I – сила тока (в амперах),

τ – время электролиза (в секундах),

F – число Фарадея равное 96500 Кл.

Если в реакции окисляются или восстанавливаются газообразные вещества, то в полученное уравнение вместо масс подставляются соответствующие значения объемов.

 

Пример – рассчитать массу меди, которая выделится на катоде при электролизе раствора сульфата меди в течение 2 часов при силе тока в 100 А.

 

Решение: Cu²⁺ + 2e ® Cu, f_экв (Cu) = 1/2.

 

Подставляя в уравнение соответствующие значения получаем:

 

m(Cu) = = 237,063 г.

 

4 Аккумуляторы

Аккумуляторы – устройства позволяющие многократно повторять операции их зарядки и разрядки. Теоретически обратимым, после разрядки, может быть любой гальванический элемент, но восстановленная емкость для большинства гальванических элементов невелика.

Наиболее лучшими эксплуатационными характеристиками обладают следующие аккумуляторы:

1) кислотные – свинцовые,

2) щелочные – никель–кадмиевые, железо–кдмиевые и серебряно–цинковые аккумуляторы.

Разберем химические процессы, протекающие в ходе работы данных аккумуляторов:

 

1) Свинцовый аккумулятор

Электроды свинцового аккумулятора выполнены в виде ячеистых пластин из свинцового сплава; ячейки заполнены смесью свинцового глета (PbO) с глицерином. После заполнения аккумулятора электролитом (H₂SO₄) оксид свинца превращается в сульфат. При зарядке протекает электролиз, а при разрядке работает гальванический элемент.

Зарядка аккумулятора – окислительно-восстановительная реакция протекающая принудительно под действием электрического тока. На электродах протекают следующие реакции:

 

Анод (+): PbSO₄ + 2H₂O - 2e = PbO₂ + SO₄^2– + 4H⁺ ,

Катод (–): PbSO₄ + 2e = Pb + SO₄^2-.

Разрядка аккумулятора – превращение энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию. При замыкании внешней цепи электроны с анода (Pb) переходят на электроды, заполненные PbO₂ (катод):

 

Анод (+): Pb + SO₄^2-- 2e = PbSO₄ ,

Катод (–): PbO₂ + SO₄^2– + 4H⁺ + 2e = PbSO₄ + 2H₂O.

 

 

Суммарное уравнение:

 

 

разрядка ®

Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O, ЭДС = 2,0В.

¬ зарядка

 

При разрядке аккумулятора расходуется серная кислота и образуется вода с плотность примерно в два раза меньшей, что приводит в свою очередь к уменьшению плотности электролита. На измерении плотности электролита основан один из методов контроля заряда аккумулятора.

К основным преимуществам свинцового аккумулятора относятся большая электрическая емкость и устойчивость в работе при многократных циклах перезарядки. Основные недостатки – массивность и токсичность свинца и его соединений.

 

2) Кадмиево-никелевый аккумулятор (КН)

разряд ®

Cd + 2NiO(OH) = 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂, ЭДС = 1,4 В. ¬ заряд

 

3) Железо-никелевый аккумулятор (ЖН)

 

разряд ®

Fе + 2NiO(OH) = 2Ni(OH)₂ + Fе(OH)₂ , ЭДС = 1,2 В.

¬ заряд

Аккумуляторы КН и ЖН являются щелочными, так как электролитом для них служит раствор гидроксида калия с небольшим количеством LiОН.

В настоящее время проводятся исследования по созданию щелочных аккумуляторов с характеристикам, соответствующими свинцовому аккумулятору.

 

4) Серебряно-цинковый аккумулятор

 

разряд ®

AgO + Zn + H₂O = Ag + Zn(OH)₂ ,ЭДС = 1,85 В.

¬ заряд

 

Вследствие большой удельной емкости и высокого значения ЭДС эти аккумуляторы чаще всего применяются для питания различных микроэлектронных устройств.

 

ЛЕКЦИЯ № 11

 

«КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ»

Коррозия – процесс окисления металла под воздействием окружающей среды. Наибольший вред от коррозии приходится на долю основного конструкционного металла – железа. Безвозвратные потери металлов от коррозии составляют примерно 10–15% мировой продукции стали. Но еще больший вред связан не с потерей металла, а с порчей изделий. Таким образом борьба с коррозией является важной народнохозяйственной задачей.

 

1 Виды коррозии

По характеру разрушения металла применяется следующая классификация видов коррозии:

1) Равномерная, 2) Пятнами, 3) Точечная,