Центр юридических услуг

Все о ваших правах

Закон электролиза формулы

Ток в 1 а за 1 сек при электролизе выделяет на электроде к кг вещества, а ток силой I а за время t сек — в It раз больше:

Фарадей, пропуская один и тот же ток последовательно через несколько различных электролитов, заметил, что масса выделившегося на электродах вещества неодинакова, хотя сила тока и время его прохождения через различные электролиты были одними и теми же (рис. 109). Точно взвесив выделившиеся вещества, Фарадей заметил, что вес их не случаен, а зависит от химической природы вещества. На каждый грамм выделенного водорода всегда получалось 107,9 г серебра; 31,8 г меди; 29,35 г никеля. После введения химического эквивалента — отношения атомной массы (веса) к валентности — оказалось, что эти числа являются химическими эквивалентами данных веществ. Так как атомная масса А и валентность n — числа отвлеченные, то и отношение число отвлеченное.

Это формула второго закона Фарадея для электролиза, который читается так: электрохимические эквиваленты веществ прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.

Законы Фарадея являются следствием ионной проводимости тока в электролите. Поясним это на таких примерах. Допустим, что производился электролиз одновалентных веществ, например растворов NaCl и AgNO3. Величины зарядов ионов Na и Ag одинаковы. Когда ионы переносят равные по величине заряды, как в том, так и в другом растворе к соответствующим электродам подойдет одинаковое количество ионов. Но при равном числе подошедших ионов массы отложившихся веществ Na и Ag будут не одинаковы, так как различны массы самих атомов Na и Ag. У натрия атомная масса 22,997; у серебра — 107,88; поэтому серебра выделится почти в пять раз больше. Значит, количество вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорционально его атомной массе, что и утверждается законом Фарадея.

В случае, когда в электролизе участвуют ионы разной валентности, например Аl, имеющий валентность, равную 3, и Na с валентностью, равной 1, количество ионов Аl и Na, переносящих один и тот же заряд, будет различно. Чем больше валентность иона, т. е. чем больше его заряд, тем меньшее количество ионов потребуется для переноса данного заряда (например, ионов Аl надо в три раза меньше, чем ионов Na). Такой зависимостью между валентностью и зарядом иона и объясняется то, что масса выделившегося при электролизе вещества обратно пропорциональна его валентности.

Массы выделившихся при электролизе веществ прямо пропорциональны их атомным весам и заряду, прошедшему через электролит, и обратно пропорциональны валентности вещества.

т. е. одно и то же число 1036*10 -11 кг /а*сек или 1036*10 -11 кг /к. Обозначив это постоянное число буквой С, запишем: C = 1036*10 -11 кг /а*сек. Следовательно, Отсюда электрохимический эквивалент

Пропуская в течение одинаковых промежутков времени ток одной и той же силы через разные электролиты, Фарадей установил, что при этом на электродах выделяются различные количества вещества. Так, ток в 1 а за 1 сек из раствора азотнокислого серебра выделяет 1,118 мг серебра, из раствора медного купороса — 0,328 мг меди. Значит, масса выделяемого вещества при электролизе зависит от вещества. Скалярная величина, измеряемая массой вещества, выделившегося при электролизе током в1 аза1 сек, называется электрохимическим эквивалентом (обозначается k). Электрохимический эквивалент имеет наименование кг /а*сек, или кг /к.

Разделив электрохимические эквиваленты веществ на их химические эквиваленты, ( k /M), получим:

Это формулы первого закона Фарадея для электролиза.

Рис. 109. Ко второму закону Фарадея для электролиза

Когда ионы электролита доходят до электродов, соединенных с полюсами источника постоянного тока, то положительные ионы получают недостающие электроны от отрицательного электрода и в процессе реакции восстановления превращаются в нейтральные атомы (молекулы); отрицательные ионы отдают электроны положительному электроду и в процессе реакции окисления превращаются в нейтральные атомы. Явление выделения вещества на электродах в процессе окислительно-восстановительной реакции при прохождении тока через электролит называется электролизом. Впервые электролиз наблюдал в 1803 г. в Петербурге — В. П. Петров. В 1833-1834 гг. английский физик М. Фарадей открыл законы электролиза, которые устанавливают, от чего и как зависит масса выделившегося при электролизе вещества.

