전기분해에 대한 패러데이의 통일 법칙의 수학적 표기법. 화학 및 물리학의 패러데이 법칙 - 간단한 단어로 된 간단한 설명

전기분해의 법칙(패러데이의 법칙)

왜냐하면 통과 전류전기 화학 시스템을 통해 화학 변환과 관련이 있으므로 흐르는 전기의 양과 반응 물질의 양 사이에는 일정한 관계가 있어야 합니다. 그것은 패러데이에 의해 발견되었으며 나중에 패러데이의 법칙이라고 불리는 전기화학의 첫 번째 양적 법칙으로 표현되었습니다.

패러데이의 첫 번째 법칙 . 전기분해 동안 전환되는 물질의 양은 전해질을 통과한 전기량에 비례합니다.

디m = 케이전자 q = 케이 e 그것 ,

디m은 반응 물질의 양입니다. 케이 e - 일부 비례 계수; q는 전류 강도 I와 시간 t의 곱과 동일한 전력량입니다. q = It = 1이면디m = 케이어, 즉, 계수 케이 e는 단위 전기량의 흐름의 결과로 반응한 물질의 양입니다. 계수 케이음~라고 불리는 전기화학적 등가물 .

패러데이의 두 번째 법칙 반응 물질의 양과 그 성질 사이에 존재하는 관계를 반영합니다. 일정한 양의 전기가 통과하면서 다양한 물질, 전극에서 변형(용액과의 분리, 원자가 변화), 이들 물질의 화학적 당량에 비례:

디중 나/ㅏ 나= 상수 .

두 패러데이 법칙을 하나의 일반 법칙 형태로 결합하는 것이 가능합니다.: 전류 1로 배설 또는 변형을 위해 g-eq 모든 물질(1/z물질의 몰) 항상 같은 양의 전기가 필요합니다. 패러데이 수 (또는 패러데이 ):

디m = 그것=그것 .

정확하게 측정된 패러데이 수 값

에프 = 96484,52 ± 0.038C/g-eq.

이것은 모든 종류의 이온 1그램 당량에 의해 운반되는 전하입니다. 이 숫자를 곱하면지 (이온의 기본 전하 수), 우리는 1을 운반하는 전기량을 얻습니다. 지이온 . 패러데이 수를 아보가드로 수로 나누면 전자의 전하와 동일한 1가 이온의 전하를 얻습니다.

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

1833년 패러데이가 발견한 법칙은 2종 지휘자에 ​​대해 엄격하게 준수됩니다. Faraday의 법칙에서 관찰된 편차가 분명합니다.. 그들은 종종 설명되지 않은 병렬 전기 화학 반응의 존재와 관련이 있습니다. 패러데이 법칙의 편차 산업 플랜트누설 전류, 용액 분무 시 물질 손실 등과 관련됨. 기술적인 설정에서 패러데이의 법칙에 기초하여 계산된 양에 대한 전기분해에 의해 얻어진 생성물의 양의 비율은 1보다 작으며 호출된다 전류 출력 :

B T = = .

조심스럽게 실험실 측정명확한 전기화학 반응 전류 효율을 위해 하나와 같은(실험 오차 이내). 패러데이의 법칙을 엄격히 준수하므로 전극에서 방출되는 물질의 양으로 회로를 통과한 전기량을 측정하는 가장 정확한 방법의 기초가 됩니다. 이러한 측정을 위해 다음을 사용하십시오. 전기량계 . 전기화학 시스템은 병렬 전기화학 및 부화학 반응이 없는 전기량계로 사용됩니다. 형성 물질의 양을 결정하는 방법에 따르면 전기량계는 전자 중량 측정, 가스 및 적정으로 나뉩니다.. 전기중량 전기량계의 예는 은 및 구리 전기량계입니다. 전해조인 Richardson의 은전량계의 작용

(–) Agï AgNO3× 아쿠아ï Ag (+) ,

이는 전기분해 동안 음극에 침착된 은의 질량을 칭량하는 것을 기반으로 합니다. 96500C(1 패러데이)의 전기를 통과하면 1g-eq의 은(107g)이 음극에서 방출됩니다. 통과할 때N전기의 F, 실험적으로 결정된 질량은 음극에서 방출됩니다(디중에게). 전기의 통과 패러데이 수는 비율에서 결정됩니다.

N = 디중 /107 .

