(9.1)
где m –масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде, г; М э − масса моля эквивалентов (молярная масса эквивалентов) вещества, г/моль экв.; М − молярная масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде, г/моль; Z − эквивалентное число (количество электронов, участвующих в электродных реакциях, Z = n ); Q − количество электричества, прошедшего через электролизер (Кл), равное произведению силы тока I (А) на время прохождения тока (с); F – число Фарадея, равное 96500 Кл/моль.
Если превращению на электродах подвергаются газы, то объединяющее оба закона Фарадея уравнение (9.1) может быть записано как
(9.2)
где V – практически выделившийся или поглощенный объем газа, л; V Э – эквивалентный объем газа, , л/моль экв; 22,4 л/моль – объем моля газа при н. у.
С учетом законов Фарадея можно определить скорость процесса электролиза как число молей веществ, претерпевших электрохимическое превращение на единице площади поверхности электрода в единицу времени:
|
|
(9.3)
где - скорость электродного процесса, моль/(м2·с); i – плотность тока, А/м2.
Тогда плотность тока может быть рассчитана по уравнению:
. (9.4)
Используя законы Фарадея можно рассчитать величину тока и время, необходимые для выделения (или растворения) на электродах определенного количества вещества, или при заданных значениях тока и времени проведения процесса, вычислить массу вещества, осаждаемого (или растворяющегося) на электродах.
Например, если в результате реакции Cu2+ + 2 Cu на электроде выделилось 63,54 г меди, то теоретическое количество электричества, прошедшее через электрод, равно:
Или, если в результате реакции 2Н+ + 2 Н2 на электроде выделилось при нормальных условиях 5,6 л водорода, то теоретическое количество электричества можно определить из соотношения:
При электролизе во многих случаях выделяется вещества меньше теоретически рассчитанного. Поэтому вводится понятие выход по току − ().
Выход по току () − это отношение фактически полученного при электролизе количества вещества к теоретически рассчитанному его количеству на основании законов Фарадея.
Обычно выход по току выражается в процентах:
%. (9.5)
С учетом этого выражение (9.1) приобретает вид:
(9.6)