что показывает электрохимический эквивалент

Лекция 1. Законы Фарадея

Описание

4. Выход вещества по току.

5.Способы определения выхода по току при использовании постоянного и импульсного тока.

6.Второй закон Фарадея.

7.Кажущиеся случаи отклонения от законов Фарадея.

Оглавление

1. Первый закон Фарадея

Первый закон Фарадея устанавливает связь между количеством прошедшего через электрохимическую систему электричества и количеством прореагировавшего вещества.

Математически этот закон выражается уравнением:

2. Электрохимический эквивалент.

Электрохимический эквивалент представляет собой количество вещества, прореагировавшего в результате протекания единицы количества электричества.

Электрохимический эквивалент может быть получен расчетным путем, если известна электрохимическая реакция, т.е. исходные вещества и ее продукты. Уравнение для расчета электрохимического эквивалента выглядит следующим образом:

,

где М – молярная масса реагента, n – число электронов, участвующих в реакции, F – число или постоянная Фарадея: F = 96486 ≈96500 Кл/моль.

3. Кулонометры. Классификация кулонометров.

В серебряном кулонометре определяется масса серебра, выделяющаяся

В весовых кулонометрах (к ним относятся серебряные и медные) количество прошедшего в них электричества рассчитывается по изменению массы катода или анода. В объемных кулонометрах расчет производится на основании измерения объема получающихся веществ (газа в водородном кулонометре, жидкой ртути в ртутном кулонометре). В титрационныхкулонометрах количествоэлектричества определяется по данным титрования веществ, образующихся в растворе в результате электродной реакции.

Этиловый спирт добавляют в электролит для получения более мелкокристаллических, компактных катодных осадков и с целью предотвращения окисления медных электродов кулонометра.

О количестве прошедшего электричества судят по изменению массы катода, до и после электролиза.

катодом, а анод готовится из чистого серебра.

В качестве электролита в серебряном кулонометре используется нейтральный или слабокислый 30% раствор нитрата серебра.

Газовый водородно-кислородный кулонометр применяется для приближенных измерений малых количеств электричества. В нем измеряют общий объем водорода и кислорода, выделяющихся при электролизе водного раствора H₂SO₄или NaOH, а из этой величины вычисляют количество прошедшего электричества. Применяют эти кулонометры сравнительно редко, т.к. точность их небольшая, а в работе они менее удобны, чем весовые кулонометры.

Наиболее распространенные из титрационныхкулонометров – йодный

Йодныйкулонометр представляет собой сосуд с разделенными катодным и анодным пространствами платиновоиридиевыми электродами. В анодное отделение вводят концентрированный раствор иодида калия с добавлением соляной кислоты, в катодное отделение – раствор соляной кислоты. При пропускании тока на аноде выделяется йод, который затем титруют тиосульфатом натрия (Na₂S₂O₃). По результатам титрования рассчитывают количество электричества.

4. Выход по току

Часто на электроде протекает не одна электрохимическая реакция, а несколько самостоятельных параллельных реакций. Например, при выделении Zn из кислого раствора ZnSO₄наряду с разрядом ионов Zn:

протекает реакция восстановления ионов гидроксония: 2Н₃О + +2ē → Н₂ + 2H₂O.

Если на электроде протекает несколькопараллельных электрохимических реакций, то I закон Фарадея будет справедлив для каждой из них.

Для практических целей, для того, чтобы учесть какая доля тока или количества прошедшего через электрохимическую систему электричества расходуется на каждую конкретную реакцию введено понятие выхода вещества по току.

Таким образом, ВТ позволяет определить часть количества прошедшего через электрохимическую систему электричества, которая приходится на долю данной электрохимической реакции.

Знание ВТ необходимо, как при решении теоретических вопросов: например, при построении парциальных поляризационных кривых и выяснении механизма электрохимической реакции, так и в практике электроосаждения металлов, неметаллов, сплавов, с целью оценки эффективности технологической операции. ВТ на практике чаще всего определяют делением практической массы вещества на теоретическую массу, определенную по закону Фарадея.

5. Способы определения ВТ при использовании импульсного тока

Если же через границу раздела фаз протекает импульсный ток, то при определении ВТ возникают большие трудности. Единой методики или прибора для определения ВТ при импульсномэлектролизе не существует. Сложность определения ВТ в условиях импульсногоэлектролиза обусловлена тем, что проходящий через систему ток расходуется не только на электрохимическую реакцию, но и на заряжение двойного электрического слоя. Электрический ток, проходящий через границу раздела и вызывающий электрохимическое превращение, называется часто фарадеевским током. Ток заряжения расходуется на заряжение двойного электрического слоя, реорганизацию растворителя, самого реагента, т.е. на все на то, что создает условия для протекания электрохимической реакции, поэтому выражение для общего тока, проходящего через электрохимическую систему, будет выглядеть следующим образом:

I = Iз + Iф, где Iз – ток заряжения, Iф – фарадеевский ток.

