Кількісні характеристики електролізу
Кількісний бік електролізу ґрунтується на двох законах М. Фарадея:
1. Маса речовини, що утворюється або розкладається при електролізі, пропорційна кількості електрики, що пройшла через розчин чи розплав. Аналітичний вираз закону має такий вигляд:
,
для газуватих речовин можна скористатися виразом:
,
де m(X) – маса речовини,
M(fекв.(X)X) – молярна маса еквівалента речовини, г/моль,
V(X) – об’єм речовини, Vm (fкв.(Х)Х) – молярний об’єм
еквівалента речовини за нормальних умов, дм3/моль,
I – сила струму (А), t – час в (с),
F – число Фарадея (Кл/моль), яке дорівнює 96 500 Кл.
Нагадаємо: в окисно-відновних процесах фактор еквівалент-ності рівний оберненій величині до кількості електронів, що беруть участь у процесі.
2. Маси речовин, що утворюються при електролізі при прохо-дженні однакової кількості електрики, пропорційні їх моляр-ним масам еквівалентів
.
Під час електролізу поряд з основними процесами протікають паралельні та побічні процеси із-за чого кількість речовини, що виділяється при електролізі завжди менша від теоретично розрахованої. Тому введено таке поняття, як вихід за струмом η (ета) – це відношення маси речовини, добутої під час електролізу (m1) до маси речовини, теоретично обчисленої за законом Фарадея (m2):
.
η може вимірюватися в частках одиниці, або у відсотках.
Запитання для самоконтролю
1. Що є спільним для процесів гальваніки та електролізу ?
2. Які необхідно створити умови для того, щоб перетворити енергію окисно-відновної реакції в електричний струм ? Чому не можна одержати струм під час проведення обмінної реакції ?
3. Який за активністю метал виконує функцію анода, який заряд на ньому утворюється, які процеси відбуваються ?
4. Гальванічна пара утворена залізом і сріблом. Назвіть функції кожного із металів та вкажіть заряди, що на них виникають ?
5. Чому в якості протектора завжди використовують метал, що має менше значення стандартного окисно-відновного потен-ціалу в порівнянні з тим металом, який необхідно захистити від корозії ?
6. Чим відрізняється процес електролізу від гальванічного ?
7. Під дією яких чинників відбувається процес електролітичної дисоціації в розчинах і розплавах ? Чи є проходження струму через електролітичну ячейку необхідною умовою дисоці-ації ?
8. Яка роль електричного струму в процесі електролізу ?
9. Як заряджені катод і анод при проведені електролізу ?
10. Яка послідовність відновлення катіонів при проведенні електролізу у водному розчині електроліту ?
11. Як відбувається процес електролітичного відновлення води ?
12. Окиснення яких аніонів із водних розчинів є пріоритетним ?
13. Які процеси відбуваються при електролітичному окисненні води ?
14. Сформулюйте та запишіть аналітичні вирази законів Фарадея.
15. Який фізичний зміст сталої Фарадея та її значення.
16. Як визначається фактор еквівалентності в окисно-відновному процесі ?
17. Що таке вихід за струмом ? Чому ця величина завжди менше одиниці (або 100%) ?