Notasi matematika dari hukum terpadu Faraday untuk elektrolisis. Hukum Faraday dalam kimia dan fisika - penjelasan singkat dengan kata-kata sederhana

Hukum elektrolisis (hukum Faraday)

Karena bagian arus listrik melalui sistem elektrokimia dikaitkan dengan transformasi kimia, harus ada hubungan tertentu antara jumlah listrik yang mengalir dan jumlah zat yang bereaksi. Itu ditemukan oleh Faraday dan dinyatakan dalam hukum kuantitatif pertama elektrokimia, yang kemudian disebut hukum Faraday.

hukum pertama faraday . Jumlah zat yang diubah selama elektrolisis sebanding dengan jumlah listrik yang telah melewati elektrolit:

Dm = k e q = k e itu ,

Dm adalah jumlah zat yang bereaksi; k e - beberapa koefisien proporsionalitas; q adalah jumlah listrik yang sama dengan produk dari kekuatan arus I dan waktu t. Jika q = It = 1, makaDm = k er, yaitu, koefisien k e adalah jumlah zat yang bereaksi sebagai akibat dari aliran satu satuan jumlah listrik. Koefisien k uhditelepon setara elektrokimia .

Hukum kedua Faraday mencerminkan hubungan yang ada antara jumlah zat yang bereaksi dan sifatnya: dengan jumlah massa listrik yang diteruskan secara konstan berbagai zat, mengalami transformasi pada elektroda (isolasi dari larutan, perubahan valensi), sebanding dengan ekuivalen kimia zat-zat ini:

Dm saya/A saya= konstanta .

Dimungkinkan untuk menggabungkan kedua hukum Faraday dalam bentuk satu hukum umum: untuk ekskresi atau transformasi dengan arus 1 g-eq zat apa pun (1/zmol zat) selalu membutuhkan jumlah listrik yang sama, disebut nomor faraday (atau faraday ):

Dm = itu=Dia .

Nilai bilangan Faraday yang diukur secara akurat

F = 96484,52 ± 0,038 C/g-persamaan.

Begitulah muatan yang dibawa oleh satu gram ekivalen ion jenis apa pun. Mengalikan angka ini denganz (jumlah muatan dasar ion), kita mendapatkan jumlah listrik yang membawa 1 g-ion . Membagi bilangan Faraday dengan bilangan Avogadro, kita mendapatkan muatan satu ion univalen, sama dengan muatan elektron:

e = 96484,52 / (6,022035 × 10 23) = 1,6021913 × 10–19 C.

Hukum yang ditemukan oleh Faraday pada tahun 1833 dipatuhi secara ketat untuk konduktor jenis kedua. Penyimpangan yang diamati dari hukum Faraday terlihat jelas. Mereka sering dikaitkan dengan adanya reaksi elektrokimia paralel yang tidak terhitung. Penyimpangan dari hukum Faraday pabrik industri terkait dengan kebocoran arus, kehilangan zat saat menyemprotkan larutan, dll. Dalam pengaturan teknis, rasio jumlah produk yang diperoleh dengan elektrolisis dengan jumlah yang dihitung berdasarkan hukum Faraday kurang dari satu dan disebut keluaran saat ini :

B T = = .

Dengan hati-hati pengukuran laboratorium untuk reaksi elektrokimia yang jelas, efisiensi arus sama dengan satu(dalam kesalahan eksperimental). Hukum Faraday dipatuhi dengan ketat, jadi ini adalah dasar dari metode yang paling akurat untuk mengukur jumlah listrik yang telah melewati sirkuit, dengan jumlah zat yang dilepaskan pada elektroda. Untuk pengukuran ini, gunakan koulometer . Sistem elektrokimia digunakan sebagai koulometer, di mana tidak ada elektrokimia paralel dan reaksi kimia samping. Menurut metode untuk menentukan jumlah zat yang terbentuk coulometer dibagi menjadi elektrogravimetri, gas dan titrasi. Contoh koulometer elektrogravimetri adalah koulometer perak dan tembaga. Tindakan koulometer perak Richardson, yang merupakan elektroliser

(–) Agï AgNO3× aqï Ag (+) ,

didasarkan pada penimbangan massa perak yang diendapkan pada katoda selama elektrolisis. Ketika melewati 96500 C (1 faraday) listrik, 1 g-persamaan perak (107 g) akan dilepaskan di katoda. Saat lewatn F listrik, massa yang ditentukan secara eksperimental dilepaskan di katoda (Dm ke). Banyaknya faraday listrik yang dilalui ditentukan dari rasio

n = Dm /107 .

