Site Loader

Содержание

Постоянная Фарадея — это… Что такое Постоянная Фарадея?

  • постоянная Фарадея — Faradėjaus konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Faraday constant vok. Faradaysche Konstante, f; Faraday Zahl, f rus. постоянная Фарадея, f; число Фарадея, n pranc. constante de Faraday, f …   Fizikos terminų žodynas

  • постоянная Фарадея — Faradėjaus konstanta statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. Faraday constant vok. Faradaysche Konstante, f rus. постоянная Фарадея, f pranc. constante de …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • постоянная Фарадея — Faradėjaus konstanta statusas T sritis chemija apibrėžtis Universalioji fizikinė konstanta, lygi elementariojo elektros krūvio ir Avogadro konstantos sandaugai (apie 96 485 C/mol). atitikmenys: angl. Faraday constant rus. постоянная Фарадея …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ — (Фарадея число) произведение элементарного электрического заряда e на число Авогадро NА; постоянная Фарадея определяет количество электричества, прохождение которого через раствор электролита приводит к выделению на электроде 1 моля… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ — (Фарадея число), фундаментальная физическая константа, равная произведению Авогадро постоянной NA на элем. электрич. заряд е (заряд эл на): F=NA •e=96484,56(27) Кл моль 1. Ф. п. широко применяется в электрохимических расчётах. Названа в честь М.… …   Физическая энциклопедия

  • Фарадея постоянная — Фарадея число, F, произведение элементарного электрического заряда е на число Авогадро NА; Фарадея постоянная определяет количество электричества, прохождение которого через раствор электролита приводит к выделению на электроде 1 моля… …   Энциклопедический словарь

  • Фарадея постоянная — Постоянная Фарадея , физическая постоянная, определяющая соотношение между электрохимическими и физическими свойствами вещества. Постоянная Фарадея входит в качестве константы во второй закон Фарадея (закон электролиза). Численно постоянная… …   Википедия

  • Фарадея число — Постоянная Фарадея , физическая постоянная, определяющая соотношение между электрохимическими и физическими свойствами вещества. Постоянная Фарадея входит в качестве константы во второй закон Фарадея (закон электролиза).

    Численно постоянная… …   Википедия

  • Фарадея законы — основные количественные законы электролиза, согласно которым массы m превращённых веществ пропорциональны количеству прошедшего через электролит электричества q (1 й Фарадея закон) и химическому эквиваленту А вещества (2 й Фарадея закон).… …   Энциклопедический словарь

  • Постоянная тонкой структуры — Постоянная тонкой структуры, обычно обозначаемая как , является фундаментальной физической постоянной, характеризующей силу электромагнитного взаимодействия. Она была введена в 1916 году немецким физиком Арнольдом Зоммерфельдом в качестве меры… …   Википедия

  • Закон Фарадея для электролиза – формула и примеры


    4.3

    Средняя оценка: 4.3

    Всего получено оценок: 184.

    4.3

    Средняя оценка: 4.3

    Всего получено оценок: 184.

    В 1836 году Майкл Фарадей опубликовал выведенные математически количественные характеристики электролиза. Обнаруженные взаимосвязи между количеством прошедшего через электролит электричества и количеством выделившегося при этом вещества впоследствии были названы законами Фарадея для электролиза.

    Первый закон

    Если пропускать через раствор медного купороса электрический ток в течение определённого количества времени, то на катоде выделяется небольшое количество меди. Однако если пустить ток большей силы, за такое же количество времени на катоде образуется большее количество меди. При увеличении времени и одинаковой силе тока также увеличивается количество меди.


    Рис. 1. Майкл Фарадей.

    Фарадей установил взаимосвязь массы вещества, силы тока и времени. Математически эта взаимосвязь выражается следующим образом:

    m = kIt,

    где:

    • m – масса вещества;
    • k – электрохимический эквивалент;
    • I – сила тока;
    • t – время.

    Электрохимический эквивалент – это масса вещества, образованная при прохождении через электролит тока в 1 А за одну секунду. Выражается как соотношение массы вещества к количеству электричества или г/Кл.

    Произведение силы тока и времени выражает количество электричества: q = It. Это электрический заряд, измеряемый в кулонах (один ампер к одной секунде). Электрический заряд отражает способность тела быть источником электромагнитного поля и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

    Соответственно, уравнение Фарадея приобретает вид:

    m = kq.


    Рис. 2. Первый закон Фарадея.

    Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству электрического тока, пропущенного через электролит.

    Суть процесса электролиза

    Электролизом называются процессы окислительно-восстановительных реакций, протекающие под принудительным воздействием электрического тока. Для его выполнения используется специальная емкость с электролитическим раствором, куда погружаются металлические штыри, соединенные с наружным источником питания.

    Электрод, соединенный с полюсом отрицательного значения источника тока, считается катодом. Именно в данном месте частицы электролита восстанавливаются. Другой электрод подключается к плюсовому полюсу и носит название анода. На этом участке вещество электрода или частицы электролита окисляются. Химические реакции на этом участке происходят по-разному, в зависимости от материала анода и состава электролитического раствора. Поэтому, как утверждает химия, электроды по отношению к электролиту могут быть инертными или растворимыми.

    К категории инертных относятся аноды, изготовленные из материала, не окисляющегося во время электролиза. В качестве примера можно привести графитовые или платиновые электроды. Растворимыми являются практически все остальные виды металлических анодов, подверженных окислению в ходе электролитической реакции.

    Электролитами чаще всего служат различные виды растворов или расплавов, внутри которых происходит хаотичное движение заряженных частиц – ионов. Когда на них воздействует электрический ток, они начинают двигаться в определенном направлении: катионы – к катоду, анионы – к аноду. Попадая на электроды, они теряют свои заряды и оседают на них.

    Второй закон

    Фарадей, пропуская электрический ток одинаковой силы через различные электролиты, заметил, что массы веществ на электродах неодинаковы. Взвесив выделившиеся вещества, Фарадей сделал вывод, что вес зависит от химической природы вещества. Например, на каждый грамм выделенного водорода приходилось 107,9 г серебра, 31,8 г меди, 29,35 г никеля.

    На основе полученных данных Фарадей вывел второй закон электролиза: для определённого количества электричества масса химического элемента, образовавшегося на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Она равна массе одного эквивалента – количеству вещества, реагирующему или замещающему 1 моль атомов водорода в химических реакциях:

    μeq = μ/z,

    где:

    • μ – молярная масса вещества;
    • z – число электронов на один ион (валентное число ионов).

    Для выделения одного моля эквивалента затрачивается одинаковое количество электричества – 96485 Кл/моль. Это число называется числом Фарадея и обозначается буквой F.

    Согласно второму закону, электрохимический эквивалент прямо пропорционален эквивалентной массе вещества:

    k = (1/F) μeq или k = (1/zF)μ.


    Рис. 3. Второй закон Фарадея.

    Два закона Фарадея можно привести к общей формуле: m = (q / F) ∙ (μ/z).

