Định Luật đầu Tiên Của Faraday. EMF Của Cảm ứng Trong Một Dây Dẫn

Có một mối quan hệ giữa khối lượng của chất chuyển đổi trong quá trình điện phân và điện lượng đi qua chất điện phân, được phản ánh trong hai định luật Faraday.

I Định luật Faraday. Đối với bất kỳ quá trình điện cực nào, khối lượng của chất đã biến đổi tỷ lệ thuận với điện lượng đi qua bình điện phân:

m = kQ,(2.10)

ở đâu m là khối lượng của chất quy đổi, g; Q- lượng điện (C), bằng tích của cường độ dòng điện ( Tôi, A) cho thời gian ( t, với); k-đương lượng điện hóa của một chất, biểu thị số gam của chất đó được chuyển hóa bởi một mặt dây điện.

Định luật II Faraday. Khi cho một lượng điện năng bằng nhau đi qua các dung dịch của các chất điện li khác nhau thì khối lượng của mỗi chất đang chuyển hoá tỉ lệ với đương lượng hoá học của nó là m 1:t 2:m 3 ... = m e1: m e2: m e3 ... (ở đâu m e là khối lượng đương lượng của một chất). Nếu khối lượng của một trong các chất được biến đổi trong quá trình truyền một lượng điện năng nhất định bằng khối lượng tương đương của nó ( t 1 = m e1) , thì đối với các chất khác, các đồng đẳng sẽ có giá trị m 2 = m e2, m 3 \ u003d m e3, v.v.

Vì vậy, Để chuyển đổi một khối lượng tương đương của bất kỳ chất nào cũng cần một lượng điện như nhau, được gọi là hằng số Faraday F(96494 C / mol). Hằng số Faraday là điện tích được mang bởi một mol electron hoặc một mol ion mang điện đơn (tức là 6,02 1023 electron hoặc ion mang điện đơn).

Định luật thứ hai của Faraday cũng có thể được viết như sau: Để phóng điện một mol ion ở điện cực qua dung dịch thì cần phải truyền đi bao nhiêu điện tích bằng số điện tích cơ bản của ion đã cho.

Dựa trên định luật Faraday II, người ta có thể viết

k = m e / F.(2.11)

Quan hệ (2.10) và (2.11) ngụ ý phương trình kết hợp của các định luật Faraday:

m =(m e / F)Q =(m e / F)Nó.(2.12)

Nó được sử dụng rộng rãi cho các tính toán khác nhau trong điện hóa học. Đặc biệt, cách chính xác nhất để đo lượng điện đã truyền qua một đoạn mạch là dựa trên định luật Faraday. Nó bao gồm việc xác định khối lượng của chất được giải phóng trong quá trình điện phân ở điện cực. Với mục đích này, các thiết bị được gọi là coulometers được sử dụng. Trong phòng thí nghiệm, người ta dùng một đồng hồ đo bằng đồng, trong đó dung dịch CuSO 4 đã được axit hoá với các điện cực bằng đồng bị điện phân. Điều quan trọng là chỉ có một phản ứng điện hóa xảy ra ở điện cực trong máy đo và sản phẩm thu được có sẵn để xác định định lượng chính xác. Ví dụ, toàn bộ lượng điện đi qua một coul kế bằng đồng được sử dụng để chuyển đồng từ cực dương sang cực âm, trong đó khối lượng của nó được xác định bằng phương pháp trọng lượng.

Để phục vụ mục đích nghiên cứu, người ta sử dụng đồng hồ đo bằng bạc hoặc khí, trong đó thể tích của hỗn hợp (2H 2 + O 2) thu được khi điện phân dung dịch nước KOH.