Prinsip pengoperasian coulometer tembaga serupa.

Dalam koulometer gas, produk elektrolisis adalah gas, dan jumlah zat yang dilepaskan pada elektroda ditentukan dengan mengukur volumenya. Contoh alat jenis ini adalah coulometer gas berdasarkan reaksi elektrolisis air. Selama elektrolisis, hidrogen dilepaskan di katoda:

2H2O+2 e- \u003d 2OH - + H 2,

dan oksigen di anoda:

H 2 O \u003d 2H + +½ O 2 +2 e – Vadalah volume total gas yang dilepaskan, m3.

Dalam koulometer titrasi, jumlah zat yang terbentuk selama elektrolisis ditentukan secara titrimetri. Jenis koulometer ini termasuk koulometer titrasi Kistyakovsky, yang merupakan sistem elektrokimia

(–) PTï KNO3, HNO3ï Ag (+) .

Selama elektrolisis, anoda perak larut, membentuk ion perak, yang dititrasi. Banyaknya faraday listrik ditentukan dengan rumus

n = mVc ,

di mana m adalah massa larutan, g; V adalah volume titran yang digunakan untuk titrasi 1 g cairan anoda; c – konsentrasi titran, g-eq/cm3.

Dasar-dasar > Tugas dan Jawaban

Elektrolisa. hukum faraday

1 Temukan ekivalen elektrokimia natrium. Massa molar natrium m \u003d 0,023 kg / mol, valensinya z \u003d 1. konstanta faraday

Keputusan:

2 massa anoda seng m \u003d 5 g ditempatkan dalam bak elektrolit yang dilalui arus saya \u003d 2 A. Setelah jam berapa t akankah anoda benar-benar digunakan untuk melapisi produk logam? Setara elektrokimia seng

Keputusan:

3 Temukan konstanta Faraday jika, ketika melewati rendaman elektrolit muatan Q = 7348 C di katoda, sejumlah emas dilepaskan m \u003d 5 g Setara kimia emas A \u003d 0,066 kg / mol.

Keputusan:
Menurut hukum gabungan Faraday

dari sini

4 Temukan dasar muatan listrik e, jika massa zat, yang secara numerik sama dengan ekivalen kimia, mengandung N o = N A /z atom atau molekul.

Keputusan:
Ion dalam larutan elektrolit membawa sejumlah muatan dasar yang sama dengan valensi z. Ketika massa suatu zat dilepaskan yang secara numerik sama dengan ekivalen kimianya, sebuah muatan melewati larutan yang secara numerik sama dengan konstanta Faraday, yaitu.

Oleh karena itu, muatan dasar

5 Massa molar perak m 1 \u003d 0,108 kg / mol, valensinya z 1 = 1 dan ekuivalen elektrokimia. Temukan ekuivalen elektrokimia emas k2 jika masa molar emas m2 \u003d 0,197 kg / mol, valensinya z2 = 3.

Keputusan:
Menurut hukum kedua Faraday, kita memiliki

maka ekuivalen elektrokimia emas

6 Temukan massa zat yang dilepaskan dari waktu ke waktu t \u003d 10 jam pada katoda dari tiga rendaman elektrolit yang terhubung secara seri ke jaringan arus searah. Anoda di bak - tembaga, nikel dan perak - diturunkan masing-masing menjadi larutan CuS O 4, NiS0 4 dan AgN0 3 . Kepadatan Arus Elektrolisis j =40 A/m2, luas katoda di setiap bath S = 500 cm Setara elektrokimia tembaga, nikel, dan perak

Keputusan:
Arus di bak mandi I=jS. Menurut hukum pertama Faraday, massa zat yang dilepaskan selama elektrolisis

7 Ketika produk pelapisan nikel dari waktu ke waktu t = 2 jam ketebalan lapisan nikel yang diendapkan aku = 0,03 mm.
Temukan rapat arus selama elektrolisis. Setara elektrokimia nikel, kepadatannya

Keputusan:

8 Sebuah ammeter yang dirangkai seri dengan sel elektrolisis menunjukkan arus io \u003d 1.5A. Koreksi apa yang harus dilakukan pada pembacaan amperemeter, jika selama ini? t \u003d 10 menit massa tembaga diendapkan pada katoda m = 0,316 gram? Setara elektrokimia tembaga.