Для того, чтобы удостовериться в справедливости закона Фарадея, можно провести опыт. Лабораторная установка, необходимая для него, показана на следующем рисунке.

где М — молярная масса вещества, а Na — постоянная Авогадро.

Собирая воедино все представленные формулы, получаем формулу для вычисления массы выделившегося на электроде вещества:

Все три емкости заполнены одинаковым электролитическим раствором. Через них будут протекать различные электрические токи, причем I1 = I2+I3. После включения установки в цепь подождем некоторое время. Потом отключим её и измерим массы веществ, выделившихся на электродах в каждом из сосудов m1, m2, m3. Можно будет убедиться, что массы веществ будут пропорциональны силам тока, которые проходили через соответствующий сосуд.

Как уже известно, при электролизе на электродах происходит выделение вещества. Попробуем выяснить, от чего будет зависеть масса это вещества. Масса выделившегося вещества m будет равна произведению массы одного иона m0i на число ионов Ni, которые достигли электрода за промежуток времени равный ∆t: m = m0i*Ni. Масса иона m0i будет вычисляться по следующей формуле:

можно выразить значение заряда электрона

Законы электролиза

Масса вещества, выделившегося на электроде за время, равное ∆t, при прохождении электрического тока пропорциональна силе тока и времени. Коэффициент k называют электрохимическим эквивалентом данного вещества. Единицей измерения служит кг/Кл. Разберемся с физическим смыслом электрохимического эквивалента. Так как:

то формулу электрохимического эквивалента можно переписать в следующем виде:

где n — валентность, e — элементарный заряд.

Этот коэффициент k будет зависеть от природы вещества. Тогда формулу массы вещества можно переписать в следующем виде:

Число ионов, которые достигнут электрода, вычисляется по следующей формуле:

Если посчитать по этой формуле, мы получим значение e = 1.6*10^(-19) Кл.

где I – сила тока, А; t – время пропускание тока, с.

Анионы бескислородных кислот (Cl — , I — , Br — , S 2- и т.д.) окисляются до простых веществ (Cl2, I2, Br2, S и т. д.) при высокой плотности тока. При малой плотности тока выделяется только кислород, а при выравнивании потенциала и протекают обе реакции.

При наличии нескольких видов ионов или недиссоциированных молекул электрохимически активных веществ возможно протекание нескольких электродных реакций. На катоде, прежде всего, протекает реакция с наиболее положительным потенциалом. Поэтому при катодном восстановлении возможно три случая:

Второй закон Фарадея: массы различных веществ, выделенных одним и тем же количеством электричества, пропорциональных их химическим эквивалентам (Мэ):

Подставив последнее уравнение в (9.17), получим формулу, объединяющую оба закона Фарадея.

1) металлургии для получения меди, цинка, кобальта, марганца и других металлов;

На растворимом аноде идет процесс растворения самого анода, например, Сu +- 2e ® Cu 2+ .

Катионы металлов, стоящие в ряду напряжения после водорода полностью восстанавливаются на катоде:

где mпр – масса фактически выделенного вещества; mтеор – масса вещества, которая должна была выделиться в соответствии с законом Фарадея.

Например, электролиз расплава хлорида натрия приводит к восстановлению ионов Na + до металлического натрия на катоде (отрицательном электроде)

2) в химической промышленности электролизом получают газообразный хлор, водород, кислород, щелочи, окислители (пероксид водорода, перманганат калия, хлораты и другие);

Для выделения 1 грамма эквивалента вещества требуется пропустить через электролит одно и тоже количество электричества, равное приблизительно 96500 Кл (число Фарадея). Следовательно:

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

При диссоциации молекул, состоящих из одновалентных атомов (n = 1), возникают однозарядные ионы. Например, при диссоциации молекул КВr возникают ионы K + и Вr. Диссоциация молекул медного купороса ведет к появлению двухзарядных ионов Cu 2+ и SO4 2- , так как атомы меди в данном соединении двухвалентны (n = 2). Подставляя в формулу (16.3) выражения (16.4) и (16.5) и учитывая, что , получаем

Очевидно, что масса выделившегося вещества m равна произведению массы одного иона m0i на число ионов достигших электрода за время :

Измеряя величины m и , можно определить электрохимические эквиваленты различных веществ.

При электролизе на электродах происходит выделение вещества. От чего зависит масса вещества, выделяющегося за определенное время? Это определяет закон электролиза.

