Количественная характеристика электролиза выражается двумя законами Фарадея

1. Масса вещества, выделяющегося на электродах, прямо пропорциональна количеству прошедшего через электролит электричества.

2. При электролизе различных химических соединений равные количества электричества выделяют на электродах массы веществ, пропорциональные молярным массам их эквивалентов.

Согласно этим законам:

1. m = K_э Q или m = K_э I t, где m – масса выделившегося вещества

Q – количество электричества в кулонах / Кл /

I - сила тока в амперах / А /

t - время в секундах / с /

K_э - коэффициент пропорциональности, называемый электрохимическим эквивалентом

Если I = 1 A, t = 1 c и, следовательно Q = 1 Кл, то m = K_э, т.е. электрохимический эквивалент – это масса вещества, выделившегося на электроде током силой в 1 А в течение 1 с или количеством вещества 1 Кл,

K_э = , тогда m = I t, а М_э = , где М- молярная масса вещества, а n – число электронов, перемещаемых при окислении или восстановлении

2. 96500 Кл или 26,8 А / ампер-час / выделяют на электродах молярную массу эквивалента данного вещества. Это количество электричества называют числом или постоянной Фарадея F / Кл/моль или А час/ моль /

Вследствие параллельных побочных процессов масса вещества, получаемого при электролизе, оказывается меньше той, которая соответствует количеству прошедшего электричества. Отношение массы реально выделенного вещества на электроде к теоретической и умноженной на 100, называют выходом по току:

В_т = 100. Так как m = K_э I t или m = I t; В_т = 100%

Пример 7.

Для водного раствора данного электролита:

- напишите уравнения процессов, которые идут на электродах при электролизе;

- рассчитайте, сколько и каких веществ выделится на катоде и аноде, если электролиз вести при силе тока, равной I = …. A, в течение t часов и выходу по току В_т;

- определите, как изменится анодный процесс, если анод заменить на другой, указанный в таблице

AgNO₃

рН=10

графитовые

0,85

0,5

цинковые

Решение:

Нитрат серебра диссоциирует: AgNO₃ ↔ Ag⁺ + NO₃^-

- процессы, протекающие на электродах:

Катод (-) Ag⁺ + e^- ® Ag⁰

Анод (+) выполнен из графита при рН=10 4 OH^- - 4 e^- ® O₂+ 2 H₂O

Анод (+) выполнен из цинка идет процесс растворения цинкового анода:

Zn - 2 e^- ® Zn²⁺, таким образом при электролизе раствора нитрата серебра AgNO₃, образуется Ag⁰, O₂ и H₂O.

- рассчитаем массу серебра и объем кислорода, образовавшихся при электролизе раствора AgNO₃ при силе тока равной 15А, времени 0,5 часа с учетом выхода по току, равным 0,85.

М_э _Ag = = 108 г/моль. Определяем массу серебра, которая бы выделилась теоретически при прохождении через раствор AgNO₃данного количества электричества, учитывая, что 0,5 часа равняется 1800 секундам.

m_Ag = I t = = 30,2(г), так как В_т = 0,85,

то m_Ag = 30,2 х 0,85 = 25,67 (г).

Определяем объем кислорода, который бы выделился теоретически при прохождении через раствор AgNO₃данного количества электричества, учитывая, что 0,5 часа равняется 1800 секундам, при силе тока, равной 15А.

V_O₂ = I t = = 1,56(л), так как В_т = 0,85,