Việc sử dụng đồng hồ đo giúp xác định phần dòng điện sử dụng hữu ích (tức là dòng điện chi tiêu để thu được một sản phẩm hữu ích), được đặc trưng bởi sản lượng hiện tại. Sản lượng dòng điện là tỷ lệ giữa chất thực tế thu được trong quá trình điện phân với chất được tính toán theo lý thuyết. Thông thường, sản lượng hiện tại η được biểu thị dưới dạng phần trăm. Sau đó:

η = ( m prakt / m lý thuyết) 100%. (2.13)

Người ta có thể tiếp cận phép tính η theo một cách khác. Nếu, trên cơ sở (2.12), lượng điện năng sử dụng được sử dụng được xác định từ khối lượng thực tế được giải phóng của chất Q'Thì η sẽ được biểu thị bằng tỉ số giữa điện năng hữu ích trên tổng điện lượng của nó đã chạy qua đoạn mạch:

η = ( Q’/Q)100%. (2.14)

Định luật Faraday xác nhận khái niệm về bản chất nguyên tử của điện. Những ý tưởng này đã hình thành cơ sở cho việc tính toán hằng số quan trọng nhất - hằng số Avogadro. Mối quan hệ giữa hằng số Faraday F, Avo-gadro N và điện tích của electron e theo tỷ lệ:

F / e = N A (2,15)

Ứng dụng của sự điện phân.Điện phân anot hòa tan được sử dụng để tinh chế kim loại ( tinh chế điện). Trong quá trình điện phân đồng, các tấm đồng tinh khiết được đặt trong máy điện phân như một cực dương (cực âm - các tấm đồng đã được tinh chế điện phân trước đó). Các quá trình sau đây lần lượt xảy ra ở cực dương và cực âm:

Сu (bị ô nhiễm) - 2 ē = Cu 2+,

Сu 2+ + 2 ē = Cu (nguyên chất).

Khi đồng được tinh chế bằng điện, các tạp chất từ ​​các kim loại quý hơn như Ag hoặc Au không đi vào dung dịch và được thu thập ở đáy của bình điện phân. Ô nhiễm từ các kim loại ít quý hơn như Pb, Fe, Zn, như đồng, đi vào dung dịch, nhưng không lắng đọng trên catốt và do đó không gây ô nhiễm đồng lắng đọng trên nó. Ngoài đồng, niken, cadimi, nhôm và các kim loại khác có thể được sử dụng làm cực dương hòa tan.

Điện phân anôt hòa tan được sử dụng trong quá trình mạ điện để phủ một số kim loại bằng các lớp mỏng của những kim loại khác ( mạ điện). Trong trường hợp này, các sản phẩm phủ kim loại là cực âm trong quá trình điện phân, và kim loại phủ được sử dụng làm cực dương. Về mặt công nghệ, điều này rất thuận tiện, vì nồng độ của các ion (muối) trong dung dịch điện phân không thay đổi. Các bề mặt trang trí, chống ăn mòn, làm cứng (mạ crom) được áp dụng điện hóa. Với sự trợ giúp của lớp phủ, kích thước của các bộ phận được phục hồi (sửa chữa). Để đảm bảo lớp phủ được giữ chắc chắn, bề mặt kim loại được làm sạch kỹ lưỡng (mài, đánh bóng) và tẩy dầu mỡ (xử lý bằng dung dịch soda nóng, chà bằng phấn trộn với kiềm, v.v.) trước khi phủ. Để loại bỏ các oxit, bề mặt kim loại được ăn mòn bằng dung dịch axit sunfuric 15 ... 20% trong 10 ... 15 phút. Để loại bỏ lần cuối cùng của màng oxit, bộ phận được làm sạch sự chặt đầu, kết nối trước khi mạ một thời gian ngắn với cực dương. Độ bám dính tốt nhất của lớp phủ với bề mặt kim loại được quan sát đối với lớp phủ có hạt mịn. Cấu trúc lớp phủ mong muốn đạt được bằng cách thay đổi thành phần của chất điện phân và chế độ điện phân: ---------

