1. 외르스테드의 실험에서 관찰된 것은 무엇입니까?
a) 두 개의 병렬 도체와 전류의 상호 작용.
b) 두 개의 자기 바늘의 상호 작용.
c) 전류가 도체를 통해 흐를 때 도체 근처의 자침이 회전합니다.
d) 발생 전류코일에 자석을 넣으면 코일에 들어갑니다.
2. 전류가 같은 방향으로 흐르는 경우 두 개의 평행 도체가 어떻게 서로 상호 작용합니까?
a) 그들은 매력을 느낍니다. b) 그들은 밀어낸다. c) 상호 작용력은 0입니다. d) 정답이 주어지지 않습니다.
3. 직류가 도체를 통과하면 그 주위에 자기장이 나타납니다. 이 자기장은 종이 위의 강철 파일 위치나 도체 근처에 있는 자기 바늘의 회전으로 감지됩니다. 이 자기장은 어떻게 공간에서 이동할 수 있습니까?
a) 철강 파일링을 전송합니다. b) 자석의 이동. c) 전류가 흐르는 도체의 이동. d) 자기장은 이동할 수 없습니다.
4. 키 K가 열렸을 때 코일 내부 A 지점과 B 지점에 배치된 자침은 어떻게 위치하게 됩니까?
a) 그림에 따라 오른쪽이 같은 북극입니다.
b) 그림에 따라 왼쪽에 동일한 북극이 있습니다.
c) 화살표의 북극은 서로 마주보게 되어 있습니다.
d) 화살표는 남극이 서로 마주보도록 되어 있습니다.
5. AC 모터의 설계가 DC 모터보다 간단한 이유는 무엇입니까? 운송에 DC 모터가 사용되는 이유는 무엇입니까?
6. 전자석의 극을 결정합니다.
7. 전류의 자기장을 그리고 자기력선의 방향을 결정합니다. 자기장.
8. 자기장에 있는 전류가 흐르는 도체에 작용하는 힘의 방향을 결정합니다.
9. "장치"라는 세 가지 항목이 있습니다. 나무 블록, 서로 끌리지 않는 쇠못 2개, 영구자석 1개.
3개의 "블랙 박스"에는 각각 자석 1개, 못 2개, 나무 블록 1개가 들어 있습니다. 각 서랍에 무엇이 들어 있는지 알아보려면 어떤 장치와 어떤 순서로 사용하는 것이 가장 좋나요?
10. DC 전기 모터는 24V 소스에서 2A의 전류를 소비합니다. 권선 저항이 3Ω인 경우 모터의 기계적 전력은 얼마입니까? 그 효율성은 무엇입니까?
단면과 자기장이 그림 1에 표시된 도체의 전류 방향을 결정하십시오.3. 자기장 선의 방향이 화살표로 표시되는 도체의 전류 방향은 무엇입니까 (그림 3)?
5. 그림 5에 표시된 자력선의 방향을 기준으로 링에 흐르는 순환 전류의 방향을 결정합니다.
전자기파가 발생합니다. A. 전하가 일정한 속도로 이동할 때. B. 전기의 가속된 움직임으로B. 고정 요금 정도.
D. 일정한 전류가 흐르는 고정 도체 주변.
D. 고정된 대전 금속판 주변
1. 전류를 전류라고 합니다... 가). 전자의 움직임. 비). 하전입자의 규칙적인 움직임. 비). 전자의 질서있는 움직임. 2.도체에 전류를 생성하려면... A). 그 안에 전기장을 만듭니다. 비). 그 안에 전하를 생성합니다. 비). 거기에 별도의 전기 요금이 부과됩니다. 3. 금속에 전류를 생성하는 입자는 무엇입니까? 에이). 자유 전자. 비). 양이온. 비). 음이온. ^ 4. 검류계에는 전류의 어떤 효과가 사용됩니까? A. 열. 나. 화학. B. 자기. 5. 전기 스토브 회로의 전류 강도는 1.4A입니다. 20분 동안 나선형 단면을 통과하는 전하는 얼마입니까? 에이). 3200Kl. 비). 1680 Cl. 비). 500Kl. ^ 6. 어떤 다이어그램(그림 1)에서 전류계가 회로에 올바르게 연결되어 있습니까? 에이). 1. 나). 2. 나). 3. 7. 6 C에 해당하는 전하가 도체를 통과할 때 660 J의 일이 수행됩니다. 이 도체 양단의 전압은 얼마입니까? 에이). 110V.B). 220V.V). 330V. ^ 8. 어떤 다이어그램(그림 2)에서 전압계가 회로에 올바르게 연결되어 있습니까? 에이). 1. 나). 2. 9. 두 개의 타래 구리선동일한 단면의 길이가 각각 50m와 150m인 경우 어느 것이 더 큰 저항을 가지며 몇 배나 더 큰가요? 에이). 첫 번째는 3번입니다. 비). 두 번째는 3번입니다. ^ 10. 길이가 25cm이고 단면적이 0.1mm2인 니켈선을 통과하는 전류의 세기는 그 끝의 전압이 6V라면 얼마입니까? 에이). 2 A.B). 10A.B). 6A
1. 전류는 어떤 단위로 측정되나요? A. 옴; BJ; W. W.; G.A.2. 전류가 매질을 통과할 때 항상 어떤 동작이 발생합니까?
에이. 열의; 비.자기; 안에. 화학적인; G.빛.
4. 10C 전하를 움직일 때 2200J의 일이 이루어졌다면 전구의 전압은 얼마인지 구하십시오.
5. 그림에 표시된 회로에서 섹션 AB의 저항을 결정하십시오.
6. 길이가 150m이고 단면적이 0.2mm2인 니크롬선의 저항을 계산하십시오.
7. 단면적이 3.5mm2이고 길이가 14.2m인 구리 도체에는 2.25A의 전류가 흐릅니다. 이 도체 끝의 전압을 결정하십시오.
8. 전류가 16A일 때 35초 동안 도체 단면을 통과하는 전자 수는 몇 개입니까?
9. 저항이 6Ω인 저항기를 만들기 위해 취한 단면적 2mm2의 철선 질량을 결정합니다.