구리 전기량계의 작동 원리는 유사합니다.

가스 전량계에서 전기분해 생성물은 가스이며 전극에서 방출되는 물질의 양은 부피를 측정하여 결정됩니다. 이러한 유형의 장치의 예로는 물의 전기분해 반응을 기반으로 하는 가스 전량계가 있습니다. 전기 분해 중에 음극에서 수소가 방출됩니다.

2H2O+2 이자형- \u003d 2OH - + H 2,

양극에서 산소:

H 2 O \u003d 2H + +½ O 2 +2 이자형 – V방출된 가스의 총 부피, m3입니다.

적정 전기량계에서 전기분해 동안 형성된 물질의 양은 적정법으로 결정됩니다. 이 유형의 전기량계에는 전기화학 시스템인 Kistyakovsky 적정 전기량계가 포함됩니다.

(–) 태평양 표준시ï KNO3, HNO3ï Ag (+) .

전기분해 동안 은 양극은 용해되어 은 이온을 형성하고 적정합니다. 전기의 패러데이 수는 다음 공식에 의해 결정됩니다.

N = mVc ,

어디 중용액의 질량, g; V는 양극액 1g의 적정에 사용되는 적정제의 부피입니다. 씨 – 적정제 농도, g-eq/cm3.

기초 > 작업 및 답변

전기분해. 패러데이의 법칙

1 나트륨의 전기화학적 당량을 찾으십시오. 나트륨의 몰 질량중 \u003d 0.023 kg / mol, 원자가 z \u003d 1. 패러데이 상수

해결책:

2 아연 양극 질량중 \u003d 5g을 전류가 통과하는 전해조에 넣습니다.나 \u003d 2 A. 몇 시 이후티 금속 제품을 코팅하는 데 양극이 완전히 소모됩니까? 아연의 전기화학적 등가물

해결책:

3 전하의 전해조를 통과할 때 패러데이 상수를 구하십시오.큐 = 7348 C 음극에서 금 덩어리가 방출됨중 \u003d 5g 금 A \u003d 0.066 kg / mol의 화학 당량.

해결책:
패러데이의 결합법칙에 따르면

여기에서

4 초등학교 찾기 전하 e, 화학적 당량과 수치적으로 동일한 물질의 질량이 N을 포함하는 경우 o = 아니오 /z 원자 또는 분자.

해결책:
전해질 용액의 이온은 원자가 z와 동일한 수의 기본 전하를 운반합니다. 화학적 당량과 수치적으로 동일한 물질의 질량이 방출될 때, 전하는 패러데이 상수, 즉 수치적으로 동일한 용액을 통과합니다.

따라서 기본요금은

5 몰 질량 of 은 m 1 \u003d 0.108 kg / mol, 원자가 z 1 = 1 및 전기화학적 등가물. 다음과 같은 경우 금 k2의 전기 화학적 등가물을 찾으십시오. 몰 질량금 m2 \u003d 0.197 kg / mol, 그 원자가 z2 = 3.

해결책:
패러데이의 제2법칙에 따르면,

따라서 금의 전기화학적 등가물

6 시간이 지남에 따라 방출되는 물질의 질량 찾기티 \u003d 네트워크에 직렬로 연결된 3개의 전해조의 음극에서 10시간 직류. 욕조의 양극(구리, 니켈 및 은)은 각각 CuS 용액으로 낮아집니다. O 4, NiSO 4 및 AgNO 3 . 전기분해 전류 밀도제이 =40 A/m2, 각 수조의 음극 면적에스 = 500 cm 구리, 니켈 및 은의 전기화학적 등가물

해결책:
욕조의 전류 I=jS. 패러데이의 제1법칙에 따르면 전기분해 과정에서 방출되는 물질의 질량은

7 니켈 도금 제품은 시간이 지남에 따라티 = 2시간 증착된 니켈 층 두께엘 =0.03mm.
전기 분해 중 전류 밀도를 찾으십시오. 니켈의 전기화학적 등가물, 밀도

해결책:

8 전해조와 직렬로 연결된 전류계는 전류를 나타냅니다.아이오 \u003d 1.5A. 시간 동안 전류계 판독값을 수정해야 하는 경우티 \u003d 10분 동안 구리 덩어리가 음극에 증착되었습니다.중 = 0.316g? 구리의 전기 화학적 등가물.

