Масса вещества выделившегося на электроде в ходе зависит от

Масса вещества выделившегося на электроде в ходе зависит от

m = k • q или m = kIt.

Здесь m — масса выделившегося на электродах вещества, q — заряд, прошедший через электролит, к — коэффициент пропорциональности, называемый электрохимическим эквивалентом.

• Электрохимический эквивалент вещества численно равен массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит заряда 1 Кл. Разные вещества обладают различным значением электрохимического эквивалента.

• В чем заключается физическая основа этого явления?

Неотъемлемой частью огромного количества современных устройств, от мобильных телефонов до автомобилей, являются электрохимические элементы и аккумуляторы.
В гигантских электролитических ваннах, испаряющих ядовитые пары, из расплавленных при высоких температурах бокситов методом электролиза получают алюминий, используемый в дальнейшем для изготовления от обычной банки для колы до авиационной промышленности. Вокруг нас много предметов, покрытие которых осуществлено методом электролиза (ювелирные изделия, хромированные ручки дверей и окон и др.). Не случайно это явление изучается в отдельном разделе науки — электрохимии.

ИССЛЕДОВАНИЕ

1

Какие носители заряда осуществляют электрический ток в растворе?

Оборудование: источник постоянного тока (выпрямитель ВС-24), электролитическая ванна, дистиллированная вода, соль CuCl₂, амперметр, вольтметр, ключ, реостат, соединительные провода.
Ход работы:

1. Соберите электрическую цепь по приведенной схеме.
2. Налейте в электролитическую ванну дистиллированной воды и замкните цепь, наблюдая за показаниями электроизмерительных приборов.
3. Разомкните цепь, добавьте в воду немного соли CuCl₂. Замкнув снова цепь, следите за показаниями приборов.
Обсуждение результата:
• Каков результат вашего опыта?
• Объясните процесс явления электролиза при добавлении в воду соли CuCl₂.
• Какие частицы электроносителей обеспечили электропроводность в солевом растворе?

Явление электролиза. Опыт приводит к следующим выводам:

1. Жидкости, как и газы, могут быть как диэлектриками, так и проводниками.

Закон Фарадея для электролиза

В 1836 году Майкл Фарадей опубликовал выведенные математически количественные характеристики электролиза. Обнаруженные взаимосвязи между количеством прошедшего через электролит электричества и количеством выделившегося при этом вещества впоследствии были названы законами Фарадея для электролиза.

Первый закон

Если пропускать через раствор медного купороса электрический ток в течение определённого количества времени, то на катоде выделяется небольшое количество меди. Однако если пустить ток большей силы, за такое же количество времени на катоде образуется большее количество меди. При увеличении времени и одинаковой силе тока также увеличивается количество меди.

Фарадей установил взаимосвязь массы вещества, силы тока и времени. Математически эта взаимосвязь выражается следующим образом:

• m – масса вещества;
• k – электрохимический эквивалент;
• I – сила тока;
• t – время.

Электрохимический эквивалент – это масса вещества, образованная при прохождении через электролит тока в 1 А за одну секунду. Выражается как соотношение массы вещества к количеству электричества или г/Кл.

Произведение силы тока и времени выражает количество электричества: q = It. Это электрический заряд, измеряемый в кулонах (один ампер к одной секунде). Электрический заряд отражает способность тела быть источником электромагнитного поля и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Соответственно, уравнение Фарадея приобретает вид:

Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству электрического тока, пропущенного через электролит.

Второй закон

Фарадей, пропуская электрический ток одинаковой силы через различные электролиты, заметил, что массы веществ на электродах неодинаковы. Взвесив выделившиеся вещества, Фарадей сделал вывод, что вес зависит от химической природы вещества. Например, на каждый грамм выделенного водорода приходилось 107,9 г серебра, 31,8 г меди, 29,35 г никеля.

На основе полученных данных Фарадей вывел второй закон электролиза: для определённого количества электричества масса химического элемента, образовавшегося на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Она равна массе одного эквивалента – количеству вещества, реагирующему или замещающему 1 моль атомов водорода в химических реакциях:

• μ – молярная масса вещества;
• z – число электронов на один ион (валентное число ионов).

Для выделения одного моля эквивалента затрачивается одинаковое количество электричества – 96485 Кл/моль. Это число называется числом Фарадея и обозначается буквой F.

Согласно второму закону, электрохимический эквивалент прямо пропорционален эквивалентной массе вещества:

k = (1/F) μ_eq или k = (1/zF)μ.

Два закона Фарадея можно привести к общей формуле: m = (q / F) ∙ (μ/z).

