Вопрос школьника
При получении алюминия электролизом раствора Аl2O3 в расплавленном криолите проходил ток I=20 кА при разности потенциалов на электродах U=5 B. За какое время τ выделится масса m=1 т алюминия? Какая электрическая энергия W при этом будет затрачена?
Ответ от учителя
При электролизе раствора Al2O3 в расплавленном криолите на катоде выделяется алюминий, а на аноде происходит окисление кислорода. Реакция на катоде:
Al3+ + 3e- → Al
Масса одного моля алюминия равна 27 г, следовательно, для выделения 1 т алюминия (1000 кг) необходимо выделить 1000/27 = 37,04 моль алюминия. При этом на каждый моль алюминия необходимо передать 3 * 96485 Кл заряда, то есть общее количество заряда, необходимое для выделения 37,04 моль алюминия, равно:
Q = 3 * 96485 * 37,04 = 10 000 000 Кл
Ток, проходящий через электролит, равен 20 кА, следовательно, время, необходимое для передачи заряда Q, равно:
τ = Q / I = 10 000 000 / 20 = 500 000 сек = 138,9 часа
Таким образом, для выделения 1 т алюминия при токе 20 кА и разности потенциалов на электродах 5 В необходимо затратить 138,9 часа.
Электрическая энергия, затраченная на электролиз, равна произведению мощности на время:
W = P * τ
Мощность, затрачиваемая на электролиз, равна произведению тока на разность потенциалов на электродах:
P = U * I = 5 * 20 = 100 Вт
Таким образом, электрическая энергия, затраченная на выделение 1 т алюминия, равна:
W = 100 * 500 000 = 50 000 000 Дж = 50 МДж
