Электрический ток в электролитах. Гальванические элементы и аккумуляторы

Пример

При получении матриц для грампластинок пользуются гальванопластикой. Первоначально восковая форма покрывается медью при плотности тока 0,80 А/дм² в течение 30 мин. Выход по току 90%. Последующее покрытие производится при плотности тока 5,0 А/дм² в течение 20 ч. Выход по току 95%. Сколько меди в среднем расходуется на одну матрицу грампластинки, если площадь ее поверхности 3,0 дм²?

Дано: j₁=0,80 А/дм²=8,0 10 А/м² — плотность тока при первичном покрытии, t₁=30,0 мин=1800 с — время первичного покрытия, η₁=90,0%=0,90 — выход по току при первичном покрытии, j₂= 5,0 А/дм²=5,0 10² А/м² — плотность тока при вторичном покрытии, t₂=20,0 ч=72 10³ с — время вторичного покрытия, ₂= 95% =0,95 — выход по току при вторичном покрытии, k =0,33 х 10^-6 кг/Кл — электрохимический эквивалент меди, S=3,0 х10 ^-2 м² — площадь поверхности матрицы.

Найти: т — количество меди, необходимое для изготовления одной матрицы.

Решение. Выход по току показывает, какую часть от расчетной (по току) составляет масса вещества, выделившегося при электролизе, т. е.

где m_расч определяется из первого закона Фарадея. Массу меди, выделенной при первичном покрытии, можно найти из соотношения:

Учитывая, что I=jS, получим:

Аналогичным образом находим выражение для т₂:

Общее количество выделенной меди:

Подставляя числовые данные, найдем искомую величину:

Ответ. Для изготовления одной матрицы требуется примерно 0,34 кг меди.

Пример

Какой наименьшей ёмкостью должен обладать аккумулятор, чтобы при электролизе подкисленной воды выделилось 5,0 л кислорода при 27 °С и нормальном атмосферном давлении?

Дано: V=5,0 л=5,0 10^-3 м^-3 — объем выделенного кислорода, Т=300 К — температура кислорода, р₀=101,3 кПа — нормальное атмосферное давление, р₀=1,43 кг/м³ — плотность кислорода при нормальных условиях, k=8,29-10^-8 кг/Кл — электрохимический эквивалент кислорода.

Найти: q— емкость аккумулятора в ампер-часах.

Решение. Необходимое для электролиза количество элект­ричества найдем из соотношения:

m = kq, q = m/k.

Массу выделенного кислорода можно найти из формулы m = p₀V₀, а V₀ — из закона Гей-Люссака V₀ = VT₀/T. Таким образом:

Выражая q в ампер-часах, окончательно получаем:

Подставляя числовые значения, получим:

Ответ. Наименьшая емкость аккумулятора должна быть около 22 А ч.