Keputusan:
Menurut hukum pertama Faraday m = kI t , di mana I adalah arus dalam rangkaian; dari sini saya = m/kt \u003d 1,6 A, mis. Pembacaan amperemeter perlu diperbaiki.

9 Ingin memeriksa kebenaran pembacaan voltmeter, itu dihubungkan secara paralel dengan resistor dengan resistansi yang diketahui R=30 Ohm. Secara seri, rendaman elektrolitik termasuk dalam sirkuit umum, di mana perak dielektrolisis. Selama t \u003d 5 menit di pemandian ini, banyak perak menonjol m = 55,6 mg. Voltmeter menunjukkan tegangan Vo \u003d 6 V. Temukan perbedaan antara pembacaan voltmeter dan nilai yang tepat jatuh tegangan pada resistor. Setara elektrokimia perak.

Keputusan:
Menurut hukum pertama Faraday m = kl t , di mana I adalah arus dalam rangkaian. Nilai yang tepat dari jatuh tegangan pada resistansi V=IR = mR/k t \u003d 4,91 V. Perbedaan antara pembacaan voltmeter dan nilai pasti dari penurunan tegangan

10 Untuk sendok perak melalui larutan garam perak dari waktu ke waktu t \u003d 5 jam arus dilewatkan saya \u003d 1,8 A. Katodanya adalah n \u003d 12 sendok, yang masing-masing memiliki luas permukaan S =50cm2. Seberapa tebal lapisan perak yang menempel pada sendok? Massa molar perak m \u003d 0,108 kg / mol, valensinya z \u003d 1 dan kepadatan .

Keputusan:
Ketebalan lapisan

11 Dua rendaman elektrolit dihubungkan secara seri. Mandi pertama berisi larutan besi klorida (FeCl 2 ), di detik - larutan besi klorida (FeCl 3 ). Temukan massa besi yang dilepaskan pada katoda dan klorin pada anoda di setiap bak saat muatan melewati bak. Massa molar besi dan klorin.

Keputusan:
Pada rendaman pertama, besi adalah bivalen (z1=2), pada rendaman kedua adalah trivalen (z2 = 3). Oleh karena itu, ketika melewati larutan dengan muatan yang sama, massa besi yang berbeda dilepaskan pada katoda: pada rendaman pertama

di kamar mandi kedua

Karena valensi atom klorin adalah z = 1, maka massa klorin dilepaskan di anoda masing-masing bak

12 Selama elektrolisis larutan asam sulfat (CuS O 4 ) konsumsi daya N=37 W. Temukan hambatan elektrolit, jika dalam waktu t = 50 menit massa hidrogen dilepaskan m = 0,3 g Massa molar hidrogen m \u003d 0,001 kg / mol, valensinya z \u003d 1 .

Keputusan:

13 Dalam metode elektrolitik untuk memproduksi nikel, W dikonsumsi per satuan massa m = 10 kWh h/kg listrik. Setara elektrokimia nikel. Pada tegangan berapa elektrolisis dilakukan?

Keputusan:

14 Temukan massa tembaga yang dibebaskan jika W = 5 kW dihabiskan untuk mendapatkannya dengan metode elektrolitik H listrik. Elektrolisis dilakukan pada tegangan V = 10 V, efisiensi instalasi h = 75%. Setara elektrokimia tembaga.

Keputusan:
efisiensi instalasi

di mana q adalah muatan yang melewati bak. Massa tembaga yang dilepaskan m=kq; dari sini

15 Muatan yang melewati larutan asam sulfat (CuS O 4 ) dalam waktu t \u003d 10 s, jika arus selama waktu ini meningkat secara seragam dari I 1 = 0 sampai I 2 = 4A? Berapa massa tembaga yang dilepaskan di katoda dalam kasus ini? Setara elektrokimia tembaga.

Keputusan:
Arus rata-rata

Muatan yang mengalir melalui larutan

Menemukan muatan secara grafis ditunjukkan pada gambar. 369. Pada grafik arus versus waktu, daerah yang diarsir secara numerik sama dengan muatan. Massa tembaga yang diendapkan di katoda,

16 Ketika pemurnian tembaga dengan elektrolisis, tegangan V = 10 V diterapkan ke bak elektrolit yang terhubung secara seri, memiliki hambatan total R = 0,5 Ohm. Temukan massa tembaga murni yang dilepaskan pada katoda bak selama waktu t = 10j emf polarisasi e = 6 V. Setara elektrokimia tembaga.