해결책:
패러데이의 첫 번째 법칙에 따르면 m = kI티 , 여기서 나는 회로의 전류입니다. 여기에서나는 = m/kt \u003d 1.6A, 즉 전류계 판독값을 수정해야 합니다.

9 전압계 판독 값의 정확성을 확인하기 위해 알려진 저항을 가진 저항과 병렬로 연결되었습니다 R=30 옴. 직렬로 은이 전기분해되는 공통 회로에 전해조가 포함되었습니다. 동안티 \u003d 이 목욕에서 5분 동안 은 덩어리가 눈에 띄었습니다.중 = 55.6mg. 전압계는 전압을 보여주었습니다보 \u003d 6 V. 전압계 판독 값과 정확한 값저항 양단의 전압 강하. 은의 전기화학적 등가물.

해결책:
패러데이의 첫 번째 법칙에 따르면 m = kl티 , 여기서 I는 회로의 전류입니다. 저항 V=IR = mR/k에 걸친 전압 강하의 정확한 값티 \u003d 4.91V. 전압계 판독 값과 전압 강하의 정확한 값 간의 차이

10 시간이 지남에 따라 은염 용액을 통해 은색 숟가락의 경우티 \u003d 5시간의 전류가 흐른다나 \u003d 1.8 A. 음극은 N \u003d 각각 표면적이 있는 12개의 스푼에스 =50cm2. 숟가락에 침착된 은층의 두께는 얼마입니까? 몰 질량 of 은중 \u003d 0.108 kg / mol, 원자가 z \u003d 1 및 밀도 .

해결책:
층 두께

11 두 개의 전해조가 직렬로 연결됩니다. 첫 번째 수조에는 염화 제2철(FeCl 2 ), 두 번째 - 염화 제2철(FeCl) 용액 3 ). 전하가 수조를 통과할 때 각 수조의 음극에서 방출된 철과 양극에서 염소의 질량을 찾으십시오.. 철과 염소의 몰 질량.

해결책:
첫 번째 배스에서 철은 2가(z1=2)이고 두 번째 배스에서 철은 3가(z2 = 3)입니다. 따라서 동일한 전하의 용액을 통과할 때 다른 질량의 철이 음극에서 방출됩니다. 첫 번째 수조에서

두 번째 목욕에서

염소 원자의 원자가가 z=1이므로 염소 덩어리가 각 욕조의 양극에서 방출됩니다.

12 황산(CuS) 용액을 전기분해하는 동안오 4 ) 소비 전력 N=37W. 적시에 전해질의 저항을 찾으십시오.티 = 50분 동안 수소가 방출됨중 = 0.3 g 수소의 몰 질량중 \u003d 0.001 kg / mol, 원자가 z \u003d 1 .

해결책:

13 니켈을 제조하는 전해법에서는 단위질량당 W가 소모된다. m = 10kWh h/kg 전기. 니켈의 전기화학적 등가물. 어떤 전압에서 전기 분해가 수행됩니까?

해결책:

14 W = 5kW를 전해법으로 얻기 위해 소비한 경우 방출된 구리의 질량을 구하십시오.시간 아 전기. 전기 분해는 전압에서 수행됩니다. V =10V, 효율 설치시간 =75%. 구리의 전기 화학적 등가물.

해결책:
능률 설치

여기서 q는 수조를 통과하는 전하입니다. 방출된 구리의 질량 m=kq; 여기에서

15 황산(CuS) 용액을 통과하는 전하량 O 4 ) 시간 t에서 \u003d 10초, 이 시간 동안의 전류가 I에서 균일하게 증가하면 1 = 0 ~ 나 2 = 4A? 이 경우 음극에서 방출되는 구리의 질량은 얼마입니까? 구리의 전기 화학적 등가물.

해결책:
평균 전류

용액을 통해 흐르는 전하

전하를 그래픽으로 찾는 것은 그림 1에 나와 있습니다. 369. 전류 대 시간 그래프에서 음영 영역은 수치적으로 전하와 동일합니다. 음극에 증착된 구리 덩어리,

16 전기분해로 구리를 정제할 때 직렬로 연결된 전해조에 전압 V=10 V를 가하고 총 저항 R = 0.5 Ohm 시간 동안 욕조의 음극에서 방출되는 순수 구리의 질량을 구하십시오티 =10시간 전자파 양극화이자형 = 6V. 구리의 전기화학적 등가물.

