Законы электролиза. 
Общая и неорганическая химия

Законы электролиза (М. Фарадей, 1834 г.) следующие.

• 1. Массы веществ, выделившихся на электродах при электролизе раствора, прямо пропорциональны количеству прошедшего через раствор электричества.
• 2. Одно и то же количество электричества при электролизе растворов с различными химическими соединениями выделяет на электродах разные вещества в количествах, пропорциональных их молярным массам эквивалентов.

3. Для выделения на электроде из раствора электролита одной молярной массы эквивалентов любого вещества нужно пропустить через раствор 96 500 Кл электричества:

где т — масса восстановленного или окисленного вещества (г); / — сила пропускаемого тока (А); т — время электролиза (с); М_э — молярная масса эквивалентов вещества (г/моль); V — объем восстановленного или окисленного газа (л); V-— эквивалентный объем газа (л/моль); F — постоянная Фарадея (96 500 Кл/моль).

На основе использования вышеуказанных законов можно производить целый ряд расчетов, связанных с процессом электролиза.

Пример 11.5. Сколько граммов меди (Си) выделится на катоде при пропускании через водный раствор сульфата меди (CuS0₄) тока силой 5 А в течение 10 мин (600 с)?

Решение.

Определим количество протекшего через раствор электричества:

Молярная масса эквивалентов меди равна.

где п — число принимаемых или отдаваемых веществом электронов соответственно при его восстановлении или окислении.

Следовательно, 96 500 Кл выделяют 31,77 г меди. Искомое количество меди:

Пример 11.6. Сколько времени нужно пропускать через раствор кислоты или воды ток силой 10 А, чтобы получить при нормальных условиях 5,6 л водорода (Н₉)?

Решение.

Находим количество электричества, которое должно пройти через раствор, чтобы из него выделилось 5,6 л водорода. Так как молярный объем эквивалентов водорода (У_э, _н) при нормальных условиях составляет 11,2 л, то искомое количество электричества будет равно.

Определим время прохождения тока:

Пример 11.7. При пропускании тока через водный раствор соли серебра на катоде за 10 мин (600 с) выделился 1 г серебра (Ag). Определим силу тока.

Решение.

Молярная масса эквивалентов Ag равна 107,9 г. Для выделения 1 г серебра через раствор должно пройти 96 500: 107,9 = 894 Кл. Отсюда сила тока составляет.

Пример 11.8. Найдем молярную массу эквивалентов олова (Sn), если при токе 2,5 А из раствора хлорида олова (П) (SnCl₂) за 30 мин (1800 с) выделилось 2,77 г олова.

Решение.

Количество электричества, прошедшее через раствор за 30 мин, равно

Так как для выделения одной молярной массы эквивалентов вещества требуется 96 500 Кл, то молярная масса эквивалентов олова составляет.

На практике электролиз требует больше времени, чем это вычисляется по вышеуказанной формуле Фарадея. Причина заключается в том, что наряду с главной реакцией на электродах происходят различные побочные процессы (например, разрядка других ионов и т. п.). Необходимы дополнительные затраты электричества на поляризацию электродов и для преодоления омического падения напряжения. Поэтому коэффициент полезного действия тока (называемый иначе выход по току или эффективность тока) почти всегда меньше 100%.

Наименьшее напряжение, которое необходимо приложить к электродам для обеспечения непрерывного электролиза определенного электролита, называется его напряжением разложения. Значения этой величины зависят от природы катионов и анионов, входящих в состав электролита. Величины напряжений разложения различных электролитов приведены в табл. 11.6.

Таблица 11.6

Напряжения разложения 1 мг-экв./л растворов некоторых электролитов.