Nguyên tắc cơ bản> Nhiệm vụ và câu trả lời

Sự điện phân. Định luật Faraday

1 Tìm đương lượng điện hóa của natri. Khối lượng mol của natri m \ u003d 0,023 kg / mol, hóa trị của nó là z \ u003d 1. Hằng số Faraday

Quyết định:

2 Khối lượng cực dương kẽm m \ u003d 5 g được đặt trong một bể điện phân có dòng điện chạy qua Tôi \ u003d 2 A. Sau mấy giờ t anot có được dùng hết để tráng sản phẩm bằng kim loại không? Đương lượng điện hóa của kẽm

Quyết định:

3 Tìm hằng số Faraday nếu khi đi qua bể điện phân tích điện q = 7348 C ở catot thoát ra một khối lượng vàng m \ u003d 5 g. Đương lượng hoá học của vàng A \ u003d 0,066 kg / mol.

Quyết định: Theo luật kết hợp Faraday từ đây

4 Tìm điện tích cơ bản e nếu khối lượng của chất, bằng số đương lượng hóa học, chứa N o = N A / z nguyên tử hoặc phân tử.

Quyết định: Các ion trong dung dịch điện phân mang một số điện tích cơ bản bằng hóa trị z. Khi khối lượng của một chất được giải phóng có giá trị bằng số đương lượng hóa học của nó, thì một điện tích đi qua dung dịch có giá trị bằng hằng số Faraday, tức là Do đó, phí cơ bản

5 Khối lượng mol của bạc m 1 \ u003d 0,108 kg / mol, hóa trị z của nó 1 = 1 và điện hóa tương đương. Tìm đương lượng điện hóa của vàng k2 nếu khối lượng mol của vàng m2 \ u003d 0,197 kg / mol, hóa trị của nó z2 = 3.

Quyết định: Theo định luật thứ hai của Faraday, chúng ta có do đó tương đương điện hóa của vàng

6 Tìm khối lượng các chất được giải phóng theo thời gian t \ u003d 10 giờ trên catốt của ba bể điện phân mắc nối tiếp với mạng điện một chiều. Các cực dương trong bồn tắm - đồng, niken và bạc - được hạ xuống lần lượt vào dung dịch CuS O 4, NiS0 4 và AgN0 3 . Mật độ dòng điện phân j = 40 A / m2, diện tích cực âm trong mỗi bồn tắm S = 500 cm Đương lượng điện hóa của đồng, niken và bạc

Quyết định: Dòng điện trong bồn tắm I = jS. Theo định luật Faraday thứ nhất, khối lượng các chất thoát ra trong quá trình điện phân

7 Khi sản phẩm mạ niken theo thời gian t = 2 giờ độ dày lớp niken lắng đọng l = 0,03 mm. Tìm mật độ dòng điện trong quá trình điện phân. Đương lượng điện hóa của niken, mật độ của nó

Quyết định:

8 Một ampe kế mắc nối tiếp với bình điện phân cho biết cường độ dòng điện io \ u003d 1,5A. Cần điều chỉnh gì đối với số đọc của ampe kế, nếu trong thời gian t \ u003d 10 phút một khối lượng đồng được gửi vào catốt m = 0,316 g? Đương lượng điện hóa của đồng.

Quyết định: Theo định luật Faraday thứ nhất m = kI t , tôi là dòng điện trong mạch; từ đây Tôi = m / kt \ u003d 1.6 A, tức là Số đọc của ampe kế cần được sửa lại.

9 Muốn kiểm tra độ đúng của số chỉ vôn kế, người ta mắc song song một điện trở có điện trở đã biết. R = 30 Om. Mắc nối tiếp, trong mạch điện chung có một bể điện phân, trong đó bạc bị điện phân. Suốt trong t \ u003ngày 5 phút trong bồn tắm này, một khối bạc nổi lên m = 55,6 mg. Vôn kế cho biết hiệu điện thế Vo \ u003d 6 V. Tìm hiệu số giữa số đọc vôn kế và giá trị chính xác của điện áp rơi trên điện trở. Đương lượng điện hóa của bạc.