Планирование уроков по физике, ответы на тесты, задания и ответы по классам, домашнее задание и работа по физике для 10 класса

Произведение силы тока на время определяет массу вещества, выделяемого при электролизе. Закон электролиза позволяет найти значение элементарного электрического заряда.

Электрохимический эквивалент имеет простой физический смысл. Так как , то согласно формуле (16.7) , т. е. k — отношение массы иона к его заряду.

Из формулы (16.8) видно, что коэффициент k численно равен массе вещества, выделившегося на электродах, при переносе ионами заряда, равного 1 Кл. Величину k называют электрохимическим эквивалентом данного вещества и выражают в килограммах на кулон (кг/Кл).

Это утверждение, полученное нами теоретически, впервые было установлено экспериментально Фарадеем и носит название закона электролиза Фарадея.

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

Убедиться в справедливости закона Фарадея можно на опыте. Соберем установку, показанную на рисунке 16.26. Все три электролитические ванны заполнены одним и тем же раствором электролита, но токи, проходящие через них, различны. Обозначим силы токов черезI1, I2, I3. Тогда I1 = I2 + I3. Измеряя массы m1, m2, m3 веществ, выделившихся на электродах в разных ваннах, можно убедиться, что они пропорциональны соответствующим силам токов I1, I2, I3.

Исходя из современных представлений, закон для электролиза можно установить тео­ретически. Пусть за время Δt через электро­лит переносится заряд q. Заряд одного иона q0i = ne, где n — валентность иона, а e — значение элементарного электрического заря­да. Следовательно, q = neNi, где Ni — коли­чество ионов, которые достигли электрода.

что и является вторым законом для электролиза.

Если иметь в виду, что при постоянном токе в цепи q = IΔt, где I — сила тока (ам­пер), а Δt — время прохождения тока (се­кунд), то закон Фарадея можно записать в виде

Теперь для электрохимического эквивалента вещества имеем Материал с сайта http://worldofschool.ru

Законы электролиза Фарадея

Электрохимический эквивален­т вещества показывает, какая масса вещества в килограммах выделяется на электроде при прохождении тока, пере­носящего заряд, равный одному кулону:

Второй закон электролиза. Электро­химические эквиваленты веществ прямо про­порциональны массам их молей и обратно пропорциональны их валентностям.

В последней формуле значение элемен­тарного заряда e и постоянная Авогадро одинаковы для всех веществ. Их произве­дение назвали постоянной Фарадея:

Коэффициент пропорциональности k = m / q называется электрохимическим эквивален­том данного вещества.

С другой стороны, масса вещества, выде­ляющегося на электроде m = m0iNi, где m0i масса иона, которая может быть определена по молярной массе вещества M и постоян­ной Авогадро NA:

F = 1,6 • 10 -19 Кл • 6,023 • 10 23 моль -1 = -9,65 • 10 4 Кл/моль.

где все величины для данного вещества являются постоянными.

что также является законом Фарадея для электролиза. Итак, электрохимический эквивалент вещества

Пусть в электролитической ванне находится водный раствор соляной кислоты. Молекулы соляной кислоты при растворении в воде почти полностью диссоциируют на ионы водорода и ионы хлора:

Подойдя к аноду, Cl — отдает избыточный электрон, превращается в нейтральный атом Cl, атомы Cl сразу же объединяются попарно в молекулы Cl2:

С другой стороны, число ионов можно выразить через заряд q, про-шедший через электролит, и заряд одного иона qi\[

Атомы водорода, нейтрализовавшиеся у катода, объединяются попарно в молекулы H2:

Закон Фарадея сыграл важную роль в истории развития физики. Именно закон, полученный Фарадеем опытным путем, послужил толчком к выдвижению гипотезы о существовании в природе элементарного электрического заряда. Закон Фарадея позволяет определить заряд одновалентного иона (заряд электрона). Из формулы (1) \(

При прохождении электрического тока через раствор на электродах протекают следующие реакции:

При прохождении электрического тока через раствор на электродах происходит нейтрализация ионов.

