Типовой Расчет по Электрохимии №4 (975080)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

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 Ачас. 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 а_А=10 [моль/литр], а_К=10 [моль/литр]

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

E = E +0.059/n log (а_К) 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 Ачас.

Q = 134 Ачас, F = 26.8 Ачас, 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.

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 =

m_Pd=198.65 [г]

4) d_Pd =

d _Pd = 16.5 [см]

5) υ = 198.65/53.25 =3.731 [моль]

V =

V_Cl2= 24.825 [литр],

V_O2= 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,

R_ВНУТР = 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 m_Cu(К)=1905.67 [г]

Анод m_Cu(А)=1985.91 [г]

4) Найдем массу Au, которая перешла в шлам.

M = 0.0993 [г].

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов домашнего задания