    Приложения постоянной Фарадея

    Если вам интересно, что практическое применение У вас может быть эта постоянная Фарадея, правда в том, что у вас их довольно много, вот некоторые примеры:

    • Гальваника / анодирование: для процессов в металлургической промышленности, где один металл покрывается другим путем электролиза. Например, когда сталь оцинкована слоем цинка, чтобы придать ей большую устойчивость к коррозии. В этих процессах покрываемый металл используется в качестве анода, а электролит представляет собой растворимую соль анодного материала.
    • Очистка металлов: он также может применяться к формулам, используемым для очистки металлов, таких как медь, цинк, олово и т. д. Также с помощью процедур электролиза.
    • Химическое производство: для образования химических соединений также обычно используется эта константа.
    • Химический анализ: с помощью электролиза также может быть определен химический состав.
    • Добыча газа: газы, такие как кислород или водород, полученные из воды путем электролиза, также используют эту константу для расчетов.
    • Медицина и эстетикаЭлектролиз также можно использовать для стимуляции определенных нервов или лечения определенных проблем в дополнение к удалению нежелательных волос. Без константы невозможно было бы разработать множество инструментов этого типа.
    • Печать: В принтерах для некоторых элементов также используются процессы электролиза.
    • Электролитические конденсаторы: хорошо известный электронный компонент, состоящий из тонкой пленки оксида алюминия и алюминиевого анода между электродами. Электролит представляет собой смесь борной кислоты, глицерина и гидроксида аммония. И вот как достигаются эти великие способности …

    Что мы узнали?

    Фарадей, проводя реакцию электролиза разных веществ, вывел два закона. Согласно первому закону, масса вещества, осевшего на электрод, прямо пропорциональная количеству электричества, пропущенного через электролит: m = kq. Второй закон отражает взаимосвязь электрохимического эквивалента и эквивалентной массы вещества: k = (1/F) μeq. Электрохимический эквивалент – количество выделившегося вещества при прохождении единицы электричества. Эквивалентная масса – количество вещества, реагирующее с 1 молем водорода.

    Кулонометры. Классификация кулонометров.

    Наиболее точное определение количества электричества, проходящего через электрохимическую систему можно получить с помощью серебряного кулонометра. В этом случае точность определения составляет 0,005% .
    В серебряном кулонометре определяется масса серебра, выделяющаяся из водного раствора нитрата серебра. Платиновая чаша служит Имеются системы, в которых весь ток расходуется только на одну электрохимическую реакцию. Такие электрохимические системы используются для измерения количества электричества и называются кулонометрами.

    Известны три основных типа кулонометров: весовые (гравиметрические), объемные (волюметрические) и титрационные.

    В весовых кулонометрах (к ним относятся серебряные и медные) количество прошедшего в них электричества рассчитывается по изменению массы катода или анода. В объемных кулонометрах расчет производится на основании измерения объема получающихся веществ (газа в водородном кулонометре, жидкой ртути в ртутном кулонометре). В титрационныхкулонометрах количествоэлектричества определяется по данным титрования веществ, образующихся в растворе в результате электродной реакции.

    Медный кулонометр наиболее распространен в практике лабораторных исследований, т.к. он является простым в изготовлении и достаточно точным. Точность определения количества электричества составляет 0,1 %. Кулонометр состоит из двух медных анодов и катода из тонкой медной фольги, расположенного между ними. Электролитом в медном кулонометре служит водный раствор состава: CuSO4 ∙ 5h3O, h3SO4 и этанол C2H5OH. Серная кислота повышает электрическую проводимость электролита и, кроме того, препятствует образованию основных соединений меди в прикатодном пространстве, которые могут адсорбироваться на катоде, увеличивая тем самым его массу. h3SO4в электролите медного кулонометра необходима для предотвращения накопления соединений Cu1+, которые могут образовываться в результате реакции диспропорционирования:

    Cu0+ Cu2+ → 2Cu+

    Этиловый спирт добавляют в электролит для получения более мелкокристаллических, компактных катодных осадков и с целью предотвращения окисления медных электродов кулонометра.

    О количестве прошедшего электричества судят по изменению массы катода, до и после электролиза. Катодом, а анод готовится из чистого серебра.

    В качестве электролита в серебряном кулонометре используется нейтральный или слабокислый 30% раствор нитрата серебра.

    Газовый водородно-кислородный кулонометр применяется для приближенных измерений малых количеств электричества. В нем измеряют общий объем водорода и кислорода, выделяющихся при электролизе водного раствора h3SO4или NaOH, а из этой величины вычисляют количество прошедшего электричества. Применяют эти кулонометры сравнительно редко, т.к. точность их небольшая, а в работе они менее удобны, чем весовые кулонометры.

    К объемным кулонометрам относится также ртутный кулонометр. Он применяется главным образом в промышленности для измерений количества электричества. Точность ртутного кулонометра составляет 1%, но он может работать при больших плотностях тока. Анодом служит ртуть. Уголь – катод. Электролитом служит раствор иодида ртути и иодида калия. По уровню ртути в трубке рассчитывают количество электричества.

    Наиболее распространенные из титрационных кулонометров – йодный и кулонометр Кистяковского.

    Йодныйкулонометр представляет собой сосуд с разделенными катодным и анодным пространствами платиново-иридиевыми электродами. В анодное отделение вводят концентрированный раствор иодида калия с добавлением соляной кислоты, в катодное отделение – раствор соляной кислоты. При пропускании тока на аноде выделяется йод, который затем титруют тиосульфатом натрия (Na2S2O3). По результатам титрования рассчитывают количество электричества.

    Кулонометр Кистяковского — это стеклянный сосуд. Анодом служит серебряная проволока, впаянная в стеклянную трубку со ртутью, для обеспечения контакта. Сосуд заполняют раствором нитрата калия (15-20%). В этот раствор погружают платиново-иридиевый катод. При пропускании тока происходит анодное растворение серебра. И также по результатам титрования раствора рассчитывают количество электричества.

    Правило Ленца

    Чтобы определить направление индукционного тока, нужно воспользоваться правилом Ленца.

    Академически это правило звучит следующим образом: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

    Давайте попробуем чуть проще: катушка в данном случае — это недовольная бабуля. Забирают у нее магнитный поток — она недовольна и создает магнитное поле, которое этот магнитный поток хочет обратно отобрать.

    Дают ей магнитный поток, забирай, мол, пользуйся, а она такая — «Да зачем сдался мне ваш магнитный поток!» и создает магнитное поле, которое этот магнитный поток выгоняет.

    Джеймс Клерк Максвелл математически описал основные законы электричества и магнетизма

    Джеймс Клерк Максвелл

    Математическая формулировка электромагнитной индукции была разработана немецким физиком и математиком Францем Эрнстом Нейманом (1798-1895) в 1945 году. Эти открытия проложили путь к фундаментальной теоретической композиции, выполненной Джеймсом Клерком Максвеллом (1831-1879), начиная с “силовых линий Фарадея”. Однако работа Максвелла изначально вызывала недоверие у большинства физиков и игнорировалась инженерами.

    Только к концу XIX века, после памятного эксперимента с электромагнитными волнами, проведенного Генрихом Герцем в 1887 году, теория Максвелла стала общепринятой и позволила обратиться как к физике, так и к технике.