Keputusan:

17 Selama elektrolisis air melalui penangas elektrolit untuk sementara waktu t = 25 menit arus I \u003d 20 A. Berapa suhunya t oksigen yang dilepaskan, jika dalam volume V = 1 l di bawah tekanan p = 0,2 MPa? Massa molar air m \u003d 0,018 kg / mol. Setara elektrokimia oksigen.

Keputusan:

di mana R \u003d 8,31 J / (mol K) adalah konstanta gas.

18 Dalam metode elektrolitik untuk memproduksi aluminium, W dikonsumsi per satuan massa 1 m = 50 kWh h/kg listrik. Elektrolisis dilakukan pada tegangan V1 = 1 6.2 V. Berapa konsumsi daya W 2m per satuan massa pada tegangan V2 = 8, 1V?
Keputusan:

proses redoks, secara paksa mengalir di bawah pengaruh arus listrik disebut elektrolisis.

Elektrolisis dilakukan dalam sel elektrolit yang diisi dengan elektrolit, di mana elektroda yang terhubung ke sumber arus eksternal direndam.

Elektroda terhubung ke kutub negatif sumber luar arus disebut katoda. Di katoda, proses reduksi partikel elektrolit berlangsung. Elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif sumber arus disebut anoda. Proses oksidasi partikel elektrolit atau bahan elektroda berlangsung di anoda.

Proses anoda tergantung pada sifat elektrolit dan bahan anoda. Dalam hal ini, elektrolisis dibedakan dengan anoda inert dan larut.

Anoda disebut inert, bahan yang tidak teroksidasi selama elektrolisis. Elektroda inert termasuk, misalnya, grafit (karbon) dan platinum.

Anoda disebut larut, bahan yang dapat dioksidasi selama elektrolisis. Kebanyakan elektroda logam larut.

Larutan atau lelehan dapat digunakan sebagai elektrolit. Dalam larutan elektrolit atau lelehan, ion berada dalam gerakan kacau. Di bawah aksi arus listrik, ion memperoleh gerakan terarah: kation bergerak menuju katoda, dan anion - menuju anoda dan, karenanya, mereka dapat dilepaskan ke elektroda.

Dengan elektrolisis meleleh dengan elektroda inert hanya kation logam yang dapat direduksi di katoda, dan anion dapat dioksidasi di anoda.

Selama elektrolisis air solusi pada katoda, selain kation logam, molekul air dapat direduksi, dan dalam larutan asam, ion hidrogen H +. Dengan demikian, reaksi bersaing berikut mungkin terjadi di katoda:

(-) K: Saya n + + tidak→ Saya

2H2O+2 ē → H2 + 2OH -

2H + + 2 ē → H2

Katoda bereaksi pertama dengan nilai tertinggi potensial elektroda.

Selama elektrolisis air solusi dengan anoda larut, selain oksidasi anion, reaksi oksidasi elektroda itu sendiri, molekul air dan dalam larutan basa ion hidroksida (OH -) dimungkinkan:

(+) J: Saya - n→ Saya n +

oksidasi anion E 0

2H2O-4 ē O2+4H+

4OH - - 4 ē \u003d O 2 + 2H 2 O

Di anoda, reaksi pertama adalah dengan nilai terkecil potensial elektroda.

Untuk reaksi elektroda, potensial kesetimbangan diberikan tanpa adanya arus listrik.

Elektrolisis adalah proses non-kesetimbangan, oleh karena itu potensi reaksi elektroda di bawah arus berbeda dari nilai kesetimbangannya. Perpindahan potensial elektroda dari nilai kesetimbangannya di bawah pengaruh arus eksternal disebut polarisasi elektroda. Besarnya polarisasi disebut tegangan lebih. Besarnya tegangan lebih dipengaruhi oleh banyak faktor: sifat bahan elektroda, rapat arus, suhu, pH lingkungan, dll.

Tegangan lebih dari pengendapan katodik logam relatif kecil.

Dengan tegangan lebih tinggi, sebagai suatu peraturan, proses pembentukan gas, seperti hidrogen dan oksigen, berlangsung. Tegangan lebih hidrogen minimum pada katoda dalam larutan asam diamati untuk Pt (h=0,1 V), dan maksimum untuk timbal, seng, kadmium, dan merkuri. Tegangan lebih berubah ketika larutan asam diganti dengan larutan basa. Misalnya, pada platinum dalam lingkungan basa, tegangan lebih hidrogen adalah h = 0,31 V (lihat Lampiran).

