6. Výpočty s využitím Faradayových zákonů elektrolýzy

Podobné dokumenty
je daná vztahem v 0 Ve fyzice bývá zvykem značit derivaci podle proměnné t (podle času) tečkou, proto píšeme

4. Základní výpočty vycházející z chemických rovnic

Kapitola 2. Bohrova teorie atomu vodíku

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

5. Výpočty s využitím vztahů mezi stavovými veličinami ideálního plynu

4. Výpočty vycházející z chemických rovnic nevyžadující uplatnění vztahů mezi stavovými veličinami plynů.

Didaktika výpočtů v chemii

Nalezení výchozího základního řešení. Je řešení optimální? ne Změna řešení

Exponenciální funkce a jejich "využití" - A (Tato doplňková pomůcka nemůže v žádném případě nahradit systematickou matematickou přípravu.

SRÁŽECÍ REAKCE. Srážecí reakce. RNDr. Milan Šmídl, Ph.D. Cvičení z analytické chemie ZS 2014/

10 částic. 1,0079 1, kg 1, kg. 1, kg. 6, , kg 0, kg 1,079g

Laboratorní práce č. 10 Úloha č. 9. Polarizace světla a Brownův pohyb:

ln ln (c Na + c OH ) L = (c Na + c OH ) P (c H + c Cl ) L = (c H + c Cl ) P

Experimentální postupy. Koncentrace roztoků

7. Analytická geometrie

Elektrický proud v elektrolytech

3. DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Variabilita měření a statistická regulace procesu

4.KMITÁNÍ VOLNÉ. Rozlišujeme: 1. nepoddajné vazby - nedovolující pohyb 2. pružně poddajné vazby - dovolují pohyb

Matematika I, část II

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

2. Definice plazmatu, základní charakteristiky plazmatu

Fotometrie a radiometrie Důležitou částí kvantitativního popisu optického záření je určování jeho mohutnosti

Přechod PN. Přechod PN - pásový diagram. Přechod PN strmý, asymetrický. kontakt přechod PN kontakt. (dotace) Rozložení příměsí. N-typ.

Komplexní čísla. Definice komplexních čísel

Názvosloví anorganických sloučenin

Stanovení koncentrace složky v roztoku potenciometrickým měřením

Rovnice. RNDr. Yvetta Bartáková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Příklady a úlohy z obecné chemie

1. Měření ve fyzice, soustava jednotek SI

Sekvenční logické obvody(lso)

Výpočty podle chemických rovnic

6.2.4 Pokusy vedoucí ke kvantové mechanice III

Funkce. RNDr. Yvetta Bartáková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

INSTITUT FYZIKY VŠB-TU OSTRAVA NÁZEV PRÁCE

Obsah Chemická reakce... 2 PL:

3. Lineární diferenciální rovnice úvod do teorie

Složení soustav (roztoky, koncentrace látkového množství)

Cvičení z termomechaniky Cvičení 5.

Elektrolýza Ch_022_Chemické reakce_elektrolýza Autor: Ing. Mariana Mrázková

1. Hmotnost a látkové množství

6. FUNKCE A POSLOUPNOSTI




8.2.1 Aritmetická posloupnost

ODRAZ A LOM SVTLA. Odraz svtla lom svtla index lomu úplný odraz svtla píklady

6. Posloupnosti a jejich limity, řady

GALAVANICKÝ ČLÁNEK. V běžné životě používáme název baterie. Odborné pojmenování pro baterii je galvanický článek.

POLYNOM. 1) Základní pojmy. Polynomem stupně n nazveme funkci tvaru. a se nazývají koeficienty polynomu. 0, n N. Čísla. kde

Ý Ú Ž Š Á Ú Á Ý Š ú Ý Ý Č Š

1. ZÁKLADY VEKTOROVÉ ALGEBRY 1.1. VEKTOROVÝ PROSTOR A JEHO BÁZE

8.2.1 Aritmetická posloupnost I


Odstraňování kationtů kovů. Silně kyselý katex. Slabě kyselý katex. Iminodioctový chelatující sorbent. Iminodioctový chelatující sorbent

Návod pro výpočet základních induktorů s jádrem na síťové frekvenci pro obvody výkonové elektroniky.