    Постоянная Фарадея

    Eckher Dictionary is a modern pronunciation dictionary of the English language. Every pronunciation in Eckher Dictionary is written in IPA (International Phonetic Alphabet). Example English pronunciations: «bamlanivimab».

    Eckher’s Periodic Table of the Elements is the modern and accessible version of the periodic table that allows you to easily navigate all 118 elements and view detailed information about each element. It supports both the 18 column (IUPAC) and 32 column (long form) versions of the periodic table and provides the mobile- and touch-friendly interface for viewing the table.

    Create sequence logos for protein and DNA/RNA alignments using Eckher Sequence Logo Maker.

    Compose speech audio from IPA phonetic transcriptions using Eckher IPA to Speech.

    Browse place name pronunciation on Eckher IPA Map.

    Enter IPA characters using Eckher IPA Keyboard.

    Navigate the Semantic Web and retrieve the structured data about entities published on the web using Eckher Semantic Web Browser.

    Turn your phone into a compass using Eckher Compass.

    Author, enrich, and query structured data using Eckher Database for RDF.

    Create TeX-style mathematical formulas online with Eckher Math Editor.

    Create knowledge graphs using Eckher RDF Graph Editor.

    Send messages and make P2P calls using Eckher Messenger.

    Build event-sourced systems using Eckher Database for Event Sourcing.

    View PDB files online using Eckher Mol Viewer.

    Listen to your text using Eckher Text to Speech.

    View FASTA sequence alignments online with Eckher Sequence Alignment Viewer.

    Convert Punycode-encoded internationalized domain names (IDNs) to Unicode and back with Eckher Punycode Converter.

    Explore the human genome online with Eckher Genome Browser.

    Edit text files online with Eckher Simple Text Editor.

    Send test emails with Eckher SMTP Testing Tool.

    В морфемном словаре русского языка МОРФЕМА.РУС приведен разбор слов по составу (морфемный разбор, морфемный анализ). Даный словарь поможет в проведении морфемного анализа не только начальных (словарных) форм слов, но и всех их словоформ (всех грамматических форм слов русского языка). В основу морфемного словаря «Морфема» положена наиболее полная лексика русского языка.

    Разбор слова «грибочек» по составу (морфемный анализ) представлен в словаре МОРФЕМА.РУС (выделение корня, суффикса, основы и окончания).

    Demonym is an online dictionary of demonyms (words used to identify the people from a particular place). Some of these words aren’t well-known or easy to remember, and Demonym can help you quickly find the answer. Examples: Barbados.

    Розбір слів за будовою: «ходити».

    Разбор слоў па саставе: «рассыпаць».

    Ударения в словах: «Шеншин».

    Синонимы к словам: «потешить».

    Антонимы к словам: «сжать».

    Законы электролиза Фарадея

    Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2016-03-13

    Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой — мы готовы помочь.

    Предоплата всего

    от 25%

    Подписываем

    договор


    ПРАКТИКА

    Прохождение электрического тока через электролиты. Законы электролиза Фарадея.

    При прохождении тока через некоторые растворы, например, через раствор серной кислоты, происходит разложение воды на составные части – водород и кислород, которые выделяются на пластинах, соединенных соответственно с отрицательным и положительным полюсами батареи. Такого рода растворы, разлагающиеся химически при прохождении через них тока, называются электролитами, а сам процесс разложения вещества электрическим током – электролизом. Проводники, погруженные в электролит для подведения к нему тока называются электродами: положительный электрод – анод, отрицательный электрод – катод. Продукты разложения электролита, например, водород и кислород, в опыте, выделяются на электродах все время, пока идет ток.

    Массу выделившегося вещества можно измерить. Если подобрать такой раствор, при котором выделяющееся вещество оседает в виде твердого осадка на электроде, то эту массу можно измерить без затруднений. Например, если пропускать ток через раствор медного купороса, то на катоде оседает медь. Это явление можно легко наблюдать, если катод сделать из угля – на черной поверхности угля будет заметен красноватый слой выделившейся меди. Взвешивая катод до и после опыта, можно определить массу осадившегося металла. Измерения показывают, что масса вещества, выделившегося на электродах, зависит от силы тока и времени электролиза. Замыкая цепь на разные промежутки времени, можно убедиться в том, что масса выделившегося вещества пропорциональна времени прохождения тока. Также масса выделившегося вещества пропорциональна силе тока. Таким образом, получается, что масса выделившегося вещества пропорциональна произведению силы тока и времени электролиза.  Все это позволило Фарадею сформулировать важный закон, который носит его имя: масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду, или количеству электричества, прошедшему через электролит.
    Это первый закон Фарадея. Если m – масса выделившегося вещества, I – сила тока, t – время электролиза, q – полный заряд, прошедший через ванну за время t, то первый закон Фарадея можно записать так:

    m = Kq = KIt, где K – коэффициент пропорциональности.

    Полагая в этой формуле заряд q = 1, получим, что коэффициент K равен массе вещества, выделяемого зарядом в 1 Кл, или иначе массе вещества, выделяемого током 1А за 1 с. Исследования Фарадея показали, что величина K является характерной для каждого вещества. Величина K  называется электрохимическим эквивалентом данного вещества. Таким образом, получаем, что электрохимическим эквивалентом вещества, называется масса этого вещества, выделяемая при электролизе одним кулоном протекшего через раствор электричества.

    Электрохимические эквиваленты различных веществ существенно отличны один от другого.  Ответ на вопрос – от каких свойств вещества зависит его химический эквивалент, дает следующий важный закон, который также был установлен Фарадеем на опыте (второй закон Фарадея): электрохимические эквиваленты различных веществ пропорциональны их молярным массам и обратно пропорциональны числам, выражающим их химическую валентность.

    Уяснить этот закон можно с помощью следующего примера: Молярная масса серебра равна 0,1079 кг/моль, его валентность – 1. Молярная масса цинка равна 0,0654 кг/моль, его валентность – 2. Поэтому по второму закону Фарадея электрохимические эквиваленты серебра и цинка должны относиться как:  = 3,30

    Если по прежнему обозначить через K [кг/Кл] электрохимический эквивалент вещества, через M [кг/моль] – его молярную массу, а через n – валентность (n = 1, 2, …), то второй закон Фарадея можно переписать в виде:

    K =

    Здесь через 1/F обозначен коэффициент пропорциональности, который является универсальной постоянной, т. е. имеет одинаковое значение для всех веществ. Величина F называется постоянной Фарадея. Ее значение, найденное экспериментально равно: F = 96484 Кл/моль. Отношение молярной массы какого-либо вещества к его валентности M/n называют химическим эквивалентом данного вещества. Это отношение показывает, какая масса данного вещества необходима для замещения одного моля водорода в химических соединениях.

    У одновалентных веществ химический эквивалент численно равен молярной массе. Пользуясь этим понятием, можно выразить второй закон Фарадея следующим образом: электрохимические эквиваленты веществ пропорциональны их химическим эквивалентам. Теперь можно выразить оба закона Фарадея в виде одной формулы: m = q = It, где m – масса вещества, выделяющегося при прохождении через электролит количества электричества q. Это объединенный закон Фарадея. Эта формула имеет простой физический смысл. Положим в ней m = M/n, т. е. возьмем массу одного химического эквивалента данного вещества. Тогда получи F = q. Это значит, что постоянная Фарадея численно равна заряду q, который необходимо пропустить через любой электролит, чтобы выделить на электродах вещество в количестве, равном одному химическому эквиваленту. Электролиз находит техническое применение в таких процессах как электролитический метод получения чистых металлов, гальваностегия, гальванопластика.

