Меню

Что будет если через медный купорос пропустить ток



Через раствор медного купороса пропускают ток, изменяющийся по линейному во времени закону

Условие задачи:

Через раствор медного купороса пропускают ток, изменяющийся по линейному во времени закону \(I=10-0,02t\) (А). Сколько меди выделится на катоде через 200 с после пропускания такого тока?

Задача №7.3.24 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Решение задачи:

Схема к решению задачи

Для нахождения массы меди, выделившейся на катоде, необходимо использовать объединенный закон Фарадея:

Здесь \(F\) – число Фарадея, равное 96600 Кл/моль; \(M\) – молярная масса меди, равная 0,064 кг/моль; \(n\) – валентность меди, равная 2.

Произведение тока \(I\) на время \(t\) равно заряду \(q\), протекшему через электролит, поэтому можем представить формулу (1) в виде:

Заряд \(q\) можно найти, если построить график данной в условии линейной функции. Очевидно, что начальный ток \(I_0\) (то есть ток в момент времени \(t=0\) с) равен 10 А, а конечный \(I_1\) (то есть ток в момент времени \(t=200\) с):

\[I_1 = 10 – 0,02 \cdot 200 = 6\;А\]

Если теперь построить график этой линейной функции (а мы это можем сделать, поскольку знаем координат двух точек), то заряд \(q\) равен площади фигуры под графиком функции (смотрите рисунок). Эта фигура является трапецией, поэтому:

Посчитаем численное значение \(q\):

\[q = \frac<1> <2>\cdot (10 + 6) \cdot 200 = 1600\;Кл\]

В итоге масса \(m\) равна:

Ответ: 0,53 г.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Источник

electroforming

Электроформинг

Гальванопластика

Вопрос об оседании кристаллов медного купороса на медных пластинах. mary_bulanova wrote in electroforming 7 января, 2012

Уважаемые участники этого замечательного сообщества! Скажите , пожалуйста, стоит ли делать очень сильную концентрацию медного купороса ( пока не перестанет растворяться) или лучше придерживаться пропорции 200 гр на литр? Омедняю первый раз, процесс идёт очень медленно. Сейчас на медных пластинах появился крупинчатый осадок медного купороса. Напряжение 0,6-1 вольт. Сила тока около 2 ампер. Монетка 1 рубль омеднялась часов 6, получился тоненький полупрозрачный слой. А тут, кажется, писали. что монетки омедняются чуть ли ни на глазах. Электролита( серной кислоты) добавляла 3 пятимиллилитровых шприца на поллитра, может быть, чуть больше.
И ещё глупый вопрос: монетку и другие металлические штуки ведь не надо покрывать графитовым лаком?

Регулируемый блок питания, установлен на 4,5 В

Переменный резистор

Напряжение.

Сила тока.

upd.Результат при токе 1 А с обеих сторон.

upd.Ура. Заработало. Это при 60 миллиамперах минут за 15. Огромное спасибо всем. Особая пламенная благодарность cuprum_art и antabis за бескорыстную помощь и отзывчивость.Видеоурок Владислава Киселевича был решающей каплей, которая убедила меня в реальной возможности заниматься гальваникой дома.

Источник

Что будет если через медный купорос пропустить ток

Когда ионы электролита доходят до электродов, соединенных с полюсами источника постоянного тока, то положительные ионы получают недостающие электроны от отрицательного электрода и в процессе реакции восстановления превращаются в нейтральные атомы (молекулы); отрицательные ионы отдают электроны положительному электроду и в процессе реакции окисления превращаются в нейтральные атомы. Явление выделения вещества на электродах в процессе окислительно-восстановительной реакции при прохождении тока через электролит называется электролизом. Впервые электролиз наблюдал в 1803 г. в Петербурге — В. П. Петров. В 1833-1834 гг. английский физик М. Фарадей открыл законы электролиза, которые устанавливают, от чего и как зависит масса выделившегося при электролизе вещества.

Пропуская в течение одинаковых промежутков времени ток одной и той же силы через разные электролиты, Фарадей установил, что при этом на электродах выделяются различные количества вещества. Так, ток в 1 а за 1 сек из раствора азотнокислого серебра выделяет 1,118 мг серебра, из раствора медного купороса — 0,328 мг меди. Значит, масса выделяемого вещества при электролизе зависит от вещества. Скалярная величина, измеряемая массой вещества, выделившегося при электролизе током в1 аза1 сек, называется электрохимическим эквивалентом (обозначается k). Электрохимический эквивалент имеет наименование кг /а*сек, или кг /к.

