Законы Фарадея

Законы электролиза

При прохождении электрического тока через электролиты происходит процесс разложения вещества, который называют электролизом. При этом проводники, которые погружены в раствор, называют анодом (положительный электрод) и катодом (отрицательный электрод).

При помощи электролиза получают различные вещества, например, хлор, фтор, щелочи и т.д. При помощи данного процесса производят переработку сырья, которое содержит металлы, очищают металлы. Используя процессы электролиза, наносят тонкие металлические покрытия на разные металлические поверхности.

Формулировка первого закона Фарадея

Масса вещества, которое выделяется на электроде, прямо пропорциональна заряду, который прошел через электролит. В виде формулы данный закон можно представить как:

$m=kq=kIt\left(1\right),$

где $q$ — полный заряд, который проходит через электролит, за времяt. $I$ — сила тока. $k$ — коэффициент пропорциональности (электрохимический эквивалент вещества ( $\left[k\right]=\frac{kg}{Kl}$ )), равный массе вещества, которая выделится при прохождении через электролит заряда равного 1 Кл. Величина $k$ является характеристикой вещества.

Первый закон для электролиза был получен Фарадеем экспериментально.

Формулировка второго закона Фарадея

Электрохимический эквивалент пропорционален молярной массе вещества ( $\mu$ ) и обратно пропорционален величине его химической валентности ( $n$ ). В математическом виде второй закон Фарадея записывают как:

$k=\frac{1}{F}\frac{\mu }{n}\left(2\right),$

где $F=96484$ Кл/моль — постоянная Фарадея, полученная эмпирически. Величину $\frac{\mu }{n}$ называют химическим эквивалентом вещества, она показывает, какая масса вещества требуется для замещения одного моля водорода в химических соединениях.

Иногда второй закон Фарадея формулируют так:

Электрохимические эквиваленты веществ пропорциональны их химическим эквивалентам.

Второй закон Фарадея также относят к эмпирическим законам.

Объединенный закон Фарадея для электролиза

Объединенный закон Фарадея записывают в виде:

$m=\frac{1}{F}\frac{\mu }{n}q\left(3\right)$

Физический смысл выражения (3) заключен в том, что постоянная Фарадея количественно равна заряду, который следует пропустить через всякий электролит для того, чтобы на электродах выделилось вещество в количестве, равном одному химическому эквиваленту.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Электрохимический эквивалент водорода $k_1=1,045\cdot {10}^{-8}$ кг/Кл. Каким будет электрохимический эквивалент хлора, если валентность хлора равна единице ( $n_2=1$ ), относительные атомная массы хлора равна ${\mu }_2=$ 35,45; относительная атомная масса водорода ${\mu }_1=1,008$ ?