전기활성화된 수용액 - 음극액과 양극액은 다음과 같은 용도로 사용할 수 있습니다. 농업, 축산, 의학, 물 소독 및 가정용으로 식물 생산성을 높이기 위해. 전기화학적 수처리에는 여러 가지 전기화학적 수처리가 포함됩니다. 화학 공정영구 이전과 관련된 전기장전자, 이온 및 기타 입자(전기분해, 전기영동, 전기부유, 전기응고), 그 중 주된 것은 물의 전기분해입니다. 이 기사에서는 독자에게 물 전기분해의 기본 과정을 소개합니다.
소개
물의 전기화학적 활성화 현상(ECAW)은 전극(양극 및 음극)의 이중 전기층(EDL)에서 전자에 의한 강렬한 분산 조건 하에서 EDL을 통한 비평형 전하 이동이 있는 물에 대한 전기화학적 및 전기물리적 효과의 조합입니다. 액체 내 전기화학 반응으로 인해 발생하는 기체 생성물. ECHA 프로세스 중에는 네 가지 주요 프로세스가 발생합니다.
- 외부의 일정한 전기장에 의해 발생하는 전극에서의 산화환원 반응으로 인한 물의 전해 분해(전기분해)
- 전기 영동 - 전기장에서 양으로 하전된 입자와 이온이 음극으로 이동하고, 음으로 하전된 입자와 이온이 양극으로 이동합니다.
- 전기부상(electroflotation) - 미세하게 분산된 가스 기포(음극의 수소, 양극의 산소)와 거친 물 불순물로 구성된 가스 응집체 및 집합체의 형성
- 전기 응고 - 금속의 양극 용해 과정과 일정한 전기장의 영향으로 금속 양이온 Al 3+, Fe 2+, Fe 3+의 형성으로 인해 침착된 분산상의 입자의 콜로이드 응집체 형성 .
물의 분해 전위(1.25V)와 같거나 이를 초과하는 전위에서 직류로 물을 처리한 결과, 물은 비정상적인 전자 활동 값 및 기타 물리화학적 매개변수(pH)를 특징으로 하는 준안정 상태로 전환됩니다. , 어, ORP, 전기 전도도). 일정량의 물을 통해 직류가 흐르면 전기 화학적 과정이 수반되며 그 결과 산화 환원 반응이 발생하여 물 오염 물질의 파괴 (파괴), 콜로이드의 응고, 거친 불순물의 응집 및 그에 따른 부양이 발생합니다. .
물의 전기화학적 활성화 현상은 비평형 전하 이동 동안 전극의 이중 전기층에서 물에 대한 전기화학적 및 전기물리적 효과의 조합입니다.
미백 및 표백을 위해 전기화학적 처리가 사용됩니다. 천연수, 연화, 중금속(Cu, Co, Cd, Pb, Hg), 염소, 불소 및 그 유도체로부터 정제, 석유 제품, 유기 및 유기염소 화합물, 염료, 계면활성제, 페놀을 함유한 폐수 처리용. 전기화학적 정수의 장점은 값을 조정할 수 있다는 것입니다. pH 값 pH 및 산화 환원 전위 E h, 물에서 다양한 화학 공정의 가능성이 좌우됩니다. 폭기조에서 활성 슬러지의 효소 활성을 증가시킵니다. 감소하다 저항력유기 퇴적물의 응고 및 침전 조건을 개선합니다.
1985년에 ECHA는 공식적으로 새로운 종류의 물리화학적 현상으로 인정되었습니다. 1998년 1월 15일자 VCh-P1201044호 러시아 연방 정부 명령에 따라 부처와 부서에 이 기술을 의학, 농업 및 산업 분야에 사용하도록 권장했습니다.
물의 전기분해
전기화학적 수처리의 주요 단계는 물의 전기분해이다. 물에 직류를 흘려주면 음극에서는 물 속으로 전자가 들어가고 양극에서는 물에서 전자가 빠져나가면서 음극 표면에서 일련의 산화환원 반응이 일어난다. 양극. 결과적으로 새로운 물질이 형성되고 분자간 상호 작용 시스템, 물의 구조를 포함한 물의 구성이 변경됩니다. 일반 설치전기화학적 수처리를 위한 물 준비 장치 1, 전해조 2, 전기화학적 정화 후 수처리 장치 3(그림 1)으로 구성됩니다.
전기화학적 수처리를 위한 일부 설비는 물의 예비 기계적 정화를 제공하여 큰 불순물로 인해 전해조가 막히는 위험을 줄입니다. 수압 저항. 다음에 대한 차단 기계적 청소전기화학적 처리의 결과로 물이 전기응집 후 금속 수산화물(Al(OH)3, Fe(OH)3, Mg(OH)2)의 플레이크와 같은 거친 불순물로 포화된 경우 물이 필요합니다. 설비의 주요 요소는 하나 이상의 전기분해 셀로 구성된 전해조입니다(그림 2).
전기분해 셀은 두 개의 전극(양으로 대전된 양극과 음으로 대전된 음극)으로 구성되며 직류 소스의 서로 다른 극에 연결됩니다. 전극 사이 공간은 전류를 전도할 수 있는 전해질인 물로 채워져 있다. 장치 작동의 결과로 전하는 물 층을 통해 전기 영동, 즉 극성 입자, 전하 캐리어-이온의 이동을 통해 반대 부호를 갖는 전극으로 전달됩니다.
물에 직류를 흘려주면 음극에서는 물 속으로 전자가 들어가고 양극에서는 물에서 전자가 빠져나가면서 음극 표면에서 일련의 산화환원 반응이 일어난다. 양극.
이 경우 음전하를 띤 음이온은 양극으로 이동하고, 양전하를 띤 양이온은 음극으로 이동합니다. 전극에서 하전된 이온은 전하를 잃고 탈분극되어 붕괴 생성물로 변합니다. 하전된 이온 외에도 거친 입자(유화 입자, 기포 등)를 포함하여 다양한 분산의 극성 입자가 전기 영동에 참여하지만 전기화학적 전하 이동의 주요 역할은 이동성이 가장 큰 하전 이온에 의해 수행됩니다. 극성 입자에는 수성 불순물과 물 분자의 극성 입자가 포함되며 이는 특수한 구조로 설명됩니다.
