Физическая химия: конспект лекций

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 = il?₀k.

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.

3. Первый закон термодинамики. Калорические коэффициенты. Связь между функциями CP и Cv

Формулировки первого закона термодинамики.

1. Общий запас энергии в изолированной системе остается постоянным.

2. Разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах.

3. Невозможно построить вечный двигатель первого рода, который бы давал механическую энергию, не затрачивая на это определенное количество молекулярной энергии.

4. Количество теплоты, подводимое к системе, расходуется на изменение U_вн и совершаемую работу.

5. U_вн– функция состояния, т. е. она не зависит от пути процесса, а зависит от начального и конечного состояния системы.

Доказательство:

Пусть ТДС рассматривается при двух параметрах давления и объема, имеется два состояния системы I и II. Нужно перевести систему из состояния I в состояние II либо по пути А, либо по пути В (рис. 3).

Рис. 3

Предположим, что по пути А изменение энергии будет ?U_A, а по пути В – ?U_B. Внутренняя энергия зависит от пути процесса

?U_A = ?U_B,

?U_A – ?U_B ? 0.

Согласно пункту 1 из формулировок первого закона термодинамики, общий запас энергии в изолированной системе остается постоянным

?U_A = ?U_B ,

U_вн – функция состояния не зависит от пути процесса, а зависит от состояния системы I или II. U_вн – функция состояния, является полным дифференциалом

Q = ?U + А –

интегральная форма уравнения первого закона термодинамики.

?Q = dU + ?A–

для бесконечно малого процесса, ?A– сумма всех элементарных работ.

Калорические коэффициенты

Теплота изотермического расширения:

Уравнение первого закона термодинамики в калорических коэффициентах

?Q = ldv + C_vdT,

где l– коэффициент изотермического расширения;

С_v– теплоемкость при постоянном объеме.

теплоемкость при const давлении,

?Q = hd_p + С_pdT,

?Q = ?dP + ?pdv.

Связь между функциями C_P и C_v

?Q = hd_p + С_pdT = ldv + C_vdT,

для реального газа.