Если пропустить в течение времени t через раствор медного купороса небольшой ток, то катод слабо покрывается медью, а если ток большей силы — то за то же время на катоде выделится большее количество меди. Оставим силу тока той же, но увеличим теперь время. Замечаем, что меди выделяется еще больше. Пропуская через разные электролиты различные токи и тщательно измеряя массу вещества, выделяющегося на электродах из каждого электролита, Фарадей открыл первый закон электролиза: масса вещества, выделившегося при электролизе на электродах, прямо пропорциональна произведению силы тока и времени его прохождения через электролит.

Ток в 1 а за 1 сек при электролизе выделяет на электроде к кг вещества, а ток силой I а за время t сек — в It раз больше:

Это формулы первого закона Фарадея для электролиза.

Каждый ион несет с собой и определенную массу вещества и величину заряда, поэтому чем больше ионов подходит к электроду, т. е. чем сильнее ток в электролите, тем больше на электроде выделяется вещества.

Читайте также:  Статистический ток бьет меня

Фарадей, пропуская один и тот же ток последовательно через несколько различных электролитов, заметил, что масса выделившегося на электродах вещества неодинакова, хотя сила тока и время его прохождения через различные электролиты были одними и теми же (рис. 109). Точно взвесив выделившиеся вещества, Фарадей заметил, что вес их не случаен, а зависит от химической природы вещества. На каждый грамм выделенного водорода всегда получалось 107,9 г серебра; 31,8 г меди; 29,35 г никеля. После введения химического эквивалента — отношения атомной массы (веса) к валентности — оказалось, что эти числа являются химическими эквивалентами данных веществ. Так как атомная масса А и валентность n — числа отвлеченные, то и отношение число отвлеченное.

Рис. 109. Ко второму закону Фарадея для электролиза
Рис. 109. Ко второму закону Фарадея для электролиза

Разделив электрохимические эквиваленты веществ на их химические эквиваленты, ( k /M), получим:

для Ag

для Cu

для Ni

для Н

т. е. одно и то же число 1036*10 -11 кг /а*сек или 1036*10 -11 кг /к. Обозначив это постоянное число буквой С, запишем: C = 1036*10 -11 кг /а*сек. Следовательно, Отсюда электрохимический эквивалент

Это формула второго закона Фарадея для электролиза, который читается так: электрохимические эквиваленты веществ прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.

Заменив электрохимический эквивалент в формуле первого закона Фарадея, получим формулу обобщенного закона Фарадея для электролиза:

Массы выделившихся при электролизе веществ прямо пропорциональны их атомным весам и заряду, прошедшему через электролит, и обратно пропорциональны валентности вещества.

Законы Фарадея являются следствием ионной проводимости тока в электролите. Поясним это на таких примерах. Допустим, что производился электролиз одновалентных веществ, например растворов NaCl и AgNO3. Величины зарядов ионов Na и Ag одинаковы. Когда ионы переносят равные по величине заряды, как в том, так и в другом растворе к соответствующим электродам подойдет одинаковое количество ионов. Но при равном числе подошедших ионов массы отложившихся веществ Na и Ag будут не одинаковы, так как различны массы самих атомов Na и Ag. У натрия атомная масса 22,997; у серебра — 107,88; поэтому серебра выделится почти в пять раз больше. Значит, количество вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорционально его атомной массе, что и утверждается законом Фарадея.

В случае, когда в электролизе участвуют ионы разной валентности, например Аl, имеющий валентность, равную 3, и Na с валентностью, равной 1, количество ионов Аl и Na, переносящих один и тот же заряд, будет различно. Чем больше валентность иона, т. е. чем больше его заряд, тем меньшее количество ионов потребуется для переноса данного заряда (например, ионов Аl надо в три раза меньше, чем ионов Na). Такой зависимостью между валентностью и зарядом иона и объясняется то, что масса выделившегося при электролизе вещества обратно пропорциональна его валентности.

