Физическая химия: конспект лекций

Березовчук А. В.

где Q – тепловой эффект реакций;

U_p– термодинамическая характеристика электрохимической системы, которая мало зависит от условий электролиза.

Отклонение системы – поляризация. Электрохимическая реакция является гетерогенным процессом, и ее скорость может лимитироваться одной из стадий:

1) подвод реагирующего вещества к границе раздела фаз;

2) разряд и ионизация;

3) отвод продуктов реакции.

Поляризация, определяемая медленной стадией массопереноса – концентрационная. Если медленной

стадией является стадия разряда ионизации, то поляризация называется перенапряжением. Природа и значение поляризации зависят от многих факторов: природа реагирующего вещества, материал электрода, состояние поверхности электрода, плотность тока, состав раствора и режим электролиза. Кинетический параметр – параметр, определяемый в реальных условиях электрохимической системы: тока, Е_АКТИВ, коэффициент диффузии, коэффициент переноса (на катод), (на анод) – доля расхода на процесс:

1) сила тока в электрохимическом аппарате J= i_KS_ед загрузки, A, Z, i_K – в зависимости от электролита;

2) скорость электролиза – образование массы вещества за единицу времени

где q – электрохимический эквивалент, v электролиза – J тока,

если в 1 см² – v – i тока.

Баланс напряжений. Напряжение на электрохимическом аппарате определяет расход электроэнергии при электролизе. Баланс напряжений на электрохимическом аппарате складывается из следующих составляющих:

U_ЭЛ-РЕ = Е_a– Е_k+ _a+ _k, + U_ЭЛ-ТА+ U_ДИФ+ U_КОН+ U_ЭЛ,

где Е_a– обратимый потенциал анода, В;

Е_К – обратимый потенциал катода, В;

_a– поляризация анода, В;

_k– поляризация катода, В;

U_ЭЛ-ТА– падение напряжения в электролите, В;

U_ДИФ– падения напряжения в диафрагме, В;

U_КОН– падение напряжения в контактах, В;

U_ЭЛ – падение напряжения в электродах, В.

где i– плотность катодного тока;

₀ – удельное сопротивление электролита, ₀ повышается при вводе газа;

l –

расстояние между электродами;

S – площадь сечения электролита;

J – электропроводность.

Коэффициент газонаполнения k = /₀.

Падение напряжения газозаполнения элемента определяется по формуле

U_ЭЛ-ТА = il₀k.

Падение напряжения в диафрагме

U_ДИФ= JR_ДИАФ.

Падение напряжения в контактах обычно принимают равным 5 – 10% от общего напряжения.

Падение напряжения в электродах:

Снижение напряжения на электрохимическом аппарате – оптимальное расстояние между электродами, максимальной электропроводностью.

Рис. 2

К энергетическим характеристикам относятся:

1) напряжение на электрохимическом аппарате;

2) отдача по напряжению.

3) отдача по емкости

4) отдача по энергии

5) производительность электрохимического аппарата оценивается количеством продукта на одной затраченной энергии.

Расход электрической энергии на 1 тонну произведенного продукта определяется так:

В_T – выход по току в долях единицы.

Энергетический баланс – устанавливает соотношение между видом энергии, поступающей в электролизер, и энергией, уходящей из него, демонстрируя равенство статей прихода и расхода. Электроэнергия const тока, подводимая к электролизеру, составляет:

W_ЭЛ= UJt.

Общее уравнение энергетического баланса имеет следующий вид:

W_э + Q_{прихода} = W_{эл.хим.р– ии} + W_тока + Qрасх,

где Q_{прихода} – тепловая энергия, поступающая в электролизер с электролитом и электродами за счет вторичных процессов;

W_{эл.хим.р– ии} – энергия тока, затраченная на электрохимическую реакцию;

W_тока – энергия тока, перешедшая в тепловую энергию; Qрасх– тепловая энергия, уносимая электролитом, электродами, газами при испарении Н₂О, излучении и конвекции.