3.1 OBSAHY ROVINNÝCH ÚTVARŮ

1.3. POLYNOMY. V této kapitole se dozvíte:

Prostředky automatického řízení

Přednáška 7, 14. listopadu 2014

veličiny má stejný řád jako je řád poslední číslice nejistoty. Nejistotu píšeme obvykle jenom jednou

2.4. INVERZNÍ MATICE

Pro statistické šetření si zvolte si statistický soubor např. všichni žáci třídy (několika tříd, školy apod.).

P2: Statistické zpracování dat

Matematika 1. Katedra matematiky, Fakulta stavební ČVUT v Praze. středa 10-11:40 posluchárna D / 13. Posloupnosti

BILANCIE A BILANČNÉ ROVNICE

Základní požadavky a pravidla měření

. viz věty 1.7 a 1.2 (čísla m a M lze vybrat tak, aby nerovnost platila v R n i R m ). Máme m f x h f x l h f x h f x l h M f x h f x l h

CHEMICKÉ VÝPOČTY I. ČÁST LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. HMOTNOSTI ATOMŮ A MOLEKUL.

Elektron v izolovaném atomu Vazebná energie elektronu v atomu vodíku: E = FEKT VUT v Brně ESO / L1 / J.Boušek 1 FEKT VUT v Brně ESO / L1 / J.

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

pracovní list studenta Acidobazické rovnováhy Odměrná analýza acidobazická titrace

ELEKTROLÝZA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Odhady parametrů polohy a rozptýlení pro často se vyskytující rozdělení dat v laboratoři se vyčíslují podle následujících vztahů:

N A = 6, mol -1

zadání příkladů 10. výsledky příkladů 7. 3,543 litru kyslíku

PDF created with pdffactory Pro trial version Elektrostatická indukcia

sin n sin n 1 n 2 Obr. 1: K zákonu lomu

Í ž é é é é ž é š ů š š é ú é ůž Ú Ú š é é ž ž ž Í ž š Ú Ž é ď é ť é Í é š éů ů ť Š ů Í é Í Í š š ů ú é ž ž

Teorie chyb a vyrovnávací počet. Obsah:

14. B o d o v é o d h a d y p a r a m e t r ů

Datum: Projekt: Využití ICT techniky především v uměleckém vzdělávání Registrační číslo: CZ.1.07./1.5.00/34.

Geometrická optika. Zákon odrazu a lomu světla

ě š ť ť ů ě ť č š é ě é é Ž š Ž š š š ě č š š ě š š ě šť é š Š é ě Í ú ě ě Í ě ů é ě ě ě ě š Í š Ž ě ť č ě ť Ž š é é é š ě ú ě Ž ě š š ě Ž ů úč Í é Í

1.7.4 Těžiště, rovnovážná poloha

O Jensenově nerovnosti


Deskriptivní statistika 1

P. Girg. 23. listopadu 2012

CHEMICKÉ REAKCE A HMOTNOSTI A OBJEMY REAGUJÍCÍCH LÁTEK


3.10. Magnetické vlastnosti látek

Regulátor NQR pro nelineární oscilátor s analýzou stability

ý ýš ý ýš ř š ž ď ýš ý ó ř ř ř ř ů ýš ř ť ň ý š ř š Ň ž š ř ř ó ý ř ň Á Ň Ň Ž Ř ň ú ž ř ů ž Ť ř ý ý Ě ó ř ř ň ý ň ú ř ň ý ž ň ů ó ú ó š ú ú ý ý ň ý ň


Chemické veličiny, vztahy mezi nimi a chemické výpočty

7. Soustavy lineárních diferenciálních rovnic.

Transkript:

6. Výpočty s využití Faradayových zákoů lktrolýzy Chické přěy probíhající při průchodu stjosěrého lktrického proudu kapalýi látkai obsahujícíi ioty, tj. taviai bo roztoky lktrolytů, s azývají lktrolýza. Při těchto procsch jsou ioty soucí kladý lktrický áboj (katioty) přitahováy k lktrodě připojé k záporéu pólu zdroj lktrické rgi, ktrá s azývá katoda, a a jjí povrchu s přijtí lktroů úplě bo částčě vybíjjí. alogicky ioty s záporý lktrický áboj (aioty) jsou přitahováy k lktrodě připojé k kladéu pólu zdroj lktrické rgi zvaé aoda, a jjíž povrchu jí přdávají lktroy a tí s úplě bo částčě vybíjjí. Útvary vzikající vybíjí iotů a lktrodách ohou být jdotkai výsldých produktů lktrolýzy. Takový případ j apříklad vylučováí stříbra a katodě při lktrolýz vodých roztoků stříbrých solí, ktré vyjadřuj rovic g + + - g bo přěa hxakyaožlzataových iotů a ioty hxakyaožlzitaové probíhající a aodě při lktrolýz roztoků hxakyaožlzataů, ktrou vyjadřuj rovic [F II (CN) 6 ] 4- [F III (CN) 6 ] 3- + - Často však jsou tyto priárí útvary stálé a okažitě podléhají ásldý rakcí zi sbou, s ěktrou složkou kapaliy obklopující lktrodu bo s atriál lktrody. Například při lktrolýzách roztoků bo tavi chloridů vzikají a aodě priárě atoy chloru, ktré spolu vytvářjí dvouatoové olkuly chloru. Jdotlivé děj vyjadřují rovic: Cl - Cl + - 2 Cl Cl 2 Jstliž prví z těchto rovic vyásobí dvěa a obě rovic sčt, dosta clkovou rovici dějů probíhajících a aodě: 2 Cl - Cl 2 + 2 - Příklad rakc priárího produktu s složkou kapaliy obklopující lktrodu j rakc atoů sodíku vziklých vybití sodých iotů a katodě při lktrolýz vodého roztoku sodé soli. Rakc probíhající v těchto případch a katodě vyjadřují rovic Na + + - Na 2 Na + 2 H 2 O H 2 + 2 NaOH(aq) jjichž spojí dostává rovici 2 Na + + 2 - + 2 H 2 O H 2 + 2 NaOH Případ, kdy do rakc vstupuj atriál lktrody, j apříklad výroba hliíku lktrolýzou roztavého oxidu hliitého, v jhož taviě jsou přítoy ioty hliité l 3+ 3 a trioxohliitaové l O 3. Zatíco a katodě s vylučuj hliík, a aodě, ktrá j vyroba z uhlíku, s trioxohliitaové aioty přěňují ěkolika cstai a kočé produkty, ktrýi jsou hliité katioty, oxidy uhlíku a kyslík. Clkovou přěu, jjíž produkt j oxid uhlatý, vyjadřuj rovic 3 l O 3 + 3 C l 3+ + 6 - + 3 CO Děj, při ktrých jdotky raktatu odvzdávají lktroy, s azývají oxidac a děj, při ktrých jdotky raktatu získávají lktroy, s azývají rdukc; a aodě tdy probíhá oxidac, zatíco a katodě probíhá rdukc. Elktrolýzy jsou zvláští skupiou oxidačě-rdukčích rakcí. Počt lktroů, ktré jsou v libovolé časové úsku katodou přdáy katiotů, j rov počtu lktroů, ktré aioty odvzdají aodě, a ttýž počt lktroů j dodá zdroj do katody a odvd z aody do zdroj. To zaá, ž oxidac a aodě a rdukc a katodě probíhají vždy současě. bsolutí hodota lktrického áboj lktroů dodaých zdroj do katody bo odvdých z aody do zdroj s ozačuj jako lktrický áboj (ožství lktřiy), ktrý prošl kapaliou podrobou lktrolýz. Přěa probíhající a jdé z lktrod zahruj j oxidaci bo j rdukci a bývá azýváa polorakc. Clková rakc probíhající při lktrolýz zahruj obě polorakc a jjí rovici ůž získat sčtí rovic polorakcí upravých tak, aby s počt lktroů a lvé straě rovic rdukčí polorakc roval počtu lktroů a 42