Evolusi oksigen anoda juga dikaitkan dengan tegangan lebih. Tegangan lebih minimum dari evolusi oksigen diamati pada elektroda Pt (h=0,7 V), dan maksimum diamati pada seng, merkuri, dan timbal (lihat Lampiran).

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa selama elektrolisis larutan berair:

1) ion logam tereduksi di katoda, potensial elektrodanya lebih besar daripada potensial reduksi air (-0.82V). Ion logam yang memiliki potensial elektroda negatif lebih dari -0,82V tidak direduksi. Ini termasuk alkali dan logam alkali tanah dan aluminium.

2) pada anoda inert, dengan mempertimbangkan tegangan lebih oksigen, oksidasi anion tersebut terjadi, yang potensinya lebih kecil dari potensi oksidasi air (+1.23V). Anion tersebut termasuk, misalnya, I - , Br - , Cl - , NO 2 - , OH - . Anion CO 3 2-, PO 4 3-, NO 3 -, F - - tidak teroksidasi.

3) selama elektrolisis dengan anoda larut, elektroda dari logam tersebut dilarutkan dalam media netral dan asam, potensial elektrodanya kurang dari + 1,23V, dan dalam basa - kurang dari + 0,413V.

Produk total dari proses di katoda dan anoda adalah zat netral secara elektrik.

Untuk melakukan proses elektrolisis, tegangan harus diterapkan pada elektroda. Tegangan elektrolisis kamu el-za adalah beda potensial yang diperlukan agar reaksi terjadi di katoda dan anoda. Tegangan elektrolisis teoretis ( kamu el-za, theor) tanpa memperhitungkan tegangan lebih, penurunan tegangan ohmik pada penghantar jenis pertama dan pada elektrolit

kamu el-za, teori = E Sebuah - E k, (7)

di mana E Sebuah, E k - potensi reaksi anodik dan katodik.

Hubungan antara jumlah zat yang dilepaskan selama elektrolisis dan jumlah arus yang melewati elektrolit dinyatakan oleh dua hukum Faraday.

I hukum Faraday. Jumlah zat yang terbentuk pada elektroda selama elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah listrik yang telah melewati larutan (meleleh) elektrolit:

di mana k adalah ekuivalen elektrokimia, g/C atau g/A h; Q adalah jumlah listrik, Coulomb, Q=Dia; t-waktu; saya- saat ini, A; F\u003d 96500 C / mol (A s / mol) \u003d 26,8 A h / mol - konstanta Faraday; E adalah massa ekivalen suatu zat, g/mol.

Dalam reaksi elektrokimia, massa ekivalen suatu zat ditentukan oleh:

n adalah jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi elektroda pembentukan zat ini.

II hukum Faraday. Ketika jumlah listrik yang sama melewati elektrolit yang berbeda, massa zat yang dilepaskan pada elektroda sebanding dengan massa ekivalennya:

di mana m 1 dan m 2 – massa zat 1 dan 2, E 1 dan E 2, g/mol – massa ekivalen zat 1 dan 2.

Dalam praktiknya, seringkali karena terjadinya proses redoks yang bersaing, lebih sedikit zat yang terbentuk pada elektroda daripada yang sesuai dengan listrik yang telah melewati larutan.

Untuk mengkarakterisasi hilangnya listrik selama elektrolisis, konsep "Current Output" diperkenalkan. keluaran saat ini di t adalah rasio yang dinyatakan sebagai persentase dari jumlah produk elektrolisis yang sebenarnya diperoleh m fakta. ke yang dihitung secara teoritis m teori:

Contoh 10. Proses apa yang akan terjadi selama elektrolisis larutan natrium sulfat berair dengan anoda karbon? Zat apa yang akan dilepaskan pada elektroda jika elektroda karbon diganti dengan elektroda tembaga?

Keputusan: Dalam larutan natrium sulfat, ion natrium Na + , SO 4 2- dan molekul air dapat berpartisipasi dalam proses elektroda. Elektroda karbon adalah elektroda inert.

Proses pemulihan berikut dimungkinkan pada katoda:

(-) K: Na + + ē → Tidak

2H2O+2 ē → H2 + 2OH -

Di katoda, reaksi dengan nilai potensial elektroda tertinggi berlangsung terlebih dahulu. Oleh karena itu, reduksi molekul air akan terjadi di katoda, disertai dengan pelepasan hidrogen dan pembentukan ion hidroksida OH - di ruang dekat katoda. Ion natrium Na + yang ada di katoda bersama dengan ion OH - akan membentuk larutan alkali NaOH.