Благодаря простоте, дешевизне и большой чистоте полученных продуктов электролиз получил широкое применение в промышленности для добывания алюминия из бокситовых руд, очистки металлов (например, меди, цинка, золота, серебра) от примесей, покрытия металлических предметов слоем другого металла с целью предохранения их от ржавчины, придания твердости их поверхности (никелирование, хромирование), для изготовления украшений (серебрение, золочение), получения металлических копий с рельефных предметов (например, при изготовлении патефонных пластинок, матриц, клише).

Задача 30. Свинец высокой чистоты, применяемый в атомной энергетике, получают электрорафинированием. Вычислить массу свинца, выделенную за 1 ч током плотностью 0,02 а /см 2 и напряжением 0,5 в. Выход по току 95%. Каков расход электроэнергии на выделение 1 кг свинца? Площадь общего сечения катодов, на которых отлагается свинец, 10 м 2 .

При к п. д. электролитической ванны 100% за счет всей израсходованной электроэнергии A = UIt выделилось бы свинца m = klt, поэтому на выделение 1 кг свинца израсходовано энергии или

Источник

Электролиз с растворимым анодом

При электролизе используют инертные аноды (Pt, графит), реже иридий, золото, тантал. В качестве растворимых анодов могут быть Cu, Ni, Cd, Al и другие металлы. При этом виде электролиза анод – металл окисляется (растворяется), образующиеся катионы металла перемещаются к катоду и на нем восстанавливаются до металла. Таким образом, металл растворимого анода осаждается на катоде. Электролиз с растворимым анодом имеет важное техническое значение, в частности широко применяется для очистки металлов – электрорафинирования.

Законы Фарадея

Протекание первичных анодных и катодных процессов подчиняется законам, установленным М. Фарадеем.

1-й закон Фарадея: масса вещества m, выделяемая на электроде электрическим током, прямо пропорциональна количеству электричества Q, прошедшего через электролит:

m = Кэ× Q или m = Кэ× I×t, (17.1)

где Q = I×t, I – сила тока, А; t – время пропускания тока, с; Кэ – электрохимический эквивалент, равный количеству вещества, кг, выделяемого при прохождении 1 кулона (Кл) или 1 ампер×секунды (А×с) электричества. Как следует из 2-го закона Фарадея, электрохимический эквивалент вещества таков

Читайте также:  Электрические машины переменного тока асинхронный двигатель ротор

здесь mэ – эквивалентная масса вещества, г/моль.

2-й закон Фарадея: массы различных веществ, выделяемых одним и тем же количеством электричества, прямо пропорциональны их эквивалентным массам mэ:

Для выделения на электроде одного эквивалента любого вещества необходимо затратить одно и то же количество электричества, а именно 96487 Кл, называемое числом Фарадея. Число Фарадея F равно произведению числа Авогадро на заряд электрона: F = NA × e = 96487.

Из законов Фарадея следует, что

где m – масса вещества, образовавшегося или подвергнувшегося превращению, г; mэ – эквивалентная масса этого вещества, г/моль; I – сила тока, А; t –продолжительность электролиза, с.

При практическом проведении электролиза некоторая часть электроэнергии затрачивается на побочные процессы, в частности на преодоление сопротивления электролита. Важной характеристикой рентабельности работы электролизера является выход по току (h, %):

где mпр – масса практически выделенного вещества; mтеор – масса вещества, которая теоретически должна выделиться по уравнению (17.4).

Выход по току (%) можно рассчитать по формуле

где Qтеор – количество электричества, необходимое по закону Фарадея для выделения данного количества вещества; Qпр – количество электричества, практически затраченного на выделение того же количество вещества.

На процесс электролиза существенно влияет плотность тока, т. е. величина тока I, приходящаяся на единицу рабочей поверхности электрода S. Плотность тока (выражается в А/см 2 или А/дм 2 ):

Пример 1. При электролизе раствора NaCl было получено 400 см 3 раствора, содержащего 18 г NaOH. За то же время в кулонометре выделилось 20,2 г меди из раствора сульфата меди. Определить выход по току.

Решение. Используем закон эквивалентов:

(теоретическое количество щелочи). По условию mпр = 18 г, тогда выход по току

Пример 2. Ток, проходя через раствор кислоты, выделяет за 6 мин 120 см 3 Н2, измеренного при температуре 17 °С и давлении 98910 Па. Найти силу тока.

Решение. По уравнению Менделеева — Клайперона найдем массу водорода:

Силу тока находим по обобщенной формуле закона Фарадея (17.4):

Пример 3. Вычислить катодную плотность тока на цилиндрическом электроде диаметром 3 см, высотой 5 см при силе тока 0,4 А.

