Электролиз и законы Фарадея

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

НА ЭЛЕКТРОДАХ

ЗАКОН ФАРАДЕЯ И ФАРАДЕЕВСКИЕ РЕАКЦИИ

Количественная связь между прошедшим через границу электрод – электролит электричеством и веществом, претерпевающим те или иные химические изменения на этой границе установлена М. Фарадеем и выражается законом, носящим его имя. Электродные реакции, подчиняющиеся закону Фарадея называются фарадеевскими.

Выделение вещества на электродах происходит в результате электролиза. Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, связанный с разложением вещества в результате прохождения постоянного электрического тока через растворы или расплавы электролитов.

Законами Фарадея называют законы электролиза, установленные им в тридцатых годах XIX века. Первый закон Фарадея может быть сформулирован следующим образом. Количество вещества m, образующегося в результате катодной или анодной реакции при электролизе, прямо пропорционально количеству электричества Q, прошедшему через электролизер:

m = kQ, (5.1)

где k – коэффициент пропорциональности, соответствующий количеству вещества, которое выделится при электролизе в расчете на единицу количества электричества. Эту величину называют электрохимическим эквивалентом вещества.

Количество электричества измеряется произведением силы тока I на время его прохождения t:

Q = I·t (5.2)

Единицей количества электричества является ампер-секунда (А∙с) или кулон (Кл). Если время измеряется в часах, то соответствующей единицей является ампер-час (А∙ч), равный 3600 Кл.

При прохождении через раствор электролита одного кулона электричества на электродах разряжаются 6,28∙10¹⁸ однозарядных ионов. Естественно, что на это требуется такое же количество электронов. Отсюда можно найти заряд электрона:

1/6,28∙10¹⁸=1.602∙10^-19 Кл.

Подставив в равенство (1) значение Q, получим:

m = k·I·t. (5.3)

Второй закон Фарадея формулируется так. При затрате одинакового количества электричества количества веществ, образующихся при электролизе, пропорциональны их химическим эквивалентам . Напомним: химическим эквивалентом простого или сложного вещества называют такое его количество, которое без остатка соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает это же количество атомов водорода в химических реакциях.

Для выделения одного эквивалента любого вещества потребуется затратить 6.02∙10²³∙1.602∙10^-19 96500 Кл. Количество электричества, затрачиваемое на электролитическое выделение одного эквивалента любого вещества, составляет 96500 Кл и называется числом Фарадея. В соответствии с этим электрохимический эквивалент вещества может быть найден следующим образом:

k = Э/96500. (5.4)

Подставив это значение в уравнение первого закона Фарадея, получим:

m = ItЭ/96500. (5.5)

Это выражение называют объединенным законом Фарадея. Оно отражает зависимость количества получающегося путем электролиза вещества от затраченного количества электричества и их химического эквивалента вещества.

Дата добавления: 2014-11-16