Здравствуйте, Shegol!
Условие : Ток I = 100 кА = 100·10
3 А ; время электролиза t = 24 час = 24·3600 с;
масса фактически-полученного Магния mf = 900 кг .
Вычислить выход по току [$951$] = ?
Решение : Задача поначалу кажется трудной изза того, что мало кто помнит, что такое карналлит и "Выход по току"?
Однако, в наш век доступного интернета можно найти почти всю нужную информацию. Читаем статьи, на которые я показал Вам ссылки в ниже-мини-форуме Вашей Консультации, и узнаём, что:
Карналлит - это минерал, двойная соль: водный хлорид калия и магния с примесями брома, рубидия и цезия. Эмпирическая формула: KCl·MgCl
2·6·H
2O (см
Ссылка1 )
Производство магния
chem21.info/info/1085685/ цитирую "
Карналлитовая схема. При карналлитовой схеме электролизу подвергается безводный карналлит. Его получают после окончательного обезвоживания в виде расплава при температуре 750…800°. Расплав заливают в ванну. В результате электролиза получают магний, хлор и отработанный электролит, содержащий до 80% КCl и используемый как калийное удобрение…"
Таким образом, в обезвоженном карналлите воды уже нет, а КCl сливается, как побочный продукт, на удобрения, поэтому весь электро-ток расходуется на электролизное разделение расплавленного вещества MgCl
2 на чистый магний и чистый хлор.
Формула для вычисления теоретического выхода магния проста
mt = M·Q / (F·n)
тут mt - кол-во полученного металла в граммах;
M = 24,3 г/моль - молярная (атомная) масса Магния:
Q = I·t - кол-во электричества, прошедшее ч-з электролит (Кл) для выделение массы mt из расплавленой соли;
I - сила тока (А) ; t - время электролиза (с) ;
F = 96500 Кл / моль - число Фарадея;
n - заряд иона в электрон-единицах (ионы Магния в соединении MgCl
2 имеют заряд n = +2);
Подставляем числовые значения и делим результат на 1000 превратить граммы в килограммы:
mt = M·I·t / (1000·F·n) = 24,3·(100·10
3 )·(24·3600) / (1000·96500·2) = 1092 кг .
Мы получили теоретическую массу. А практически магний - настолько активный металл, что часть его снова окисляется с первым встречным атомом хлора, ухудшая КПД процесса электролиза.
Выход по току [$951$] = (mf / mt)·100% = (900 / 1092)·100% = 82,4 %.
Ответ1 : Выход по току равен 82%.
Условие задачи2 : Сколько магния и хлора выделится при электролизе карналлита за время t2 = 1 час = 3600 c при силе тока 100 кА?
Решение : применяем для магния ту же формулу с новым значением времени:
mtMg = M·I·t2 / (1000·F·n) = 24,3·(100·10
3 )·3600 / (1000·96500·2) = 45,5 кг .
Для атомарного хлора (который ещё не соединился в молекулы Cl
2) молярная масса MCl = 35,5 г/моль; nCl = 1 :
mtCl = MCl·I·t2 / (1000·F·nCl) = 35,5·(100·10
3 )·3600 / (1000·96500·1) = 132 кг .
Это мы получили теоретические значения. Для получения фактических масс надо умножить полученные значения на "Выход по току" [$951$] = 82,4 % :
mfMg = mtMg·[$951$] / 100 = 37,5 кг;
mfCl = mtCl·[$951$] / 100 = 109 кг.
Ответ2 : При электролизе карналлита за 1 час при силе тока 100 кА выделится 37,5 кг магния и 109 кг хлора.
Сделаем проверку: Количество магния, полученное за 1 час во 2й задаче, должно быть в 24 раза меньше, чем количество магния, полученное за сутки в первой задаче:
mf / mfMg = 900 / 37,5 = 24 . Проверка успешна!