Расчет массы меди, выделившейся на катоде при электролизе её соли

Вычисление массы меди, зная выход по току и напряжение электролизера

Задача 115. 
При электролизе водного раствора Cu₂Cl₂ с использованием графитовых электродов израсходовано 1000 кВт•час электроэнергии. Составить схему электролиза и вычислить количество полученной меди, если выход по току составляет 90%, напряжение электролизера 7 В.
Дано:
k(Cu) = 6,588 • 10^-7 кг/Кл;
U = 7 B;
W = 1000 кВт•час = 3600000000 Вт•с = 3,6 • 109 В•А•с;
h = 90% или 0,9;
m(Cu) = ?
Решение:
Масса вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству электрического тока, пропущенного через электролит.
К.п.д. установки (h) равно:

h = I•U•t/W = Uq/W, 

где q-заряд, прошедший через ванну; U - напряжение электролизера; W - количество, израсходованной электроэнергии . Масса выделившейся меди m = kq.

Отсюда

m = (k•W•h)/U.

Тогда

m(Cu) = [(6,588 • 10^-7 кг/Кл)•(3,6 • 109 В•А•с)•0,9]/7 B = 304,93 кг.

Ответ: m(Cu) = 304,93 кг.
 

Масса меди на катоде при при электролизе раствора CuSO₄

 
Пример 116. 
Какая масса меди выделится на катоде при электролизе раствора CuSO₄ в течение 1,5 ч при силе тока 3 А?
Решение: 
Масу меди рассчитаем по формуле Фарадея: 

m(А) = М_Э(А)It/F, где 

m — масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде, г; M_Э(А) — эквивалентная масса вещества; I - сила тока, А; t - продолжительность электролиза, с; F - число Фарадея равно 96500 Кл/моль. Эквивалентная масса меди в CuSO₄ равна:
63,54//2 = 31,77 г/моль. 
Массу меди рассчитаем, подставив в формулу соответствующие значения М_Э(Cu) = 31,77; I = 3 А; t = 70 • 60 = 4200 с; = 96500 Кл/моль:

m(Cu) = М_Э(Cu)It/F = (31,77 • 3• 4200)/96500 = 4,148 г.

Ответ: m(Cu) = 4,148 г.
 

Какой заряд проходит через раствор сульфата меди (CuSO₄) за время t

Задача 117. 
Какой заряд проходит через раствор сульфата меди (CuSO4) за время t = 20с, если ток за это время равномерно возрастает от I₁ = 0 до I₂ = 3А? Какая масса меди выделяется при этом на катоде? Электрохимический эквивалент меди k = 3,3 • 10^-7 кг/Кл.
Решение:
1. Рассчитаем средний ток, получим:
I = (I₁ + I₂)/2.

2. Рассчитаем заряд, протекший через раствор, получим:

q = (I₁ + I₂)t/2 =  (0 + 3)20/2 = 30 Кл.

3.Рассчитаем массу меди, выделившейся на катоде, получим:

m(Cu) = k(I₁ + I₂)t/2 = [(3,3 • 10-7 кг/Кл) • 20 c]/2 = 0,0000099 кг или 9,9 мг.

Ответ: m(Cu) = 9,9 мг.