pravé straě rovic oxidačí polorakc. Například sčtí výš uvdých rovic clkové přěy probíhající a aodě při lktrolýz chloridů a clkové přěy probíhající a katodě při lktrolýz vodých roztoků sodých solí získá rovici clkové rakc probíhající při lktrolýz vodého roztoku chloridu sodého: 2 Na + + 2 Cl - + 2 H 2 O H 2 + 2 NaOH + Cl 2 V rovici clkové přěy probíhající při lktrolýz figurují lktroy, proto pro odvozí kvatitativího vztahu zi vlikostí lktrického áboj, ktrý prošl látkou při lktrolýz, a ožství spotřbovaého raktatu bo vziklého produktu j potřba vyjít z rovic vhodé polorakc. Pro vlikost lktrického áboj Q, ktrý prošl kapaliou podrobou lktrolýz platí vztah Q N Q (75) v ktré N j počt lktroů a Q j áboj lktrou, jhož absolutí hodota Q s azývá ltárí lktrický áboj. Vyjádří počtu lktroů z jjich látkového ožství poocí rovic (9) a dosazí do vztahu (75) dostává vztah Q N Q (76) kd j látkové ožství lktroů. Souči vogadrovy kostaty a ltárího áboj Faradayově kostatě F. Pro látkové ožství lktroů tdy platí: N j rov Q (77) F Časová zěa lktrického áboj, ktrý prošl soustavou, s azývá lktrický proud. Obcě tdy platí vztah dq I dτ kd I j lktrický proud a τ j čas. Při kostatí lktrické proudu platí Q I τ (78) a vztah (77) ůž upravit a tvar (79) F Elktrický proud a čas patří zi fyzikálí vličiy, pro ktré jsou dfiováy základí jdotky ziárodího systéu jdotk SI. Základí jdotkou lktrického proudu j apér (začka ) a základí jdotkou času j skuda (začka s). Pro lktrický áboj azývaý též ožství lktřiy vyplývá z rovic (78) odvozá jdotka apérskuda (s), pro iž byl v soustavě SI zavd ázv coulob (začka C). Faradayova kostata F á hodotu 9,648 534.10 4 C.ol 1. Výrazy pro látkové ožství lktroů (77) a (79) uožňují a základě rovic polorakcí využívat vztahu (40) k atatickéu vyjádří závislostí zi lktrický áboj bo lktrický proud a čas a straě jdé a rozsah rakc, látkovýi ožstvíi raktatů a produktů, hotosti raktatů a produktů a také počty přěěých bo vytvořých látkových jdotk a straě druhé. Tyto závislosti vyjadřují oba Faradayovy zákoy lktrolýzy, ktré byly záy přd objv lktrou. Podl prvího Faradayova zákoa lktrolýzy hotost látky vyloučé bo chicky přěěé při lktrolýz závisí j a ožství lktřiy, ktrá látkou prošla, a j u přío úěrá. Kostata úěrosti, čili hotost látky, ktrá s vyloučí bo přěí průchod jdotkového ožství lktřiy, byla azváa lktrochický kvivalt. Druhý Faradayův záko ůž s použití současé triologi forulovat takto: Elktrochický kvivalt jakékoliv látky j rov jjí olové hotosti dělé souči kostaty a alého clého čísla spcifického pro daou látku. Z výš uvdého výkladu ply, ž kostatou v 2. Faradayově zákoě j Faradayova kostata F a spcifické clé číslo j rovo počtu lktroů, ktré jdotka látky přij od katody bo přdá aodě. Příklad 33 Vypočítjt hotost ziku, ktrý s vyloučí z roztoku sírau zičatého účik lktrického proudu o itzitě 1,5 za 20 iut. Q 43

Ř ší Vylučováí ziku a katodě vyjadřuj rovic: Z 2+ + 2 - Z Podl vztahů (40) a (79) platí rovost Z Z z ktré vypočítá hotost ziku: Vyloučí s 0,610 g ziku. 1, 5 20 i 60 s i Z Z 65, 38g ol 2 96 485 C ol 0, 610 g Příklad 34 Za jakou dobu s vyloučí 5 g atiou z roztoku chloridu atioitého účik lktrického proudu o itzitě 2?. Ř ší Vyjd z chické rovic 3+ + 3 - Z vztahů (40) a (79) ply rovic z ktré vychází 3F 3F τ I 3 96485C ol 2 Daé ožství atiou s vyloučí za 5 941 s. 1 5g 121,8g ol 5941 C s 5941 5941s Příklad 35 Vypočítjt hotost vody, ktrá s rozloží při lktrolýz vodého roztoku hydroxidu sodého lktrický proud o itzitě 5 za 1 hodiu. Ř ší Děj probíhající a katodě vyjadřují rovic Na + + - Na 2 Na + 2 H 2 O 2 Na + + H 2 + 2 OH - jjichž spojí dosta rovici clkové polorakc probíhající a katodě: 2 H 2 O + 2 - H 2 + 2 OH - Na aodě probíhají rakc, ktré lz vyjádřit rovici OH - OH + - 2 OH H 2 O + O 2 O O 2 a jjich spojí dosta rovici clkové polorakc probíhající a aodě. 4 OH - O 2 + 4 - + 2 H 2 O 44