해결책:

17 일정 시간 동안 전해욕을 통해 물을 전기분해하는 동안 t = 25분 전류 I \u003d 20 A. 온도는 얼마입니까?티 방출된 산소, 압력 p = 0.2 MPa에서 부피 V = 1 l인 경우? 물의 몰 질량중 \u003d 0.018 kg / mol. 산소의 전기화학적 당량.

해결책:

여기서 R \u003d 8.31 J / (mol K)는 기체 상수입니다.

18 알루미늄을 제조하는 전해법에서는 단위질량당 W가 소모된다. 1m = 50kWh h/kg 전기. 전기 분해는 전압 V1 =에서 수행됩니다. 1 6.2 V. 소비 전력은 얼마입니까 W 2m 전압 V2 = 8에서 단위 질량당, 1V?
해결책:

산화 환원 과정, 억지로전류의 영향으로 흐르는 것을 전기 분해라고합니다.

전기분해는 외부 전류원에 연결된 전극이 잠긴 전해질로 채워진 전해조에서 수행됩니다.

음극에 연결된 전극 외부 소스전류가 호출됩니다 음극. 음극에서는 전해질 입자의 환원 과정이 일어납니다. 전류원의 양극에 연결된 전극을 양극. 전해질 입자 또는 전극 물질의 산화 과정은 양극에서 발생합니다.

양극 공정은 전해질과 양극 물질의 특성에 따라 다릅니다. 이와 관련하여 전기 분해는 불활성 및 가용성 양극과 구별됩니다.

양극은 불활성이라고 하며 그 물질은 전기분해 중에 산화되지 않습니다. 불활성 전극에는 예를 들어 흑연(탄소) 및 백금이 포함됩니다.

양극은 용해성이라고 하며, 그 물질은 전기분해 중에 산화될 수 있습니다. 대부분의 금속 전극은 용해됩니다.

용액 또는 용융물을 전해질로 사용할 수 있습니다. 전해질 용액이나 용융물에서 이온은 혼돈 운동을 합니다. 전류의 작용에 따라 이온은 지향 운동을 얻습니다. 양이온은 음극으로 이동하고 음이온은 양극으로 이동하므로 전극에서 방전될 수 있습니다.

전기분해로 불활성 전극으로 녹는다금속 양이온만 음극에서 환원될 수 있고 음이온은 양극에서 산화될 수 있습니다.

물을 전기분해하는 동안 솔루션음극에서는 금속 양이온 외에도 물 분자가 감소하고 산성 용액에서는 수소 이온 H +가 감소할 수 있습니다. 따라서 음극에서 다음과 같은 경쟁 반응이 가능합니다.

(-) 케이: 나 N + + 네→ 나

2H2O+2 ē → H 2 + 2OH -

2시간 + + 2 ē → H2

음극은 다음과 먼저 반응합니다. 가장 높은 가치전극 전위.

물을 전기분해하는 동안 용해성 양극이 있는 솔루션, 음이온의 산화 외에도 전극 자체의 산화 반응, 물 분자 및 수산화 이온 (OH -)의 알칼리성 용액에서 가능합니다.

(+) A: 나 - n ē→ 나 N +

음이온 산화 이자형 0

2H2O-4 ē O2+4H+

4OH - - 4 ē \u003d O 2 + 2H 2 O

양극에서 첫 번째 반응은 다음과 같습니다. 가장 작은 값전극 전위.

전극 반응의 경우 전류가 없을 때 평형 전위가 제공됩니다.

전기분해는 비평형 과정이므로 전류 하에서 전극 반응의 전위는 평형 값과 다릅니다. 외부 전류의 영향으로 평형 값에서 전극 전위의 변위를 전극 분극이라고 합니다. 분극의 양을 과전압이라고 합니다. 과전압의 크기는 전극 재료의 특성, 전류 밀도, 온도, pH 환경 등 많은 요인의 영향을 받습니다.

금속의 음극 침전의 과전압은 상대적으로 작습니다.

일반적으로 과전압이 높으면 수소 및 산소와 같은 가스 형성 과정이 진행됩니다. 산성 용액의 음극에서 최소 수소 과전압은 Pt(h=0.1V)에 대해 관찰되고 최대값은 납, 아연, 카드뮴 및 수은에 대해 관찰됩니다. 산성 용액을 알칼리성 용액으로 교체하면 과전압이 변합니다. 예를 들어 알칼리 환경의 백금에서 수소 과전압은 h = 0.31V입니다(부록 참조).