Решение. Поверхность электрода S = p × d × h = 3,14 × 3 × 5 = 47,1 см 2 , плотность тока

17.1. Ток силой 2,2 А проходит через раствор медного купороса в течение 2 ч. Какова масса выделившейся меди?

Ответ: 5,216 г.

17.2. Сколько граммов серной кислоты образуется при электролизе раствора медного купороса в течение 3 ч 10 мин при силе тока 0,56 А?

Ответ: 3,245 г.

17.3. Через раствор FeCl2 пропускали ток силой 3 А в течение 12 мин, а через раствор FeCl3 за это же время — ток силой 4 А. В каком из растворов масса выделившегося железа больше?

Ответ: больше из FeCl2.

17.4. Через соединенные последовательно растворы SnCl2 и SnCl4 пропускали в течение 10 мин ток силой 3 А. Вычислить массы олова и хлора, выделившихся из каждого раствора в отдельности.

Ответ: Sn – 1,105 г и 0,554 г; Cl2 – 0,6613 г.

17.5. Через раствор иодида бария пропускают ток силой 5,2 А в течение 18 мин. Какие реакции протекают на электродах? Какие вещества и в каких количествах выделятся на электродах?

Ответ: H2 – 0,058665 г; I2 – 7,387 г.

17.6. Сколько граммов КОН образуется при электролизе раствора КСl, если на аноде выделилось 10,85 л хлора, объем которого измерен при 22 °С и 99 975 Па?

Ответ: 49,64 г.

17.7. Какие процессы происходят на электродах при электролизе раствора NiSO4, если оба электрода сделаны из никеля? Как изменится масса анода после пропускания тока силой 3,2 А в течение 30 мин?

Ответ: уменьшится на 1,752 г.

17.8. Какие процессы протекают на электродах при электролизе сульфата кадмия (электроды нерастворимые)? Какие вещества и в каком количестве выделяются на электродах при прохождении через раствор тока силой 3,6 А в течение 42 мин?

Ответ: Cd – 5,283 г; O2 – 0,7521 г.

17.9. Сколько времени надо пропускать электрический ток через раствор соли серебра, чтобы покрыть с двух сторон пластинку размером 4´6 см 2 слоем серебра толщиной 0,02 мм, если сила тока 0,6 А, а плотность серебра 10,5 г/см 3 ?

Ответ: 25 мин 2 с.

17.10. Вычислить силу тока, выделяющего за 30 мин из раствора серной кислоты 380 см 3 гремучего газа, измеренного при 22 °С и 99975 Па. (Гремучий газ – смесь H2 и O2 в объемном соотношении 2:1.)

Ответ: 1,105 А.

17.11. Электрический ток, проходя в течение 7 мин через бездиафрагмный электролизер (рис. 19, а), содержащий разбавленную серную кислоту, выделяет 50 см 3 гремучего газа, измеренного при 18 °С и 99442 Па. Рассчитать силу тока. (Гремучий газ – смесь H2 и O2 в объемном соотношении 2:1).

Ответ: 0,623 А.

17.12. Какой силы ток надо пропускать через 0,12 н. раствор Bi(NO3)3, чтобы в течение 30 мин полностью выделить металл из 40 см 3 раствора?

Читайте также:  Восходящий ток это в ботанике

Ответ: 0,26 А.

17.13. Через раствор медного купороса пропускали электрический ток в течение 30 мин. При этом выделилось 0,25 г меди. Амперметр показывал 0,4 А. Определить ошибку (D) в показаниях амперметра.

Ответ: показания меньше на 0,0217 А.

17.14. Через раствор соли серебра пропускали электрический ток в течение 1 ч. При этом выделилось 0,4830 г серебра. Амперметр показывал 0,09 А. Какова относительная ошибка в его показаниях?

17.15. При электролизе раствора медного купороса образовалось 6,35 г меди. Какой газ и в каком количестве (по объему) выделился на аноде, если он измерен при 25 °С над водой при давлении 99980 Па? Давление водяных паров при этой температуре равно 3172,6 Па. Сколько времени продолжался электролиз, если сила тока была 0,2 А?

Ответ: O2 – 1,278 л; 26 ч 47 мин.

17.16. Сколько кислорода, см 3 , при н. у. выделится при электролизе раствора серной кислоты током силой 2,6 А за 4 мин?

