Генератори електролізу та електрохімії Superprof

20 травня 2019 р., 7 хвилин читання

Електроліз

Трохи історії

Саме в 1800 році найперший електроліз був проведений двома хіміками з Лондона, Вільямом Ніколсоном і сером Ентоні Карлайлом. Вони здійснюють електроліз води.

В електролізі беруть участь дві окислювально-відновлювальні пари. Це змушує їх реагувати у зворотному напрямку від природної реакції за допомогою електричного струму, який приносить енергію, необхідну для реакції.

Електролізер - це пристрій, що складається з ємності, що містить іонний розчин, в який занурені два електроди.

Визначення електролізу

Електроліз - це хімічна операція, метою якої є розщеплення різних матеріалів. Наприклад, коли розчин містить матеріал, до нього додають розчинник, щоб його іони розкладалися. Потім цю суміш занурюють у ванну, в якій інтегровані анод і катод, пропускаючи струм через ванну.

Електроди

Електроди стають поляризованими, як тільки протікає струм:

Анод - це електрод, через який струм надходить у систему. Отже, електрони виходять. Відбувається окислення відновника. Він підключений до + полюса генератора.
Катодом називається електрод, через який виходить струм, тобто через який проникають електрони. Там це трапляється. Він підключений до - полюса генератора.

В резервуарі для електролізу струм проходить через іонну рідину, що йде від позитивного терміналу, катода, до негативного терміналу, анода.

На відміну від батарей, розглянутих у главі про стандартний потенціал, пристрій електролізу не поляризований окислювально-відновними парами, а генератором, підключеним до його клем.

Електроліт - це провідне середовище, іонний розчин, в якому купаються аніони та катіони.
Аніони електроліту мігрують до електрода, з'єднаного з полюсом + (анодом), і іноді зазнають там реакції окислення.
Катіони від електроліту мігрують до електрода, з'єднаного з полюсом (тобто катодом), де вони можуть зазнати відновлення.

Нарешті, можливе окислення або відновлення води (див. Окислювально-відновні пари води нижче).

Отже, потенційними учасниками електронних обмінів є:

позитивні або негативні іони електролітичної ванни
молекули розчинника
матеріали, що складають електроди

Окисно-відновні пари води

H2O може зазнати відновлення на катоді електролізера.

У кислому середовищі подружньою парою є H +/H2O згідно з таким рівнянням: 2 H + + 2 e - → H 2
У базовому середовищі пара, яка бере участь, є H2O/H2 згідно з таким рівнянням: 2 H2 O + 2 e - → H2 + 2 O H -

H2O може зазнати окислення на аноді електролізера:

в кислому середовищі окислювально-відновною парою є: O2/H2O згідно з таким рівнянням: H2 O → 1/2 O2 + 2 H + + 2 e -
в основному середовищі пара, яка бере участь: O2/OH- згідно з таким рівнянням: 2 O H - → 1/2 O2 + 2 H2 O + 2 e

Навіть незважаючи на те, що в розчині присутні кілька іонних видів кожного ознаки,

окислювач з найбільшим окислювально-відновним потенціалом відновлюється на катоді.
Відновник з найменшим окислювально-відновним потенціалом окислюється на аноді

Отже, ми маємо реакцію, протилежну гамма-правилу.

Для цього необхідно надати ф.м. протидіяти тій, яка проявляється природним шляхом. Дійсно, реакції електролізу, що йдуть у протилежному до природного напрямку напрямку, його продукти є саме реагентами природної реакції. Необхідно забезпечити напругу, яка перешкоджає останньому.
Насправді, оскільки продукти утворюються в результаті електролізу, природна реакція має тенденцію їх руйнувати і створювати напругу, протилежну поданій. Тому цього слід уникати, забезпечуючи достатню напругу.

Ця схема представляє анод в електричному ланцюзі. Це негативний термінал.

Ф.м. використовуваного генератора повинен бути більшим ніж середня потужність батареї, яка могла б бути встановлена з двох використаних окислювально-відновних пар. Генератор бачить, що його полярності зворотні порівняно з тими, що були б у стеку, створеному з двох стеків. Електроліз відбуватиметься від п.м. генератора більше або дорівнює різниці потенціалів двох окислювально-відновних пар.

ПОПЕРЕДЖЕННЯ: часто трапляється, що ці правила є несправними, зокрема тому, що теоретичні реакції є повільними реакціями або тому, що вони потребують перенапруги порівняно з очікуваною.
Ці відмінності можна пояснити:

стандартні окислювально-відновлювальні потенціали, що використовуються при розрахунках, відрізняються від фактичних потенціалів, оскільки експеримент не проводиться в стандартних умовах.
Швидкість певних хімічних реакцій окислення або відновлення, зокрема під час виділення газу, є повільною на рівні електродів. Тоді необхідне додаткове енергопостачання або сплеск напруги.

Акумулятори

Акумулятор - це електрохімічний пристрій, який може функціонувати як:

електрохімічний рецептор, коли він діє як електролізер. Він заряджається електричною енергією, яку забезпечує інший генератор.
електрохімічний генератор, коли він функціонує як проста батарея (тобто в природному напрямку окислювально-відновного): він розряджається.

