Электролиз
1. Який час потрібен для утворення шару двовалентного нікелю завтовшки 0,03 мм на поверхні виробу, який нікелюється?
1. Який час потрібен для утворення шару двовалентного нікелю завтовшки 0,03 мм на поверхні виробу, який нікелюється? Яка кількість енергії буде витрачена для цього? Площа поверхні виробу становить 120 см². Напруга на клемах ванни - 1,8 В, опір розчину - 3,75 ом.
2. Скільки алюмінію буде виділено при витраті 1 кВт·год електричної енергії, якщо електроліз проводиться при напрузі 5 В, а ККД всієї установки - 80%?
3. Яка електрична потужність, потрібна для нагрівання електроліту, якщо в електролітичній ванні протягом 20 хв виділилося 1,98 г міді? Опір розчину ванни складає - [необхідно добавити відсутній текст про опір розчину ванни].
2. Скільки алюмінію буде виділено при витраті 1 кВт·год електричної енергії, якщо електроліз проводиться при напрузі 5 В, а ККД всієї установки - 80%?
3. Яка електрична потужність, потрібна для нагрівання електроліту, якщо в електролітичній ванні протягом 20 хв виділилося 1,98 г міді? Опір розчину ванни складає - [необхідно добавити відсутній текст про опір розчину ванни].
18.11.2023 03:11
Написать свой ответ:
Разъяснение: Электролиз - это процесс разложения веществ под действием электрического тока. В электролитической ванне происходят реакции, при которых на электроды осаждается вещество. В данной задаче нам нужно рассчитать время образования покрытия никеля на поверхности изделия и энергию, затраченную для этого.
Для решения первой задачи воспользуемся формулой для вычисления времени образования покрытия:
\[t = \frac{m}{\mathit{A} \cdot z \cdot F}\]
где \(m\) - масса осажденного вещества, \(\mathit{A}\) - площадь поверхности, \(z\) - стехиометрический коэффициент реакции, а \(F\) - Фарадеева постоянная (96 500 Кл/моль).
Для решения второй задачи воспользуемся формулой для вычисления количества осажденного вещества:
\[m = \frac{E}{U} \cdot \frac{1}{{\text{ККД}}} \cdot \frac{1}{M}\]
где \(E\) - электрическая энергия, \(U\) - напряжение, \(\frac{1}{{\text{ККД}}}\) - Коэффициент КПД (в данной задаче равен 0,8), а \(M\) - молярная масса вещества.
И, наконец, для решения третьей задачи воспользуемся формулой для вычисления электрической мощности:
\[P = \frac{m \cdot z \cdot F}{t}\]
где \(P\) - электрическая мощность, \(m\) - масса осажденного вещества, \(z\) - стехиометрический коэффициент реакции, \(F\) - Фарадеева постоянная (96 500 Кл/моль), а \(t\) - время образования покрытия.
Пример:
1. Решение первой задачи:
- \(t = \frac{0.03 \, \text{мм} \cdot 120 \, \text{см}^2}{2 \cdot 0.03 \, \text{мм} \cdot 1.8 \, \text{В} \cdot 3.75 \, \text{Ом} \cdot 96500 \, \text{Кл/моль}}\)
- \(t \approx 5.99 \, \text{минут}\)
- Для рассчета энергии затраченной для этого использовать готовую формулу электрической работы:
- \(E = U \cdot I \cdot t\)
- \(E \approx 1.8 \, \text{В} \cdot 2 \cdot 0.03 \, \text{мм} \cdot 120 \, \text{см}^2\)
2. Решение второй задачи:
- \(m = \frac{1 \, \text{кВт} \cdot \text{ч}}{5 \, \text{В}} \cdot \frac{1}{0.8} \cdot \frac{1}{27 \, \text{г/моль}}\)
- \(m \approx 83.33 \, \text{г}\)
3. Решение третьей задачи:
- \(P = \frac{1.98 \, \text{г}}{20 \, \text{минут}} \cdot \frac{2 \cdot 96500 \, \text{Кл/моль}}{1}\)
- \(P \approx 5790.0 \, \text{Вт}\)
Совет: Чтобы лучше понять электролиз, рекомендуется изучить принципы действия электролитической ванны, законы электролиза и понять, какие факторы влияют на скорость образования осажденного вещества.
Задача на проверку: При электролизе раствора медного купратсодержащей соли, осаждение меди происходит со скоростью 12 г/мин. Найдите электрическую мощность используемого для этого источника тока, если заряд на аноде равен 0,1 Кл.
Инструкция: В задачах, которые вы привели, речь идет о процессе электролиза, который используется для выделения металлов из их соединений. При электролизе в раствор добавляется электрический ток, который вызывает химические реакции, в результате которых происходит разложение раствора и выделение металла на электроде.
Задача 1. Чтобы определить время, необходимое для формирования слоя никеля, воспользуемся формулой: время = толщина слоя / скорость образования слоя. Скорость образования слоя можно найти, разделив ток на площадь поверхности вироба (I / S). Потребляемая энергия может быть вычислена, используя формулу: энергия = напряжение * ток * время.
Задача 2. Здесь нам нужно определить количество выделяющегося алюминия, используя полученное значение энергии и ККД установки. Количество выделяющегося алюминия можно рассчитать, зная число электронов, необходимых для его образования. Затем можно найти массу алюминия с помощью его молярной массы.
Задача 3. Для определения электрической мощности, используемой для нагрева электролита, воспользуемся формулой: энергия = масса * удельная теплоемкость * изменение температуры. Используя значение энергии и время, можно найти электрическую потребляемую мощность.
Дополнительный материал:
Задача 1:
Толщина слоя никеля: 0,03 мм (или 0,03 см)
Площадь поверхности: 120 см²
Напряжение: 1,8 В
Опишите ответ с подробными расчетами для ребенка.
Совет:
Для лучшего понимания электролиза и выделения металлов, рекомендуется ознакомиться с основными принципами электролиза, включая законы Фарадея и применение электролиза в промышленности.
Практика:
Сколько времени потребуется для образования 0,02 мм толстого слоя меди на поверхности изделия площадью 150 см² при напряжении 2 В и опоре ванной 5 Ом? Какая энергия будет использоваться в этом процессе?