물 분자의 일부인 중앙 산소 원자는 수소 원자보다 전기 음성도가 더 크고 전자를 끌어당겨 분자 비대칭성을 부여합니다. 결과적으로 전자 밀도의 재분배가 발생합니다. 물 분자는 양극에서 양전하와 음전하를 갖는 1.85D(Debye)의 쌍극자 모멘트를 갖는 전기 쌍극자의 특성을 취하여 분극됩니다(그림 3).
전극 반응의 생성물은 중화된 수성 불순물, 물 분자의 전기 분해 중에 형성된 수소 및 산소 가스, 알루미늄과 강철로 만들어진 금속 양극을 사용하는 경우 금속 양이온(Al 3+, Fe 2+, Fe 3+)입니다. , 분자 염소 등. 이 경우 음극에서는 수소 가스가, 양극에서는 산소가 발생합니다. 물에는 일정량의 하이드로늄 이온 H 3 O +가 포함되어 있으며, 이는 음극 표면에서 탈분극되어 원자 수소 H를 형성합니다.
H 3 O + + e - → H + H 2 O.
알칼리성 환경에서는 H 3 O +가 없지만 물 분자가 파괴되어 원자 수소 H- 및 하이드록시디온 OH-가 형성됩니다.
H 2 O + e - → H + OH - .
반응성 수소 원자는 음극 표면에 흡착되고, 재결합 후 분자 수소 H2를 형성하며, 이는 물에서 기체 형태로 방출됩니다.
N + N → N 2.
동시에 원자 산소가 양극에서 방출됩니다. 산성 환경에서 이 과정은 물 분자의 파괴를 동반합니다.
2H 2 O - 4e - →O 2 +4H +.
알칼리성 환경에서 산소 형성의 원인은 항상 전극의 전기 영동 작용에 따라 음극에서 양극으로 이동하는 수산화물 이온 OH입니다.
4 OH - → O 2 + 2 H 2 O + 4 e - .
이들 반응의 일반적인 산화환원 전위는 각각 +1.23 및 +0.403V이지만, 이 과정은 일부 조건에서 발생합니다.
과전압. 전기분해 전지는 위에서 언급한 생성물의 생성기로 간주될 수 있으며, 그 중 일부는 서로 화학적 상호작용을 일으키고 수질 오염전극 간 공간에서 추가적인 화학적 수질 정화(전기 부유선광, 전기 응고)를 제공합니다. 이러한 2차 공정은 전극 표면이 아닌 물의 양에서 발생합니다. 따라서 전극 공정과 달리 체적 측정으로 지정됩니다. 이는 전기분해 중 수온의 증가와 물 분자의 음극 파괴 중 pH의 증가에 의해 시작됩니다.
음극 산화와 양극 산화가 있습니다. 분자의 음극 산화 동안 유기물, 음극에 흡착되어 자유 전자를 받아들이고 환원되어 오염 물질이 아닌 화합물로 변환됩니다. 어떤 경우에는 복구 프로세스가 한 단계로 진행됩니다.
R + H + + e - → RH(여기서 R은 유기 화합물임); RH는 화합물의 수화된 형태이며 오염물질이 아닙니다.
다른 경우 음극 환원은 두 단계로 진행됩니다. 첫 번째 단계(I)에서는 유기 분자가 음이온으로 변환되고, 두 번째 단계(II)에서는 음이온이 수화되어 물 양성자와 상호 작용합니다.
R + e - → R - , (I) R - + H + → RH. (II)
음극 산화와 양극 산화가 있습니다. 음극 산화 중에 음극에 흡착된 유기 물질 분자는 자유 전자를 받아 환원됩니다.
높은 과전압(납, 카드뮴)이 필요한 재료로 만들어진 음극은 많은 전기 소비로 유기 분자를 파괴하고 반응성 자유 라디칼(원자 또는 분자의 외부 궤도에 짝을 이루지 않은 전자를 갖는 입자)을 생성할 수 있습니다(Cl *, O*, OH*, BUT*2 등). 후자의 상황은 자유 라디칼에 반응성 특성, 즉 수성 불순물과 화학 반응을 일으켜 파괴하는 능력을 부여합니다.
RH → R + H + + e - .
유기 화합물의 양극 산화는 종종 자유 라디칼의 형성으로 이어지며, 그 추가 변형은 반응성에 의해 결정됩니다. 양극 산화 공정은 다단계로 이루어지며 중간 생성물의 형성과 함께 발생합니다. 양극 산화는 유기 화합물의 화학적 안정성을 감소시키고 벌크 공정 중 후속 파괴를 촉진합니다.
체적 산화 공정에서는 물 전기 분해 생성물인 산소(O 2), 과산화수소(H 2 O 2) 및 산소 함유 염소 화합물(HClO)이 특별한 역할을 합니다. 전기 분해 과정에서 반응성이 매우 높은 화합물인 H 2 O 2가 형성되며, 양극에서 수산기 이온(OH-) 방전의 산물인 수산기 라디칼(OH*)로 인해 분자가 형성됩니다.
2OH - → 2OH* → H 2 O 2 + 2e - , 여기서 OH*는 하이드록실 라디칼입니다.
유기 물질과 산화제의 상호 작용 반응은 일정 기간에 걸쳐 발생하며, 그 기간은 원소의 산화환원 전위 값과 반응 물질의 농도에 따라 달라집니다. 정화 및 오염 물질 농도가 감소함에 따라 산화 과정이 감소합니다.
전기화학적 처리 중 산화 과정의 속도는 처리되는 물의 온도와 pH에 따라 달라집니다. 유기 화합물이 산화되는 동안 추가 변형에 대한 저항성과 독성이 원래 제품과 다른 중간 생성물이 형성됩니다.
전해조에서 생성되는 활성 염소 및 산소 함유 화합물의 출처는 처리수에서 발견되는 염화물과 전기분해 전에 처리수에 도입되는 염화나트륨(NaCl)입니다. Cl- 음이온의 양극 산화 결과 염소 가스 Cl 2가 생성됩니다. 물의 pH에 따라 가수분해되어 차아염소산(HOCl)을 형성하거나 차아염소산 이온(ClO - )을 형성합니다. 반응의 평형은 pH 값에 따라 달라집니다.
pH = 4~5에서는 모든 염소가 차아염소산(HClO) 형태로 존재하고, pH = 7에서는 염소의 절반이 차아염소산 이온(OCl-) 형태로, 절반은 차아염소산 형태로 존재한다. (HClO)(그림 4). 차아염소산염 이온(ClO-)과 산화물질의 상호작용 메커니즘은 다음 방정식으로 설명됩니다.