양극 산소 발생은 과전압과도 관련이 있습니다. 산소 발생의 최소 과전압은 Pt 전극(h=0.7V)에서 관찰되고 최대값은 아연, 수은 및 납에서 관찰됩니다(부록 참조).

전술한 내용으로부터 수용액의 전기분해 동안 다음이 따른다.

1) 금속 이온은 음극에서 환원되며 전극 전위는 물 환원 전위(-0.82V)보다 크다. -0.82V보다 더 많은 음극 전위를 갖는 금속 이온은 환원되지 않는다. 여기에는 알칼리와 알칼리 토금속및 알루미늄.

2) 불활성 양극에서 산소의 과전압을 고려하면 이러한 음이온의 산화가 발생하며 그 전위는 물 산화 전위(+1.23V)보다 낮습니다. 이러한 음이온은 예를 들어 I - , Br - , Cl - , NO 2 - , OH - 를 포함합니다. 음이온 CO 3 2-, PO 4 3-, NO 3 -, F -는 산화되지 않습니다.

3) 가용성 양극으로 전기 분해하는 동안 해당 금속의 전극은 전극 전위가 + 1.23V 미만이고 알칼리성 - + 0.413V 미만인 중성 및 산성 매질에 용해됩니다.

캐소드와 애노드 공정의 총 생성물은 전기적으로 중성인 물질입니다.

전기분해 과정을 수행하려면 전극에 전압을 인가해야 합니다. 전기분해 전압 유 el-za는 음극과 양극에서 일어나는 반응에 필요한 전위차입니다. 이론상 전기분해 전압( 유 el-za, theor) 과전압, 첫 번째 종류의 도체 및 전해질의 옴 전압 강하를 고려하지 않고

유엘자, 이론 = 이자형하지만 - 이자형 k, (7)

어디 이자형하지만, 이자형 k - 양극 및 음극 반응의 잠재력.

전기분해 동안 방출되는 물질의 양과 전해질을 통과하는 전류의 양 사이의 관계는 두 개의 패러데이 법칙으로 표현됩니다.

나 패러데이의 법칙.전기분해 동안 전극에 형성되는 물질의 양은 전해질 용액(용해)을 통과한 전기량에 정비례합니다.

어디 케이는 전기화학적 당량, g/C 또는 g/Ah이고; 큐는 전기량, 쿨롱, 큐=그것; 티-시간, s; 나- 현재, A; 에프\u003d 96500 C / mol (A s / mol) \u003d 26.8 A h / mol - 패러데이 상수; E는 물질의 등가 질량, g / mol입니다.

전기 화학 반응에서 물질의 등가 질량은 다음과 같이 결정됩니다.

N는 이 물질 형성의 전극 반응에 관여하는 전자의 수입니다.

II 패러데이의 법칙.동일한 양의 전기가 다른 전해질을 통과할 때 전극에서 방출되는 물질의 질량은 등가 질량에 비례합니다.

어디 중 1 및 중 2 – 물질 1과 2의 질량, E 1과 E 2, g/mol – 물질 1과 2의 등가 질량.

실제로, 종종 경쟁적인 산화환원 과정의 발생으로 인해 용액을 통과한 전기에 해당하는 것보다 전극에 더 적은 물질이 형성됩니다.

전기분해 중 전기 손실을 특성화하기 위해 "전류 출력" 개념이 도입되었습니다. 전류 출력 에서실제 얻어진 전기분해 생성물의 양에 대한 백분율로 나타낸 비율이다. 중사실. 이론적으로 계산된 중이론:

실시예 10. 탄소 양극으로 황산나트륨 수용액을 전기분해하는 동안 어떤 과정이 일어날까요? 탄소 전극을 구리 전극으로 교체하면 전극에서 어떤 물질이 방출됩니까?

해결책:황산나트륨 용액에서 나트륨 이온 Na + , SO 4 2- 및 물 분자는 전극 공정에 참여할 수 있습니다. 탄소 전극은 불활성 전극입니다.

음극에서는 다음과 같은 복구 프로세스가 가능합니다.

