Расчёт силы тока и времени электролиза
Силу тока и продолжительность электролиза находят по массе, количеству вещества или объёму образовавшегося продукта. Сначала определяют электрический заряд, прошедший через раствор, а затем используют связь заряда с силой тока и временем.
Основные формулы
Если известен заряд \(q\), то сила тока и время связаны формулой:
Для продукта массой \(m\) заряд вычисляют по первому закону Фарадея: \(q=\frac{mzF}{M}\), где \(M\) — молярная масса вещества, \(z\) — число электронов, участвующих в образовании одной частицы продукта, а \(F\) — постоянная Фарадея, примерно \(96500\ \text{Кл/моль}\). Поэтому:
Число \(z\) находят по полуреакции электрода. Например, для восстановления \(\mathrm{Cu^{2+}}\) до меди: \(\mathrm{Cu^{2+}+2e^-\rightarrow Cu}\), поэтому \(z=2\). Если продукт задан объёмом газа, сначала переходят от объёма к количеству вещества, используя молярный объём или уравнение состояния газа.
При электролизе получили \(6{,}4\ \text{г}\) меди за \(20\ \text{мин}\). Для меди \(M=64\ \text{г/моль}\), \(z=2\). Сила тока: \(I=\frac{mzF}{Mt}=\frac{6{,}4\cdot2\cdot96500}{64\cdot1200}\approx16{,}1\ \text{А}\).
Заряд \(q\) измеряется в кулонах, сила тока \(I\) — в амперах. Нельзя подставлять время в минутах: перед расчётом его переводят в секунды. Сначала можно найти заряд, а затем использовать \(I=q/t\) или \(t=q/I\).
Как изменится время электролиза при неизменной массе продукта, если силу тока увеличить в 2 раза?
Главное
- Связь заряда, силы тока и времени: \(q=It\), \(I=q/t\), \(t=q/I\).
- Для массы продукта: \(I=\frac{mzF}{Mt}\) и \(t=\frac{mzF}{MI}\).
- Время переводят в секунды, а \(z\) определяют по полуреакции электролиза.