Избирательный разряд ионов

Водный раствор любого электролита содержит анионы и катионы не одного, а двух или нескольких типов. Например, водный раствор хлорида калия содержит анионы двух типов, Cl- и ОН-, и катионы двух типов, K+ и H+ (точнее, H3O+).

Последовательность, в которой ионы разных типов разряжаются на электродах, определяется целым рядом факторов, в том числе химической природой электрода, состоянием электролита и электродным потенциалом каждого конкретного иона.

Первый закон Фарадея гласит, что масса вещества, образующегося на электроде, пропорциональна количеству пропущенного электричества. Количественной мерой электрического заряда является единица фарадей. Фарадей-это заряд, который несет на себе один моль электронов или один моль однозарядных ионов.

Напомним, что число 6,022-1023 моль-1-это число Авогадро (см. разд. 4.2).

 

Пример

Разряд ионов серебра на катоде в процессе электролиза раствора нитрата серебра описывается уравнением полуреакции

Следовательно, электрический заряд в 1 фарадей (один моль электронов) разряжает 1 моль ионов серебра, в результате чего образуется 1 моль атомов серебра. Это означает, что пропускание заряда в 2 фарадея приведет к образованию 2 молей атомов серебра, пропускание 3 фарадеев заряда приведет к образованию 3 молей атомов серебра и т.д.

Второй закон Фарадея гласит, что для разряда одного моля какого-либо иона на электроде необходимо пропустить через электролит такое число фарадеев заряда, которое равно числу элементарных зарядов на этом ионе.

 

Примеры

Для разряда одного моля ионов алюминия на катоде через него необходимо пропустить 3 фарадея заряда (3 моля электронов).

Для получения одного моля молекул брома в результате разряда двух молей ионов брома на аноде через него необходимо пропустить 2 фарадея заряда. Следовательно, для разряда одного моля ионов брома необходим один фарадей заряда.

 

Пример

Вычислим массу свинца, выделившегося на катоде в результате пропускания тока силой 2 А через расплавленный бромид свинца(11) в течение 30 мин (Mn = 207).

Решение

Выделение свинца на катоде происходит в результате следующей полуреакции:

Итак, 2 фарадея заряда (т.е. 2-96 500 Кл) позволяют получить 1 моль атомов Pb (т. е. 207 г атомов Pb). Отсюда

Учтем теперь, что ток силой 2 А, протекая в течение 30 мин, переносит заряд, равный 2• 30•Кл) следовательно

 

Майкл Фарадей (1791-1867). Английский химик и физик Майкл Фарадей был выдающимся экспериментатором и прославился как один из первых исследователей природы электричества и магнетизма. Фарадей не смог получить в детстве систематического образования. В возрасте 14 лет он стал помощником переплетчика. Но вскоре он заинтересовался наукой и, прослушав лекцию знаменитого химика Гемфри Дэви, написал ему и отправил свои записи лекции. Дэви принял его ассистентом в свою лабораторию в Королевском институте в Лондоне. Фарадею было в то время 21 год.

Майкл Фарадей читает рождественскую лекцию в Королевском институте (Лондон, 1955 г.) в присутствии членов королевской семьи: лицом к нему в первом ряду-муж королсиы, слева от пего-принц Уэльский (впоследствии Эдуард VII), справа от него - герцог Эдинбургский. В последующие годы Фарадей открыл два новых хлорида углерода. Ему удалось также перевести в жидкое состояние хлор и другие газы. В 1825 г. он сумел выделить бензол и в том же году был назначен заведующим лабораторией. В течение нескольких лет он занимался экспериментальным изучением электролиза и в конце концов сформулировал в 1834 г. свои знаменитые законы электролиза. К этому времени он уже открыл явление электромагнитной индукции. Фарадей стал президентом Королевского общества и написал несколько книг, в том числе «Экспериментальные исследования по химии и физике» (1858). В 1855 г. из-за ухудшения памяти он вынужден был прекратить исследовательскую работу. В 1867 г. Фарадей умер.

Электролиз имеет ряд важных промышленных применений. Они включают извлечение и очистку металлов, нанесение гальванических покрытий, а также анодирование и получение различных химических веществ.

 

 

Оглавление: