Меню

В чем измеряется выход по току

Законы Фарадея. Выход продукта по току

Количество веществ, образующихся при электролизе на электродах, можно рассчитать, пользуясь двумя законами электролиза, установленными Фарадеем в 1833 г. которые с учетом современной терминологии можно сформулировать в следующем виде:

1) количество вещества, испытавшего электрохимические превращения на электроде, прямо пропорционально количеству прошедшего электричества;

2) массы прореагировавших на электродах веществ при постоянном количестве электричества относятся друг к другу как молярные массы их эквивалентов.

Для расчетов используют математическое выражение обобщенного закона Фарадея:

где: Э – эквивалентная масса вещества (молярная масса эквивалента); F– постоянная Фарадея, равная 96500 Кл/моль;. I – сила тока, А; t – время проведения электролиза, с; М – молярная масса вещества; n – число отданных или принятых электронов; К – электрохимический эквивалент вещества.

Практический расход тока при электролизе вследствие протекания побочных процессов (взаимодействие полученных веществ с электродом или электролитом) превышает его количество, рассчитанное согласно закону Фарадея. Следовательно, практическая масса полученных веществ отличается от теоретически рассчитанной. Отношение массы практически полученного вещества к теоретически рассчитанной массе, выраженное в процентах, называется выходом вещества по току:

Примеры решения типовых задач.

Пример 1.Ряд активности металлов, электродных потенциалов.

Задача 1. Медная пластинка массой 10 г была погружена в раствор нитрата серебра, затем промыта водой и высушена. Масса ее оказалась равной 11,0 г. Сколько серебра из раствора выделилось на пластинке?

Решение. Для решения этой задачи необходимо знать стандартные электродные потенциалы металлов, т.е. место их в ряду напряжений (ряду активности металлов Бекетова).

Из этих положительных потенциалов стандартный электродный потенциал меди менее положителен, следовательно, пойдёт реакция вытеснения:

Для того чтобы вычислить количество серебра, выделившегося на медной пластинке, надо помнить, что медная пластинка в этой реакции и сама растворяется, теряя в массе.

Обозначим количество растворившейся меди через x г, тогда масса медной пластинки с учётом её растворения будет (10-х) г, масса выделившегося серебра на основе реакции:

64,0 г Cu – 2 ∙ 108 г Ag

х г Cu – (1+х) г Ag

216х =64+64х, 152x=64, x=0,42 г.

Таким образом, в течение реакции растворилось 0,42 г меди и выделилось 1,0 + 0,42 = 1,42 г серебра.

Пример 2.Работа гальванического элемента и расчёт ЭДС.

Задача 1. Напишите уравнения реакций, происходящих при работе гальванического элемента, состоящего из цинковой и серебряной пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией катионов, равной 1 моль/л.

Решение. Стандартные электродные потенциалы цинкового и серебряного электродов соответственно равны:

Металл, имеющий более отрицательное значение электродного потенциала при работе гальваничеcкого элемента, является анодом. В данном случае протекают реакции:

т.е. цинк, являясь анодом, растворяется при работе гальваничеcкого элемента, а серебро осаждается в виде металла на катоде. ЭДС гальванического элемента равна

Пример 3. Зависимость электродных процессов от концентрации.

Задача 1. Рассчитайте, чему равна ЭДС элемента, составленного из медной и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей, если концентрация катиона у анода равна 0,1 моль/л, а у катода – 0,001 моль/л.

Решение. Стандартные электродные потенциалы магниевого и медного электродов соответственно равны:

Следовательно, анодом будет магниевый электрод, катодом – медный. Электродный потенциал металла, опущенного в раствор с любой концентрацией катиона в растворе, определяют по формуле Нернста:

где: с – концентрация катиона, моль/л;

п – число электронов, принимающих участие в реакции.

Отсюда потенциал магниевого электрода

= –2,38 + lg10 –1 = –2,38 + 0,029(–1) = –2,409 В.

Потенциал медного электрода

= +0,34 + lg10 –3 = +0,34 + 0,029(–3) = +0,253 В.

Тогда для гальванического элемента

Пример 4. Определение возможности протекания реакции в гальвани-ческом элементе.

Задача 1. Исходя из величины стандартных электродных потенциалов и значения энергии Гиббса ΔG о 298, укажите, можно ли в гальваническом элементе осуществить следующую реакцию:

Fe 0 + Cd 2+ = Fe 2+ + Cd 0 .

Решение. Надо составить схему гальванического элемента, отвечающего данной реакции. В этой реакции происходит восстановление ионов кадмия и окисление атомов железа:

Читайте также:  Ток для электроды по нержавейке 2мм

Fe 0 – 2е = Fe 2+

Cd 2+ + 2е = Cd 0 .

Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, определяем ЭДС этого гальваничекого элемента:

Изменение величины энергии Гиббса с величиной ЭДС связано соотношением:

где: – изменение величины энергии Гиббса;

n – число электронов, принимающих участие в реакции;

F–число Фарадея;

ЭДС гальванического элемента.

Находим = –2∙96500∙0,04= – 7720 Дж.

Так как >0, . с). Количество электричества Q=I =2 . 15 . 60=1800 Кл. Молярная масса эквивалента меди (II) равна 64,0/2=32 г/моль. Следовательно:

96500 Кл – 32 г
1800 Кл – х г

Пример 6. Определение электрохимического эквивалента и выхода по току.

Задача 1. При электролизе водного раствора AgNO3 в течение 50 минут при силе тока 3А выделилось 9,6 г серебра. Электролиз проводился с растворимым анодом. Напишите уравнение реакций катодного и анодного процессов и определите электрохимический эквивалент серебра в г/Кл и г/А . ч и выход по току.

Решение. Нитрат серебра диссоциирует:

Процессы, протекающие на электродах:

Молярная масса эквивалента Ag О =108 г/моль.

Определяем массу серебра, которая выделилась бы теоретически при прохождении через раствор данного количества электричества:

Источник

Выход по току

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда Qf к теоретически необходимому Qt для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса mf .

Иногда выход по току рассчитывается как отношение массы при фактическом массопереносе mf к теоретическому массопереносу mt , рассчитанному по 1-му закону Фарадея:

Содержание

  • 1 Свойства
  • 2 Электрохимический эквивалент
  • 3 Единицы измерения
  • 4 Пример
  • 5 Литература

Свойства

Для случая осаждения массы на электроде выход по току оказывается всегда выше 1. Для случая растворения материала электрода выход по току оказывается всегда ниже 1.

При электролизе всегда выделяется или растворяется меньше вещества, чем должно получиться по законам Фарадея. Это объясняется тем, что наряду с основными электродными процессами окисления и восстановления практически всегда протекают побочные реакции (взаимодействие образовавшихся при электролизе веществ с электролитом, выделение наряду с металлом на катоде водорода и др.). Кроме того, часть электрической энергии тратится на преодоление сопротивления электролита, то есть на нагрев электролита и электродов. Поэтому для экономической оценки процесса электролиза вводят такие понятия, как выход по току и расход энергии на получение единицы веса осадка.

Выход по току связан с электрохимическим эквивалентом.

Электрохимический эквивалент

Электрохимическим эквивалентом в гальванотехнике называют количество вещества, выделившееся или растворившееся на электроде, отнесённое к величине заряда, пропущенного через электролит:

mf — масса фактически осаждённого или растворённого материала электрода; Qf — фактически пропущенный заряд, определяемый как интеграл пропускаемого через электролит тока по времени.

Единицы измерения

Выход по току, как следует из приведённых в определении формул, указывается в процентах.

Электрохимический эквивалент в СИ измеряется в кг/Кл, но часто указывается в г/(А·ч).

Пример

При электролизе водного раствора АgNO3 с нерастворимым анодом в течение t = 50 мин. при силе тока в I = 3,0 А на катоде выделилось mf = 9,6 г серебра. Вычислить выход по току.