Если не требуется определения абсолютных значений ВТ, то в качестве критерия оценки эффективности импульсного электролиза можно использовать отношения количества электричества, затраченного на растворение осадка к количеству электричества, затраченного на его формирование.

6. Второй закон Фарадея.

Второй закон Фарадея является непосредственным следствием первого закона. Во втором законе Фарадея отражена связь, существующая между количеством прореагировавшего вещества и его химической природой.

Согласно второму закону Фарадея:

Математически этот закон выражается уравнением:

Второй закон Фарадея является непосредственным следствием первого закона. Во втором законе Фарадея отражена связь, существующая между количеством прореагировавшего вещества и его химической природой.

Согласно второму закону Фарадея:

7. Кажущиеся случаи отклонения от законов Фарадея

Количество образующегося газообразного хлора всегда меньше, чем это следует по закону Фарадея из-за того, что Cl₂растворяется в электролите и вступает в реакцию гидролиза:

Если учесть массу хлора, прореагировавшего с водой, получим результат, соответствующий рассчитанному по закону Фарадея.

Часто на электроде протекает не одна электрохимическая реакция, а несколько самостоятельных параллельных реакций. Например, при выделении Zn из кислого раствора ZnSO₄наряду с разрядом ионов Zn:

протекает реакция восстановления ионов гидроксония: 2Н₃О + +2ē → Н₂ + 2H₂O.

Если на электроде протекает несколько параллельных электрохимических реакций, то I закон Фарадея будет справедлив для каждой из них.

Источник

§ 35. Электрический ток в электролитах

Оглавление

При изучении предыдущего параграфа вы узнали, что в металлах перенос заряда не сопровождается переносом вещества, а носителями свободных зарядов являются электроны. Но существует класс проводников, прохождение электрического тока в которых всегда сопровождается химическими изменениями и переносом вещества. Какова природа электрического тока в таких проводниках?

Природа электрического тока в электролитах. Из опытов следует, что растворы многих солей, кислот и щелочей, а также расплавы солей и оксидов металлов проводят электрический ток, т. е. являются проводниками. Такие проводники назвали электролитами.

Электролиты — вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток.

Проведём опыт. Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока, лампы накаливания и ванны с дистиллированной водой, в которой находятся два угольных электрода. При замыкании цепи лампа не светится, следовательно, дистиллированная вода не проводит электрический ток. Повторим опыт, добавив в дистиллированную воду сахар. Лампа не светится и в этом случае. Раствор сахара в воде также не является проводником. А теперь добавим в дистиллированную воду небольшое количество соли, например, хлорида меди(II) CuCl₂. В цепи проходит электрический ток, о чём наглядно свидетельствует свечение лампы ( рис. 200 ). Следовательно, раствор соли в воде является проводником электрического тока, т. е. при растворении хлорида меди(II) в дистиллированной воде появились свободные носители электрического заряда.

Ионы Cu 2+ и Cl − в растворе при отсутствии электрического поля движутся беспорядочно. Под действием внешнего электрического поля на беспорядочное движение ионов накладывается их направленное движение ( рис. 201 ). При этом положительно заряженные ионы Cu 2+ движутся к катоду (электроду, подключённому к отрицательному полюсу источника тока), отрицательно заряженные ионы Cl − — к аноду (электроду, подключённому к положительному полюсу источника тока). На аноде будет происходить процесс окисления ионов Cl − до атомов.

Нейтральные атомы образуют молекулы хлора, который выделяется на аноде:

На катоде будет происходить процесс восстановления ионов Cu 2+ до нейтральных атомов и осаждение металлической меди:

Это явление называют электролизом.

Электролиз — процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями, протекающими при прохождении электрического тока через растворы (расплавы) электролитов.

Таким образом, свободные носители электрического заряда в электролитах — положительно и отрицательно заряженные ионы, которые образуются в результате электролитической диссоциации, а проводимость электролитов является ионной. Электролиты относят к проводникам второго рода.

Почему опасно прикасаться голыми руками к неизолированным металлическим проводам, по которым проходит электрический ток?

Закон электролиза Фарадея. Закон электролиза был экспериментально установлен Фарадеем в 1833 г.

Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит:

Массу m вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит электрического заряда q, можно определить, зная массу m₀ одного иона и число N осевших на этом электроде ионов:

где M — молярная масса выделившегося вещества, N_А — постоянная Авогадро.

С другой стороны, число ионов, нейтрализовавшихся на электроде:

Сравнивая формулы (2) и (1), получим

Так как N_А и е – универсальные постоянные, то физическую величину в честь М. Фарадея назвали постоянной Фарадея.

С учётом этого формулу (3) для определения электрохимического эквивалента вещества можно записать в виде:

Используя закон электролиза, можно определить значение заряда электрона в школьной лаборатории. Допустим, что I — сила тока, который проходил через электролит в течение промежутка времени t (можно измерить амперметром). При этом на электроде выделилось вещество, масса которого m (можно измерить, взвесив электрод до и после прохождения тока через электролит). Тогда модуль заряда электрона определяют по формуле.

Техническое применение электролиза. Электролиз нашёл различные применения в промышленности. Рассмотрим некоторые из них.

1. Нанесение защитных и декоративных покрытий на металлические изделия (гальваностегия).

Для предохранения металлов от окисления, а также для придания изделиям прочности и улучшения внешнего вида их покрывают тонким слоем благородных металлов (золотом, серебром) или малоокисляющимися металлами (хромом, никелем). Предмет, подлежащий гальваническому покрытию, например, ложку ( рис. 202 ), погружают в качестве катода в электролитическую ванну. Электролитом является раствор соли металла, которым осуществляется покрытие. Анодом служит пластина из такого же металла. Пропуская через электролитическую ванну в течение определённого промежутка времени электрический ток, ложку покрывают слоем металла нужной толщины. Для наиболее равномерного покрытия ложки её необходимо поместить между двумя или более анодными пластинами. После покрытия ложку вынимают из ванны, сушат и полируют.

2. Производство металлических копий с рельефных моделей (гальванопластика).

Для получения копий предметов (монет, медалей, барельефов и т. п.) делают слепки из какого-нибудь пластичного материала (например, воска). Для придания слепку электропроводности его покрывают графитовой пылью, погружают в электролитическую ванну в качестве катода и получают на нём слой металла нужной толщины. Затем, нагревая, удаляют воск.

Процесс гальванопластики был разработан в 1836 г. русским академиком Б. С. Якоби ( 1801–1874 ).

3. Получение металлов из расплавленных руд и их очистка, электрохимическая обработка металлов.

Процесс очистки металлов происходит в электролитической ванне. Анодом служит металл, подлежащий очистке, катодом — тонкая пластина из чистого металла, а электролитом — раствор соли данного металла. Например, пластину из неочищенной меди помещают в качестве анода в ванну с раствором медного купороса, где катодом служит лист чистой меди ( рис. 203 ). В загрязнённых металлах могут содержаться ценные примеси. Так, в меди часто содержатся никель и серебро. При пропускании через ванну электрического тока медь с анода переходит в раствор, из раствора на катоде выделяется чистая медь, а примеси выпадают в виде осадка или переходят в раствор.

1. Что называют электролитом?

2. Какова природа электрического тока в электролитах?

3. Какой процесс называют электролизом?

4. Приведите примеры использования электролиза.

5. Сформулируйте закон электролиза. Каков физический смысл электрохимического эквивалента?

6. Через электролитическую ванну, наполненную раствором сульфата меди(II) CuSO₄, пропускают электрический ток. Изменится ли масса меди, выделяющейся на катоде за одинаковые промежутки времени, если увеличить напряжение между электродами? увеличить температуру раствора электролита? увеличить концентрацию раствора электролита? Почему?

Решение: Для нахождения температуры водорода воспользуемся уравнением Клапейрона‒Менделеева:

Упражнение 25

Источник

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ» в других словарях:

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ — отношение массы вещества, выделившегося на гальваническом электроде при электролизе, к количеству электричества, прошедшего через электролит. Согласно 2 му Фарадея закону, электрохимический эквивалент вещества пропорционален его химическому… … Большой Энциклопедический словарь

Электрохимический эквивалент — масса вещества, которое должно выделиться на электроде, согласно закону Фарадея, при прохождении через электролит единицы количества электричества: где постоянная Фарадея … Википедия

электрохимический эквивалент — Масса элемента или группы элементов, окисленного или восстановленного с 100 % ной эффективностью прохождением единицы количества электричества. Обычно выражается как грамм на кулон. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ — коэффициент пропорциональности в первом (см.), равный отношению количества вещества М, выделяющегося на электроде при электролизе, к электрическому заряду Q, который прошёл через электролит: k = М / Q. Согласно второму (см.) Э. э. вещества… … Большая политехническая энциклопедия

