Законы Фарадея. Выход по току. Понятие химической и концентрационной поляризации при электролизе. Перенапряжение.
Первый закон: при электролизе данного
электролита количества веществ,
выделяющихся на электродах, прямо
пропорционально количеству электричества,
прошедшему через электролит.
q – электрохимический
эквивалент.Второй закон: при
электролизе различных электролитов
одинаковые количества электричества
выделяют на электродах такие количества
веществ, которые прямо пропорциональны
их химическим эквивалентам.Пример. При
прохождении 1 фарадея (96500 Кл) электричества
на электродах выделяется 1 г-экв вещества.В
формулу первого закона следует ввести
поправочный сомножитель – выход по
току.Закон Фарадея:
Электрический эквивалент q
– количество вещества в мг, выделяющееся
на электродах при прохождении 1 Кл
электричества.Вторая формулировка.
Электрический эквивалент q
– количество вещества в г, выделяющееся
на электродах при прохождении 1 А*ч
электричества.q=Э/Ф, Э –
г-экв.Удельный расход энергии при
электролизе: W=U*I*t/m=U/(q*η),
[Вт*ч/г].
В процессе электролиза всегда возникает некоторая разность потенциалов, направленная противоположно той, которая накладывается извне. Это явление носит название поляризации. Различают химическую и концентрационную.Химическая обусловлена химическими изменениями на поверхности электрода.Концентрационная поляризация: концентрация потенциалопределяющих ионов у анода и катода в процессе электролиза будет различаться, у катода она меньше равновесной, у анода – больше. Возникает концентрационный элемент, ЭДС которого направлена навстречу внешней ЭДС, она может быть уменьшена путем перемешивания раствора. Напряжение разложения – наименьшее значение внешней ЭДС, при достижении которого начинается длительный электролиз (с выделением его продуктов). Перенапряжение – это разность между напряжением разложения, фактически необходимым для протекания электролиза в данной электрохимической системе, и ЭДС гальванического элемента, отвечающего этой системе.
Вред перенапряжения: добавочный расход электроэнергии, польза: удается получать электролизом водных растворов металлы, потенциалы которых отрицательны.
Классификация химических источников тока.
Существуют 3 типа ХИТ: первичные - гальванические элементы, вторичные – аккумуляторы и топливные элементы.В гальванических элементах активные вещества, необходимые для работы элемента, закладываются в него при монтаже, после израсходования веществ элемент утилизируется.В основу аккумулятора положена высоко-обратимая хим реакция окисления-восстановления, которую можно проводить в обоих направлениях.Топливный элемент – это ХИТ длительного действия, начинающий и прекращающий работу с началом и прекращением подачи активных веществ в электродам.Достоинства ХИТ: высокий КПД, экологическая чистота, бесшумность, автономность действия.Недостаток – низкие удельные характеристики. Марганцево-цинковый элемент: наиболее широко применяется среди первичных ХИТ.
Электрохимическая цепь: (-)Zn|NH4Cl|MnO2(+). Электролит – 20% раствор NH4Cl, загущенный до студнеобразного состояния, для предотвращения высыхания и загнивания вводят специальные добавки. MnO2 спрессован с добавкой сажи – для увеличения электроемкости. ЭДС от 1,48 до 1,8 в зависимости от кристаллической модификации MnO2, начальное напряжение 1,1-1,25В. Процессы при разряде: (-) Zn-2ē+2H2O>Zn(OH)2+2H+, (+)2MnO2+2ē+2H+>2MnO.OH, Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO.OH. Вторичная реакция: Zn(OH)2+2NH4Cl=[Zn(NH3)2]Cl2+2MnO.OH