(+)A: 2 SO 4 2- - 2 ē → S 2 O 8 2-

2 H 2 O - 4 ē → 4H + + O2 .

Di anoda, reaksi dengan nilai potensial elektroda terendah berlangsung terlebih dahulu. Oleh karena itu, oksidasi molekul air dengan pelepasan oksigen akan berlangsung di anoda, dan ion H+ menumpuk di ruang anoda. Ion SO 4 2- yang ada di anoda dengan ion H + akan membentuk larutan asam sulfat H 2 SO 4 .

Keseluruhan reaksi elektrolisis dinyatakan dengan persamaan:

2 Na 2 SO 4 + 6H 2 O \u003d 2H 2 + 4 NaOH + O 2 + 2H 2 SO 4.

produk katoda produk anoda

Saat mengganti anoda karbon (inert) dengan anoda tembaga, reaksi oksidasi lain menjadi mungkin pada anoda - pembubaran tembaga:

Cu-2 ē → Cu2+

Proses ini dicirikan oleh nilai potensial yang lebih rendah daripada kemungkinan proses anodik lainnya. Oleh karena itu, selama elektrolisis Na 2 SO 4 dengan anoda tembaga, tembaga akan teroksidasi di anoda, dan tembaga sulfat CuSO 4 akan terakumulasi di ruang anoda. Reaksi total elektrolisis dinyatakan dengan persamaan:

Na 2 SO 4 + 2H 2 O + Cu \u003d H 2 + 2 NaOH + CuSO 4.

produk katoda produk anoda

Contoh 11. Buatlah persamaan untuk proses yang terjadi selama elektrolisis larutan nikel klorida NiCl 2 berair dengan anoda inert.

Keputusan: Ion nikel Ni 2+ , Cl - dan molekul air dapat berpartisipasi dalam proses elektroda dalam larutan nikel klorida. Elektroda grafit dapat digunakan sebagai anoda inert.

Reaksi berikut mungkin terjadi di katoda:

(-) K: Ni 2+ + 2 ē → Ni

2H2O+2 ē → H2 + 2OH -

Potensi reaksi pertama lebih tinggi; oleh karena itu, ion nikel direduksi di katoda.

Reaksi berikut mungkin terjadi di anoda:

(+) A: 2 Cl - - 2 ē →Cl2

2H2O-4 ē O2+4H+ .

Menurut potensial elektroda standar di anoda

oksigen harus dilepaskan. Faktanya, karena tegangan oksigen yang tinggi pada elektroda, klorin dilepaskan. Besarnya tegangan lebih tergantung pada bahan dari mana elektroda dibuat. Untuk grafit, tegangan lebih oksigen adalah 1,17 V pada rapat arus 1 A / cm 2, yang meningkatkan potensi oksidasi air menjadi 2,4 V.

Oleh karena itu, elektrolisis larutan nikel klorida berlanjut dengan pembentukan nikel dan klorin:

Ni 2+ + 2Cl - \u003d Ni + Cl 2.

di katoda di anoda

Contoh 12. Hitung massa zat dan volume gas yang dilepaskan pada elektroda inert selama elektrolisis larutan berair perak nitrat AgNO 3 jika waktu elektrolisis 25 menit dan kuat arus 3 A.

Keputusan. Selama elektrolisis larutan AgNO 3 berair dalam kasus anoda yang tidak larut (misalnya, grafit), proses berikut terjadi pada elektroda:

(-) K: Ag + + ē → Ag ,

2H2O+2 ē → H2 + 2OH -.

Potensi reaksi pertama lebih tinggi, oleh karena itu, reduksi ion perak terjadi di katoda.

(+) A: 2H 2 O - 4 ē O2+4H+ ,

anion NO 3 - tidak teroksidasi.

g atau liter l.

tugas

5. Tuliskan reaksi elektrolisis pada elektroda inert dan hitung massa zat yang diperoleh di katoda dan volume gas yang dilepaskan di anoda selama elektrolisis larutan elektrolit, jika waktu elektrolisis 20 menit, kuat arus saya\u003d 2A jika keluaran saat ini adalah V t \u003d 100%. Zat apa yang akan dilepaskan pada elektroda saat mengganti anoda inert dengan anoda logam yang ditentukan dalam tugas?