ClO - + A = C + Cl, 여기서 A는 산화성 물질입니다. C는 산화 생성물이다.
차아염소리티온(ClO-)을 사용한 유기 화합물의 전기화학적 산화는 산화 환원 전위 Eh의 증가를 동반하며, 이는 산화 과정의 우세를 나타냅니다. Eh의 증가는 전극 간 공간의 활성 염소 농도와 물의 유기 불순물 함량의 비율에 따라 달라집니다. 오염물질이 정화되고 오염물질이 감소할수록 이 비율이 증가하여 Eh가 증가하지만 이후에는 이 지표가 안정화됩니다.
패러데이의 법칙에 따라 직류를 흘릴 때 전극에 반응하는 물질의 양은 전류 강도 및 처리 시간에 정비례합니다.
G = AI 현재 τ, (1)
여기서 A는 원소의 전기화학적 등가물, g/(A⋅h)입니다. 나는 현재 강도, A; τ — 처리 시간, 시간 요소의 전기화학적 등가물은 다음 공식에 의해 결정됩니다.
A = M/26.8z, (2)
여기서 M은 원소의 원자 질량, g입니다. z는 원자가입니다. 일부 원소의 전기화학적 등가물 값은 표에 나와 있습니다. 1.
전기분해 중에 생성되는 물질의 실제 양은 전기의 일부가 물과 전극을 가열하는 데 소비되기 때문에 공식(1)을 사용하여 계산한 이론적인 양보다 적습니다. 따라서 계산에는 현재 활용률 θ가 고려됩니다.< 1, величина которого определяется экспериментально.
전극 공정 중에 전극과 전해질(물) 사이에서 하전 입자와 이온의 교환이 발생합니다. 이를 위해서는 확립된 평형 조건 하에서 다음을 생성해야 합니다. 전위, 최소값이는 산화환원 반응의 유형과 25°C의 수온에 따라 달라집니다(표 2).
물 전기분해의 주요 매개변수에는 전류 세기와 밀도, 전극 셀 내 전압, 전극 사이에 물이 머무르는 속도와 지속 시간이 포함됩니다.
전극 셀에서 생성된 전압은 전극에서 산화환원 반응이 일어나도록 충분해야 합니다. 전압 값은 물의 이온 구성, 물에 불순물(예: 계면활성제)의 존재 여부, 전류 밀도(전극의 단위 면적당 강도), 전극 재료 등에 따라 달라집니다. 다른 모든 사항이 동일할 경우 작업 전극 재료를 선택하는 것은 전극의 환원 반응을 위한 것이며, 필요한 전압을 최소한으로 유지하여 비용을 절감합니다. 전력.
일부 산화환원 반응은 경쟁적입니다. 즉, 동시에 발생하고 서로를 억제합니다. 전해조의 전압을 변경하여 흐름을 조절할 수 있습니다. 따라서 분자 산소 형성을 위한 정상적인 반응 전위는 +0.401V 또는 +1.23V입니다. 전압이 +1.36V(염소 분자 형성을 위한 반응의 정상 전위)로 증가하면 양극에서 산소만 방출되고 전위가 더 증가하면 산소와 염소가 동시에 방출됩니다. 그리고 염소의 방출은 불충분한 강도로 발생합니다. 약 4-5V의 전압에서 산소 발생은 사실상 중단되고 전해조는 염소만 생성합니다.
물 전기분해 공정의 주요 매개변수 계산
물 전기분해의 주요 매개변수에는 전류 세기와 밀도, 전극 셀 내 전압, 전극 간 공간에 물이 머무르는 속도와 지속 시간이 포함됩니다.
현재 강도 I cur는 생성된 제품 [A]에 필요한 생산성에 따라 결정되는 값이며 다음 공식에 의해 결정됩니다.
나는 현재 = G/A 티에타, (3)
이 공식은 전류 이용률 eta를 고려하여 공식 (1)을 변환하여 얻습니다. 전류 밀도는 전극 [A/m 2 ], 예를 들어 양극의 단위 면적당 강도이며 다음 식으로 결정됩니다.
나는 = 나는 현재 / F는, (4)
여기서 Fan은 양극 면적, m2입니다. 전류 밀도는 전기분해 공정에 가장 결정적인 영향을 미칩니다. 즉, 전류 밀도가 증가하면 전극 공정이 강화되고 전극의 표면적이 감소하지만 동시에 전기분해 셀의 전압과 결과적으로 공정의 전체 에너지 강도가 증가합니다. 전류 밀도가 증가하면 전기분해 가스의 방출이 강화되어 물 전기분해의 불용성 생성물이 버블링되고 분산됩니다.
전류 밀도가 증가함에 따라 전극의 패시베이션도 증가합니다. 이는 양극과 음극의 표면 침전물에 의해 들어오는 전자를 차단하여 전극 셀의 전기 저항을 증가시키고 전극에서 발생하는 산화환원 반응을 억제하는 것으로 구성됩니다.
양극은 산소 및 기타 성분이 양극에 흡착되어 표면에 얇은 산화막이 형성되어 부동태화되어 수성 불순물 입자를 흡착합니다. 탄산염 침전물은 주로 음극에 형성되며, 특히 경도가 높은 물을 처리하는 경우 더욱 그렇습니다. 이러한 이유로 물 전기 분해 중 전류 밀도는 기술 과정에서 필요한 산화 환원 반응이 안정적으로 발생하는 조건에서 최소로 설정되어야 합니다.
전해조의 전극간 공간에 물이 머무르는 시간은 생성에 필요한 시간에 따라 제한됩니다. 필요한 수량전기 분해 제품.
전극 셀의 전압 [V]은 다음 공식에 의해 결정됩니다.
V i = i ΔK g / χ R , (5)
여기서 i an은 전류 밀도, A/m 2 입니다. D - 전극 사이의 거리(전극 간 채널의 폭), m; χ R - 물의 특정 전기 전도도, 1/(Ohm⋅m); Kg는 전극 간 공간의 가스 충전 계수이며 일반적으로 Kg = 1.05-1.2로 간주됩니다.