(-) K: 나 + + ē → 나

2H2O+2 ē → H 2 + 2OH -

음극에서는 전극 전위가 가장 높은 반응이 먼저 진행됩니다. 따라서 물 분자의 환원은 음극에서 발생하며, 수소의 방출과 음극 근처 공간에서 수산화 이온 OH의 형성과 함께 발생합니다. 음극에 존재하는 나트륨 이온 Na +는 OH 이온과 함께 알칼리 용액 NaOH를 형성합니다.

(+)A: 2 SO 4 2- - 2 ē → 에스 2 O 8 2-

2 H 2 O - 4 ē → 4H + + O 2 .

양극에서는 전극 전위가 가장 낮은 반응이 먼저 진행됩니다. 따라서 산소의 방출과 함께 물 분자의 산화가 양극에서 진행되고 H + 이온이 양극 공간에 축적됩니다. H + 이온과 함께 양극에 존재하는 SO 4 2- 이온은 황산 H 2 SO 4 용액을 형성할 것입니다.

전기 분해의 전체 반응은 다음 방정식으로 표현됩니다.

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

양극 제품 양극 제품

탄소(비활성) 양극을 구리 양극으로 교체하면 양극에서 또 다른 산화 반응이 가능해집니다. 즉, 구리가 용해됩니다.

Cu-2 ē → Cu2+

이 공정은 다른 가능한 양극 공정보다 낮은 전위 값을 특징으로 합니다. 따라서 Na 2 SO 4 를 구리 양극으로 전기분해하는 동안 양극에서 구리가 산화되고 양극 공간에 황산구리 CuSO 4 가 축적됩니다. 전기분해의 총 반응은 다음 방정식으로 표현됩니다.

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

양극 제품 양극 제품

실시예 11. 불활성 양극으로 염화니켈 NiCl 2 수용액을 전기분해하는 동안 발생하는 과정에 대한 방정식을 만드십시오.

해결책:니켈 이온 Ni 2+ , Cl - 및 물 분자는 염화니켈 용액에서 전극 공정에 참여할 수 있습니다. 흑연 전극을 불활성 양극으로 사용할 수 있습니다.

음극에서는 다음과 같은 반응이 가능합니다.

(-) K: Ni 2+ + 2 ē → 니

2H2O+2 ē → H 2 + 2OH -

첫 번째 반응의 전위가 더 높기 때문에 음극에서 니켈 이온이 환원됩니다.

양극에서 다음과 같은 반응이 가능합니다.

(+) A: 2 Cl - - 2 ē →Cl2

2H2O-4 ē O2+4H+ .

양극의 표준 전극 전위에 따라

산소를 방출해야 합니다. 실제로 전극의 높은 산소 과전압으로 인해 염소가 방출됩니다. 과전압의 크기는 전극이 만들어지는 재료에 따라 다릅니다. 흑연의 경우 산소 과전압은 1A/cm2의 전류 밀도에서 1.17V로 물 산화 가능성이 2.4V로 증가합니다.

따라서 염화니켈 용액의 전기분해는 니켈과 염소의 형성으로 진행됩니다.

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

양극에서 음극에서

실시예 12. 전기분해 시간이 25분이고 전류 세기가 3A인 경우 질산은 AgNO 3 수용액을 전기분해하는 동안 물질의 질량과 불활성 전극에서 방출되는 가스의 부피를 계산하십시오.

해결책.불용성 양극(예: 흑연)의 경우 AgNO 3 수용액을 전기분해하는 동안 전극에서 다음 프로세스가 발생합니다.

(-) K: Ag + + ē → 은 ,

2H2O+2 ē → H 2 + 2OH -.

첫 번째 반응의 전위가 높으므로 은 이온의 환원이 음극에서 발생합니다.

(+) A: 2H 2 O - 4 ē O2+4H+ ,

음이온 NO 3 - 산화되지 않음.

g 또는 리터 엘.

작업

5. 불활성 전극에 대한 전기분해 반응을 기록하고 전해질 용액을 전기분해하는 동안 음극에서 얻은 물질의 질량과 양극에서 방출되는 기체의 부피를 계산하고, 전기분해 시간이 20분이면 전류 강도 나현재 출력이 V t \u003d 100%인 경우 \u003d 2A. 불활성 양극을 작업에 지정된 금속 양극으로 교체할 때 전극에서 어떤 물질이 방출됩니까?