Электрохимический эквивалент — или электролитический эквивалент. Закон Фарадея (см. Электрохимия) устанавливает строгую зависимость между количеством электричества, прошедшим через раствор или сплав электролитов, и количеством разложенного током вещества. Согласно этому закону … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

электрохимический эквивалент — отношение массы вещества, выделившегося на гальваническом электроде при электролизе, к количеству электричества, прошедшего через электролит. Согласно 2 му Фарадея закону, электрохимический эквивалент вещества пропорционален его химическому… … Энциклопедический словарь

электрохимический эквивалент — [electrochemical equivalent] количество вещества, подвергаемое химическому превращению на электродах в результате прохождения через электролит 1 кулона электричества. Выражается обычно в г/Кл. Электрохимический эквивалент связан с химическим… … Энциклопедический словарь по металлургии

Электрохимический эквивалент — Electrochemical equivalent Электрохимический эквивалент. Масса элемента или группы элементов, окисленного или восстановленного с 100 % эффективностью прохождением единицы количества электричества. Обычно выражается как грамм на кулон. (Источник:… … Словарь металлургических терминов

электрохимический эквивалент — elektrocheminis ekvivalentas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vienetinio elektros kiekio išskiriamas medžiagos kiekis. atitikmenys: angl. electrochemical equivalent vok. elektrochemisches Äquivalent, n rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

электрохимический эквивалент — elektrocheminis ekvivalentas statusas T sritis chemija apibrėžtis Vienetinio elektros kiekio išskiriamas medžiagos kiekis. atitikmenys: angl. electrochemical equivalent rus. электрохимический эквивалент … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

электрохимический эквивалент — elektrocheminis ekvivalentas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electrochemical equivalent vok. elektrochemisches Äquivalent, n rus. электрохимический эквивалент, m pranc. équivalent électrochimique, m … Fizikos terminų žodynas

Источник

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ» в других словарях:

Электрохимический эквивалент — масса вещества, которое должно выделиться на электроде, согласно закону Фарадея, при прохождении через электролит единицы количества электричества: где постоянная Фарадея … Википедия

электрохимический эквивалент — Масса элемента или группы элементов, окисленного или восстановленного с 100 % ной эффективностью прохождением единицы количества электричества. Обычно выражается как грамм на кулон. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ — коэффициент пропорциональности в первом (см.), равный отношению количества вещества М, выделяющегося на электроде при электролизе, к электрическому заряду Q, который прошёл через электролит: k = М / Q. Согласно второму (см.) Э. э. вещества… … Большая политехническая энциклопедия

Электрохимический эквивалент — или электролитический эквивалент. Закон Фарадея (см. Электрохимия) устанавливает строгую зависимость между количеством электричества, прошедшим через раствор или сплав электролитов, и количеством разложенного током вещества. Согласно этому закону … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

электрохимический эквивалент — отношение массы вещества, выделившегося на гальваническом электроде при электролизе, к количеству электричества, прошедшего через электролит. Согласно 2 му Фарадея закону, электрохимический эквивалент вещества пропорционален его химическому… … Энциклопедический словарь

электрохимический эквивалент — [electrochemical equivalent] количество вещества, подвергаемое химическому превращению на электродах в результате прохождения через электролит 1 кулона электричества. Выражается обычно в г/Кл. Электрохимический эквивалент связан с химическим… … Энциклопедический словарь по металлургии

Электрохимический эквивалент — Electrochemical equivalent Электрохимический эквивалент. Масса элемента или группы элементов, окисленного или восстановленного с 100 % эффективностью прохождением единицы количества электричества. Обычно выражается как грамм на кулон. (Источник:… … Словарь металлургических терминов

электрохимический эквивалент — elektrocheminis ekvivalentas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vienetinio elektros kiekio išskiriamas medžiagos kiekis. atitikmenys: angl. electrochemical equivalent vok. elektrochemisches Äquivalent, n rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

электрохимический эквивалент — elektrocheminis ekvivalentas statusas T sritis chemija apibrėžtis Vienetinio elektros kiekio išskiriamas medžiagos kiekis. atitikmenys: angl. electrochemical equivalent rus. электрохимический эквивалент … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

электрохимический эквивалент — elektrocheminis ekvivalentas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electrochemical equivalent vok. elektrochemisches Äquivalent, n rus. электрохимический эквивалент, m pranc. équivalent électrochimique, m … Fizikos terminų žodynas

Источник