    Задание: Зная, что химический эквивалент водорода равен 1,045∙10-8 кг/Кл, вычислите электрохимический эквивалент хлора. Валентность хлора равна 1, относительные атомные массы хлора и водорода равны 35,45 и 1,008.

    Практическая работа №3:

    1.  Серебрение пластинок производится при плотности тока j = 0,5 А/дм2, при этом за время t  = 5 ч выделяется масса m = 2 кг серебра. Найти площадь пластинок. Электрохимический эквивалент серебра K = 1,118×10-6 кг/Кл.

    Указания:

    1.  Записать «Дано»
    2.  Записать численные значения и единицы измерения всех физических величин, перевести дольные и кратные значения величин в целые.
    3.  Использовать формулу первого закона Фарадея.
    4.  Использовать формулу для связи силы тока, плотности тока с площадью пластин: I = j×S
    5.  Скомбинировать две вышеприведенные формулы, выразить неизвестную площадь пластин через известные величины, подставить численные значения и вычислить.
    6.  Электролитическая ванна для получения алюминия рассчитана на 25000 А. Электролиз алюминия производится при рабочем напряжении 4,8 В на ванне. Выход по току (КПД) равен 86%. Электрохимический эквивалент K = 0,335 г/А×ч. Сколько алюминия производится за сутки? Каков расход электроэнергии на 1 кг алюминия?

    Указания:

    1.  Записать «Дано»
    2.  Записать численные значения и единицы измерения всех физических величин, перевести дольные и кратные значения величин в целые.
    3.  Использовать формулу первого закона Фарадея с учетом КПД: m = ηKIt, η — КПД
    4.  Использовать формулу для работы тока A = UIt, так как она равна потребляемой электроэнергии.
    5.  Расход электроэнергии найти, используя формулу: γ = , где γ – расход электроэнергии.
    6.  Сделать проверку размерности полученных величин.
    7.  Под каким напряжением следует проводить электролиз воды на установке с КПД 80%, чтобы при затратах электроэнергии не более 965 кДж выделившийся кислород находился в объеме 1л под давлением 200 кПа при температуре 300К? Постоянная Фарадея, валентность кислорода и молярная газовая постоянная равны соответственно 96500 Кл/моль; 2; 8,31 Дж/(моль×К).

    Указания:

    1.  Записать «Дано»
    2.  Записать численные значения и единицы измерения всех физических величин, перевести дольные и кратные значения величин в целые.
    3.  Искомое напряжение найти, выразив его из формулы: Eполезная = qU, где Eполезная – электроэнергия (полезная), идущая непосредственно на выделение кислорода.
    4.  Исходя из того, что КПД определяется по формуле: η = , выразить из этой формулы Eполезная.
    5.  Найти величину заряда из объединенного закона Фарадея: m =  , выразив из него q.
    6.  Подставив формулы из пунктов d и e  в формулу для напряжения (пункт с), получить формулу для напряжения. В этой формуле помимо напряжения остается неизвестной масса выделившегося кислорода.
    7.  Массу выделившегося кислорода найти, выразив ее из уравнения Менделеева-Клапейрона: pV = RT, M = 32×10-3 кг/моль – молярная масса кислорода.
    8.  Подставив формулу для массы m в полученную в пункте f формулу для напряжения, получить конечную формулу, подставить численные значения и вычислить.
    9.  Сделать проверку размерности полученных величин.
    10.  При никелировании изделия в течение 1 часа отложился слой никеля толщиной l = 0,01 мм. Определить плотность тока  j, если атомная масса никеля A = 0,0587 кг/моль, валентность n = 2, плотность никеля ρ = 8,9×103 кг/м3.

    Указания:

    1.  Записать «Дано»
    2.  Записать численные значения и единицы измерения всех физических величин, перевести дольные и кратные значения величин в целые.
    3.  Использовать объединенный закон Фарадея: m =
    4.  Использовать формулы для массы: m = ρ×V = ρ×l×S, для силы тока: I = j×S, где S – площадь покрытия никелем.
    5.  Подставить формулы из пункта d в формулу из пункта c.
    6.  Выразить плотность тока, подставить численные значения и вычислить.
    7.  Сделать проверку размерности полученных величин.
    8.  При электролизе раствора серной кислоты затрачивается мощность 37 Вт. Определить сопротивление электролита, если за время 50 мин выделилось 0,3 г водорода. КПД установки 80%. Постоянная Фарадея 96,5×103 Кл/моль. Атомная масса и валентность водорода равны соответственно 1,0×10-3 кг/моль и 1. Указания:
    9.  Записать «Дано»
    10.  Записать численные значения и единицы измерения всех физических величин, перевести дольные и кратные значения величин в целые.
    11.  Использовать объединенный закон Фарадея: m = , где η – КПД установки.
    12.  Использовать формулы — закона Ома:  I = , мощности: P = U×I
    13.  Выразить из объединенного закона Фарадея силу тока.
    14.  Скомбинировав формулы пункта d,выразить искомое сопротивление электролита.
    15.  Подставить формулу из пункта e  в формулу для сопротивления из пункта f.
    16.  Подставить численные значения и вычислить.
    17.  Сделать проверку размерности полученных величин.

    Контрольные вопросы:

    1.  Сформулируйте первый закон Фарадея.
    2.  Сформулируйте второй закон Фарадея.
    3.  Сформулируйте объединенный закон Фарадея.
    4.  Что такое химический эквивалент данного вещества?
    5.  Что такое постоянная Фарадея?
    6.  Укажите численное значение и единицу измерения постоянной Фарадея.
    7.  Какой из электродов называется анодом, а какой катодом?
    8.  Каким образом можно измерить массу выделившегося вещества.
    9.  Укажите,  при каких технологических процессах применяется электролиз и кратко поясните в чем заключается каждый из этих процессов.

    лабораторная работа 36

    Лабораторная работа № 36

     

    ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ.
    ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ФАРАДЕЯ И ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

     

    Цель работы — определение числа Фарадея и заряда электрона.

    Приборы и принадлежности: электролитическая ванна с раствором медного купороса, источник постоянного тока, секундомер.

     

    Прохождение тока через электролиты

     

    Вещества, молекулы которых в растворе или в расплаве распадаются на ионы, называются электролитами. Такой процесс распада называется электролитической диссоциацией. К электролитам относятся водные растворы солей, кислот, щелочей, а также расплавленные соли. Электрический ток в электролитах обусловлен движением ионов под действием внешнего электрического поля. Поэтому проводимость электролитов, в отличие от электронной проводимости металлов, принято называть ионной. Прохождение постоянного тока через электролиты связано с переносом вещества и сопровождается выделением составных частей этих веществ на электродах. Это явление называется э л е к т р о л и з о м.