№№	전해질	금속 전극
	CuSO4	구
	마그네슘 2	니
	아연(NO3) 2	아연
	snf2	sn
	CDSO4	CD
	FeCl2	철
	AgNO3	Ag
	염산	공동
	CoSO4	공동
	NiCl2	니

테이블 끝

물리학과 화학의 과정을 설명하기 위해 실험적으로 그리고 계산을 통해 얻은 많은 법칙과 관계가 있습니다. 이론적 관계에 따른 프로세스의 예비 평가 없이는 단일 연구를 수행할 수 없습니다. 패러데이의 법칙은 물리학과 화학 모두에 적용되며 이 기사에서 우리는 이 위대한 과학자의 모든 유명한 발견에 대해 간략하고 명확하게 이야기하려고 노력할 것입니다.

발견 이력

전기 역학에서 패러데이의 법칙은 Michael Faraday와 Joseph Henry의 두 과학자에 의해 발견되었지만 Faraday는 1831년에 그의 연구 결과를 더 일찍 발표했습니다.

1831년 8월의 시연 실험에서 그는 철 원환체를 사용했는데 반대쪽 끝에 철사가 감겨 있었습니다(한 면당 하나의 철사). 첫 번째 와이어의 끝에서 그는 갈바닉 배터리에서 전원을 공급하고 두 번째 와이어의 결론에 검류계를 연결했습니다. 디자인은 현대 변압기와 유사했습니다. 그는 첫 번째 와이어에서 주기적으로 전압을 켜고 끄면서 검류계에서 파열을 관찰했습니다.

검류계는 작은 전류를 측정하는 데 매우 민감한 기기입니다.

따라서 영향력이 나타났다 자기장, 두 번째 도체의 상태에서 첫 번째 와이어의 전류 흐름의 결과로 형성됩니다. 이 충격은 금속 토러스인 코어를 통해 첫 번째에서 두 번째로 전달되었습니다. 연구 결과 코일 안에서 움직이는 영구자석이 권선에 미치는 영향도 밝혀졌다.

그런 다음 Faraday는 현상을 설명했습니다. 전자기 유도힘의 라인 측면에서. 다른 하나는 직류를 생성하기 위한 설비였습니다. 자석 근처에서 회전하는 구리 디스크와 이를 따라 미끄러지는 와이어가 집전체였습니다. 이 발명을 패러데이 디스크라고 합니다.

그 시대의 과학자들은 패러데이의 아이디어를 받아들이지 않았지만 맥스웰은 그의 자기 이론의 기초를 형성하기 위해 연구를 수행했습니다. 1836년에 마이클 패러데이는 패러데이의 전기분해 법칙이라고 불리는 전기화학적 과정에 대한 관계를 확립했습니다. 첫 번째는 전극에서 방출된 물질의 질량과 흐르는 전류의 비율을 설명하고 두 번째는 일정량의 일정량 동안 용액 내 물질의 질량과 전극에서 방출되는 물질의 질량의 비율을 설명합니다. 전기.

전기역학

첫 번째 작업은 물리학, 특히 전기 기계 및 장치(변압기, 모터 등)의 작동에 대한 설명에 적용됩니다. 패러데이의 법칙은 다음과 같이 말합니다.

회로의 경우 유도된 EMF는 속도의 크기에 정비례합니다. 자속, 마이너스 기호로 이 윤곽선을 따라 이동합니다.

그것은 말할 수있다 간단한 용어로: 자속이 회로를 통해 빠르게 이동할수록 단자에서 더 많은 EMF가 생성됩니다.

공식은 다음과 같습니다.

여기서 dФ는 자속이고 dt는 시간 단위입니다. 시간에 대한 1차 도함수는 속도인 것으로 알려져 있습니다. 즉, 이 특정 경우에 자속의 이동 속도입니다. 그건 그렇고, 자기장의 소스처럼 움직일 수 있습니다 (전류가 흐르는 코일 - 전자석 또는 영구 자석) 및 등고선.

여기서 흐름은 다음 공식으로 나타낼 수 있습니다.

B는 자기장이고 dS는 표면적입니다.

조밀하게 감긴 권선이 있는 코일을 고려하고 권선 수가 N인 경우 패러데이의 법칙은 다음과 같습니다.

1회전에 대한 공식의 자속은 Webers로 측정됩니다. 회로에 흐르는 전류를 유도성이라고 합니다.

전자기 유도는 외부 자기장의 영향으로 폐쇄 회로에 전류가 흐르는 현상입니다.