Quyết định: Theo định luật Faraday thứ nhất m = kl t , tôi là dòng điện trong mạch. Giá trị chính xác của điện áp rơi trên điện trở V = IR = mR / k t \ u003d 4,91 V. Sự khác biệt giữa số đọc vôn kế và giá trị chính xác của điện áp rơi

10 Để bạc thìa qua dung dịch muối bạc theo thời gian t \ u003d 5 giờ hiện tại đã qua Tôi \ u003d 1,8 A. Cực âm là N \ u003d 12 cái thìa, mỗi cái có diện tích bề mặt S = 50 cm2. Lớp bạc đọng trên thìa dày bao nhiêu? Khối lượng mol của bạc m \ u003d 0,108 kg / mol, hóa trị của nó là z \ u003d 1 và mật độ .

Quyết định: Độ dày lớp

11 Hai bể điện phân mắc nối tiếp. Bể thứ nhất chứa dung dịch clorua sắt (FeCl 2 ), trong thứ hai - một dung dịch clorua sắt (FeCl 3 ). Tìm khối lượng sắt thoát ra trên catot và khối lượng clo trên anot trong mỗi bồn tắm khi điện tích đi qua bồn tắm. Khối lượng mol của sắt và clo.

Quyết định: Trong bể thứ nhất, sắt là hóa trị hai (z1 = 2), trong bể thứ hai, nó là hóa trị ba (z2 = 3). Do đó, khi đi qua các dung dịch có điện tích giống hệt nhau, các khối lượng sắt khác nhau được giải phóng trên các catốt: trong lần tắm thứ nhất trong bồn tắm thứ hai Vì hóa trị của nguyên tử clo là z = 1 nên khối lượng clo thoát ra ở cực dương của mỗi bể là

12 Trong quá trình điện phân dung dịch axit sunfuric (CuS O 4 ) công suất tiêu thụ N = 37 W. Tìm điện trở của bình điện phân, nếu trong thời gian t = 50 phút khối lượng hydro được giải phóng m = 0,3 g .Khối lượng mol của hiđro m \ u003d 0,001 kg / mol, giá trị của nó là z \ u003d 1 .

Quyết định:

13 Trong phương pháp điện phân sản xuất niken, W được tiêu thụ trên một đơn vị khối lượng m = 10 kWh h / kg điện năng. Đương lượng điện hóa của niken. Sự điện phân được thực hiện ở hiệu điện thế nào?

Quyết định:

14 Tìm khối lượng của đồng được giải phóng nếu dùng W = 5 kW để thu được bằng phương pháp điện phân H h điện. Sự điện phân được thực hiện ở hiệu điện thế V = 10 V, hiệu suất cài đặt h = 75%. Đương lượng điện hóa của đồng.

Quyết định: hiệu quả cài đặt trong đó q là điện tích đi qua bồn tắm. Khối lượng đồng được giải phóng m = kq; từ đây

15 Điện tích nào đi qua dung dịch axit sunfuric (CuS O 4) trong thời gian t \ u003d 10 giây, nếu dòng điện trong thời gian này tăng đều từ I 1 = 0 cho tôi 2 = 4A? Khối lượng đồng thoát ra ở catot trong trường hợp này là bao nhiêu? Đương lượng điện hóa của đồng.

Quyết định: Dòng điện trung bình Điện tích chảy qua dung dịch Tìm điện tích bằng đồ thị được hiển thị trong hình. 369. Trên đồ thị của dòng điện so với thời gian, vùng được tô bóng bằng số bằng điện tích. Khối lượng đồng lắng đọng ở catốt,

16 Khi luyện đồng bằng phương pháp điện phân, người ta đặt một hiệu điện thế V = 10 V vào bể điện phân mắc nối tiếp, có điện trở tổng R = 0,5 Ôm .Tìm khối lượng đồng nguyên chất thoát ra trên catốt của bể trong thời gian. t = 10h emf sự phân cực e = 6 V. Đương lượng điện hóa của đồng.

Quyết định:

17 Trong quá trình điện phân nước qua bể điện phân một thời gian t = 25 phút hiện tại I \ u003d 20 A. Nhiệt độ là bao nhiêu t khí oxi được giải phóng, nếu nó ở thể tích V = 1 l dưới áp suất p = 0,2 MPa? Khối lượng mol của nước m \ u003d 0,018 kg / mol. Đương lượng điện hóa của oxy.

Quyết định: trong đó R \ u003d 8,31 J / (mol K) là hằng số khí.

18 Trong phương pháp điện phân sản xuất nhôm, W được tiêu thụ trên một đơn vị khối lượng 1 m = 50 kWh h / kg điện năng. Quá trình điện phân được thực hiện ở hiệu điện thế V1 = 1 6,2 V. Công suất tiêu thụ W sẽ là bao nhiêu 2m trên một đơn vị khối lượng ở điện áp V2 = 8, 1 V? Quyết định:

chất điện giải

Định nghĩa 1

Hiện tượng dòng điện ngăn cách các thành phần hóa học của vật dẫn trong quá trình dòng điện chạy qua được gọi là sự điện phân.

Hiện tượng điện phân có thể không xảy ra ở tất cả các vật dẫn. Trong số các chất dẫn điện không xảy ra hiện tượng điện phân có kim loại, than đá và các hợp chất khác (Đây là những chất dẫn điện loại một). Chất dẫn điện có thể xảy ra hiện tượng điện phân được gọi là chất dẫn điện loại hai hay chất điện phân. Chất điện phân bao gồm một số lượng lớn các dung dịch nước của axit, muối, một số hợp chất lỏng và rắn.

Hiện tượng nhiễm điện thường kèm theo các phản ứng hóa học (phản ứng thứ cấp) không liên quan đến dòng điện chạy qua. Trong quá trình điện phân, kim loại và hiđro luôn được giải phóng ở cực âm (cực âm), và phần còn lại của hợp chất hóa học ở cực dương (cực dương). Các thành phần của chất điện phân chỉ được giải phóng ở các điện cực. Hiện tượng phân tách các thành phần chất điện ly trên điện cực trong quá trình dòng điện chạy qua đã được M. Faraday nghiên cứu.

Không nên nhầm lẫn định luật Faraday về sự điện phân với định luật Faraday về cảm ứng điện từ, coi đó là một mạch điện và các lực trong đó. Định luật này đề cập đến sự phụ thuộc của EMF vào tốc độ thay đổi của từ thông.

Hiện tượng nhiễm điện phản ánh việc các phân tử chất tan trong chất điện phân tồn tại thành hai phần: ion cùng dấu dương và ion mang dấu âm. Dưới tác dụng của điện trường ngoài, các ion này chuyển động: ion dương về phía cực âm, các ion âm về phía cực dương. Do đó, khi một ion âm đến cực dương, nó nhường điện tích của nó cho điện cực, dẫn đến sự thay đổi điện tích của nó. Do đó, một số electron nhất định đi qua mạch ngoài. Ion trở nên trung tính và được giải phóng ở cực dương, giống như nguyên tử hoặc phân tử. Một ion dương lấy một số lượng điện tử nhất định từ catốt (càng nhiều càng tốt để trung hòa), tạo ra sự giải phóng nó ở catốt.

Nhận xét 1

Các ion mang dấu điện tích âm nổi bật ở cực dương, chúng được Faraday gọi là anion, và các ion mang điện tích dương được gọi là cation.

