5.3) Количественные законы электролиза (законы м. Фарадея). Удельный расход энергии

Первый закон: при электролизе данного электролита количества веществ, выделяющихся на электродах, прямо пропорционально количеству электричества, прошедшему через электролит;

; q - химический эквивалент.

Второй закон: при электролизе различных электролитов одинаковые количества электричества выделяют на электродах такие количество веществ, которое прямо пропорционально их химическим эквивалентам.

При прохождении 1 фарадея (96500 Кл) электричества на электродах выделяется по 1 г-экв. вещества (при 100%-ном выходе по току). n - выход по току:

5.4) Поляризация. Напряжение разложения и перенапряжение

В процессе электролиза всегда возникает некоторая разность потенциалов, направленная противоположно той, которая накладывается извне. Это явление носит название "поляризация". Различают химическую и концентрациооную поляризацию.

Рассмотрим электролиз раствора Н₂SO₄ c Pt-электродами:

(-) катод:

(+) анод:

Для того, чтобы газы удалялись в виде пузырьков, необходимо, чтобы их парциальные давления

При парциальных давлениях удаление газов будет носить диффузный характер, т.е. будет происходить очень медленно.

Для того, чтобы давление газов равнялось 1 атм, необходимо приложить стандартную ЭДС, отвещающую стандартной свободной энергии Гиббса для реакции образования воды .

Если внешняя ЭДС то электролиз практически не идёт из-за медленности удаления газов. Из-за адсорбции на Pt-электродах система начинает функционировать как водородно-кислородный гальванический элемент, ЭДС которого направлена навстречу внешней ЭДС. Данная поляризация обусловлена химическими изменениями на поверхности электродов и поэтому носит название химической.

Перенапряжение - это разность между напряжением разложения, фактически необходимым для протекания электролиза в данной электрохимической системе, и ЭДС газьванического элемента, отвечающего этой системе.

Рассмотрим концентрационную поляризацию.

Два серебрянных электрода помещены в раствор AgNO₃. Без наложения внешней поляризации потенциалы электродов одинаковы:

.

Процессы при электролизе:

(-) катод:

(+) анод:

Концентрация потенциалопределяющих ионов в процессе электролиза у катода и анода будет различаться: у катода она меньше равновесной, у анода - больше. Возникает концентрационный элемент, ЭДС которого направлена навстречу внешней ЭДС. Такое явления носит название концентрационный поляризации.

5.5) Практические приложение электролиза

Существуют три группы гальванопокрытий:

1) антикоррозийные (Zn, Cd);

2) защитно-декоративные (Ni, Cr, Ag, Au);

3) специальные (Cr, Rt, Pd, Sb и др.).

Три операции при нанесении покрытий: подготовка поверхности, электролиз, отделка осадка.

Подготовка включает в себя механические и химические операции: удаление оксидных плёнок и жировых загрязнений.

Электролитами являются растворы кислот, солей и щелочей; органические добавки входит для получения блестящих покрытий.

где t - время, - толщина осадка, d - плотность осаждаемого металла.

Операции отделки осадка включают в себя крацовку и глянцовку.