위의 공식에서 계수 부호가 없으면 첫 번째 공식에서 말했듯이 마이너스 부호가 있는 것과 같이 약간 다른 형태를 가짐을 알 수 있습니다.

빼기 기호는 Lenz의 법칙을 설명합니다. 회로에서 발생하는 전류는 자기장을 생성하고 반대 방향으로 향합니다. 이것은 에너지 보존 법칙의 결과입니다.

방향 유도 전류규칙에 의해 결정될 수 있다 오른손또는 당사 웹 사이트에서 자세히 고려했습니다.

이미 언급했듯이 전자기 유도 현상으로 인해 전기 기계, 변압기, 발전기 및 모터가 작동합니다. 그림은 고정자 자기장의 영향으로 전기자 권선의 전류 흐름을 보여줍니다. 발전기의 경우 회전자가 외력에 의해 회전하면 회전자 권선에 EMF가 발생하고 전류는 반대 방향의 자기장을 생성합니다(공식에서 동일한 빼기 기호). 발전기 부하가 끌어들이는 전류가 클수록 이 자기장이 커지고 회전하기가 더 어려워집니다.

그리고 그 반대의 경우 - 회전자에 전류가 흐르면 고정자 필드와 상호 작용하는 필드가 발생하고 회전자가 회전하기 시작합니다. 샤프트에 부하가 걸리면 고정자와 회 전자의 전류가 증가하고 권선의 스위칭을 보장해야하지만 이것은 전기 기계 설계와 관련된 또 다른 주제입니다.

변압기 작동의 핵심에서 움직이는 자속의 소스는 1차 권선의 교류 흐름의 결과로 발생하는 교류 자기장입니다.

이 문제를 더 자세히 연구하고 싶다면 전자기 유도에 대한 패러데이의 법칙을 쉽고 명확하게 설명하는 비디오를 시청하는 것이 좋습니다.

전기분해

EMF와 전자기 유도에 대한 연구 외에도 과학자는 화학을 포함한 다른 분야에서 위대한 발견을 했습니다.

전류가 전해질을 통해 흐를 때 이온(양 및 음)이 전극으로 돌진하기 시작합니다. 음은 양극으로, 양극은 음극으로 이동합니다. 동시에 전해질에 포함 된 전극 중 하나에서 특정 질량의 물질이 방출됩니다.

패러데이는 전해질을 통해 다른 전류를 흐르게 하고 전극에 증착된 물질의 질량을 측정하여 패턴을 추론하는 실험을 수행했습니다.

m은 물질의 질량, q는 전하, k는 전해질 조성에 따라 다릅니다.

그리고 전하는 일정 기간 동안의 전류로 표현될 수 있습니다.

나는=q/t, 그 다음에 q = i*t

이제 전류와 흐르는 시간을 알고 방출될 물질의 질량을 결정할 수 있습니다. 이것을 패러데이의 전기분해 제1법칙이라고 합니다.

두 번째 법칙:

무게 화학 원소, 전극에 정착하는 것은 원소의 등가 질량에 정비례합니다(몰 질량을 다음에 의존하는 숫자로 나눈 값 화학 반응물질이 관련된).

전술한 내용을 고려하여 이러한 법칙은 다음 공식으로 결합됩니다.

m은 방출된 물질의 질량(g), n은 전극 과정에서 전달된 전자의 수, F=986485 C/mol은 패러데이 수, t는 시간(초), M은 물질의 몰 질량 g /몰

실제로, 이로 인해 다른 이유, 방출 된 물질의 질량은 계산 된 것보다 작습니다 (흐름 전류를 고려하여 계산할 때). 이론 질량과 실제 질량의 비율을 전류 출력이라고 합니다.

B t \u003d 100% * m 계산 / m 이론

패러데이의 법칙은 발전에 상당한 기여를 했습니다. 현대 과학, 그의 작업 덕분에 우리는 전기 모터와 전기 발전기(및 그의 추종자의 작업)를 보유하고 있습니다. EMF의 작용과 전자기 유도 현상은 확성기 및 마이크를 포함한 대부분의 현대 전기 장비를 제공했으며 이것이 없으면 녹음 및 음성 통신을 청취하는 것이 불가능합니다. 전기분해 공정은 장식적 가치와 실용적인 가치를 모두 갖는 코팅 재료의 갈바닉 방식에 사용됩니다.

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