Электротехника Законы Ома и Кирхгофа Постоянный электрический ток Молекулярная физика Колебания Термодинамика

В результате электролиза при нормальном давлении и температуре Т = 300 К выделяется кислород объёмом которого составляет V = 1 л. Процесс протекает при напряжении U = 10 В с коэффициентом полезного действия h = 0,75. Электрохимический эквивалент кислорода равен k = 8,3×10 - 8 кг/Кл.

  Решение

 1. Определим работу электрического тока при его прохождении через раствор электролита

 . (1)

 2. Произведение силы тока I на время его протекания t возможно определить из закона Фарадея

  . (2)

 3. Массу кислорода определим, воспользовавшись уравнением Клапейрона - Менделеева

  . (3)

 4. Подставим значение массы m из уравнения (3) в уравнение работы

 . (1)

 5. Коэффициент полезного действия равен отношению величины полезной работы к энергии, затраченной на процесс, что даёт возможность определить искомую величину энергии

 . (3)

 2.9. 3. В результате электролиза за время t = 600 с на катоде выделилась медь в виде равномерной плёнки толщиной h = 1 мкм. Определить плотность тока j, если выход то току равен h = 0,8. Электрохимический эквивалент меди Cu2+ принять равным k @ 7×10 - 7 кг/Кл.

 Решение

 1. На практике, в силу ряда причин, количество выделяемого на катоде, металла отличается от предсказываемого законом Фарадея. В этой связи было введено понятие выхода по току

 . (1)

 2. Практическую массу выделившейся меди mпракт. Определим следующим образом

 , (2)

где r @ 9×103 кг/м3 - плотность меди, s - площадь катода.

 3. Теоретическую массу mтеор. найдём, воспользовавшись уравнением закона Фарадея

 . (3)

 4. Подставим найденные значения масс в уравнение (1)

 . (4)

 2.9.4. Электролиз серной кислоты производится в течение времени t = 60 мин при электрической мощности Р = 50 Вт, при этом на электроде выделяется m = 0,5 г двухвалентного водорода. Определить электрическое сопротивление электролита.

 Решение

  1. Определим силу тока при электролизе, воспользовавшись объединённым законом Фарадея

 , (1)

где m = 2.10 - 3 кг/моль - молярная масса водорода, Z = 2 - валентность водорода, F = 9,6×104 Кл/моль - число Фарадея.

 2. Сила тока и сопротивление цепи, как известно, определяют электрическую мощность нагрузки, т.е.

 , (2)

 . (3)

 2.9.5. Гремучий газ выделяется при электролизе воды, производимом в нормальных условиях, током силой I = 100 А. Какое количество газа выделится в течение t = 2 мин, если электрохимический эквивалент водорода равен kH @ 1×10 - 7 кг/Кл, электрохимический эквивалент кислорода - kO @ 8×10 - 7 кг/Кл.

 Решение

 1. Гремучий газ представляет собой смесь кислорода с водородом, которые занимают общий объём V. Определим, воспользовавшись Уравнением Клапейрона - Менделеева, парциальные давления этих газов

 , (1)

где pH, pO - давления газов, mH, mO - массы выделившихся газов, mН = 2×10 - 3 кг/моль, mО = 32×10 - 3 кг/моль - молярные массы газов, R @ 8,3 Дж/моль×К - универсальная газовая постоянная, Т = 273 К - нормальная температура.

  2. Массы выделившихся в результате электролиза водорода и кислорода можно выразить из первого закона Фарадея

 . (2)

 3. Подставим значения масс газов в уравнения Клапейрона - Менделеева

  . (3)

 4. Сумма парциальных давлений газов в соответствие с законом Дальтона должна быть равна внешнему, т.е. атмосферному давлению р @ 105 Па

 , (4)

откуда искомый объём определится как

  , (5)

 . (6)


Физика примеры решения задач