Ответ: 36,01 см 3 .

17.17. Сколько водорода, см 3 , при н. у. выделится при электролизе раствора Na2SO4 током силой 2,4 А за 5 мин 45 с?

Ответ: 96,1 см 3 .

17.18. Сколько кислорода, см 3 , при н. у. должно выделиться на аноде за время, в течение которого отложилось на катоде 0,1324 г серебра при одной и той же силе тока?

Ответ: 6,871 см 3 .

17.19. Электрический ток силой 1 А проходит в течение 1 ч через раствор CuSO4 (электроды нерастворимые). Определить количества выделившейся меди, г, и образовавшейся серной кислоты в растворе (в молях) за указанное время, если выход по току равен 90 %.

Ответ: Cu – 1,067 г; H2SO4 – 1,68×10 — 2 моль.

17.20. Какие процессы протекают при электролизе водного раствора КСl? Вычислить, какое количество гидроксида калия получится при пропускании тока силой 10 А в течение 6 ч 20 мин, если выход по току составляет 60 %.

Ответ: 79,39 г.

17.21. Какой силы ток надо пропускать через расплавленный NaOH в течение 3 ч 30 мин, чтобы получить 22 г металлического натрия при выходе по току 40 %?

Ответ: 18,32 А.

17.22. Вычислить время, необходимое для получения электролизом 1 т алюминия при силе тока 20000 А и выходе по току 80 %.

Ответ: 186 ч 18 мин 20 с.

17.23. В растворе находилось 0,2 моль HgCl2 и 0,3 моль СuС12. Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах, если через раствор пропускать ток силой 10 А в течение 2 ч? Что останется в растворе? (Ответ: выделится а) на катоде Hg – 40,12 г и Cu – 11,0 г; б) на аноде 26,44 г Cl2. Останется в растворе 8,06 г Cu и 1,57 г Cl — ).

17.24. Смешали 20 см 3 0,1 н. AgNO3 и 20 см 3 0,6 н. Cu(NO3)2. Через раствор пропустили ток силой 0,3 А в течение 1 ч. Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах? Что останется в растворе?

Ответ: выделится: а) на катоде Ag – 0,2158 г и Cu – 0,2923 г; б) на аноде 0,0896 г O2. Останется в растворе 0,089 г Cu и 0,173 г NO3 — .

17.25. Металлический предмет общей поверхностью 100 см 2 требуется покрыть слоем никеля 0,2 мм. Плотность никеля 8,9 г/см 3 . Какова плотность тока и сколько времени потребуется его пропускать при силе тока 3 А, если 10 % тока теряется в аппаратуре?

Ответ: 3 A/дм 2 ; 6 ч 1 мин 20 с.

17.26. Стальную пластинку размером 10´20 см 2 требуется электролитически покрыть с одной стороны слоем хрома толщиной 0,025 мм из раствора Cr(NO3)3. Вычислить катодную плотность тока и время, необходимое для получения данного покрытия, если пропускать ток силой 0,18 А. Плотность хрома 6,92 г/см 3 .

Ответ: 0,09 А/дм 2 ; 29 ч 43 мин 20 с.

17.27. Вычислить анодную и катодную плотности тока, если через раствор пропускали ток силой 2,1 А; электроды выполнены в виде прямоугольных листов с размерами анода 5´8 см 2 , катода 10´20 см 2 . (Толщиной пластин пренебречь.)

Ответ: 2,625 А/дм 2 ; 0,525 А/дм 2 .

17.28. При электролизе раствора соли никеля в течение 4 ч 30 мин катод с площадью поверхности 10 см 2 покрылся слоем никеля толщиной 0,025 мм. Вычислить силу тока и катодную плотность тока, если выход по току составил 81 %. Плотность никеля 8,9 г/см 3 .

Ответ: 0,05576 А; 0,5576 А/дм 2 .

17.29. Рассчитать силу тока, который можно пропускать через раствор с цилиндрическим катодом, чтобы не превысить катодную плотность тока 0,2 А/см 2 . Высота катода 5 см, а диаметр цилиндра 3 см.

Ответ: не более 9,42 А.

17.30. Для полного выделения цинка из 1,1250 г цинковой руды после соответствующей обработки потребовалось 9,5 мин при силе тока 1,1 А. Определить содержание оксида цинка в руде, % мас.

Источник