Заряд, пропущенный через электролит, равен: Q=I\cdot t. Теоретический массоперенос для произвольного иона равен:

  • e — элементарный заряд;
  • n — заряд иона в единицах e (ионы серебра в растворе нитрата серебра имеют заряд n = +1);
  • μ — молярная масса (для серебра μ = 107,868 г/моль);
  • NA — число Авогадро;
  • F = eNA ≈ 96500 Кл — число Фарадея.

Подставляя полученные формулы в выражение для выхода по току, получим:

Приведя заданные значения к одной системе размерностей, проведём вычисление:

Источник

Выход по току

Tools.svg

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда (Qf) к теоретически необходимому (Qt) для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса (mf).

B_<Q data-lazy-src=

Выход по току связан с электрохимическим эквивалентом.

Электрохимическим эквивалентом в гальванотехнике называют количество вещества, выделившееся или растворившееся на электроде, отнесённое к величине заряда, пропущенного через электролит:

EA=\frac<m_<f data-lazy-src=

Согласно законам Фарадея, при прохождении электрического тока через электролизёр в соответствии с законами Фарадея количество вещества, которое разряжается на электроде (если происходит только один процесс), прямо пропорционально количеству электричества, которое прошло через раствор. При прохождении количества электричества F, равного числу, Фарадея (96 487 Кл, или иначе 26,8 А • ч), происходит разряд одного грамм-эквивалента любого вещества. Число Фарадея определяется как произведение единичного заряда на число Авогадро.

На основе закона Фарадея рассчитывают количество металла т (в граммах), выделившегося (или растворившегося) на электроде при прохождении через электролит тока / (в амперах) в течение тч:

где Э = A/Z — грамм-эквивалент выделившегося на электроде металла (А — атомная масса металла, Z — валентность).

Для удобства расчетов введена величина, называемая электрохимическим эквивалентом, — ЭА ч, равная количеству вещества, выделенному (или растворенному) при протекании заданного количества прошедшего электричества. Электрохимический эквивалент принято выражать в мг/Кл (миллиграмм/кулон) или г/А • ч.

Существуют таблицы с приведёнными атомными массами и электрохимическими эквивалентами элементов.

На электроде могут протекать одновременно не один, а два и большее количество процессов. В этом случае ток (и соответственно количество электричества) распределяется между двумя и более процессами.

При электролизе во многих случаях выделяется меньше вещества, чем должно получиться по законам Фарадея. Этo oбъяcняeтcя тeм, чтo нaряду c ocнoвными элeктрoдными прoцeccaми oкиcлeния и вoccтaнoвлeния практически всегда протекают побочные реакции (взаимодействие образовавшихся при электролизе веществ с элeктрoлитoм, выдeлeниe нaряду c мeтaллoм нa кaтoдe вoдoрoдa и др.). Кроме того, часть электрической энергии тратится на преодоление сопротивления электролита. Поэтому для экономической оценки процесса электролиза вводят такие понятия, как выход по току и расход энергии на получение единицы продукции энергии.

Выход по току — это выраженное в процентах отношение количества фактически затраченного электричества (Qфакт) к теоретически необходимому(Qтеор):

Bт = (Qфакт/ Qтеор)·100 %

Иногда в задачах используется выход по току, рассчитанный как степень отклонения массы фактически прореагировавшего на электроде вещества (mфакт) к теоретически рассчитанной по закону Фарадея (mтеор):

Bт = (mфакт/ mтеор)·100 %

Единицы измерения

Выход по току как следует из приведенных в определении формул указывается в процентах.

Электрохимический эквивалент указывается в [г]/[А]*[ч]

Пример

При электролизе водного раствора АgNO3 с нерастворимым анодом в течение t=50 мин. при силе тока в I = 3,0 А на катоде выделилось mf = 9,6 г серебра. Вычислить выход по току.