Spojí rovic obou polorakcí dosta rovici clkové rakc: 2 H 2 O 2 H 2 + O 2 Na základě rovic polorakcí ůž vypočítat ožství vodíku a ožství kyslíku, ktré s vytvoří za daých podík. Na základě rovic clkové rakc pak ůž z ožství vziklého vodíku bo z ožství vziklého kyslíku vypočítat ožství rozložé vody. Pro chickou rovici polorakc probíhající a katodě vyplývá z vztahů (40) a (79) atatická rovic H2 z ktré po dosazí dostává: H 2 1h 3600s h 9, 33 10 2 96485C ol 5 2 ol Pro chickou rovici clkové rakc podl vztahu (40) platí rovost H2O H2 2 z íž ply: 2 H2O 2 H 9, 33 10 ol 18,01g ol 1, 68g 2 O H 2 H2O Rozloží s 1,68 g vody. K stjéu výsldku dojd, když a základě chické rovic polorakc probíhající a aodě vypočítá látkové ožství kyslíku a z ěj pak a základě chické rovic clkové rakc vypočítá hotost vody. Pozáka: bycho jdodušji dospěli k správéu výsldku, j ožé vycházt i z přdstavy, ktrá odpovídá skutčosti, ž olkula vody disociuj a vodíkové katioty a oxidový aio, ktrou vyjadřuj rovic H 2 O 2 H + + O 2- a polorakc probíhají podl rovic: 2 H + + 2 - H 2 O 2- ½ O 2 + 2 - Takový postup lz použít v všch případch lktrolýzy vodého roztoku kysliy bo soli, jjíž katioty s vybití a katodě přěňují a atoy, ktré ásldě ragují s vodou za vziku původích katiotů a vodíku, a jjíž aioty s vybití a aodě přěňují a útvary, z ktrých ásldou rakcí s vodou, ktrá ůž být sld ěkolika ltárích rakcí, vzikají kyslík a původí aioty. Jsou to tdy případy, kdy při lktrolýz ubývá rozpuštěého lktrolytu, aiž by byl průběžě doplňová. Příklad 36 Vypočítjt obj vodíku při tplotě 22 C a tlaku 848 torr, ktrý s vyvi rozklad vodého roztoku chloridu sodého lktrický proud o itzitě 10 za 20 iut. Ř ší Z lktrického proudu a času lz vypočítat látkové ožství vodíku. Z látkového ožství vodíku pak ůž vypočítat jho obj za daé tploty a daého tlaku. Polorakci probíhající a katodě (viz Příklad 35) vyjadřuj rovic: Z vztahů (40) a (79) ply: 2 H 2 O + 2 - H 2 + 2 OH - I τ 10 20i 60s i 1 2 96 485 s ol H 2 0, 062186 ol 45

Z stavové rovic idálího plyu (62) dosta: V RT P 0 3 3 3 1 1, 062186 ol 8, 314Pa ol K ( 22 + 27315, ) K 1, 350 10 848 torr 133, 32Pa torr 1, 350l Za daých podík s vyvi 1,350 l vodíku. Úlohy 140. Vypočítjt hotost hliíku, ktrý vzik za 2 hodiy lktrolýzou roztavého oxidu hliitého při itzitě lktrického proudu 250. 141. Vypočítjt dobu potřbou k vyloučí 500 g iklu a katodě při lktrolýz chloridu iklatého proud o itzitě 5,00. 142. Při průchodu kostatího lktrického proudu roztok stříbré soli s za 48 iut vyloučilo a katodě 3,220 g stříbra. Vypočítjt itzitu lktrického proudu. 143. Vypočítjt dobu potřbou k lktrolýz solaky proud o itzitě 200, aby bylo získáo takové ožství chloru, ktré při tplotě 20 C a tlaku 1,1 at bud zaujíat obj 500 litrů. 46