Wie kann ich eine Galvanik von Festmetall auf die Kathode in einer Elektrolysezelle berechnen, wenn ich beispielsweise Strom habe und die Zeit, die es brauchte? Was hilft, die Masse zu erhöhen?

Antworten:

Hier ist meine Erklärung

Erläuterung:

Nach dem Ohmschen Gesetz ist der Strom, der durch ein Material fließt, direkt proportional zur Spannung.

Sie sehen die mathematische Gleichung, die diese Proportionalität beschreibt

#I = V / R #

#V = IR #

Woher #ICH# ist der Strom in den Einheiten von "Ampere"
Woher # V # ist Spannung
und # R # ist der Widerstand des Materials in Einheiten von "Ohm"

Die andere Gleichung

#E = Jsigma #

Dabei ist E ein elektrisches Feld an dem angegebenen Ort
J ist die Stromdichte
σ (Sigma) ist ein materialabhängiger Parameter, der als Leitfähigkeit bezeichnet wird

#R = rho frac l A #

R ist der elektrische Widerstand einer einheitlichen Probe des Materials
# l # ist die Länge des Materialstücks
A ist die Querschnittsfläche der Probe

Vereinfachung

# rho = R frac A l #

Der Widerstand eines gegebenen Materials nimmt mit der Länge zu, nimmt jedoch mit zunehmender Querschnittsfläche ab

Wenn die #A = 1m ^ 2 # und # l = 1 # der Widerstand des Leiters ist gleich dem ρ

ρ hängt vom Dirigenten ab und ist eine Konstante

Hier ist eine Tabelle von ρ des Dirigenten bei # 20 ^ @ C #

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Tables/rstiv.html

Beachten Sie, dass sich ρ für Leiter mit unterschiedlicher Temperatur unterscheidet

ρ steigt mit steigender Temperatur
ρ nimmt mit abnehmender Temperatur ab

#sigma = 1 / ρ #

Woher # Sigma # ist Leitfähigkeit
ρ ist der Widerstand

Es gibt viele Versionen des Ohm'schen Gesetzes

#P = (ΔV ^ 2) / R #

# DeltaV # ist die Potentialdifferenz zwischen den beiden Punkten im Leiter

#P = I ^ 2 • R #

Nun kommen wir zum Hauptproblem.

# ΔV = (ΔPE) / Q #

Wo ist die Ladung?
PE ist Energie

Daraus können Sie verstehen, dass die Spannung proportional zu Ladung ist, die proportional zu Coulomb ist

Wie

#C = V * Q #
Es gibt eine Beziehung zwischen V und C

Mit steigendem V und konstantem Q steigt C an. Bedeutet mehr Spannung mehr Coulombs

Nun lassen Sie mich ein Beispiel zeigen

Nehme an, dass # 2C #/ s wird auf eine Lösung von angewendet # CuSO4 # Lösung für 2 Sekunden.

Die Reaktion

= # 2H_2O + 2CuSO_4 rarr O_2 + 2H_2SO4 + 2Cu #

Netto-Ionenreaktion

# 2H_2O + Cu ^ (2+) rarr 2H_2 + 2Cu #

Jeder Mol von # Cu ^ (2 +) # produziert ein Mol # Cu #

# 2H_2O # reduziert sich auf # H_2 #

# H_2O + rarr H_2 + 2e ^ - #
# Cu ^ (2+) + 2e ^ -) rarr Cu #

Somit
# 2H_2O rarr 2H_2 + 4e ^ - #
# 2Cu ^ (2+) + 4e ^ -) rarr Cu #

Die ganze Reaktion

# 2H_2O + 2Cu ^ (2+) + 4e ^ -) rarr 2H_2 + Cu + 4e ^ -) #
# 2H_2O + 2Cu ^ (2+) rarr 2H_2 + Cu #

Da 2C / s für 2s angewendet wird

# (2C) / stornieren xx 2 Abbrechen (e) #

= # 4C #

Verwenden Sie die Faraday-Konstante, um die Mole von Elektronen zu berechnen, die insgesamt verloren und verloren wurden.

# (4 Stempel "Coulombs") xx ("1 Mol Elektronen") / (96500 annullieren "Coulombs") = "0,00004145077 Mol Elektronen" #

1 Mol # Cu ^ (2 +) # wird pro 2 Mol Elektronen reduziert

Also Mole von # Cu # gebildet

# "1 mol Cu" / (2 molcancel (e ^ -)) xx 0,00004145077 mol von "cancel (e ^ -)"

# 1/2 xx 0,00004145077 = "0,00002072538 mol Cu" #

Nun sehen Sie, was passiert, wenn wir mehr Gebühren erheben

Betrachten Sie die Ladung für 2s als 3C / s

Machen Sie die gleichen Berechnungen

Da 3C / s für 2s angewendet wird

# (3C) / stornieren xx 2 Abbrechen (e) #

= # 6C #

# (6 "Coulombs" annullieren) xx ("1 Mol Elektronen") / (96500 "Coulombs" annullieren) = "0,00006217616 Mol der Elektronen" #

# 1 mol Cu / (2 molcancel (e ^ -)) xx 0,00004145077 mol annullieren (e ^ -) = 0,00003108808 mol Cu #

0,00003108808 mol Cu 0,00002072538 mol Cu

Je mehr Strom, Spannung und Coulomb desto mehr Mol gebildetes Kupfer, also mehr Masse an gebildetem Kupfer

Eine Grafik zeichnen

Wenn meine Handschrift zu schlecht ist

y = mol Cu, gebildet aus Reduktion von # Cu ^ (2 +) #
x = mol der im Prozess verwendeten Elektronen

Man kann Strom geben, um eine nicht spontane chemische Reaktion zu erzwingen, wie z Festkörper auf der Kathode galvanisieren einer elektrolytischen Zelle. Durch Erhöhen der Spannung wird die durch Stöchiometrie plattierte Masse erhöht.

Hier ist ein Berechnungsbeispiel.

Angenommen, wir müssen plattieren # "Cu" #und wir liefern # "6.30 A" # Strom durch a # "Cu" ("NEIN" _3) _2 # Lösung für # "14.0 min" #. Welche Masse wird plattiert?

Die vorläufige Berechnung für # "6.30 A" # der gelieferte Strom wäre:

# 14.0 stornieren "min" xx (60 stornieren "s") / stornieren "1 min" xx (6.30 stornieren "C") / stornieren "s" xx stornieren ("1 mol e" ^ (-)) / (96485 stornieren) "C") xx (2 Abbruch Mol Cu) / Abbruch ("1 Mol e" ^ (-)) xx 63,55 g Cu / Abbruch "1 Mol Cu" #

#=# #color (grün) ("6,97 g Cu") #

Seit dem Ohmschen Gesetz

#V = IR #,

woher # V # ist die verfügbare Spannung in # "V" #, #ICH# ist der Strom in # "C / s" #, und # R # ist der Widerstand in # "V" cdot "s / C" # (oder #Omega#), haben wir eine direkte Proportionalitätsbeziehung zwischen Spannung und Strom.

Da die Spannung direkt proportional zum zugeführten Strom ist, a höher-Spannungsversorgung mit dem gleichen Widerstand würde erhöhen, ansteigen die Menge der Masse plattiert.