Решение задачи: Законы Фарадея при электролизе

Законы Фарадея для электролиза Электролиз — это процесс протекания окислительно-восстановительных реакций на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. Английский физик Майкл Фарадей в 1833 году установил количественные зависимости этого процесса. Первый закон Фарадея Масса вещества, выделившегося на электроде при электролизе, прямо пропорциональна заряду (количеству электричества), прошедшему через электролит. Формула: \[ m = k \cdot Q \] или, так как \( Q = I \cdot t \): \[ m = k \cdot I \cdot t \] Где: \( m \) — масса выделившегося вещества (кг или г); \( k \) — электрохимический эквивалент вещества (зависит от природы вещества); \( Q \) — электрический заряд (Кл); \( I \) — сила тока (А); \( t \) — время электролиза (с). Второй закон Фарадея Электрохимические эквиваленты различных веществ прямо пропорциональны их химическим эквивалентам. Формула: \[ k = \frac{1}{F} \cdot \frac{M}{n} \] Где: \( M \) — молярная масса вещества (г/моль); \( n \) — валентность (число электронов, участвующих в процессе); \( F \) — постоянная Фарадея, \( F \approx 96485 \) Кл/моль. Объединенный закон Фарадея Объединяя два закона, получаем общую формулу для расчета массы вещества: \[ m = \frac{M \cdot I \cdot t}{n \cdot F} \] Физический смысл постоянной Фарадея Число Фарадея \( F \) численно равно электрическому заряду, который необходимо пропустить через электролит для выделения одного моля эквивалента любого вещества. Пример решения задачи Условие: Какая масса меди выделится на катоде при пропускании тока силой 2 А через раствор сульфата меди в течение 30 минут? (Молярная масса меди \( M = 64 \) г/моль, валентность \( n = 2 \)). Дано: \( I = 2 \) А \( t = 30 \text{ мин} = 1800 \) с \( M = 64 \text{ г/моль} \) \( n = 2 \) \( F = 96500 \text{ Кл/моль} \) Найти: \( m \) — ? Решение: Воспользуемся объединенной формулой: \[ m = \frac{M \cdot I \cdot t}{n \cdot F} \] Подставим значения: \[ m = \frac{64 \cdot 2 \cdot 1800}{2 \cdot 96500} \] \[ m = \frac{115200}{96500} \approx 1,19 \text{ г} \] Ответ: \( m \approx 1,19 \) г.