    Если ввести в электролит два электрода (металлических или угольных), соединенных с полюсами источника постоянного напряжения, и создать внешнее постоянное электрическое поле, то под действием электрических сил ионы в растворе придут в направленное движение. К аноду будут двигаться отрицательные ионы (анионы), к катоду — положительные (катионы).

    Достигнув электродов, ионы разряжаются: анионы отдают аноду свои избыточные электроны, катионы восстанавливаются на катоде. Например, молекулы медного купороса CuSO4диссоциируют при растворении на положительные ионы Cu++ и отрицательные ионы .

    Кроме ионов Cu++ и  раствор содержит также водородные  и гидроксильные () ионы воды.

    Ионы меди Cu++ разряжаются легче, чем ионы водорода H+, поэтому при прохождении тока на катоде будет происходить выделение меди:

    + 2 e = Сu.

    Ионы  труднее разряжаются, чем ионы. Поэтому при прохождении тока у анода разряжаются ионы гидроксила и выделяется кислород: 2 — 2 е=H2O + O, 2О→О2.

    Ионы  с ионами образуют у анода раствор серной кислоты:

     + 2 H2.

    Иначе протекает процесс, если анод изготовлен из меди. В этом случае разряд ионов происходит только у катода. У анода же, наоборот, ионы металла переходят в раствор.

    Объяснить это можно тем, что атомы меди Cu теряют электрон легче, чем ионы, в этом случае вместо выделения кислорода будет происходить переход с анода в раствор ионов , т.е. Cu – 2 е = .

    Следовательно, электролиз CuSO4 при медном аноде сводится к переносу меди с анода на катод. В то же время количество медного купороса останется неизменным в растворе.

     

    Законы электролиза

    Пусть заряд одного иона равен Ze, где е – элементарный заряд, Z – валентность иона, т. е. число электронов, отданных или приобретенных при диссоциации каждым атомом. Заряд, отдаваемый электроду  равен

    q = n∙Z∙e,                                     (1)

    где n –число ионов.

    C другой стороны, масса М выделившегося на электроде вещества равна

    М = n∙m,                                      (2)

     

    где m – масса одного иона.

    Из формул (1) и (2) находим

    М=  ∙q.                                 (3)

     

    Известно, что в одном моле ν любого вещества содержится одинаковое число атомов: N = NA,

    NА = 6,023· 10 моль (число Авогадро).

     

    Тогда масса иона (массами двух оторванных от атома электронов пренебрегаем) будет равен

                m=,                                              (4)

     

    где μ — молярная масса

    Подставим выражение (4) в (3), получим

    М =                                     (5)

     

    Величина

    ,                                         (6)

     

    постоянная для каждого вещества, называется электрохимическим эквивалентом данного вещества. Таким образом, масса М выделившегося на электроде вещества пропорциональна величине заряда q, прошедшего через электролит (первый закон Фарадея).

    Величина заряда q, прошедшего через электролит, равна произведению силы тока I на время t его прохождения: q = I·t.

    Поэтому электрохимический эквивалент (с учетом (5) и (6)) может быть рассчитан по формуле

    К = .                              (7)

     

    Из формулы (6) находим

    А=  .                                   (8)

     

    Величина  называется химическим эквивалентом вещества.

    Из уравнения (8) следует, что химический эквивалент веществ пропорционален его электрохимическому эквиваленту (второй закон Фарадея):

    К = .                                    (9)

     

    Постоянная величина F называется числом Фарадея.

    Выражение (7) можно переписать в виде

    М = q .                                 (10)

     

    Для того чтобы на электроде выделилось количество вещества, численно равное А, через электролит надо пропустить заряд q = F.

    Следовательно, число Фарадея F численно равно величине заряда, при прохождении которого через электролит на электроде выделяется масса вещества, численно равная А.

    Из выражений (8), (9) следует, что

    F = = NAe.                                        (11)

     

    Заряд одновалентного иона равен заряду электрона по абсолютной величине. Поэтому заряд электрона может быть вычислен по формуле

    е = .                                     (12)

     

     

    Ход работы

     

    1. Медный электрод, используемый в качестве катода, просушить на электроплитке в течение 10 минут и взвесить на лабораторных весах. Значение измеренной массы М1 занести в таблицу 1.

    2. Поместить в стеклянную ванну с электролитом медные электроды – катод и анод. К отрицательной клемме источника постоянного тока подключить катод, к положительной – анод (см. рис. 1).

    Внимание! В предлагаемой лабораторной установке источник постоянного тока имеет возможность работать в режиме стабилизации тока, т.е. прибор автоматически поддерживает силу тока, заданную с помощью декадного переключателя тока, независимо от величины сопротивления нагрузки. О работе источника питания в режиме стабилизации тока свидетельствует свечение соответствующей лампочки. Если указанная лампочка не светится, следует с помощью декадного переключателя напряжения увеличить значение набранной величины напряжения до зажигания лампочки стабилизации тока. Ориентировочное значение набранной величины напряжения перед включением прибора равно 20 В. Значение величины тока задается руководителем работы.

    3. Включить источник питания, одновременно пустить секундомер, убедившись в работе источника питания в режиме стабилизации тока. Пропускать ток через электролит 30-40 минут.

    4. Выключить источник питания и секундомер, катод просушить на электроплите в течение 10 минут и с помощью весов определить его массу М2. Разность М1–М2 дает приращение массы катода М. Результаты измерений занести в таблицу.

    5. По формулам (7), (11), (12) вычислить величины электрохимического эквивалента, числа Фарадея и заряда электрона. При расчетах следует принять, что для меди m =63,5×10-3 кг/моль и в соединении медь двухвалентна – Z = 2.

     

    Рис. 1

    Результаты вычислений занести в таблицу.

    Таблица 1

    М1,

    кг

    М2,

    кг

    М,

    кг

    I,

    А

    t,

    c

    К, кг/Кл

    F, Кл/моль

    е,
    Кл

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Вопросы для допуска к работе

    1. Что называется электрохимическим эквивалентом? Что называется химическим эквивалентом? Каков их физический смысл?

    2. Определите цель работы.

    3. Опишите рабочую установку и запишите рабочие формулы.

    4. Оцените погрешность данного метода измерений числа Фарадея и заряда электрона.

    Вопросы для защиты работы

    1.   Какие проводники называются проводниками первого и второго рода?

    2.   Сформулируйте законы электролиза.

    3.   Какова связь между числом Фарадея, химическим и электрохимическим эквивалентом вещества и каков физический смысл числа Фарадея F?

    5.   После проведения опыта Вы обнаружили, что ошибочно изменена полярность электродов. Можно ли в этом случае определить электрохимический эквивалент?

    6.   Каковы Ваши критические замечания по данной работе?

     

     

     

    Обобщенный закон фарадея для электролиза.

    Первый и второй закон фарадея

    Для описания процессов в физике и химии есть целый ряд законов и соотношений, полученных экспериментальным и расчетным путем. Ни единого исследования нельзя провести без предварительной оценки процессов по теоретическим соотношениям. Законы Фарадея применяются и в физике, и в химии, а в этой статье мы постараемся кратко и понятно рассказать о всех знаменитых открытиях этого великого ученого.