Водород выделяется в виде пузырьков на катоде. Нейтральная группа SO4 химически очень активна и вступает во вторичную реакцию. Если электроды изготовлены, например, из платины или никеля, то SO4 реагирует с водой:

Пусть в электролитической ванне находится водный раствор сульфата меди. Под действием растворителя молекулы сульфата меди диссоциируют на ионы меди и ионы кислотного остатка:

Приведенная зависимость впервые была экспериментально установлена М. Фарадеем в 30-х годах XIX века. Эта формула выражает закон Фарадея: масса вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q. прошедшему через электролит:

Cu^ <2+>+ 2e \to Cu\), и медь откладывается на катоде. На аноде происходит нейтрализация комплекса SO4 2- \[

и на аноде выделяется молекулярный хлор.

Уравнение скорости при прямолинейном равномерном движении

Связь между линейной и угловой скоростями

Закон электролиза формулы

Перемещение при прямолинейном равноускоренном движении

Максимальная высота подъема тела, брошенного под углом к горизонту

Связь между линейной скоростью и частотой

Связь между угловой скоростью и частотой

Уравнение скорости при прямолинейном равноускоренном движении

Cвязь между линейной скоростью и периодом

*Средняя скорость при прямолинейном равноускоренном движении

Уравнение прямолинейном равномерном движении

Время полета тела, брошенного под углом к горизонту

Дальность полета, брошенного горизонтально

Таков заряд, несомый одним грамм-эквивалентом ионов любого вида. Умножив это число на z (число элементарных зарядов иона), получим количество электричества, которое несёт 1 г-ион. Разделив число Фарадея на число Авогадро, получим заряд одного одновалентного иона, равный заряду электрона:

D m – количество прореагировавшего вещества; k э – некоторый коэффициент пропорциональности; q – количество электричества, равное произведению силы тока I на время t . Если q = It = 1, то D m = k э , то есть коэффициент k э представляет собой количество вещества, прореагировавшего в результате протекания единицы количества электричества. Коэффициент k э называется электрохимическим эквивалентом.

e = 96484,52 / (6,022035 × 10 23 ) = 1,6021913 × 10 –19 Кл .

Точно измеренное значение числа Фарадея

Число фарадеев электричества, прошедшее через раствор, равно

Шпаргалки к экзаменам и зачётам

Законы, открытые Фарадеем в 1833 г., строго выполняются для проводников второго рода. Наблюдаемые отклонения от законов Фарадея являются кажущимися . Они часто связаны с наличием неучтённых параллельных электрохимических реакций. Отклонения от закона Фарадея в промышленных установках связаны с утечками тока, потерями вещества при разбрызгивании раствора и т.д. В технических установках отношение количества продукта, полученного при электролизе, к количеству, вычисленному на основе закона Фарадея, меньше единицы и называется выходом по току:

При тщательных лабораторных измерениях для однозначно протекающих электрохимических реакций выход по току равен единице (в пределах ошибок опыта). Закон Фарадея точно соблюдается, поэтому он лежит в основе самого точного метода измерения количества электричества, прошедшего через цепь, по количеству выделенного на электроде вещества. Для таких измерений используют кулонометры. В качестве кулонометров используют электрохимические системы, в которых нет параллельных электрохимических и побочных химических реакций. По методам определения количества образующихся веществ кулонометры подразделяют на электрогравиметрические, газовые и титрационные . Примером электрогравиметрических кулонометров являются серебряный и медный кулонометры. Действие серебряного кулонометра Ричардсона, представляющего собой электролизер

основано на взвешивании массы серебра, осевшей на катоде во время электролиза. При пропускании 96500 Кл (1 фарадея) электричества на катоде выделится 1 г-экв серебра (107 г). При пропускании n F электричества на катоде выделяется экспериментально определенная масса ( D m к ). Число пропущенных фарадеев электричества определяется из соотношения

Первый закон Фарадея . Количества веществ, превращённых при электролизе, пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит :

Поскольку прохождение электрического тока через электрохимические системы связано с химическими превращениями, между количеством протекающего электричества и количеством прореагировавших веществ должна существовать определенная зависимость. Она была открыта Фарадеем и получила свое выражение в первых количественных законах электрохимии, названных впоследствии законами Фарадея.

где р – внешнее давление, Па; – давление насыщенного пара воды при температуре опыта, Па; V – суммарный объем выделенного газа, м 3 .

Можно объединить оба закона Фарадея в виде одного общего закона : для выделения или превращения с помощью тока 1 г-экв любого вещества (1/ z моля вещества) необходимо всегда одно и то же количество электричества, называемое числом Фарадея (или фарадеем):

Proudly powered by WordPress