공식 (5)는 고려되지 않습니다 전기저항전극은 낮은 값으로 인해 발생하지만 패시베이션 중에는 이러한 저항이 중요한 것으로 나타났습니다. 전극 간 채널의 폭은 불순물로 막히지 않도록 최소(3-20mm)로 가정됩니다.
물 χ R의 특정 전기 전도도는 여러 가지 요인에 따라 달라지며, 그 중 가장 중요한 요인은 온도, pH, 이온 조성 및 이온 농도입니다(그림 5). 온도가 증가함에 따라 전기 전도도 χ R은 증가하고 전압은 감소합니다(그림 6). 전기 전도도의 최소값은 pH = 7에 해당합니다. 또한 전기 분해 과정에서 물의 온도와 pH가 증가합니다. pH > 7이면 물의 전기 전도도 χ R이 감소하고 pH 값에서는 감소할 것으로 예상할 수 있습니다.< 7 удельная электропроводность воды χ R , наоборот, возрастает (рис. 5).
중간 광물의 자연수의 전기 전도성은 0.001-0.005 1/(Ohm⋅m)이고, 도시 폐수는 10-0.01 1/(Ohm⋅m)입니다. 전기분해 중 특정 전기 전도도는 0.1-1.0 1/(Ohm⋅m) 범위에 있어야 합니다. 원수의 전기 전도성이 충분하지 않은 경우 염분 함량을 높여야 합니다(그림 7). 일반적으로 이를 위해 염화나트륨(NaCl)이 사용되며, 복용량은 실험적으로 결정되며 가장 흔히 500~1500mg/l(8~25mEq/l)에 이릅니다. 염화나트륨은 사용 및 안전성(보관, 용액 준비 등) 측면에서 편리할 뿐만 아니라 NaCl이 있으면 전극의 부동태화 속도가 느려집니다. NaCl은 물에서 해리되어 염소 음이온 Cl-및 나트륨 양이온 Na +로 물을 포화시킵니다. 염소 이온 Cl - 가지고 작은 크기부동태화 침전물을 통해 양극 표면으로 침투하여 이러한 침전물을 파괴합니다. 다른 음이온, 특히 황산 이온(SO 2-4)이 있는 경우 염소 이온(Cl -)의 부동태화 효과가 감소합니다. 전체 음이온 중 Cl 이온이 30% 이상을 차지할 경우 전해조의 안정적인 운전이 가능합니다. 전기 영동의 결과 나트륨 양이온 Na +는 수산화 이온 OH-가 생성되는 음극으로 이동하고 후자와 상호 작용하여 수산화 나트륨 (NaOH)을 형성하여 음극의 탄산염 침전물을 용해시킵니다.
전해조의 소비전력[W]은 다음 관계식에 의해 결정됩니다.
N 소비 = eta e I cur V e, (6)
여기서 eta는 전해조의 효율이며, 일반적으로 eta = 0.7-0.8로 간주됩니다. 나는 현재 강도, A; Ve는 전해조의 전압 V입니다.
전해조의 전극간 공간에 물이 머무르는 기간은 필요한 양의 전기분해 생성물을 생성하는 데 필요한 시간과 해당 부피 반응의 기간에 의해 제한되며 실험적으로 결정됩니다.
전극 간 공간에서의 물 이동 속도는 전해조에서 전기 분해 생성물 및 기타 불순물을 제거하는 조건을 고려하여 설정됩니다. 또한 난류 혼합은 물의 이동 속도에 따라 달라지며 이는 부피 반응 과정에 영향을 미칩니다. 물의 체류 시간과 마찬가지로 물 속도는 실험 데이터를 기반으로 선택됩니다.
계속됩니다.
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전기분해는 전극이 담겨 있는 전해질의 용액이나 용융물에 직접 전류를 흘릴 때 발생하는 일련의 산화환원 과정입니다.
전기분해가 수행되는 장치를 전해조라고 합니다.
산화 과정이 일어나는 전극을 양극이라고 합니다. 전해조에서는 양전하를 띠고 있습니다(외부 DC 소스의 양극에 연결됨).
환원 과정이 일어나는 전극을 음극이라고 합니다. 전해조에서는 음으로 충전됩니다(외부 DC 소스의 음극에 연결됨).
전압이 가해지면 양이온(양으로 하전된 입자)은 음극으로 이동하고, 음이온(음으로 하전된 입자)은 양극으로 이동하여 방전됩니다. 양극에서는 이온이 전자를 포기하고 산화가 발생합니다. 음극에서 이온은 전자를 받아들이고 환원이 발생합니다.
전해질의 양이온과 음이온만이 항상 전극 공정에 참여하는 것은 아니며, 수용액의 전기분해가 수행되면 용매 분자, 특히 물이 이들과 경쟁합니다.
또한, 전기분해 중 전기화학 공정에 물이 참여하면 다른 결과가 나타날 수 있습니다. 자유라디칼 OH( 양극에서 수산화물 이온의 산화로 인해) 및 N( 음극에서 수소이온이 감소하기 때문에)은 반응성이 높고 산화 및 환원 특성이 각각 강하게 표현됩니다. 전극 표면에서는 물에 용해된 물질과 상호 작용할 수 있습니다. 이러한 경우 양극 공간의 산화와 음극 공간의 환원을 말합니다.
수용액에서 전기화학적 과정이 일어나는 특징은 물 분자가 산화(양극에서)와 환원(음극에서)을 겪는 능력에 의해 결정됩니다.
양극(+) pH=0 pH=7 pH=14
2H 2O – 4e = 2O + 2H + 4OH – – 4e = 4OH 4OH – – 4e = 4OH
2O = O 2 4OH = O 2 + 2H 2 O 4OH = O 2 + 2H 2 O
2H 2 O – 4e = 2O + 2H +
음극(–) pH=0 pH=7 pH=14
2H + + 2e = 2H 2H 2O + 2e = 2H + 2OH – 2H 2 O + 2e = 2H + 2OH –
2H = H 2 또는 2H = H 2
구별하다 주요한그리고 반성전극 공정. 1차 성질은 전기화학적 성질을 갖고, 2차 성질은 비전기화학적 성질을 띤다. 전기분해의 결과로 해당 환원 및 산화 생성물(1차 공정)이 전극(음극 및 양극)에서 방출되며, 조건에 따라 전극 재료인 용매와 서로 반응할 수 있습니다(원자 재결합). ), 등. (보조 프로세스). 어떤 경우에는 1차 프로세스와 2차 프로세스를 명확하게 구분하는 것이 불가능합니다. 위의 예에서는 1차 공정의 결과로 자유라디칼 OH(양극)와 H(음극)가 형성되었고, 망간산염 이온의 산화와 질산의 환원이 2차 공정이었습니다. 또 다른 예를 살펴보겠습니다.