    История открытия

    Закон Фарадея в электродинамике был открыт двумя ученными: Майклом Фарадеем и Джозефом Генри, но Фарадей опубликовал результаты своих работ раньше – в 1831 году.

    В своих демонстрационных экспериментах в августе 1831 г. он использовал железный тор, на противоположные концы которого был намотан провод (по одному проводу на стороны). На концы одного первого провода он подал питание от гальванической батареи, а на выводы второго подключил гальванометр. Конструкция была похожа на современный трансформатор. Периодически включая и выключая напряжение на первом проводе, он наблюдал всплески на гальванометре.

    Гальванометр — это высокочувствительный прибор для измерения силы токов малой величины.

    Таким образом было изображено влияние магнитного поля, образовавшегося в результате протекания тока в первом проводе, на состояние второго проводника. Это воздействие передавалось от первого ко второму через сердечник – металлический тор. В результате исследований было обнаружено и влияние постоянного магнита, который двигается в катушке, на её обмотку.

    Тогда Фарадей объяснял явление электромагнитной индукции с точки зрения силовых линий. Еще одной была установка для генерирования постоянного тока: медный диск вращался вблизи магнита, а скользящий по нему провод был токосъёмником. Это изобретение так и называется — диск Фарадея.

    Ученные того периода не признали идеи Фарадея, но Максвелл взял исследования для основы своей магнитной теории. В 1836 г. Майкл Фарадей установил соотношения для электрохимических процессов, которые назвали Законами электролиза Фарадея. Первый описывает соотношения выделенной на электроде массы вещества и протекающего тока, а второй соотношения массы вещества в растворе и выделенного на электроде, для определенного количества электричества.

    Электродинамика

    Первые работы применяются в физике, конкретно в описании работы электрических машин и аппаратов (трансформаторов, двигателей и пр.). Закон Фарадея гласит:

    Для контура индуцированная ЭДС прямо пропорциональна величине скорости магнитного потока, который перемещается через этот контур со знаком минус.

    Это можно сказать простыми словами: чем быстрее магнитный поток движется через контур, тем больше на его выводах генерируется ЭДС.

    Формула выглядит следующим образом:

    Здесь dФ – магнитный поток, а dt – единица времени. Известно, что первая производная по времени – это скорость. Т.е скорость перемещения магнитного потока в данном конкретном случае. Кстати перемещаться может, как и источник магнитного поля (катушка с током – электромагнит, или постоянный магнит), так и контур.

    Здесь же поток можно выразить по такой формуле:

    B – магнитное поле, а dS – площадь поверхности.

    Если рассматривать катушку с плотнонамотанными витками, при этом в количестве витков N, то закон Фарадея выглядит следующим образом:

    Магнитный поток в формуле на один виток, измеряется в Веберах. Ток, протекающий в контуре, называется индукционным.

    Электромагнитная индукция – явление протекания тока в замкнутом контуре под воздействием внешнего магнитного поля.

    В формулах выше вы могли заметить знаки модуля, без них она имеет слегка иной вид, такой как было сказано в первой формулировке, со знаком минус.

    Знак минус объясняет правило Ленца. Ток, возникающий в контуре, создает магнитное поле, оно направлено противоположно. Это является следствием закона сохранения энергии.

    Направление индукционного тока можно определить по правилу правой руки или , мы его рассматривали на нашем сайте подробно.

    Как уже было сказано, благодаря явлению электромагнитной индукции работают электрические машины трансформаторы, генераторы и двигатели. На иллюстрации показано протекание тока в обмотке якоря под воздействием магнитного поля статора. В случае с генератором, при вращении его ротора внешними силами в обмотках ротора возникает ЭДС, ток порождает магнитное поле направленное противоположно (тот самый знак минус в формуле). Чем больше ток, потребляемый нагрузкой генератора, тем больше это магнитное поле, и тем больше затрудняется его вращение.

    И наоборот — при протекании тока в роторе возникает поле, которое взаимодействует с полем статора и ротор начинает вращаться. При нагрузке на вал ток в статоре и в роторе повышается, при этом нужно обеспечить переключение обмоток, но это уже другая тема, связанная с устройством электрических машин.

    В основе работы трансформатора источником движущегося магнитного потока является переменное магнитное поле, возникающее в следствие протекания в первичной обмотке переменного тока.

    Если вы желаете более подробно изучить вопрос, рекомендуем просмотреть видео, на котором легко и доступно рассказывается Закон Фарадея для электромагнитной индукции:

    Электролиз

    Кроме исследований ЭДС и электромагнитной индукции ученный сделал большие открытия и в других дисциплинах, в том числе химии.

    При протекании тока через электролит ионы (положительные и отрицательные) начинают устремляться к электродам. Отрицательные движутся к аноду, положительные к катоду. При этом на одном из электродов выделяется определенная масса вещества, которое содержится в электролите.

    Фарадей проводил эксперименты, пропуская разный ток через электролит и измеряя массу вещества отложившегося на электродах, вывел закономерности.

    m – масса вещества, q – заряд, а k – зависит от состава электролита.

    А заряд можно выразить через ток за промежуток времени:

    I=q/t , тогда q = i*t

    Теперь можно определить массу вещества, которое выделится, зная ток и время, которое он протекал. Это называется Первый закон электролиза Фарадея.

    Второй закон:

    Масса химического элемента, который осядет на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента (молярной массе разделенной на число, которое зависит от химической реакции, в которой участвует вещество).

    С учетом вышесказанного эти законы объединяются в формулу:

    m – масса вещества, которое выделилось в граммах, n – количество переносимых электронов в электродном процессе, F=986485 Кл/моль – число Фарадея, t – время в секундах, M молярная масса вещества г/моль.

    В реальности же из-за разных причин, масса выделяемого вещества меньше чем расчетная (при расчетах с учетом протекающего тока). Отношение теоретической и реальной масс называют выходом по току:

    B т = 100% * m расч /m теор

    Законы Фарадея внесли существенный вклад в развитие современной науки, благодаря его работам мы имеем электродвигатели и генераторы электроэнергии (а также работам его последователей). Работа ЭДС и явления электромагнитной индукции подарили нам большую часть современного электрооборудования, в том числе и громкоговорители и микрофоны, без которых невозможно прослушивание записей и голосовая связь. Процессы электролиза применяются в гальваническом методе покрытия материалов, что несет как декоративную ценность, так и практическую.

    Похожие материалы:

    Нравится(0 ) Не нравится(0 )

    Эти законы определяют соотношение между массой продукта, образующегося на электроде, и количеством электричества (электрическим зарядом), пропущенным через электролит.

    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 — это число Авогадро (см. разд. 4.2).

    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.

    Моль 2 моля 1 моль Таким образом, для разряда одного моля ионов на катоде через него необходимо пропустить 2 фарадея заряда (2 моля электронов).

    Моль 3 моля I моль

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

    Моля 1 моль 2 моля

    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.

    Вычислим массу свинца, выделившегося на катоде в результате пропускания тока силой 2 А через расплавленный бромид в течение 30 мин

    Выделение свинца на катоде происходит в результате следующей полуреакции:

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

    Учтем теперь, что ток силой 2 А, протекая в течение 30 мин, переносит заряд, равный 2-30-60 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 королевы, слева от него — 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.