Что мы узнали?

Фарадей, проводя реакцию электролиза разных веществ, вывел два закона. Согласно первому закону, масса вещества, осевшего на электрод, прямо пропорциональная количеству электричества, пропущенного через электролит: m = kq. Второй закон отражает взаимосвязь электрохимического эквивалента и эквивалентной массы вещества: k = (1/F) μ_eq. Электрохимический эквивалент – количество выделившегося вещества при прохождении единицы электричества. Эквивалентная масса – количество вещества, реагирующее с 1 молем водорода.

Конкурсные задачи по химии на закон электролиза Фарадея

Лукьянова, Н. П. Конкурсные задачи по химии на закон электролиза Фарадея / Н. П. Лукьянова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 6 (65). — С. 56-62. — URL: https://moluch.ru/archive/65/10723/ (дата обращения: 05.04.2024).

Особенностью среднего образования в России состоит в том, что учащиеся, и их учителя, заинтересованы участвовать в олимпиадах. При подготовке к олимпиадам по химии следует учитывать, что школьникам необходимо уметь эффективно решать расчетные задачи. Среди великого множества разнообразных химических задач наибольшие затруднения вызывают задачи, для решения которых помимо прочных химических знаний требуется неплохо владеть материалом курса физики. И хотя далеко не всегда уделяется внимание решению хотя бы простейших задач с использованием знаний двух курсов — химии и физики, задачи такого типа иногда встречаются на олимпиадах по химии. А потому, не разобрав задачи такого типа на уроках, учитель может неумышленно лишить своего ученика шанса на победу в олимпиаде. Необходимо учитывать, что такого типа задачи будут интересны и доступны для восприятия не всем учащимся. Задачи на закон Фарадея усложненные и не являются типовыми для школьного курса химии.

Все задачи разбиты на 3 уровня—очень простой, средний и сложный. Поэтому этот материал предназначен для широкого круга учащихся—от троечников до медалистов. Поскольку разработка ориентирована, в основном, на практическую подготовку, теоретический материал изложен достаточно кратко. Все предложенные задачи имеют подробные решения, что позволит существенно сэкономить бесценное учительское время.

Теоретические основы закона Фарадея

Электролиз — окислительно-восстановительный процесс, происходящий при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита.

Электролиз водных растворов:

При определении продуктов следует помнить, что

1. На катоде восстанавливающийся продукт зависит от положения металла в ряду стандартных электродных потенциалов:

Li Rb K Ba Ca Na Mg Al | Mn Zn Cr Fe Co Pb H | Cu Hg Ag Pt Au

В растворах солей металлов первой группы восстанавливается только водород.

В растворах солей металлов второй группы параллельно протекает два процесса — восстановления водорода и металла. (В задачах часто имеется в виду, что восстанавливается только катионы металла, а восстановление водорода в данном случае не рассматривают) При электролизе растворов солей металлов третьей группы на катоде восстанавливается только металл.

2. На аноде получающийся продукт зависит как от материала анода, так и от природы аниона. На инертном электроде окисляются Cl¯, Br¯, I¯, S 2 ¯ (анионы бескислородных кислот), OH¯ и RCOO¯ (анионы карбоновых кислот до R₂ + 2CO₂). F¯ и анионы кислородсодержащих кислот (сульфат, нитрат, фосфат-анионы) не подвержены электролизу в водных растворах.

Взаимосвязь между количеством вещества, образовавшегося при электролизе на электроде (катоде или аноде), и количеством электричества, прошедшим через электрическую ячейку, определяется законом Фарадея:

m — масса выделившегося вещества (г);

Э — эквивалентная масса вещества (г/моль), равная отношению молярной массы на количество отдаваемых или принимаемых электронов;

M — молярная масса выделившегося вещества (г/моль);

n — число электронов, принимающих участие в данной реакции;

I — сила тока (А); t — время (c); F — постоянная Фарадея = 96500 Кл/моль.

Условия, ответы и решения задач

Уровень 1

1. Электролиз 100 г водного раствора серной кислоты с мольной долей последней 2.5 % проводили в течении 15 минут. Сила тока была постоянной и равнялась 10 А. Рассчитайте количество электричества, прошедшего через раствор (в Кл).

Ответ: 9000 Кл.

2. Электролиз 100 г водного раствора серной кислоты с мольной долей последней 2.5 % проводили в течении 15 минут. Сила тока была постоянной и равнялась 10 А. Рассчитайте количество электронов, прошедших через раствор.

Ответ:моль.

3. Вычислите массу ртути, выделившейся на катоде при пропускании тока силой 6 А через раствор хлорида ртути в течение 35 минут.

Уровень 2

4. При пропускании постоянного тока силой в 6,4 А в течение 30 минут через расплав хлорида неизвестного металла на катоде выделилось 1.07 г металла (С.О.=+3). Определите состав соли, который подвергли электролизу.

Кл.

моль

По уравнению реакции, количество выделившегося металла в 3 раза меньше количества электронов: моль.

г/моль.

Искомый металл — алюминий.

Ответ:АlСl₃.

5. Электролиз 100 г водного раствора серной кислоты с мольной долей последней 2.5 % проводили в течении 15 минут. Сила тока была постоянной и равнялась 10 А. Рассчитайте массовую долю (в процентах) растворенного вещества в конечном растворе.

моль;

По уравнению реакции количество моль разложившейся воды в два раза меньше количества моль электронов, прошедших через электролизёр в ходе разложения воды:

моль.

г.

г.

г.

Уровень 3

6. При пропускании через 120 мл раствора, содержащего смесь Au(NO₃)₃ иHg(NO₃)₂, сила тока 0,9 А в течение 120 минут на катоде выделилась смесь металлов общей массой 5,99 г. Напишите уравнение электролиза каждой соли и определите молярные концентрации солей в исходном растворе, если известно, что на катоде не выделялись газы, а после окончания электролиза раствор не содержит ионов металлов [1, с 21].

Обозначим количества солей в растворе моль, а

моль. Тогда количества образовавшихся металлов также равны моль, моль.

По условию масса смеси металлов, выделившихся на катоде,

равна 5,99 г, отсюда: г.

Количество электронов, прошедших через раствор:

моль.

Из уравнений восстановления ионов металла следует: моль.

Составим систему из двух уравнений:

решая которую, находим: моль, моль.

Молярные концентрации солей в исходном растворе:

M;

M;

7. Электрохимическое фрезерование сплава (анодную обработку) проводят методом электролиза в водном растворе электролита. Рассчитайте время, необходимое для образования бороздки длинной 10 см, шириной 2 см и глубиной 0,2 см в латуни при токе 100 А и выходе реакции 50 %. Состав латуни: 57 % меди и 43 % цинка (по молям); плотность латуни 8,16 г/см 3 [2, с 243].

При электролизе на аноде протекают процессы:

Количество электронов, пошедшее на окисление латуни:

моль

Общее количество электронов, прошедшее через электролизёр:

моль.

По закону Фарадея

отсюда время, необходимое для образования бороздки:

ч.

Ответ: 0,54 ч [2, с 418].

8. При проведении электролиза водного раствора нитрата ртути, который длился 6 ч 20 минут, силу тока поддерживали постоянной. Через 40 минут с момента начала электролиза на катоде началось выделение газа. Определите массовое содержание соли в исходном растворе, если за время электролиза масса раствора уменьшилась в 1,258 раза [1, с. 84].

По закону Фарадея: .

Отсюда количество моль электронов, прошедших через электролизёр в ходе разложения воды (вторая реакция):

моль.

Тогда моль, и масса раствора уменьшилась на

г.

Общее уменьшение массы раствора:

г.

Пусть исходная масса раствора равна x г, тогда

откуда x = 1804 г.

Содержание нитрата ртути в исходном растворе:

(или 18,0 %).

Ответ: ω (Hg(NO₃)₂) = 18,0 % [1, с 281].

9. К 200 г 16 %-ного раствора сульфата меди прилили 200 г 29,8 %-ного раствора хлорида калия и полученный раствор подвергли электролизу с инертными электродами. Электролиз закончили, когда массовая доля сульфат-ионов в растворе стала равна 5,61 %. Рассчитайте массы продуктов, выделившихся на электродах, и количество электричества, прошедшего через раствор.

моль;

Суммарная масса раствора 400 г; электролиз закончили, когда масса конечного раствора, исходя из массовой доли сульфат-ионов, стала равной:

г.

Для полного выделения меди (0,2 моль) из раствора необходимо 0,4 моль электронов, а хлора (0,4 моль) — 0,8 моль электронов.

Рассчитаем массу раствора при прохождении через электролизёр 0,8 моль электронов (так как число молей электронов, прошедших через электроды одинаково, то на катоде, кроме меди, выделилось 0,2 моль водорода):

г,

что не соответствует условию задачи (342,3 г). Следовательно, электролиз продолжается с разложением воды на обоих электродах.

Выразим массу конечного раствора:

г.

г.

моль, что соответствует 1,8 моль электронов.

По уравнению электролиза воды

рассчитаем массы водорода и кислорода, образующихся при разложении 0,9 моль воды:

г;

г.

Итак, в целом выделилось 12,8 г меди и 0,4+1,8=2,2 г водорода, на аноде — 28,4 г хлора и 14,4 г кислорода, а через электролизёр прошло 0,8+1,8=2,6 моль электронов.

По закону Фарадея количество электричества, прошедшего через раствор:

Кл.

Ответ: на катоде 12,8 г Cu и 2,2 г H₂; на аноде 28,4 г Cl₂ и 14,4 г О₂;

1. Кузьменко Н. Е./ Химия: формула успеха на вступительных экзаменах/ Н. Е. Кузьменко, В. И. Теренин, О. Н. Рыжова, О. В. Архангельская, В. В. Еремин, Е. А. Еремина, Н. В. Зык, С. И. Каргов, Л. И. Ливанцова, Г. Н. Мазо, И. В. Морозов, М. В. Обрезкова, Ф. Н. Путилин.—М.: Издательство Московского университета: Наука, 2006.—337 с.

2. Кузьменко Н. Е./ Вступительные экзамены и олимпиады по химии: опыт Московского университета/ Н. Е. Кузьменко, В. И. Теренин, О. Н. Рыжова, Р. Л. Антипин, О. В. Архангельская, В. В. Еремин, Н. В. Зык, С. И. Каргов, Е. В. Карпова, Л. И. Ливанцова, А. Г. Мажуга, Г. Н. Мазо, И. В. Морозов, М. В. Обрезкова, С. Б. Осин, Д. А. Пичугина, Ф. Н. Путилин.—М.: Издательство Московского университета—М. Издательство Московского университета, 2011.—624 с.

Основные термины (генерируются автоматически): моль, моль электронов, сила тока, исходный раствор, катод, раствор, электролиз, водный раствор, конечный раствор, серная кислота.

Похожие статьи

Окисление фенола под действием окислительной системы.

– раствор серной кислоты с содержанием AgNO3 0,0034 моль/дм3 (4).

Основные термины (генерируются автоматически): свинцовый катод, свинцовый анод, электрический ток, серная кислота, раствор фенола, окислительная система, непрямое электроокисление, моль.

Создание микро- и наносистем с помощью электрохимических.

Как для обычного электролиза, так и электролиза водных растворов высокой плотности тока, явление электрохимического разряда раскрывает замечательные свойства с большим потенциалом для применения в науке и промышленности.

Определение числа электронов при электроокислении.

где С0-концентрация реагента во взятом растворе, (моль/л); V0- объем раствора реагента в электролизере (мл)

Рис. Потенциостатическое определение числа электронов: Кр 1- кривая электролиза реагента; Кр 2 — кривая электролиза фонового электролита.

Химизм процесса электролизного осаждения поливалентных.

Ключевые слова: растворы, марганец, осаждение, параметры, процесс. Анализ существующих методов извлечения Mn (II) из

— вторая камера аппарата (процесс электрофлотации): рН 5,5 − 7,5, времени флотации 10 минут, плотности тока на катодах 80 − 100 А/м2.

Синтез органических производных меди (II)

Вначале получали водные растворы исходных веществ.

Приготовленный раствор смешивали с раствором цитрата калия (15,3 г; 0,05 моль).

Высушенный осадок разделили на две части. К одной из них добавили раствор серной кислоты: осадок сразу растворился с.

Извлечение нефтяных сульфидов и сульфоксидов из.

Помимо указанных растворителей применяли растворы бромида цинка в метаноле, бутаноле и серную кислоту (20–94 %-ную). Те же полярные растворители и их смеси с водой использовали и для экстракции сульфоксидов.

Использование новой технологии электрохимической активации.

С целью повышения выхода по току основного продукта предлагается разделять прикатодные и прианодные области электролита в электролизере

Квантово-химическое исследование форм тяжелых металлов, извлекаемых из водных растворов методом ионной флотации.

• Как издать спецвыпуск?
• Правила оформления статей
• Оплата и скидки

от чего зависит масса вещества выделившаяся на электроде при электролизе

От силы тока и насыщенности раствора.
ЗЫ — тут поправили ПРАВИЛЬНО — и ВРЕМЕНИ.

Сергей БаруздинОракул (95496) 8 лет назад

наверное еще и время.

shockware@mail.ru Оракул (80106) Ну это совсем уж очевидно, она догадается

От Фарадея.

Похожие вопросы

Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.