Законы электролиза

Количественные соотношения при электролизе были исследованы английским физиком М. Фарадеем и описаны двумя законами.

Первый закон Фарадея. Масса веществ, выделяющихся на электродах, прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролит.

m = k× Q, где

Q - количество электричества (Кл),

k - константа, электрохимический эквивалент.

Так как Q = I× t, то m = k× I× t, где

I - сила тока в амперах (А);

t - продолжительность электролиза в секундах (с).

Второй закон Фарадея. Равные количества электричества выделяют при электролизе из различных электролитов эквивалентные количества вещества.

n_эк.(A) = n_эк.(B) или

Для восстановления на катоде и окисления на аноде 1 моль эквивалентов вещества через электролит должно пройти 96500 кулонов электричества. Это количество электричества называют числом Фарадея (F).

F = I× t = 96500 Кл/моль.

Оба закона можно свести в одну формулу:

,

где m - масса вещества (г);

M_эк. - молярная масса эквивалентов выделившегося вещества (г/моль);

,

где M - молярная масса выделившегося вещества (г/моль);

Z - число эквивалентности, равное числу электронов, участвующих в процессе окисления или восстановления на электродах при получении 1 моль вещества.

Если необходимо рассчитать объем газа, выделившегося в процессе электролиза, то выражение законов Фарадея может быть записано следующим образом:

где V° - объем выделившегося газа при н.у., (л);

V_эк. - молярный объем эквивалентов газа (л/моль);

где V_m - молярный объем газа, равный 22.4 л/моль.

В случае параллельных процессов часть количества электричества расходуется на выделение одного вещества, часть - на выделение другого. Доля общего количества электричества (в процентах), которая расходуется на выделение одного из веществ, называется выходом по току этого вещества:

Где ВТ - выход по току вещества А;

Q_А - количество электричества, израсходованное на превращение вещества А;

Q - общее количество электричества, прошедшее через электрод.

Так как по первому закону Фарадея

m = k× Q, то

Где m_А - масса реально выделенного вещества А на электроде;

m - теоретическая масса вещества А, рассчитанная по закону Фарадея.