    Как уже известно, при электролизе на электродах происходит выделение вещества. Попробуем выяснить, от чего будет зависеть масса это вещества. Масса выделившегося вещества m будет равна произведению массы одного иона m0i на число ионов Ni, которые достигли электрода за промежуток времени равный ∆t: m = m0i*Ni. Масса иона m0i будет вычисляться по следующей формуле:

    где М — молярная масса вещества, а Na — постоянная Авогадро.

    Число ионов, которые достигнут электрода, вычисляется по следующей формуле:

    где ∆q = I*∆t — заряд, прошедший через электролит за время, равное ∆t, q0i — заряд иона.

    Для того, чтобы определить заряд иона, используется следующая формула:

    где n — валентность, e — элементарный заряд.

    Собирая воедино все представленные формулы, получаем формулу для вычисления массы выделившегося на электроде вещества:

    Теперь обозначим через k коэффициент пропорциональности между массой вещества и зарядом ∆q.

    Этот коэффициент k будет зависеть от природы вещества. Тогда формулу массы вещества можно переписать в следующем виде:

    Второй закон Фарадея

    Масса вещества, выделившегося на электроде за время, равное ∆t, при прохождении электрического тока пропорциональна силе тока и времени. Коэффициент k называют электрохимическим эквивалентом данного вещества. Единицей измерения служит кг/Кл. Разберемся с физическим смыслом электрохимического эквивалента. Так как:

    то формулу электрохимического эквивалента можно переписать в следующем виде:

    Таким образом, k — отношение массы иона к заряду этого иона.

    Для того, чтобы удостовериться в справедливости закона Фарадея, можно провести опыт. Лабораторная установка, необходимая для него, показана на следующем рисунке.

    Все три емкости заполнены одинаковым электролитическим раствором. Через них будут протекать различные электрические токи, причем I1 = I2+I3. После включения установки в цепь подождем некоторое время. Потом отключим её и измерим массы веществ, выделившихся на электродах в каждом из сосудов m1, m2, m3. Можно будет убедиться, что массы веществ будут пропорциональны силам тока, которые проходили через соответствующий сосуд.

    Из формулы

    можно выразить значение заряда электрона

    Законыэлектролиза (законыФарадея)

    Поскольку прохождение электрического тока через электрохимические системы связано с химическими превращениями, между количеством протекающего электричества и количеством прореагировавших веществ должна существовать определенная зависимость. Она была открыта Фарадеем и получила свое выражение в первых количественных законах электрохимии, названных впоследствии законами Фарадея.

    Первый закон Фарадея . Количества веществ, превращённых при электролизе, пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит :

    D m =k э q =k э It ,

    D m – количество прореагировавшего вещества; k э – некоторый коэффициент пропорциональности; q – количество электричества, равное произведению силы тока I на время t . Еслиq = It = 1, то D m = k э, то есть коэффициент k э представляет собой количество вещества, прореагировавшего в результате протекания единицы количества электричества. Коэффициент k э называется электрохимическим эквивалентом .

    Второй закон Фарадея отражает связь, существующую между количеством прореагировавшего вещества и его природой: при постоянном количестве прошедшего электричества массы различных веществ, испытывающие превращение у электродов (выделение из раствора, изменение валентности), пропорциональны химическим эквивалентам этих веществ :

    D m i /A i = const .

    Можно объединить оба закона Фарадея в виде одного общего закона : для выделения или превращения с помощью тока 1 г-экв любого вещества (1/z моля вещества) необходимо всегда одно и то же количество электричества, называемое числом Фарадея (или фарадеем ):

    D m =It = It .

    Точно измеренное значение числа Фарадея

    F = 96484,52 ± 0,038Кл/г-экв.

    Таков заряд, несомый одним грамм-эквивалентом ионов любого вида. Умножив это число на z (число элементарных зарядов иона), получим количество электричества, которое несёт 1 г-ион . Разделив число Фарадея на число Авогадро, получим заряд одного одновалентного иона, равный заряду электрона:

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

    Законы, открытые Фарадеем в 1833 г., строго выполняются для проводников второго рода. Наблюдаемые отклонения от законов Фарадея являются кажущимися . Они часто связаны с наличием неучтённых параллельных электрохимических реакций. Отклонения от закона Фарадея в промышленных установках связаны с утечками тока, потерями вещества при разбрызгивании раствора и т.д. В технических установках отношение количества продукта, полученного при электролизе, к количеству, вычисленному на основе закона Фарадея, меньше единицы и называется выходом по току :

    В Т = = .

    При тщательных лабораторных измерениях для однозначно протекающих электрохимических реакций выход по току равен единице (в пределах ошибок опыта). Закон Фарадея точно соблюдается, поэтому он лежит в основе самого точного метода измерения количества электричества, прошедшего через цепь, по количеству выделенного на электроде вещества. Для таких измерений используюткулонометры . В качестве кулонометров используют электрохимические системы, в которых нет параллельных электрохимических и побочных химических реакций. По методам определения количества образующихся веществ кулонометры подразделяют на электрогравиметрические, газовые и титрационные . Примером электрогравиметрических кулонометров являются серебряный и медный кулонометры. Действие серебряного кулонометра Ричардсона, представляющего собой электролизер

    (–) Ag ï AgNO 3 × aq ï Ag (+) ,

    основано на взвешивании массы серебра, осевшей на катоде во время электролиза. При пропускании 96500 Кл (1 фарадея) электричества на катоде выделится 1 г-экв серебра (107 г). При пропускании n F электричества на катоде выделяется экспериментально определенная масса (D m к ). Число пропущенных фарадеев электричества определяется из соотношения

    n = D m /107 .

    Аналогичен принцип действия медного кулонометра.

    В газовых кулонометрах продуктами электролиза являются газы, и количества выделяющихся на электродах веществ определяют измерением их объемов. Примером прибора такого типа является газовый кулонометр, основанный на реакции электролиза воды. При электролизе на катоде выделяется водород:

    2Н 2 О+2е – =2ОН – +Н 2 ,

    а на аноде – кислород:

    Н 2 О=2Н + +½ О 2 +2е – V – суммарный объем выделенного газа, м 3 .

    В титрационных кулонометрах количество вещества, образовавшегося в процессе электролиза, определяют титриметрически. К этому типу кулонометров относится титрационный кулонометр Кистяковского, представляющий собой электрохимическую систему

    (–) Pt ï KNO 3 , HNO 3 ï Ag (+) .

    В процессе электролиза серебряный анод растворяется, образуя ионы серебра, которые оттитровывают. Число фарадеев электричества определяют по формуле

    n = mVc ,

    где m – масса раствора, г;V – объем титранта, пошедший на титрование 1 г анодной жидкости;c –концентрация титранта, г-экв/см 3 .

    Электролиз — это физико-химический процесс, осуществляемый в растворах различных веществ при помощи электродов (катода и анода). Существует множество веществ, которые химически разлагаются на составляющие при прохождении через их раствор или расплав электрического тока. Они называются электролитами. К ним относятся многие кислоты, соли и основания. Различают сильные и слабые электролиты, но это деление условно. В некоторых случаях слабые электролиты проявляют свойства сильных и наоборот.