어떤 경우에는 전기분해 중 주요 공정이 부반응(전기분해 생성물 간의 상호작용 또는 생성물과 물의 반응)의 영향을 받습니다. 전기분해 생성물 간의 2차 반응을 방지하기 위해 다이어프램(양극과 음극 사이의 칸막이)을 사용하여 특정 이온의 확산을 방지합니다. 예를 들어, 염화나트륨 용액을 전기분해하는 주어진 예에서 염소와 수산화물 이온 사이의 상호작용을 방지하기 위해 음극은 나트륨과 염소 이온의 확산을 방지하는 격막으로 둘러싸여 있습니다. 그 결과, 알칼리(NaOH)가 음극 공간에 집중됩니다. 따라서 대부분의 경우 격막이 있거나 없는 동일한 용액을 전기분해할 때 제품의 구성에 약간의 차이가 있을 것으로 예상됩니다.
E 차이 = E A – E K
각 전해질마다 특정한 규정이 있습니다. 최소값전기분해가 일어나기 위해 전극에 적용되어야 하는 전압(외부 전류원으로부터). 이를 분해전압(E 분해)이라고 합니다.
분해 전압은 양극 공정과 음극 공정의 전극 전위 간의 차이입니다.
E 차이 = E A – E K
음극에서는 가장 양성 전위를 갖는 산화환원 시스템의 일부인 이온 또는 분자의 환원(가장 양성 전위를 갖는 산화환원 시스템에서 환원된 형태)이 먼저 발생합니다.
1) 전기분해를 하는 경우 녹다포함하는 여러 가지 양이온금속, 이 경우 환원 순서는 주어진 조건에서 금속의 전극 전위에 의해 결정됩니다( 이 녹아서!). 이 경우 우선 금속 양이온이 훌륭한 가치전극 전위(주어진 용융물에 대한 전압 시리즈의 끝에서).
2) 회복 수용액의 음극에서의 공정:
· 수소 다음의 전압 범위에 위치한 금속 양이온(수소의 표준 전극 전위보다 큰 표준 전극 전위를 가짐): Cu 2+, Hg 2 2+, Ag +, Hg 2+, Pt 2+ ... Pt 4+. 전기분해 중에 음극에서 거의 완전히 환원되어 금속으로 방출됩니다.
· 줄의 시작 부분에 위치한 금속 양이온(표준 전극 전위가 알루미늄보다 낮음): Li +, Na +, K + ... Al 3+. 전기분해 중에는 환원되지 않고 대신 물 분자가 환원됩니다.
· 알루미늄 뒤와 수소 앞의 계열에 위치한 금속 양이온(표준 전극 전위는 알루미늄보다 크지만 수소보다 낮음): Mn 2+, Zn 2+, Cr 3+, Fe 2+ ... H 전기분해 중에 이러한 양이온은 물 분자와 동시에 음극에서 환원됩니다.
3) 여러 양이온을 함유한 용액에 점진적으로 증가하는 전압을 가하면 가장 양전위를 갖는 양이온의 분해 전위에 도달할 때 전기분해가 시작됩니다. 따라서 Cu 2+ 이온(E 0 Cu 2+/ Cu = 0.35 V) 및 Zn 2+(E 0 Zn 2+/ Zn = – 0.76 V)을 포함하는 용액의 전기분해 중에 구리가 음극에서 먼저 방출됩니다. , 거의 모든 구리 이온이 방전된 후에야 아연이 방출되기 시작합니다.
전극 전위의 값에 따르면 수용액수소 다음으로 응력 계열에서 금속만 석출하는 것이 가능할 것입니다. 그러나 수소 과전압으로 인해 표준 전위에 따라 침전되어서는 안 되는 많은 금속(예: Zn)이 수용액에서 침전될 수 있습니다. 또한, 환경 특성(산성, 중성, 알칼리성)이 배출되는 금속의 특성에 영향을 미칩니다. 이는 위에 표시된 것처럼 전극 전위가 매질의 반응에 따라 달라지기 때문입니다.
결과적으로 불용성 물질의 형성 화학 반응– 이는 콜로이드 용액을 얻기 위한 조건 중 하나일 뿐입니다. 또 다른 똑같이 중요한 조건은 반응에 사용되는 출발 물질의 불평등입니다. 이러한 불평등의 결과는 콜로이드 용액의 입자 크기 성장이 제한되어 거칠게 분산된 시스템이 형성되는 결과입니다.
질산은과 요오드화 칼륨의 묽은 용액의 상호 작용에 의해 얻어지는 요오드화은 졸의 형성 예를 사용하여 콜로이드 입자의 형성 메커니즘을 고려해 보겠습니다.
AgNO 3 +KI = AgI + KNO 3
Ag + + NO 3 ̅ +K + + I ̅ = AgI ↓ + NO 3 ̅ + K +
불용성 중성 요오드화은 분자는 콜로이드 입자의 핵심을 형성합니다.
처음에는 이들 분자가 무질서하게 결합하여 무정형의 느슨한 구조를 형성하고 점차적으로 고도로 정렬된 결정질 코어 구조로 발전합니다. 우리가 고려하고 있는 예에서 코어는 많은 수(m)의 AgI 분자로 구성된 요오드화은 결정입니다.
m - 콜로이드 입자의 핵심
코어 표면에서 흡착 과정이 발생합니다. Peskov-Fajans 규칙에 따르면 입자 코어의 일부인 이온은 콜로이드 입자 코어 표면에 흡착됩니다. 은이온(Ag+)이나 요오드이온(I-)이 흡착됩니다. 이 두 종류의 이온 중 과잉인 이온이 흡착됩니다.
따라서 과량의 요오드화 칼륨으로 콜로이드 용액을 얻으면 요오드 이온이 입자 (핵)에 흡착되어 핵의 결정 격자를 완성하여 자연스럽고 단단하게 구조에 들어갑니다. 이 경우 흡착층이 형성되어 코어에 음전하를 부여합니다.
