§ 11.2. Закони фарадея

1-й закон:

маси речовин, що виділилися на електродах, прямо пропорційні кількості електрики (Q), що пройшла кріз розчин чи розплав електроліту.

m =k ^. Q; Q=I· ;

де Q – кількість електрики, А^. с ;А^. год;

I – сила струму, А;

 – час ,с; год;

k – електрохімічний еквівалент , г/Кл.

Маса речовини, що виділилась при проходженні через електроліт одного кулона електрики, називається електрохімічним еквівалентом(k)

;

де m – маса речовини, г;

V – об’єм речовини, л;

–еквівалента молярна маса, г/моль;

- еквівалентний об’єм, л/моль;

F – число Фарадея , 96500 Кл/моль; 26,8 А·год/моль.

II-й закон:

при проходженні через різні електроліти однакової кількості електрики на електродах виділяються маси речовин пропорційно молярним масам їх еквівалентів (хімічні еквіваленти пропорційні електрохімічними):

^.

Внаслідок перебігу побічних процесів на електродах утворюється реально менша кількість речовини, ніж теоретично розраховано за вищевказаною формулою. Для характеристики практичної кількості речовини, що виділяється на електродах користуються поняттям вихід по струму ().

.

Задача.Скласти схему електролізу розчину натрію сульфату. Написати рівняння катодного й анодного процесів, розрахувати кількість речовин, що утворилися при електролізі (для газоподібних – об’єм), якщо вихід по струму 70%, а через розчин пропускали струм силою 2А терміном 10 хвилин.

Розв’язок.

Натрій сульфат в розчині дисоціює;

Na₂SO₄ ↔ 2Na⁺ + SO₄; H₂O

На катоді йде відновлення тих часток, стандартний окисно-відновний електродний потенціал для яких більший,

тому на катоді буде відновлюватися вода за схемою:

К: 2НОН + 2ē → Н₂↑ + 2ОН,

до анода направляються йони SO₄і молекули H₂O.

На анодіокиснюються ті частки,стандартний окисно-відновний електродний потенціал для яких має менше значення

, тому буде йти окиснення води за схемою:

А⁺: 2Н₂О - 4ē → О₂ + 4Н⁺.

Сумарне рівняння електролізу Na₂SO₄:

2Na₂SO₄ + 6H₂O 2H₂ + 4NaOH + O₂ + 2H₂SO₄

на катоді у катода на аноді у анода

За законом Фарадея розрахуємо об’єми V(Н₂), V(О₂) і маси

m(NaOH), m(H₂SO₄), знаючи, що вихід по струму (ή) складає 70%=0,7.

визначаємо за другим законом Фарадея:

Основне застосування електроліззнаходить у металургійній, хімічній промисловості і гальванотехніці. У металургійній промисловості електролізом розплавів одержуютьAl, Mg, Na, Li, Be, Ca. Електролітичне виділення металу з розчину називається електроекстракцією. Руда чи концентрат певними реагентами переводиться в розчин, який після очищення направляють на електроліз. Так одержуютьZn, Cu, Cd.

Електролітичне рафінування.З металу виготовляють розчинні аноди, домішки, що містяться в чорновому металі анода, випадають у виді анодного шламу (Cu, Ni, Sn, Pb, Ag, Au) при електролізі, а чистий метал виділяється на катоді.

До гальванотехніки відносять гальваностегіюігальванопластику.

Гальваностегія– це нанесення шляхом електролізу на поверхню металевих виробів шарів інших металів з метою захисту від корозії, для додання твердості поверхні, у декоративних цілях. Наприклад, хромування, цинкування , нікелювання.

Гальванопластика– це процес одержання точних металевих копій з рельєфних предметів електроосадом металу (на алюмінієву форму наносять електролізом шар міді потрібної товщини, потім алюміній розчиняють у соляній кислоті чи лузі). Так одержують матриці для пресування різних виробів: ґудзиків, пластинок для тиснення шкіри і паперу, радіотехнічних схем, типографських кліше. До гальванопластики відносять також такий вид електрохімічної обробки металів, як електрополіровкуAl, Mgдля зміцнення оксидної плівки і підвищення корозійної стійкості.

У хімічній промисловості електролізом одержують фтор, хлор, луги, водень, багато окисників, гідрогену пероксид.

Питання для самоконтролю

1. Яка сутність процесів, що проходять при електролізі.

2. Види електролізу:

2.1.Що відбувається при електролізі розплавів?

2.2. Що відбувається при електролізі водних розчинів?

3. Яка послідовність розрядки йонів на електродах?

4. Що таке перенапруга.?

5. Наведіть закони електролізу.

6. Де застосовують електроліз?

Д о д а т о к 1

МЕТОДИКА РІШЕННЯ ЗАДАЧ З ЗАСТОСУВАННЯМ АЛГОРИТМІВ