщину металлического покрытия на плоском катоде.

5. Вычислить количества веществ, окисленных в этих условиях на аноде.

6. Ответить на вопрос, как будет меняться реакция среды у катода и анода в процессе электролиза.

7. Предложить мероприятия, уменьшающие электрическое напряжение, подаваемое на электролизер.

8. Ответить на вопрос, как в процессе электролиза будет меняться концентрация ионов металла в растворе.


Водный

раствор

электро-

лита

Величина

рН

раствора


Мате-

риал

анода

Раство-римость

анода

Анодный выход по току для процесса с более отрицательным потенциалом, %

Мате-риал катода

Катодный выход по току для металла, %

Площадь плоского катода, м2

Плотность катодного осадка металла, г/см3

Рабочий ток, А

Время электро-лиза, мин

PdCl2

0,5

Pt

нет

20

Cu

100

1,0

12,1

50

120



Решение:


1) Выпишем стандартные электродные потенциалы:

Е= -0.0295 В Е= 1.2005 В


Е= 1.359 В Е= 0.987 В

Е= 0.337 В


2) PdCl2 -> Pd2++Cl -

H2O -> H ++OH -



Т.к. катодный выход по току равен 100%, то :


(К) Pd2+ + 2e -> Pd

(А) 2OH - -2e -> 0.5 O2 + H2O

2Cl - -2e -> Cl2


3) m =

mPd=198.65 [г]


4) dPd =


d Pd = 16.5 [см]


5) υ = 198.65/53.25 =3.731 [моль]

V =

VCl2= 24.825 [литр],


VO2= 11.189 [литр].


6) Как видно из уравнений электродных реакций, в процессе электролиза раствор у катода останется неизменным, а у анода из-за восстановления ионов гидроксила станет более кислым.

7) Для снижения напряжения, подаваемого на электролизер , необходимо снизить противо - ЭДС, а также уменьшить потери на внутреннее сопротивление и поляризацию электродов.

Снижение противо - ЭДС, т.е. взятой с обратным знаком разности равновесных потенциалов катодного и анодного процессов, возможно путем подбора условий, при которых потенциал анодного процесса приближается к потенциалу катодного(например увеличением pH раствора).


Для уменьшения потерь на сопротивление необходимо улучшить электрические контакты в электролизере, уменьшить, если позволяют эксплуатационные условия, ток, а также, помня, что по закону Ома,

RВНУТР = r, где r удельное сопротивление электролита,

расстояние между электродами, а S поверхность электродов, уменьшить расстояние между электродами, увеличить их площадь, повысить температуру и концентрацию электролита, что снижает r. Для этой же цели в раствор вводят другие электролиты, повышающие его электропроводность.


Снижение поляризации электродов возможно после установления ее природы. В приведенном примере, например, катодная реакция протекает в режиме концентрационной поляризации и для ее снижения необходимо повышение концентрации PdCl2 , повышение температуры и применение перемешивания либо циркуляции раствора.


8)

















Задание №3


Задание:


1. Выписать в последовательности стандартные потенциалы процессов, которые будут протекать на аноде и катоде, а также - уравнения их электродных реакций.

2. Рассчитать количество чистого металла, выделившееся на катоде в процессе рафинирования.

3. Какое количество очищаемого металла окислилось при этом на аноде?

  1. Какое количество и каких примесей перешло при этом в шлам?

Водный

раствор

электролита

Величина

рН

раствора

Очищаемый

металл

Примеси

(макс. %)

Выход металла по

току, %

Рабочий

так, А

Время

электро-

лиза

Анодный

Катодный

H2SO4

0

Cu

Ni(0,1)

Au(0.005)


99,0


95,0


560


180












Решение:


1) Е= -0.25 В Е= 1.691 В Е= -2.01 В

Е= 0.337 В Е= 0.8 В

1 этап:


(A) Ni -2e -> Ni2+


(К) 2H+ -2e -> H2


2 этап:


(A) Cu -2e -> Cu2+


(К) Cu2+ +2e -> Cu


Au выпадает в шлам.


2) и 3) m =

С учетом исходных данных получаем:


Катод mCu(К)=1905.67 [г]


Анод mCu(А)=1985.91 [г]


4) Найдем массу Au, которая перешла в шлам.

M = 0.0993 [г].




Случайные файлы

Файл
ref-15749.doc
27962.rtf
05..doc
11674-1.rtf
169761.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.