Количественные законы электролиза

Реакции электролиза являются такими же химическими реакциями, как и все остальные, т.е. по ним можно производить стехиометрические расчеты. Но для них существуют специфичные количественные соотношения, названные в честь ученого, установившего эти законы.

Законы Фарадея.

1. Масса электролита, подвергшаяся превращению при электролизе, а также массы образующихся на электродах веществ прямо пропорциональны количеству электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита:

, (10.5)

где m - масса выделившегося или подвергшегося превращению вещества,

М_ЭК - эквивалентная масса вещества (г/моль экв),

I - сила тока (а), t - время (с),

F - постоянная Фарадея (96500 Кл /моль экв), т. е. количество электричества, необходимое для выделения или превращения одного моля эквивалента вещества. - электрохимический эквивалент.

При прохождении одного и того же количества электричества через раствор или расплав электролита массы (объемы) веществ, выделившихся на электродах, прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.

Пример 6. Ток силой 6 А проходил в течение 1, 5 часа через разбавленный раствор H₂SO₄. Вычислить массу разложившейся воды и объемы H₂ и O₂, выделившихся на электродах (0 °C и 760 мм рт. ст.).

Решение. В растворе кислота диссоциирует по уравнению: H₂SO₄ = 2Н⁺ + SO₄^2-.

Катод (-): 2Н⁺ + 2ē = Н₂ 2

Анод (+): 2H₂O - 4ē = O₂ + 4H⁺. 1,

2H₂O = 2Н₂ + О₂.

Процессы электролиза подчиняются закону Фарадея (10.5):

= = 3, 02 г.

При вычислении объемов выделившихся газов представим уравнение (10.5) в следующей форме:

V = , (10.6)

где V - объем выделившегося газа, V_ЭК - его эквивалентный объем.

Поскольку при н.у. V_ЭК водорода равен 11, 2 л/моль, а кислорода - 5, 6 л/моль, то получаем:

V(H₂) = = 3, 76 л, V(О₂) = = 1, 88 л.

Пример 7. При электролизе раствора сульфата меди на аноде выделилось 350 мл кислорода (н.у.). Сколько граммов меди выделилось при этом на катоде?

Решение. CuSO₄ = Cu²⁺ + SO₄^2-. Согласно правилам, сформулированным выше:

катод: Cu²⁺ + 2ē = Cu^о 2

анод: 2H₂O - 4ē = O₂ + 4H⁺ 1

2CuSO₄ + 2H₂O = 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄.

Эквивалентный объем кислорода при н.у. составляет 5, 6 л, следовательно, 350 мл составляет 0, 0625 (0, 35/5, 6) моль эквивалентов. Значит, столько же моль эквивалентов меди выделится и на катоде (2-й закон Фарадея). Отсюда находим массу меди:

m = n·M_эк = 0, 0625·31, 77 = 1, 98 г (М_эк(Cu) = M_Cu^·1/2 = 63, 54/2 = 31, 77 г/моль экв).