Закони Фарадея

Закони Фарадея

Електрохімічні процеси широко застосовуються в різних галузях сучасної промисловості, в аналітичній хімії, біохімії тощо. Тому важливо знати як можна обчислити масу чи об’єм речовин, які будуть виділятися на електродах. Вперше явище електролізу докладно вивчив англійський фізик Майкл Фарадей. Точно вимірюючи масу речовин, які виділялись на електродах під час проходження електричного струму через розчин електроліту, він сформулював закони електролізу.

Мета уроку:

  • поглибити знання про процеси, що відбуваються під час електролізу;
  • усвідомити суть законів Фарадея;
  • навчитися обчислювати масу речовин та об’єм газів, що виділяються на електродах під час електролізу:
  • навчитися визначати силу струму і час електролізу, які необхідні для отримання певної порції речовини.

 

Ще у 1834 році Майкл Фарадей експериментально встановив закони електролізу, які носять його ім’я.

Перший закон електролізу.

Маса речовини, яка виділилась на електроді під час електролізу, прямо пропорційна заряду, що пройшов через електроліт.

m=k∙Q                                                                                                        1

де  m –  маса речовини (г);

k – електрохімічний еквівалент речовини: маса речовини, що виділилась на електроді при проходженні заряду 1 Кл (г/Кл);

Q – заряд (Кл);

Q = I∙τ                                                                                                         2

І – сила струму (А);

τ – час електролізу (с).

Підставивши формулу 2 у формулу 1, отримаємо

m = k∙I∙τ                                                                                                     3

Йони, які беруть участь у процесі електролізу мають певну масу. Разом із тим вони переносять через електроліт певний заряд. Тому маса речовини, що виділяється на електроді, та заряд, який проходить через електролізер, прямо пропорційні числу йонів, які відновлюються на катоді, або окиснюються на аноді. Як відомо масу речовини можна обчислити за формулою

m = M∙n,                                                                                                     4

де М – молярна маса речовини (г/моль), n – кількість речовини (моль).

Кількість речовини йонів, які розряджаються на електроді  залежить від заряду, що пройшов через електролізер, та від заряду самих йонів. Розглянемо, що буде відбуватися при електролізі різних солей, наприклад, аргентум(І) нітрату, купрум(ІІ) сльфату і стибій(ІІ) хлориду, які знаходяться в електролізерах сполучених послідовно.

 

За таких умов, через всі електролізери проходить однаковий заряд, а кількість речовин катіонів будуть обернено пропорційні їх зарядам:

n(Ag+) : n(Cu2+) : n(Sb3+) = 3 : 2 : 1.

Тому для обчислення маси речовини, що виділилась на електроді використовують масу реальної чи умовної частинки, що віддає, або приймає один електрон. Така частинка називається хімічним еквівалентом. У такому випадку

nекв.(Ag+) : n екв. (Cu2+) : n екв. (Sb3+) = 1 : 1 : 1.

Молярну масу хімічного еквівалента можна обчислити за формулою

 

custom_gallery
изображения не найдены

де n(ē) – кількість електронів, що віддає або приймає одна частинка.

Другий закон Фарадея.

При однаковому електричному заряді, що пройшов через електроліт маси речовин, які виділяються під час електролізу, пропорційні відношенню молярних мас їх хімічних еквівалентів.

 

 

Для нашого випадку

m(Ag+) : m(Cu2+) : m(Sb3+) = Mекв(Ag+) : Mекв (Cu2+) : Mекв (Sb3+).

Кількість речовини еквівалентів, можна визначити за величиною заряду, що пройшов через електроліт за формулою

 

 

де F – число фарадея, заряд, що потрібен для виділення 1 моль еквівалентів речовини (кл/моль).

Постійна Фарадея дорівнює електричному заряду електронів кількістю 1 моль.

F=96500 Кл/моль.

Об’єднавши ці закони виведемо формулу для обчислення маси речовини, що утворилась на електроді

 

Об’єм газу, що виділився на електроді можна обчислити за формулою

 

де Vm – молярний об’єм газу, який за н.у. дорівнює 22,4 л/моль.

 

ВИСНОВКИ

Для обчислення маси речовини, що утворилась на електроді можна застосувати закони Фарадея.
Масу речовини, що утворилась на електроді можна обчислити  за формулою
custom_gallery
изображения не найдены
Цю формулу можна використати для обчислення часу електролізу або сили струму, що знадобляться для виділення певної маси речовини на електроді.

Питання для закріплення знань.

1. Від яких факторів залежить маса речовини, що утворюється на електродах під час електролізу?

2. Що таке електрохімічний і хімічний еквіваленти?

3. Виведіть формулу обчислення електрохімічного еквівалента за молярною масою речовини?

4. У чому полягає фізичний сенс постійної Фарадея.

5. Виведіть формулу для обчислення часу електролізу, що знадобиться для виділення визначеної маси речовини на електроді під час проходження електричного струму певної сили.

6. Виведіть формулу для обчислення сили струму за відомою масою речовини, що виділяється на електроді, і часом проведення електролізу.

Завдання 1.

Електроліз водного розчину калій сульфату проводили при струмі силою 5 А протягом 3 годин. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на електродах. Визначте об’єм газів (н.у.), які виділилися на катоді і аноді?

Завдання 2.

Обчисліть силу струму, з якою проводили електроліз водного розчину цинк хлориду протягом 5 годин, якщо при цьому на аноді виділився газ об’ємом 6 дм3 (н.у.).

Завдання 3.

Скільки годин треба проводити електроліз розчину натрій хлориду при пропусканні крізь нього струму силою 10 А, щоб отримати 1 кг натрій гідроксиду?

Завдання 4.

Через два послідовно з’єднаних електролізера з інертними електродами, що містили аргентум(І) нітрат і натрій гідроксид, пропустили електричний струм. Маса катода першого електролізера збільшилася на 4,32 г, як при цьому змінилась маса розчину в другому електролізері?

Тест

Content for the tab 3

Тест самоконтролю за темою «Закони Фарадея»

Тест складається з 12 завдань, за допомогою яких можна перевірити і оцінити свої знання з теми “Ступінь окиснення хімічного елемента”.

Тест містить

8 завдань з вибором однієї правильної відповіді із чотирьох запропонованих, кожне таке завдання оцінюється в 0 або 2 тестових бали: 2 бали, якщо вказано правильну відповідь, 0 балів, якщо вказано неправильну відповідь;
1 завдання з вибором кількох правильних відповідей із п’яти запропонованих, яке оцінюється в 0 або 2 тестові бали: 2 бали, якщо завдання виконане правильно, 0 балів, якщо правильної відповіді не надано, або надані не всі правильні відповіді;
1 завдання на встановлення відповідності, яке оцінюється в 2, 4, 6 або 8 тестових балів: 2 бали за кожну правильно встановлену відповідність; 0 балів, якщо не вказано жодної правильної логічної пари;
2 завдання відкритої форми з короткою відповіддю, під час розв’язання яких треба вписати числовий результат. За виконання завдання цієї форми можна отримати 0 або 4 бали.
Максимально можливий бал за правильно виконаний тест – 34 балів.

Після проходження тесту Ви побачите частку вашого балу від максимально можливого.

Вы должны заполнить это поле.
Вы должны заполнить это поле.