2018-01-21
2634
Электролиз - это окислительно-восстановительный процесс, происходящий в растворах или расплавах электролитов под действием постоянного электрического тока. При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую.
Через электролизёр, содержащий расплав или раствор электролита, проходит постоянный ток от внешнего источника питания. В результате на электродах начинают протекать окислительная и восстановительная реакции.
Электроды – проводники, обладающие электронной проводимостью, находящиеся в контакте с электролитом. Электроды изготавливаются из материалов не реагирующих с компонентами электролита.
Электрод, соединенный с отрицательным полюсом, является катодом, на нем идет процесс восстановления; электрод, соединенный с положительным полюсом, является анодом, на нем идет процесс окисления.
Электроды различают инертные (нерастворимые) и активные (растворимые).
Растворимые электроды (аноды) сами участвуют в электродной реакции, поэтому масса их убывает.
|
|
|
Нерастворимые аноды не растворяются из-за положительного значения их равновесного потенциала или образования на их поверхности защитных пленок, т.е. на их поверхности идут электродные реакции и выделяются вещества. Примерами таких анодов могут быть платиновые металлы, графит, титан и тантал.
Существуют строго определенные соотношения между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, выделившегося при электролизе. Эти соотношения были открыты М. Фарадеем в 30-х годах прошлого века.
(1834 г.) Первый закон Фарадея: для любого данного электродного процесса масса вещества, выделяющегося на электродах, прямо пропорциональна количеству прошедшего через раствор электричества: m=kQ=kIt=AIt/nF
где m – масса окисляемого или восстановленного вещества; k – электрохимический эквивалент – масса вещества, превращаемого 1 Кл электричества; Q - количество электричества (Кл); I - сила тока (А); t – время, т.к. 
. или 
(для веществ); где А – атомная масса; МЭ — молярная масса вещества (г/моль); n – число электронов, принимающих участие в электрохимическом процессе.
Второй закон Фарадея: при прохождении одинакового количества электричества через различные электролиты массы выделившихся веществ на электродах пропорциональны их химическим эквивалентам.
Для выделения одного эквивалента любого вещества необходимо затратить 96500 Кл электричества. m1/m2=Э1/Э2 при Q=const
При электролизе, кроме основных электродных реакций идут побочные, на которые также расходуется электричество. Поэтому масса практически выделившегося вещества меньше, теоретически рассчитанной по закону Фарадея.
|
|
|
Отношение n=mпракт/mтеор называется выходом по току. Выход по току характеризует эффективность процесса электролиза.
Выход по току – это отношение фактически превращенного при электролизе вещества к теоретически рассчитанному:
m – масса выделившегося вещества, кг;
Э – эквивалентная масса, кг/моль;
ВТ – выход по току, 0 < ВТ £ 1.
Из формулы 1, 2, 3 следует: mпр=ЭItBт/F=MitBт/nF
где М – молярная масса выделившегося вещества, кг/моль;
n - число электронов, участвующих в катодной реакции.
Законы Фарадея используются в различных методах исследования, а также при калибровке особо точных электроизмерительных приборов.