Решение: Заряд пропущенный через электролит равен:

Q=I*t

Теоретический массоперенос для произвольного иона равен:

m_t=\mu*\frac<Q data-lazy-src=

  • Викифицировать статью.
  • Добавить иллюстрации.
  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Проставить интервики в рамках проекта Интервики.
  • Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Выход по току» в других словарях:

выход по току — Доля тока (кол ва электричества), затрачив. в электролитич. процессе на получение продукта. Определяют отношением массы фактич. прореагировавшего вещ ва к теоретич., рассчитанной по закону Фарадея, в процентах или долях ед. Различают катодный и… … Справочник технического переводчика

Читайте также:  Персонажи тока бока ворлд красивые

выход по току — [current efficiency] доля тока (количества электричества), затрачиваемого в электролитическом процессе на получение продукта. Определяют отношением массы фактического прореагировавшего вещества к теоретическому, рассчитанной по закону Фарадея, в… … Энциклопедический словарь по металлургии

выход по току — srovinė išeiga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektros srovės dalis, tenkanti tam tikram elektrodiniam vyksmui. atitikmenys: angl. current efficiency vok. Stromausbeute, f rus. выход по току, m pranc. rendement en… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

выход по току — srovinė išeiga statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektros srovės dalis, tenkanti konkrečiam elektrodiniam procesui. atitikmenys: angl. current efficiency rus. выход по току … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Выход по току на растворение платиновых металлов различной плотности тока — Материал анода Выход по току (в %·104) при плотности тока, кА/м2 0,5 1 1,5 2 3 … Химический справочник

ВЫХОД — [yield; exit]: выход годного [prime yield] 1. Отношение массы готовых изделий к массе заготовок для них. 2. Доля жидкого металла при плавке в массе металлической завалки; выход по току [current efficiency] доля тока (кол ва электричества),… … Металлургический словарь

выход шлака — [slag yield] технологический показатель, косвенно характеризующий богатство доменной шихты железом. Высокий выход шлака связан с ростом газодин. сопротивления столба шихты в доменной печи и с ростом потерь тепла с отрабатываемым шлаком. Суммарно… … Энциклопедический словарь по металлургии

выход по энергии — [power output] величина, обратная удельному расходу энергии на получение единицы готовой продукции методом электролиза; показывает, какая доля постоянного тока от общего подводимого к ванне количества электроэнергии используется на… … Энциклопедический словарь по металлургии

выход годного — [prime yield] 1. Отношение массы готовых изделий к массе заготовок для них. 2. Доля жидкого металла при плавке в массе металлической завалки; Смотри также: Выход выход шлака выход по энергии выход по току выход продукта … Энциклопедический словарь по металлургии

выход продукта — [product yield] отношение массы полученного продукта при обогащении к массе исходного материала. Смотри также: Выход выход шлака выход по энергии выход по току выход годного … Энциклопедический словарь по металлургии

Источник



Билет 37. Электролиз. Количественные законы электролиза. Выход по току

date image2015-04-20
views image3866

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Электролиз – разложение электротоком.

Электролиз – это процесс, обратный процессу, происходящему при работе гальванических элементов.

Электролизом называется превращение электрической энергии в химическую.

Через электролизёр, содержащий расплав или раствор электролита, проходит постоянный ток от внешнего источника питания. В результате на электродах начинают протекать окислительная и восстановительная реакции.

Законы Фарадея. Количественные законы электролиза были установлены в 1834 г. английским ученым М.Фарадеем.

Первый закон Фарадея: количество вещества, превращенного на электроде при электролизе, пропорционально количеству электричества, прошедшего через электролит.

Второй закон Фарадея: массы веществ, испытавших превращения на электродах при прохождении одного и того же количества электричества, относятся между собой как молярные массы их эквивалентов.

Существует три вида электролиза:

Электроды в данном случае выполнены из пассивных материалов (платина, графит)

2.Электролиз водного раствора электролита с пассивными электродами

3.Электролиз раствора с активным анодом

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда (Qf) к теоретически необходимому (Qt) для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса (mf).

Иногда выход по току рассчитывается как отношение массы при фактическом массопереносе mf к теоретическому массопереносу mt, рассчитанному по закону Фарадея:

Для случая осаждения массы на электроде выход по току оказывается всегда выше 1. Для случая растворения материала электрода выход по току оказывается всегда ниже 1.

Выход по току связан с электрохимическим эквивалентом.

Источник