№№	Elektrolit	elektroda logam
	CuSO4	Cu
	MgCl2	Ni
	Zn(NO 3) 2	Zn
	snf 2	sn
	CdSO4	CD
	FeCl2	Fe
	AgNO3	Ag
	HCl	bersama
	CoSO4	bersama
	NiCl2	Ni

Akhir meja

Untuk menggambarkan proses dalam fisika dan kimia, ada sejumlah hukum dan hubungan yang diperoleh secara eksperimental dan dengan perhitungan. Tidak ada satu studi pun yang dapat dilakukan tanpa penilaian awal dari proses menurut hubungan teoretis. Hukum Faraday diterapkan baik dalam fisika maupun kimia, dan dalam artikel ini kami akan mencoba berbicara secara singkat dan jelas tentang semua penemuan terkenal ilmuwan hebat ini.

Sejarah penemuan

Hukum Faraday dalam elektrodinamika ditemukan oleh dua ilmuwan: Michael Faraday dan Joseph Henry, tetapi Faraday menerbitkan hasil karyanya lebih awal - pada tahun 1831.

Dalam percobaan demonstrasi pada bulan Agustus 1831, ia menggunakan torus besi, di ujung yang berlawanan dililit kawat (satu kawat per sisi). Di ujung salah satu kabel pertama, ia memasok daya dari baterai galvanik, dan menghubungkan galvanometer ke simpul kedua. Desainnya mirip dengan trafo modern. Secara berkala menyalakan dan mematikan tegangan pada kabel pertama, ia mengamati semburan pada galvanometer.

Galvanometer adalah instrumen yang sangat sensitif untuk mengukur arus kecil.

Jadi pengaruhnya ditunjukkan Medan gaya, terbentuk sebagai akibat dari aliran arus di kawat pertama, pada keadaan konduktor kedua. Dampak ini ditransmisikan dari yang pertama ke yang kedua melalui inti - torus logam. Dari hasil penelitian juga ditemukan pengaruh magnet permanen yang bergerak dalam kumparan terhadap lilitannya.

Kemudian Faraday menjelaskan fenomena tersebut induksi elektromagnetik dalam hal garis kekuatan. Yang lainnya adalah instalasi untuk menghasilkan arus searah: piringan tembaga diputar di dekat magnet, dan kawat yang meluncur di sepanjang itu adalah pengumpul arus. Penemuan ini disebut piringan Faraday.

Para ilmuwan pada masa itu tidak menerima ide-ide Faraday, tetapi Maxwell mengambil penelitian untuk membentuk dasar teori magnetnya. Pada tahun 1836, Michael Faraday membangun hubungan untuk proses elektrokimia, yang mereka sebut Hukum Elektrolisis Faraday. Yang pertama menggambarkan rasio massa zat yang dilepaskan pada elektroda dan arus yang mengalir, dan yang kedua menggambarkan rasio massa zat dalam larutan dan massa zat yang dilepaskan pada elektroda, untuk jumlah tertentu. listrik.

Elektrodinamika

Karya pertama diterapkan dalam fisika, khususnya dalam deskripsi pengoperasian mesin dan peralatan listrik (transformator, motor, dll.). Hukum Faraday mengatakan:

Untuk rangkaian, ggl induksi berbanding lurus dengan besarnya kecepatan fluks magnet, yang bergerak melalui kontur ini dengan tanda minus.

Bisa dikatakan dengan kata-kata sederhana: semakin cepat fluks magnet bergerak melalui sirkuit, semakin banyak EMF yang dihasilkan di terminalnya.

Rumusnya terlihat seperti ini:

Di sini dФ adalah fluks magnet, dan dt adalah satuan waktu. Diketahui bahwa turunan pertama terhadap waktu adalah kecepatan. Artinya, kecepatan pergerakan fluks magnet dalam kasus khusus ini. Omong-omong, ia bisa bergerak, seperti sumber medan magnet (kumparan dengan arus - elektromagnet, atau magnet permanen) dan kontur.

Di sini, aliran dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

B adalah medan magnet dan dS adalah luas permukaan.

Jika kita menganggap sebuah kumparan dengan lilitan yang rapat, sedangkan jumlah lilitannya adalah N, maka hukum Faraday terlihat seperti ini:

Fluks magnet dalam rumus untuk satu putaran diukur dalam Weber. Arus yang mengalir dalam rangkaian disebut induktif.

Induksi elektromagnetik adalah fenomena aliran arus dalam rangkaian tertutup di bawah pengaruh medan magnet luar.