Định luật Faraday

Faraday đã thiết lập bằng thực nghiệm hai định luật điện phân cơ bản. Theo định luật thứ nhất, khối lượng của chất $ (m) $ thoát ra ở một trong các điện cực tỉ lệ thuận với điện tích $ (q) $ đã đi qua bình điện phân:

$ m = Kq \ left (1 \ right), $

trong đó $ K $ là đương lượng điện hóa, khác nhau đối với các chất điện phân khác nhau. $ K $ bằng khối lượng của chất điện phân được giải phóng trong quá trình điện tích $ q = 1Kl $ đi qua. Đơn vị cơ bản để đo hệ số điện hóa là $ \ frac (kg) (C) $.

Ngoài ra, Faraday lưu ý rằng đương lượng điện hóa luôn tỷ lệ với khối lượng mol của chất ($ \ mu $) và tỷ lệ nghịch với hóa trị $ (Z) $. Tỉ số $ \ frac (\ mu) (Z) $ được gọi là đương lượng hoá học của một chất.

Theo định luật thứ hai của Faraday: đương lượng điện hóa tỷ lệ thuận với đương lượng hóa học của chất được chọn:

$ K = \ frac (C \ mu) (Z) = \ frac (\ mu) (FZ) \ left (2 \ right), $, trong đó:

• $ C = \ frac (1) (F) $ - giá trị không đổi cho tất cả các chất,
• $ F $ - hằng số Faraday.

Định luật điện phân thứ nhất và thứ hai của Faraday thường được biểu thị bằng cùng một công thức, đó là:

$ m = \ frac (\ mu) (Z) \ frac (q) (F) \ left (3 \ right). $

Thực nghiệm người ta thu được rằng trong SI $ F = 9,65 (\ cdot 10) ^ 4 \ frac (C) (mol) $ là hằng số vật lý cơ bản phản ánh tỷ lệ giữa các tính chất điện hóa và vật lý của một chất. Và được biết rằng:

$ F = q_eN_A \ left (4 \ right), $ trong đó:

• $ q_e $ - điện tích electron,
• $ N_A $ - hằng số Avogadro.

Định luật Faraday có thể được giải thích về độ dẫn ion. Giả sử rằng số ion được giải phóng trên một trong các điện cực trong quá trình điện phân là $ \ nu $, điện tích của một trong các ion là $ q_1 $. Do đó, tổng điện tích truyền qua bình điện phân chịu tác dụng của điện trường ngoài bằng:

$ q = q_1 \ nu \ left (5 \ right). $

Gọi khối lượng của một ion bằng $ m_1 $ thì khối lượng của chất thoát ra trên điện cực bằng:

$ m = m_1 \ nu \ left (6 \ right). $

Express từ (5) $ \ nu $, chúng tôi nhận được:

$ \ nu = \ frac (q) (q_1) \ left (7 \ right). $

Thay (7) thành (6), ta có:

$ m = \ frac (m_1) (q_1) q \ left (8 \ right). $

Biểu thức (8) không là gì ngoài định luật đầu tiên của Faraday, trong đó:

$ K = \ frac (m_1) (q_1) = \ frac (m_1N_A) (q_1N_A) = \ frac (\ mu) (q_1N_A) \ left (9 \ right). $

Hãy so sánh biểu thức (2) và (9), chúng ta nhận được rằng:

$ q_1 = \ frac (ZF) (N_A) \ left (10 \ right). $

Trong biểu thức (10), chúng ta thu được rằng điện tích của một ion trong chất điện phân tỉ lệ với hóa trị của chất $ (Z) $. Kết quả này cho thấy điện tích của các ion là bội số của nhau. Các ion của đơn chất có điện tích cực tiểu bằng điện tích của êlectron.

ví dụ 1

Bài tập: Tìm tốc độ $ v $ mà lớp chất là vật dẫn loại thứ hai tăng lên trên bề mặt phẳng của điện cực trong quá trình điện phân có dòng điện có mật độ bằng $ j $ chạy qua. Giả sử rằng chất điện phân có hóa trị bằng $ Z $, mật độ $ \ rho, \ mol \ khối lượng \ \ mu. $