핵 표면에 흡착되어 상응하는 전하를 부여하는 이온을 전위 형성 이온이라고 합니다.
동시에 용액에는 반대 전하를 띤 이온도 있습니다. 반대 이온.우리의 경우 이는 전하를 띤 핵에 정전기적으로 끌리는 칼륨 이온(K +)입니다(전하 값은 I에 도달할 수 있음). K+ 반대이온 중 일부는 전기력과 흡착력에 의해 단단히 결합되어 흡착층으로 들어갑니다. 이온의 이중 흡착층이 형성된 코어를 과립이라고 합니다.
(m . nI – . (n-x) K + ) x – (과립구조)
반대 이온의 나머지 부분(숫자 "x K +"로 표시)은 확산 이온층을 형성합니다.
흡착층과 확산층을 갖고 있는 코어를 미셀이라 한다. :
(m . nI –. (n-x) K + ) x – . x K + (미셀 구조)
콜로이드 용액에 직류를 흘려주면 과립과 반대이온이 각각 반대 전하를 띤 전극 쪽으로 이동합니다.
졸 입자 표면에 동일한 전하가 존재하는 것이 중요합니다. 안정성의 요소입니다.전하는 입자가 서로 달라붙어 커지는 것을 방지합니다. 안정적인 분산 시스템에서 입자는 현탁 상태로 유지됩니다. 콜로이드 물질의 침전이 없습니다. 이러한 졸의 성질을 동역학이라고 합니다. 화학적 안정성.
과량의 AgNO3에서 얻은 요오드화은 졸의 미셀 구조는 그림 1에 나와 있습니다. 1a, KCI 초과 - 1b .
그림 1.5. 과잉으로 얻은 요오드화은 졸의 미셀 구조:
a) 질산은; b) 염화칼륨.
3.4.2 전기화학 생산
전기분해는 용융물이나 전해질 용액에 직접 전류를 흘릴 때 발생하는 산화환원 반응입니다.
전기분해의 본질은 다음과 같습니다: 전류가 용융물이나 전해질 용액을 통과할 때 전해질의 양이온(금속 또는 수소 이온)은 음극에 끌어당겨지고 음이온(산 잔류물 또는 수산기)은 음극에 끌어당겨집니다. 양극. 전류원에서 음극으로 가져온 전자는 전해질의 양이온과 결합하여 환원됩니다. 동시에, 전해질의 음이온은 전자를 양극으로 넘겨주고, 양극에서 전류원으로 이동합니다. 전자를 잃으면 중성 원자 또는 원자 그룹으로 산화됩니다. 따라서, 음극에서는 환원 과정이 일어나고, 양극에서는 산화 과정이 일어난다.
A (+): nA n - - ne - → nA p -
K(-): nB n + + ne - → nB p +
두 공정 모두 단일 산화환원 반응을 형성합니다. 그러나 기존의 산화환원 반응과 달리 전자는 환원제에서 산화제로 직접 전달되지 않고 전류를 통해 전달됩니다. 전자를 가져오는 음극은 환원제이고, 전자를 운반하는 양극은 산화제입니다.
전기화학 생산의 주요 지표는 전류 효율과 에너지 사용 정도입니다. 에너지 소비 계수, 전해조에 인가되는 전압 등 대부분의 계산은 패러데이의 법칙을 기반으로 하며, 이에 따라 전기분해 중에 방출되는 물질의 질량은 전류 강도 I, 전기분해 시간 t 및 이 물질의 전기화학적 등가물 E E에 비례합니다.
물질의 질량은 공식을 사용하여 계산됩니다.
여기서, I - 현재 강도, F - 패러데이 상수(96500C)
(g-eq)(1.3.2)
씨 – 친척 분자량물질,
n은 물질이 용액 또는 용융 상태에 있는 형태의 이온 전하(절대값)입니다(즉, 주거나 받는 전자의 수).
전류 출력은 패러데이의 법칙에 따라 이론적으로 방출되어야 하는 물질의 질량에 대한 전기분해 중에 방출되는 물질의 질량의 비율로 결정되며 백분율로 표시됩니다.
(1.3.3)
질량 m 이론은 다음 공식으로 구합니다.
에너지 수율은 방정식에 의해 결정됩니다
여기서, E 이론과 E pr은 각각 전기분해 중 이론 및 실제 분해 전압, V입니다. eta - 에너지 수율, %.
에너지 출력은 소비된 에너지 양으로 계산할 수도 있습니다.
(1.3.6)
여기서 w 이론적 및 w pr은 제품 단위를 얻기 위해 이론적으로 필요하고 실제적으로 소비되는 에너지의 양입니다.
(1.3.7)
여기서 1000은 Wh에서 kWh로의 변환 계수입니다.
1*10 -6은 그램을 톤으로 변환하는 데 사용되는 숫자입니다.
이론적 에너지 소비는 다음과 관련이 있습니다.
(1.3.8)
여기서 ψ 분해는 분해 전압입니다.
문제 해결의 예
1. 용융된 수산화나트륨을 전기분해하는 동안 어떤 과정이 발생합니까?
가성소다 용융물에는 Na + 및 OH 이온이 포함되어 있습니다. 다음 단계의 양극에서 산화되는 OH 이온은 분해되어 물과 산소를 형성합니다. 프로세스는 다음과 같이 묘사될 수 있습니다.
K(-): 2Na + + 2е - = 2Na;
A(+): 2OH - 2e - = H 2 O + O 2
두 개의 산소 원자가 서로 결합하여 산소 분자 O2를 형성합니다. 그래서 전체 방정식은
4NaOH = 4Na + 2H2O + O2
산소산의 용융염을 전기분해하는 동안 산성 잔류물의 산화 이온은 즉시 산소와 해당 산화물로 분해됩니다.
전기분해는 수용액에서 독특한 방식으로 발생합니다. 사실 물 자체는 전해질이지만 매우 약합니다. 따라서 수용액에는 실제로 두 가지 전해질, 즉 용매와 용질이 포함되어 있으며 이에 따라 두 가지 유형의 양이온과 음이온이 모두 포함됩니다. 그 중 어느 것이 퇴원될지는 여러 조건에 따라 달라집니다. 원칙적으로 다음 사항을 안내받을 수 있습니다. 전해질의 양이온이 Na + 또는 K -와 같은 매우 활성인 금속 이온인 경우, 전기분해 중에 배출되는 것은 이러한 금속의 이온이 아니라 유리 수소를 방출하는 물에서 수소 이온입니다. 수산기 이온의 방출은 다음 전자-이온 방정식으로 표현됩니다.
