Протікання процесів електролізу описується законами електролізу, встановленими англійським вченим М.Фарадеєм (1834).

1. Кількість (електрики) речовини m, що утворюється під дією електричного струму, пропорційна кількості електрики, що пройшла через електроліт Q

M = KQ = KIt (1)

Де І - сила струму

t - час протікання струму в с.

К - коефіцієнт пропорційності, що рівний кількості речовини, що виділяється при проходженні 1 кулона електрики - електрохімічний еквівалент.

K = E/F (2)

Е - хімічний еквівалент

F - число Фарадея F - 96500 Кл або 26,8 А год. Тому

m = EIt/F (3)

2 Кількості різних речовин, виділених однією і тією ж кількістю електрики, пропорційні їх хімічним .еквівалентам.

m1 /m2 = Е1 /Е2 (4)

При практичному1 проведенні електроліза завжди деяка частина електричної енергії витрачається на побічні процеси і втрачається внаслідок недостатньо хороших контактів. Важливою характеристикою установки.для проведення електролізу є величина виходу по струму (%з)

%з = mпракт 100%/ mтеор (5)

де mпракт -кількість фактично виділеної речовини: mтеор - кількість речовини, яка повинна була виділитися за законом Фарадея.

Враховуючу вихід за струмом за формулою (3) можна обчислити масу фактично виділеної речовини:

m = EItз /F (6)

На процес електролізу істотний вплив має величина густини струму, тобто сили струму, що припадає на одиницю робочої поверхні електрода. Звичайно густина струму Іг виражають в а/см2.

Іг = I /S (8)

Де S— площа поверхні електрода.

Приклади розв’язування задач.

Приклад 1..

Скільки грамів міді виділилося на катоді при пропусканні струму в 4А через розчин мідного купоросу протягом 20 хв.

Розв’язання

Використовуючи формулу (3)

m = ECu I t/ F

обчислюємо масу виділеної міді;

m = 32*4*20*60/96500 = 1,592 г

Приклад 2.

Струм, проходячи через розчин кислоти, виділяє за 6 хв. 130 см3 водню, виміряних при 17°С під тиском 98910 Па. Вирахувати силу струму.

Розв’язання.

Масу виділеного водню обчислюємо за рівнянням Клапейрона-Мендєлєєва:

pV = mRT/M (*)

Де с- тиск, Па, V –об’єм, м3, m - маса речовини, г, М - молярна маса речовини, г, R -універсальна газова стала, R = 8,31 Дж/град моль, Ф - температура, К.

Т=17+273=290°К

m = pVM/RT,

m = 98910*2*130 10-6/8,З1*290 = 0,01067 г

За формулою (3) знаходимо силу струму:

M = ECuIt/F > I = mF/EH2t

І = 0,01067*96500/1*6*60 = 2,86 А

Приклад З

Який об’єм кисню при 25°С і тиску 101325 Па виділиться при електролізі сірчаної кислоти за 5 хв струмом в 2.5 А.

Розв’язання

За рівнянням (3) обчислюємо масу виділеного кисню:

m = ЕО2It/ F

m = 2,5*5*60*8/96500 - 0,0622 г

Об’єм виділеного кисню знаходимо за рівнянням Клапейрона-Мендєлєєва:

pV = mRT/M =>V = mRT/Mp

Ф = 25+273 = 298°К

V = 0,0622*8,31*298/101325*32 = 4,75 10-5 м3 або V = 0,0475 л

Приклад 4

При електролізі'розчину NaCl було одержано 400 см3 розчину, що містить 16,00 г NaOH. За той же час в кулонометрі виділилось 18,65 г міді з розчину сірчанокислої міді. Вирахуйте вихід по струму.

Розв’язання

Використовуємо формулу другого закону Фарадея (4)

mNaOH/mCu = ENaOH/ECu

mNaOH = mCu ENaOH/ECu

ENaOH = 40/1 =40, ЕCu = 64/2 =32

mNaOH = 18,65*40/32 = 23,31 г

Ми одержали теоретичну кількість лугу. В дійсності .виділилось 16,00 г Використовуючи (5):

%з = 16,00*100% / 23,31 =68,64%

Приклад 5.

Обчислити катодну густину струму на сітчастому циліндричному електроді, висотою 5см і діаметром Зсм при силі струму 0,2 А.

Розв’язання

Катодну густину обчислюємо, використовуючи формулу (7)

Іг = I/S

S - площа катода

Оскільки катод циліндричний, то площу поверхні визначимо як

S = 2 р r l = р d l

d – діаметр

1 - висота

Так як при електролізі одержання буде відбуватися з двох боків, то загальна поверхня електродів

Sпов-ні = 2S

Sпов-ні = 2*3,14*3*5 = 94,2см2

Тоді

Іг = 0,2 / 94,2 = 0,00212 А/см2

Задачі

1-10

Скільки грамів речовини виділилося на катоді при пропусканні струму І, А через розчин її солі протягом t, хв. Розв’язати задачі, користуючись наступними даними:

№п/п | Речовина | І, А | t, хв

1 | Сu | 2 | 30

2 | Ni | 4,5 | 40

3 | Сг | 3 | 20

4 | А1 | 2,9 | 25

5 | Zn | 5 | 45

6 | Сu | 4 | 15

7 | Ni | 2,5 | 20

8 | Ni | 3 | 35

9 | Сг | 1,5 | 20

10 | Бl | 4 | 40

2. Струм, проходячи через розчин кислоти видяляє з t, хв V, см3 газу А, виміряних при Т°С під тиском р, Па. Вирахувати силу струму, користуючись наступними даними:

№ п/п | Формула газу |

р,Па | V, см3 | Т °С | t, хв

11 | H2 | 80910 | 100 | 25 | 5

12 | O2 | 101325 | 150 | 17 | 15

13 | Cl2 | 98910 | 200 | 20 | 30

14 | F2 | 101325 | 130 | 15 | 21

15 | H2 | 101325 | 120 | 25 | 7

16 | O2 | 80910 | 250 | 20 | 9

17 | Cl2 | 101325 | 220 | 15 | 18

18 | F2 | 98910 | 180 | 25 | 24

19 | O2 | 98910 | 130 | 17 | 16

20 | H2 | 101325 | 160 | 22 | 25

21-30 Який об’єм газу А при температурі Т°С і тиску р, Па виділиться при електролізі за t, хв при проходженні струму І, А.

Розв’язати задачу користуючись наступними даними:

№ п/п | Формула газу

А |