Приклад типового акумулятора: акумулятор Лекланше
Вона складається:

провідний цинковий анод
гелевий розчин хлориду цинку та хлориду амонію
катод, що складається з пористої графітової палички, оточеної діоксидом марганцю, непровідним окисником.

Це символізується символом.
Задіяні реакції:
- на аноді: Zn → Zn 2 + + 2 e -

Вивільнені електрони потрапляють в електричний ланцюг.

Слід зазначити, що відбуватиметься газоутворення дигідрогену завдяки іонам Н +. Цей викид поглинається графітовою паличкою.

Кажуть, що ця купа незворотна, оскільки ми не можемо викликати протилежних реакцій.

Такий автомобільний акумулятор є акумулятором. Ми бачимо багато акумуляторів у своєму повсякденному житті, навіть не підозрюючи про це: акумулятори, автомобільні акумулятори чи мобільні телефони - це акумулятори енергії.

Ф.м. електрохімічного генератора, очевидно, дорівнює клітині, яку ми б склали з двома присутніми парами. Для здійснення заряду необхідно забезпечити напругу, що перевищує цю ф.м.м. природний.

Зазвичай акумулятори є оборотними: вони можуть поводитися як приймачі або генератори. це, наприклад, випадок для свинцевого акумулятора, який можна встановити дуже просто.

Свинцево-кислотний акумулятор
У ньому беруть участь пари Pb2 +/Pb та PbO2/Pb2+.

Електроди, як правило, стають симетричними в кінці розряду:
На позитивній пластині відбувається катодне зменшення
Перша пара має потенціал -0, 13 В. Друга - +1, 45 В. отриманого таким чином генератора становить 1,58 В.
Загальним рівнянням розряду є:.
Можна протиставити кілька акумуляторів цього типу та розмістити їх послідовно, щоб отримати батарею, оснащену батареєю. більший.

Методологія вправи з електролізу

Для вивчення утворення або зникнення кількості речовини:

вкажіть окислювально-відновний зріз та напишіть відповідне електронне напіврівнювання.
Вивести, якщо відбувається утворення або зникнення речовини на електродах
Виразіть залежність між кількістю електрики Q, яка циркулює, та кількістю обмінених електронів.
За допомогою рівняння балансу виведіть, що передує співвідношенню між кількістю речовини, що утворилася або пройшла в розчині, та кількістю електрики, яка циркулює.

Труднощі уроку

завжди добре знати поняття
ну, визначте пари та реагенти, які беруть участь в електролізі.
враховувати АЛГЕБРИЧНІ значення при розрахунку е.м.
чітко розрізнити дві фази акумулятора: заряд (ідентичний електролізу) і розряд (асимільований до класичної окисно-відновної реакції)

Електричний струм

Історія течії

Електрика - природне явище, яке почали вивчати в 16 столітті.

Прихід змінного струму датується 1882 р. У Франції винаходом інженера Люсьєна Голара: трансформатора. Це створило справжню революцію в галузі розподілу електроенергії. Оскільки змінний струм мав більше переваг, він швидко замінював постійний струм.

Трансформатор - це пристрій, який повинен змінювати напругу та інтенсивність струму, що подається змінним джерелом енергії, не змінюючи його частоти або форми.

Інтенсивність струму

Інтенсивність електричного струму відповідає одній з багатьох вимірюваних величин в електричних ланцюгах. Потім це вимірювання дає змогу дізнатися швидкість потоку електричних зарядів через ділянку досліджуваного кола. Інтенсивність електричного струму має в одиницях ампер, який зазначено А. Цей пристрій отримав свою назву від відомого французького фізика Андре-Марі Ампера, який буде довго працювати і буде виробляти багато робіт, пов'язаних з електрикою.

Інтенсивність електричного струму однакова у всіх диполях послідовного кола: це закон унікальності інтенсивності в послідовному ланцюзі.

Інтенсивність струму I, що протікає в основній гілці, дорівнює сумі струмів I1 та I2, що протікають у похідних гілках:

Це відношення становить закон адитивності інтенсивностей струмів.

Амперметр використовується для вимірювання інтенсивності електричного струму. Велику частину часу амперметр включається в мультиметр, який також виконує інші функції, такі як омметр або вольтметр. Амперметр завжди підключається послідовно.

Постійний струм, зазначений CC французькою мовою, або постійний струм англійською, відповідає електричному струму, інтенсивність якого залишається незалежною від часу, тому ми говоримо, що він постійний. Це, зокрема, тип струму, який подають акумулятори або акумулятори.

Тому ми можемо називати постійним струмом будь-який періодичний струм, інтенсивність якого завжди залишається відносно близьким до свого середнього значення, або періодичний струм, компонент постійного струму якого, тобто його середнє значення, має першорядне значення. Також можна назвати постійним струмом будь-який електричний струм, який постійно чи дуже переважно тече в одному напрямку. Тоді ми говоримо про цей односпрямований струм.

Вам сподобалась стаття ?

Фрілансер і водій, я сподіваюся досягти мудрості, поділившись знаннями, які я здобув під час подорожей за кермом мого седана. Цікавий вчений, моїй спразі відкриття відповідає лише період напіввиведення вісмуту 209.