Quyết định:

Để làm cơ sở cho việc giải quyết vấn đề, chúng tôi áp dụng định luật Faraday kết hợp:

$ m = \ frac (\ mu) (Z) \ frac (q) (F) \ left (1.1 \ right), $

trong đó $ q = It $, $ I $ là cường độ dòng điện chạy qua chất điện phân, $ t $ là thời gian dòng điện chạy qua. Nếu chúng ta giả sử rằng quá trình lắng đọng niken diễn ra đồng đều trên bề mặt kim loại, thì khối lượng của chất kết tủa có thể được viết là:

$ m = \ rho Sh \ left (1.2 \ right), $

trong đó $ \ rho $ là mật độ niken, $ S $ là diện tích bề mặt kim loại, $ h $ là độ dày lớp niken. Cường độ của dòng điện, chúng ta thể hiện qua mật độ của nó:

$ I = jS \ left (1.3 \ right). $

Thay thế trong biểu thức (1.1) cường độ dòng điện từ (1.3) và khối lượng từ (1.2), chúng ta nhận được:

$ \ rho Sh = \ frac (\ mu) (Z) \ frac (jSt) (F) \ to \ rho h = \ frac (\ mu) (Z) \ frac (jt) (F) \ left (1.4 \ đúng). $

Nếu mật độ dòng điện không đổi, thì tốc độ ($ v = \ frac (h) (t) $) của sự gia tăng lớp niken cũng không đổi. Chia cả hai phần của biểu thức (1.4) theo thời gian, ta có:

$ \ rho \ frac (h) (t) = \ frac (\ mu) (Z) \ frac (j) (F) \ to v = \ frac (\ mu) (Z) \ frac (j) (\ rho F). $

Trả lời: $ v = \ frac (\ mu) (Z) \ frac (j) (\ rho F). $

Ví dụ 2

Bài tập: Dòng điện có cường độ $ I $ chạy qua dung dịch điện phân trong thời gian $ t $. Lượng chất $ (\ nu) $ sẽ thoát ra trên catot là bao nhiêu, số nguyên tử $ (N) $ của chất trong trường hợp này là bao nhiêu, nếu kim loại có hoá trị $ Z $.

Quyết định:

Chúng ta hãy lấy định luật Faraday kết hợp làm cơ sở để giải quyết vấn đề:

$ m = \ frac (\ mu) (Z) \ frac (q) (F) \ left (2.1 \ right), $

trong đó $ q = It $, $ I $ là cường độ dòng điện chạy qua chất điện phân, $ t $ là thời gian dòng điện chạy qua. Đồng thời, chúng tôi biết rằng:

$ \ nu = \ frac (m) (\ mu) \ left (2.2 \ right). $

Chia phần bên phải và bên trái của biểu thức (2.1) cho khối lượng mol ($ \ mu $) của chất điện phân, ta được:

$ \ nu = \ frac (1) (Z) \ frac (q) (F) = \ frac (Nó) (ZF) \ left (2.3 \ right), $

trong đó $ q = It. $ Số nguyên tử kết tủa được tìm thấy theo công thức:

$ N = \ nu \ cdot N_A = \ frac (Nó) (ZF) N_A. $

Trả lời: $ \ nu = \ frac (Nó) (ZF), \ N = \ frac (Nó) (ZF) N_A. $

Dòng điện đi qua các dung dịch điện phân góp phần phân hủy các chất và tạo ra vật liệu tinh khiết về mặt hóa học. Quá trình này được gọi là điện phân, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp. Sự biến đổi vật lý của các vật dẫn trong chất lỏng giải thích định luật Faraday cho sự điện phân, trên cơ sở đó cực dương đóng vai trò là điện cực dương và cực âm đóng vai trò là điện cực âm.

