Законы электролиза

В электролизере, наоборот, отрицательный электрод — катод, а положительный электрод — анод.

Обозначение «отрицательный» и «положительный» всегда относятся к полюсам источника тока: применительно к электролизеру под положительным и отрицательным электродами также подразумеваются соответствующие полюса источника тока, к которым подключена ячейка.

Как в гальваническом элементе, так и в электролизере на отрицательном электроде создается избыток электронов, на положительном электроде —• недостаток электронов.

Термины «катод» и «анод» связаны только с направлением потока электронов через, электроды, которые представляют собой материалы с электронной проводимостью и на поверхности которых происходит переход электрического тока от проводника 1-го рода (металла) к проводнику 2-го рода (электролиту).

Катод — это электрод, через который поток электронов входит в гальванический элемент или электролизер и на котором реагирующие частицы восстанавливаются из-за наличия избытка электронов.

Анод — это электрод, через который поток электронов выходит из гальванического элемента или электролизера и на котором реагирующие частицы окисляются вследствие недостатка электронов.

В электролизной ячейке на отрицательном электроде — катоде протекает
восстановление, а на положительном электроде — аноде — окисление:

Nа⁺ + е = Nа; 2Сl^- - 2е = С1₂

В гальваническом элементе на положительном электроде — катоде протекает восстановление, а на отрицательном электроде — аноде — окисление:

Сu²⁺ + 2е = Сu; Zn - 2е = Zn²⁺.

Между количеством электричества, потребляемом при электролизе, и массой вещества, выделяющегося на электроде, имеется зависимость, открытая в 1833 г. английским физиком Фарадеем.

Масса вещества, выделившегося на электроде при электролизе, пропорциональна количеству -электричества, которое прошло через электролит:

m = A_eq

где m — масса вещества; A_e — коэффициент пропорциональности, называемый электрохимической эквивалентной массой;q — количество электричества.

Этот закон электролиза называется первым законом Фарадея.

Если массу вещества выразить в миллиграммах (мг), количество электричества — в кулонах (Кл), то единицей электрохимической эквивалентной массы A_e, будет мг/Кл.

Поскольку количество электричества q (Кл) есть произведение силы электрического тока I (в амперах, А) на продолжительность электролиза t (с), т.е. q = It, первый закон Фарадея можно представить в виде: т = А_е/t

Электрохимическая эквивалентная масса A_e, представляет собой константу для каждого вещества в конкретной электрохимической реакции.

Электрохимическая эквивалентная масса есть отношение массы вещества, выделившейся при электролизе, к затраченному количеству электричества:

A_e = m /q

Фарадеем установлена также взаимосвязь между количествами различных веществ, выделяемыми на электродах с помощью одинакового количества электричества.

Количества двух различных веществ, которые выделяются на электродах с помощью одинакового количества электричества, обратно пропорциональны эквивалентным числам этих веществ:

n_A/n_B=z_B/z_A

где n_A и n_B — количества веществ А и В, выделенные на электродах; z_A и z_B — эквивалентные числа веществ А и В в электрохимических реакциях.

Этот закон электролиза известен как второй закон Фарадея.

Практически удобнее использовать второй закон Фарадея, если ввести эквивалентные количества веществ п_eq.

При расходе одного и того же количества электричества на электродах выделяются одинаковые эквивалентные количества различных веществ:

п_{eq A} = п_eqB.

В такой формулировке второй закон Фарадея является следствием закона эквивалентов для электрохимических реакций.

П р и м е р. Эквивалентные количества меди и серебра, выделяемые в ре-вультате элек

Исходя из определения эквивалентной массы, уравнение второго закона Фарадея можно записать в виде:

M_eq = M/z, тогда m_A/m_B = M_eqA/ M_eqB

Массы двух веществ, которые выделяются на электродах при потреблении одинакового количества электричества, прямо пропорциональны эквивалентным массам этих веществ.

Как следует из законов электролиза, количество электричества, необходимое для разрядки эквивалентного количества любого вещества 1моль, одно в то же оно соответствует 1 моль элементарных электрических зарядов. Это количество электричества — универсальная физико-химическая величина, называемая постоянной ФарадеяF. Ее значение:

F = 9,648456 • 10⁴ Кл/моль

Числовое значение постоянной F называют числом Фарадея.

Из определения постоянной Фарадея вытекает, что ее отношение к постоянной Авогадро соответствует значению элементарного электрического заряда: F/N_A= e = 1,6021 Кл.

Электрохимическая эквивалентная масса вещества А_е зависит от электрохимической реакции и определяется как отношение: А_е =M/zF= M_eq/F.

Объединив все предыдущие уравнения, можно записать:

m = MIt / (zF)

По этому уравнению проводятся все расчеты, основанные на законах электролиза.

Дата добавления: 2014-12-17