Количественные законы электролиза. Выход по току

2.1 Законы Фарадея.

Законы электролиза были установлены выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 30-х г. XIX В.

Первый закон электролиза: масса вещества, прореагировавшего на электродах (выделившегося или разложившегося), прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через раствор (или расплав) электролита.

Математическое выражение закона

m = k_ЭQ = kIt или V = k_ЭQ = kIt,

где k_Э– коэффициент пропорциональности или электрохимический эквивалент;

Q– количество электричества, прошедшего через электролит, Кл;

m (V) – массы и объёмы веществ, претерпевших превращения, г (л);

I – сила тока, А;

t – время прохождения тока, с.

Второй закон электролиза: при электролизе различных химических соединений равные количества электричества приводят к электрохимическому превращению эквивалентных количеств веществ:

m₁ ∕ m₂ = Mэ₁ ∕ Mэ₂ или V₁ ∕ V₂ =Vэ₁ ∕ Vэ₂,

где m₁, m₂ и V₁,V₂ – массы и объёмы веществ, претерпевающих изменения в процессе электролиза ;

М_Э1, М_Э2 и V_Э1, V_Э2 – массы эквивалентов и эквивалентные объёмы (н.у.) веществ, претерпевающих превращения.

Измерениями установлено, что для превращения одного эквивалента вещества необходимо количество электричества, равное округленно 96500 Кл.ам. электричества. Эту величину называют числом Фарадея и обозначают буквой F.

Из второго закона Фарадея следует, что если Q = F, m = М_Э или V= V_Э, то:

М_Э ⁄ F = k.

Можно записать уравнение, объединяющее первый и второй законы Фарадея:

.

Выход по току.

При электролизе во многих случаях выделяется меньше вещества, чем должно получиться по законам Фарадея. Этo oбъяcняeтcя тeм, чтo, нaряду c ocнoвными элeктрoдными прoцeccaми oкиcлeния и вoccтaнoвлeния, практически всегда протекают побочные реакции. К их числу можно отнести взаимодействие образовавшихся при электролизе веществ с элeктрoлитoм, выдeлeниe, нaряду c мeтaллoм, нa кaтoдe вoдoрoдa и другие. Кроме того, часть электрической энергии тратится на преодоление сопротивления электролита. Поэтому для экономической оценки процесса электролиза вводят такие понятия, как выход по току и расход энергии на получение единицы продукции энергии.

Выход по токурассчитывается как степень отклонения массы фактически прореагировавшего на электроде вещества m_факт от теоретически рассчитанной по закону Фарадея m_теор:

B_т = (m_факт/ m_теор)·100 %.