2. Электрический ток в электролитах

При прохождении тока через электролит на электродах выделяется вещество, масса которого (первый закон Фарадея), где I — сила тока, время протекания тока,

коэффициент пропорциональности, получивший название электрохимического эквивалента вещества.

Причина электролиза состоит в том, что электролит диссоциирует на ионы, которые движутся под действием электрического поля между электродами и оседают на этих электродах.

В формуле первого закона Фарадея I — полный ток в электролите, равный сумме токов как положительных, так и отрицательных ионов. Обычно это вызывает затруднение у учащихся, которые считают, что к катоду движутся положительные ионы и надо брать ток, равный только току положительных ионов.

Второй закон Фарадея утверждает пропорциональность электрохимических и химических эквивалентов вещества, т. е. Величина где число Фарадея, равное заряду, который должен пройти через электролит, чтобы выделить из него вещество, масса которого численно равна химическому эквиваленту. Химический эквивалент вещества где атомный вес, валентность вещества.

Объединенный закон Фарадея имеет вид

Задачи по электролизу в основном и сводятся к определению входящих в данную формулу величин.

При выделении вещества на электродах возникает так называемая э.д.с. поляризации — Ток в цепи уменьшается и становится равным где напряжение между электродами в электролитической ванне, сопротивление цепи. В большинстве задач в средней школе Епол не учитывают, так как рассматривают случай, когда .

Вначале решают тренировочные задачи типа 725, 726, потом более сложные.

725. При серебрении изделия за на катоде отложилось серебра. Определите силу тока при электролизе.

Решение. По первому закону электролиза откуда Значение берем из таблиц.

Серебро, как и все металлы, откладывается на катоде, так как ионы металла положительные.

726. Сколько никеля выделится при электролизе за время при токе если известно, что атомный вес никеля а валентность

Решение. Массу никеля определяем по объединенному

закону Фарадея

727. При электролизе раствора была затрачена энергия Определить массу выделившегося цинка если напряжение на зажимах ванны

Решение. По первому закону Фарадея Неизвестное значение выразим через работу тока А и напряжение откуда или Тогда Для цинка Учтем также, что .

728. Сколько времени из раствора будет наращиваться слой меди толщиной при плотности тока в электролите поляризации не учитывать.

Решение. В условии задачи не случайно оговорено, что электролиз идет в растворе В этом случае валентность меди и электрохимический эквивалент меди Возможен электролиз и при одновалентных ионах меди.

В формулы по законам электролиза входит сила тока а не плотность тока но площадь поперечного сечения проводника электролита между электродами.

По первому закону Фарадея Отсюда искомая величина Выразим массу через плотность меди и объем где толщина слоя меди, площадь поверхности электрода: Тогда Подставив численные значения получим

729. Определите массу серебра, выделившегося на катоде при электролизе азотнокислого серебра за время если к ванне приложено напряжение сопротивление ванны ом, а э.д.с. поляризации Еиол в.

Решение. По первому закону Фарадея Ток в цепи

с учетом э.д.с. поляризации Вычисления дают значение

730. Определите стоимость получения рафинированной меди, если электролиз идет при напряжении установки тариф поляризации не учитывать.

Решение. Рафинированная медь получается при электролизе т. е. медь здесь двухвалентна. В этом случае Тариф

Стоимость электроэнергии

поэтому

Величину определяем по первому закону Фарадея:

Вычисления дают значение

731. Сколько атомов хлора и железа выделится из раствора хлористого железа при пропускании через электролит в течение тока силой

Решение. Хлор одновалентен Масса выделившегося хлора где число атомов, а масса одного атома хлора. Массу находят по первому закону Фарадея: Из таблиц для хлора Масса одного атома (иона) хлора где А — масса килограмм-атома, число атомов в килограмм-атоме. Известно, что (число Авогадро). Хлор имеет атомный вес

Железо двухвалентно значит, число ионов железа, прошедших через раствор, и число выделившихся атомов в 2 раза меньше числа ионов хлора.

Хлор выделяется на аноде, а железо на катоде.