2H+OH+ 2e - = H 2 + 2OH
전해질의 음이온이 산소산의 산성 잔류물인 경우, 전기분해 중에 배출되는 것은 이러한 산의 산성 잔류물이 아니라 산소가 방출되는 물에서 OH 이온이며 이는 다음 방정식으로 표현될 수 있습니다.
4H 2 O - 4e - = 4H + + 4OH
4OH - 2H 2 O+O 2
두 방정식을 모두 추가하면 다음을 얻습니다.
2H 2 O - 4e - = 4H + + O 2
2. 24시간 이내에 염화나트륨 용액 전해조에서 전류 15500A의 NaOH 농도 125kg/m3인 전해 알칼리 4200리터를 얻은 경우 전류 출력(%)을 결정합니다.
방정식(1.3.4)에 따르면, 수산화나트륨의 질량은 이론적으로 다음과 같아야 합니다.
거의 받았다
따라서 공식 (1.3.3)에 따른 전류 출력은 다음과 같습니다.
답변: 현재 효율은 94.6%입니다.
3. 전해조의 평균 전압이 3.35V이고 전류 수율이 96%이며 염소의 전기화학적 등가물이 1톤 무게의 염소를 생산하는 데 필요한 실제 에너지 소비량(킬로와트시 단위)과 에너지 수율(%)을 결정합니다. 1.323g/A*h입니다.
공식 (1.3.7)을 사용하여 실제 에너지 소비량을 결정합니다.
전류 효율을 100%로 가정하면 이론적인 NaCl 분해 전압이 2.17V일 때 염소 1톤당 이론적인 에너지 소비량은 다음과 같습니다.
이 경우 에너지 출력은
답변: 에너지 효율 62.2%; 2637kW/h
독립적으로 해결해야 할 문제
1. 칼슘을 산업적으로 생산하는 방법 중 하나는 용융염화칼슘을 전기분해하는 것이다. 전기분해의 결과로 896 l(n.s.)의 염소가 방출된 것으로 알려진 경우 금속의 질량은 얼마입니까?
2. 30,000A 전류에서 24시간 동안 작동된 전기분해에서 염화나트륨 용액을 전기분해하는 동안, NaOH 농도가 120kg/m3인 전해 알칼리 8.5m3가 얻어졌습니다(전류 출력). 알칼리)
3. 전류 효율이 96%일 때 철제 롤이 있는 전해조에서 연속 작동 중에 하루에 1720kg의 100% 수산화나트륨을 생산하는 데 필요한 전류를 결정합니다.
4. 350일 동안 연속 작동하고 전류 34,000A, 전류 효율 95%인 철 음극을 갖춘 5개 시리즈의 150 전해조를 설치한 공장에서 연간 생산되는 염소의 질량을 계산하십시오. 전류 정류기의 효율이 95%인 경우, 550V의 하위 직렬 전압에서 발전소의 전기 에너지 요구를 충족시키기 위해 발전소의 교류 발전기의 전력을 결정하십시오.
5. 수은 음극을 사용한 염화나트륨 용액의 전기분해에 대한 100% NaOH 1톤당 이론적이고 실제적인 에너지 소비를 계산합니다. 이론적인 분해전압은 3.168V이다. 실제 분해전압이 4.4V이고 전류수율이 92.5%일 때 에너지 수율을 구하라.
6. 용액 조성이 0.1 mol HgCl 2 및 0.2 mol CuCl 2이고 10 A의 전류가 1시간 동안 통과되면 탄소 전극에서 어떤 물질과 양이 방출됩니까?
7. 묽은황산용액에 10분간 전류를 흘려주면 18℃, 압력에서 100ml의 수소가 방출된다.
755mmHg 미술. 전류를 계산하십시오.
8. 마그네슘의 전해 생산에서 용융 염화마그네슘은 전해질 역할을 할 수 있습니다. 40,000A의 전류로 5시간 동안 작동하는 욕조에서 72.6kg의 마그네슘이 방출될 경우의 전류 출력을 계산하십시오.
9. 물을 전기분해하여 얻은 수소 1m 3 와 산소 0.5m 3 를 방출하는 데 필요한 전기량을 구하십시오. 이론수압은 1.23V이고, 실제 전압은 1.5~2배 높습니다. 실제 전기 에너지 소비량을 계산합니다.
10. FeCl2와 FeCl3의 혼합물 2.895g을 함유한 용액을 전기분해하는 동안, 1.12g의 금속이 음극에서 방출되었습니다. 믿다 질량 분율철이 완전히 침전될 때까지 전기분해를 수행한 경우 초기 혼합물의 각 성분.
한편으로는 추출 정류에 대한 근사 및 열역학적 가역성의 원리를 사용하고 다른 한편으로는 추출 정류 계획의 최적 영역을 식별합니다. 문제 설명 본 연구의 목표는 에너지 소비를 최소화하는 추출 증류를 통해 시클로헥산-벤젠-에틸벤젠의 공비 혼합물을 분리하는 기술을 개발하는 것입니다. 을 위한...
그리고 교육 조직의 교훈적인 기초를 통해 "전기 역학의 기초"라는 주제를 공부할 때 물리학 수업에서 공부하는 자료를 더 명확하게 설명할 수 있습니다. 분석 다양한 기술그룹 형태의 학습에서 대화형 의사소통에 대한 학생들의 초점을 개발하기 위한 저자의 기술을 만들 수 있었습니다. 다음을 사용할 때 학습 과정이 얼마나 정확하게 구성될 것인가?
그룹 - 수행된 작업에 대한 간략한 보고서 형식(그림, 표 시연). 다음은 연설에 대한 토론입니다. 선생님은 동료들과 함께 과제를 생각하고 있습니다. 1.1 계산 문제 해결의 학제간 연계 수학을 공부하는 학생 고등학교화학 공부보다 7년 일찍 시작하세요. 이 훈련 기간 동안 그들은 상당한 양의...