Với sự trợ giúp của hiện tượng này, không chỉ làm sạch kim loại khỏi các tạp chất được thực hiện mà còn thực hiện việc phủ các lớp phủ mỏng để bảo vệ và trang trí bề mặt kim loại.

Thực chất của quá trình điện phân

Sự điện phân là quá trình phản ứng oxy hóa khử xảy ra dưới tác dụng cưỡng bức của dòng điện. Để thực hiện, một thùng chứa đặc biệt có dung dịch điện phân được sử dụng, nơi các chân kim loại kết nối với nguồn điện bên ngoài được nhúng vào.

Điện cực nối với cực có giá trị âm của nguồn dòng điện được coi là cực âm. Chính tại nơi này, các hạt điện phân được phục hồi. Điện cực còn lại được nối với cực dương và được gọi là cực dương. Trong khu vực này, vật liệu điện cực hoặc các hạt điện phân bị oxy hóa. Các phản ứng hóa học trong lĩnh vực này xảy ra theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào vật liệu làm anốt và thành phần của dung dịch điện phân. Vì vậy, theo hóa học, các điện cực liên quan đến chất điện ly có thể trơ hoặc hòa tan.

Loại trơ bao gồm các cực dương được làm bằng vật liệu không bị ôxy hóa trong quá trình điện phân. Một ví dụ là điện cực than chì hoặc bạch kim. Hầu hết tất cả các loại cực dương kim loại khác bị oxi hóa trong phản ứng điện phân đều hòa tan.

Chất điện phân thường là những dạng dung dịch khác nhau hoặc nóng chảy, bên trong có sự chuyển động hỗn loạn của các hạt mang điện - ion. Khi có dòng điện tác động lên chúng, chúng bắt đầu chuyển động theo một hướng xác định: các cation - tới cực âm, anion - tới cực dương. Khi chạm vào các điện cực, chúng sẽ mất điện tích và đọng lại trên chúng.

Định luật đầu tiên của Faraday được sử dụng để xác định lượng sản phẩm chính được tạo thành trong quá trình điện phân trên các điện cực. Khối lượng của chất này là tổng khối lượng của tất cả các ion đã rơi trên điện cực. Điều này được khẳng định bởi công thức m = m0 x N = m0 x Qq0 = m0q0 x I x t, trong đó m0 và q0 lần lượt là khối lượng và điện tích của một ion đơn lẻ. N = Qq0 - xác định số ion đập vào điện cực trong quá trình điện tích Q đi qua dung dịch điện phân.

Do đó, giá trị của đương lượng điện hóa k là tỷ số giữa khối lượng m0 của ion của chất đã dùng và điện tích q0 của ion này. Biết rằng giá trị của điện tích của một ion là tích của hóa trị n của chất này và điện tích cơ bản e, nghĩa là, q0 = n x e. Dựa vào đó, đương lượng điện hóa của k sẽ có dạng như sau: k = m0q0 = m0 x NAn x e x NA = 1F x μn. Trong công thức này, NA là hằng số Avogadro, μ là khối lượng mol của chất đã cho. F \ u003d e x NA là hằng số Faraday và là 96485 C / mol.

Trị số của đại lượng này bằng điện tích phải đi qua dung dịch sau điện phân để 1 mol chất có cùng hóa trị thoát ra trên điện cực. Định luật Faraday được coi là điện phân sẽ có dạng một công thức khác: m = 1F x μn x I x t.

Định luật thứ hai của Faraday

Định luật sau đây của nhà khoa học Faraday mô tả cách thức tương đương điện hóa sẽ phụ thuộc vào khối lượng nguyên tử của chất và hóa trị của nó. Hệ số này sẽ tỷ lệ thuận với khối lượng nguyên tử và tỷ lệ nghịch với hóa trị của chất. Với việc đưa ra giá trị này, định luật thứ hai của Faraday được xây dựng dưới dạng tỷ lệ giữa đương lượng điện hóa của một chất và đương lượng hóa học nội tại của những chất này.