Dalam rumus di atas, Anda bisa melihat tanda modulus, tanpa mereka memiliki bentuk yang sedikit berbeda, seperti yang dikatakan dalam rumusan pertama, dengan tanda minus.

Tanda minus menjelaskan aturan Lenz. Arus yang terjadi pada rangkaian tersebut menimbulkan medan magnet, arahnya berlawanan. Ini adalah konsekuensi dari hukum kekekalan energi.

Arah arus induksi dapat ditentukan oleh aturan tangan kanan atau, kami mempertimbangkannya di situs web kami secara rinci.

Seperti yang telah disebutkan, karena fenomena induksi elektromagnetik, mesin listrik, transformator, generator dan motor bekerja. Ilustrasi menunjukkan aliran arus dalam belitan jangkar di bawah pengaruh medan magnet stator. Dalam kasus generator, ketika rotornya berputar oleh gaya eksternal, EMF muncul di belitan rotor, arus menghasilkan medan magnet yang diarahkan secara berlawanan (tanda minus yang sama dalam rumus). Semakin besar arus yang ditarik oleh beban generator, semakin besar medan magnet ini, dan semakin sulit untuk berputar.

Dan sebaliknya - ketika arus mengalir di rotor, muncul medan yang berinteraksi dengan medan stator dan rotor mulai berputar. Ketika poros dimuat, arus di stator dan rotor meningkat, dan perlu untuk memastikan pergantian belitan, tetapi ini adalah topik lain yang terkait dengan desain mesin listrik.

Inti dari operasi transformator, sumber fluks magnet yang bergerak adalah medan magnet bolak-balik yang terjadi sebagai akibat dari aliran arus bolak-balik pada belitan primer.

Jika Anda ingin mempelajari masalah ini lebih detail, kami sarankan menonton video yang menjelaskan Hukum Faraday untuk induksi elektromagnetik dengan mudah dan jelas:

Elektrolisa

Selain penelitian tentang EMF dan induksi elektromagnetik, ilmuwan membuat penemuan besar dalam disiplin ilmu lain, termasuk kimia.

Ketika arus mengalir melalui elektrolit, ion (positif dan negatif) mulai mengalir ke elektroda. Negatif bergerak menuju anoda, positif menuju katoda. Pada saat yang sama, massa tertentu suatu zat dilepaskan pada salah satu elektroda, yang terkandung dalam elektrolit.

Faraday melakukan eksperimen, melewatkan arus yang berbeda melalui elektrolit dan mengukur massa zat yang diendapkan pada elektroda, dan menyimpulkan pola.

m adalah massa zat, q adalah muatan, dan k tergantung pada komposisi elektrolit.

Dan muatan dapat dinyatakan dalam arus selama periode waktu:

saya = q/t, kemudian q = i*t

Sekarang Anda dapat menentukan massa zat yang akan dilepaskan, mengetahui arus dan waktu yang mengalir. Ini disebut Hukum Elektrolisis Pertama Faraday.

Hukum kedua:

Bobot unsur kimia, yang akan mengendap pada elektroda, berbanding lurus dengan massa ekivalen unsur tersebut (massa molar dibagi bilangan yang bergantung pada reaksi kimia di mana zat itu terlibat).

Mengingat hal tersebut di atas, hukum-hukum ini digabungkan ke dalam rumus:

m adalah massa zat yang dilepaskan dalam gram, n adalah jumlah elektron yang dipindahkan dalam proses elektroda, F=986485 C/mol adalah bilangan Faraday, t adalah waktu dalam detik, M adalah massa molar zat g /mol.

Pada kenyataannya, karena alasan-alasan berbeda, massa zat yang dilepaskan kurang dari yang dihitung (saat menghitung dengan mempertimbangkan arus yang mengalir). Rasio massa teoretis dan nyata disebut output saat ini:

B t \u003d 100% * m kal / m teori

Hukum Faraday telah memberikan kontribusi yang signifikan terhadap perkembangan ilmu pengetahuan modern, berkat karyanya kami memiliki motor listrik dan generator listrik (serta karya para pengikutnya). Pekerjaan EMF dan fenomena induksi elektromagnetik memberi kami sebagian besar peralatan listrik modern, termasuk pengeras suara dan mikrofon, yang tanpanya mendengarkan rekaman dan komunikasi suara tidak mungkin dilakukan. Proses elektrolisis digunakan dalam metode galvanik untuk bahan pelapis, yang memiliki nilai dekoratif dan praktis.

Konten terkait:

Suka( 0 ) Saya tidak suka( 0 )