12 класс — Электрохимия | Законы Фарадея для электролиза | задачи | электролитическая ячейка | NE...

Законы электролиза Фарадея Прежде чем понять законы электролиза Фарадея, необходимо сначала понять процесс электролиза сульфата металла. Когда электролит, такой как сульфат металла, разбавляется водой, его молекулы расщепляются на положительные и отрицательные ионы. Положительные ионы (или ионы металла) перемещаются к электродам, соединенным с отрицательным полюсом батареи, где эти положительные ионы забирают у него электроны, превращаясь в чистый атом металла и осаждаясь на электроде. Отрицательные ионы (или сульфионы) перемещаются к электроду, соединенному с положительным полюсом батареи, где эти отрицательные ионы отдают свои лишние электроны и становятся радикалом SO4. Поскольку SO4 не может существовать в электрически нейтральном состоянии, он будет атаковать металлический положительный электрод, образуя сульфат металла, который снова растворится в воде. Законы электролиза Фарадея — это количественные (математические) соотношения, описывающие два вышеуказанных явления. Первый закон электролиза Фарадея Из приведенного выше краткого объяснения ясно, что поток тока через внешнюю цепь батареи полностью зависит от количества электронов, перенесенных с отрицательного электрода или катода на положительный ион металла или катион. Если катионы имеют валентность два, например, Cu++, то на каждый катион приходится два электрона, перенесенных с катода на катион. Мы знаем, что каждый электрон имеет отрицательный электрический заряд – 1,602 × 10⁻¹⁹ Кулонов, и обозначим его как – e. Таким образом, на каждый атом Cu, расположенный на катоде, приходится – 2e переноса заряда с катода на катион. Теперь предположим, что за время t на катоде осадится n атомов меди, тогда общий перенесенный заряд составит – 2ne Кулонов. Масса m осажденной меди, очевидно, является функцией количества осажденных атомов. Таким образом, можно заключить, что масса осажденной меди прямо пропорциональна количеству электрического заряда, проходящего через электролит. Следовательно, масса осажденной меди m ∝ Q – количество электрического заряда, проходящего через электролит. Первый закон электролиза Фарадея гласит, что химическое осаждение, вызванное протеканием тока через электролит, прямо пропорционально количеству электричества (кулонов), прошедшего через него. То есть, масса химического осаждения: Где Z – коэффициент пропорциональности, известный как электрохимический эквивалент вещества. Если мы подставим Q = 1 кулон в приведенное выше уравнение, мы получим Z = m, что означает, что электрохимический эквивалент любого вещества – это количество вещества, осажденного при прохождении 1 кулона через его раствор. Этот коэффициент электрохимического эквивалента обычно выражается в миллиграммах на кулон или килограммах на кулон. Второй закон электролиза Фарадея До сих пор мы узнали, что масса химического вещества, осажденного в результате электролиза, пропорциональна количеству электричества, проходящего через электролит. Масса химического вещества, осажденного в результате электролиза, не только пропорциональна количеству электричества, проходящего через электролит, но и зависит от некоторых других факторов. Каждое вещество имеет свой атомный вес. Поэтому для одинакового количества атомов разные вещества будут иметь разную массу. Кроме того, количество атомов, осажденных на электродах, также зависит от их валентности. Если валентность выше, то при одинаковом количестве электричества количество осажденных атомов будет меньше, тогда как если валентность ниже, то при одинаковом количестве электричества будет осаждено больше атомов. Таким образом, при одинаковом количестве электричества или заряда, проходящего через разные электролиты, масса осажденного химического вещества прямо пропорциональна его атомному весу и обратно пропорциональна его валентности. Второй закон электролиза Фарадея гласит, что при пропускании одинакового количества электричества через несколько электролитов масса осажденных веществ пропорциональна их химическому эквиваленту или эквивалентной массе. Химический эквивалент или эквивалентная масса Химический эквивалент или эквивалентная масса вещества может быть определена с помощью законов электролиза Фарадея.