    При пропускании тока через раствор или расплав электролита на электродах оседают различные металлы (в случае кислот просто выделяется водород). Используя это свойство, можно подсчитать массу выделившегося вещества. Для подобных экспериментов используют раствор медного купороса. На угольном катоде при пропускании тока можно легко увидеть красный медный осадок. Разница между значениями его масс до и после эксперимента и будет массой осевшей меди. Она зависит от количества электричества, прошедшего через раствор.

    Первый закон Фарадея можно сформулировать так: масса вещества m, выделившегося на катоде прямо пропорциональна количеству электричества (электрическому заряду q), прошедшему через раствор или расплав электролита. Этот закон выражается формулой: m=KI=Kqt, где K — коэффициент пропорциональности. Его называют электрохимическим эквивалентом вещества. Для каждого вещества он принимает различные значения. Он численно равен массе вещества, выделившегося на электроде за 1 секунду при силе тока 1 ампер.

    Второй закон Фарадея

    В специальных таблицах можно посмотреть значения электрохимического для различных веществ. Вы заметите, что эти значения существенно отличаются. Объяснение такому различию дал Фарадей. Оказалось, что электрохимический эквивалент вещества прямо пропорционален его химическому эквиваленту. Это утверждение носит название второго закона Фарадея. Его истинность была подтверждена экспериментально.

    Формула, выражающая второй закон Фарадея, выглядит так: K=M/F*n, где M — молярная масса, n — валентность. Отношение молярной массы к валентности называется химическим эквивалентом.

    Величина 1/F имеет одно и то же значение для всех веществ. F называется постоянной Фарадея. Она равна 96,484 Кл/моль. Эта величина показывает количество электричества, которое нужно пропустить через раствор или расплав электролита, чтобы на катоде осел один моль вещества. 1/F показывает сколько моль вещества осядет на катоде при прохождении заряда в 1 Кл.

    Основные расчеты по электролизу

    Постоянная Фарадея — самая важная часть информации в расчетах электролиза. Убедитесь, что вы действительно понимаете следующий бит.

     

    Кулоны

    кулон является мерой количества электричества. Если в течение 1 секунды протекает ток в 1 ампер, то прошел 1 кулон электричества.

    Это означает, что вы можете вычислить, сколько электричества прошло за заданное время, умножив силу тока в амперах на время в секундах.

    Количество кулонов = ток в амперах x время в секундах

    Если вам задано время в минутах, часах или днях, то вы должны преобразовать его в секунды, прежде чем делать что-либо еще.

    Например, если в течение часа протекает ток силой 2 ампера, то:

    Количество кулонов = 2 х 60 х 60 = 7200

    (60 минут в каждом часе; 60 секунд в каждой минуте. )

    Это просто!

     

    Фарадей

    Электричество — это поток электронов.Для расчетов нам нужно знать, как соотнести количество молей электронов, которые текут, с измеренным количеством электричества.

    Заряд, который несет каждый электрон, равен 1,60 х 10 -19 Кл. Если вам когда-нибудь понадобится использовать его на экзамене, вам дадут ценность.

    1 моль электронов содержит постоянную Авогадро, L, электронов — это 6,02 x 10 23 электронов. Вам также дадут это на экзамене, если вам нужно будет его использовать.

    Это означает, что 1 моль электронов должен нести

    6.02 x 10 23 x 1,60 x 10 -19 кулон

    = 96320 кулонов

    Это значение известно как постоянная Фарадея.

    Вы можете встретить формулу F = Le , где F — постоянная Фарадея, L — постоянная Авогадро, а e — заряд электрона (в пересчете на количество кулонов, которые он несет). Мы только что использовали это, фактически не заявляя об этом — это в основном очевидно!

     

    Используемые здесь числа округлены.Расчет просто показывает вам, как это сделать, если вам нужно, но не дает обычно используемого значения. Для экзаменационных целей значение постоянной Фарадея обычно принимается равным 9,65 x 10 4 C моль -1 (кулонов на моль). Это еще один номер, который вам вряд ли придется запоминать.

    Это 96500 кулонов на моль.

    Итак, 96500 кулонов называется 1 фарадей . Обратите внимание на маленькую букву «f», когда она используется как единица.

    Всякий раз, когда у вас есть уравнение, в котором у вас есть 1 моль электронов, это представлено в электрической цепи 1 фарадеем электричества — другими словами, 96500 кулонами.

    Постоянная Фарадея – определение и формула

    Постоянная Фарадея чаще всего используется в физической химии. Постоянная Фарадея, которую чаще всего обозначают символом F, указывает заряд, переносимый одним молем электронов. Вы можете думать об этом как о факторе сохранения между молем и кулонов. По этой причине он используется в электрохимии.

    Наиболее часто эта постоянная Фарадея используется в электролизе. В электролизе вы можете просто разделить один кулон заряда на постоянную Фарадея, и вы найдете химическое количество вещества, подвергшегося электролизу в процессе электролиза.Если объяснить закон Фарадея простым языком, то он гласит, что в электрохимической реакции живости (которую мы рассматриваем) масса вещества, которое осаждается или высвобождается на поверхности электродов, прямо пропорциональна заряду или количеству электричества ( измеряется в кулонах), которая проходит через него.

    Обсуждая Единицу Фарадея, то это единица электрического заряда. В то время как колонна используется в основном, этот заряд менее распространен и используется меньше по сравнению с зарядом кулона.Один заряд Фарадея — это заряд, который создается одним молем электронов. Фарадей в основном используется в электрохимии вместо кулоновского заряда 

    В этой статье вы получите краткую информацию о постоянной Фарадея и ряд тем, которые она включает, то есть связь между законом Фарадея и кулонами, постоянной Фарадея и Разница в единицах измерения Фарадея, взаимосвязь между постоянной закона Фарадея и законом электролиза Фарадея, уравнения константы Фарадея и граничных условий. В конце этой статьи вам предоставляется специально разработанный список часто задаваемых вопросов, который поможет вам хорошо разобраться в теме. сомнения, связанные с этой темой, будут у вас сняты, вместе с этим вы сможете прояснить большинство вопросов, с которыми вы можете столкнуться при чтении этой статьи о постоянной Фарадея.

    Постоянное число Фарадея

    Постоянное число Фарадея можно определить как количество электрического заряда, переносимого одним молем, или согласно числу Авогадро. Его актуальность можно найти в различных предметах, таких как химия, физика и электроника. Как правило, постоянная Фарадея представлена ​​курсивом в верхнем регистре F и имеет единицу измерения — кулоны на моль (смоль⁻¹).

    Придуманное в честь ученого 19 века Майкла Фарадея, это значение можно использовать, чтобы больше узнать об электрохимических реакциях.Расчетное значение постоянной Фарадея составляет: 9,6485333289 × 10⁴ Смоль⁻¹ или 6,022140857 × 10²³ электронов.

    Взаимосвязь между кулонами и постоянной Фарадея

    Чтобы понять и определить постоянную Фарадея, вам сначала нужно понять кулоны. Кулоны обычно признаются мерой количества электричества, т. е. часто представляются в виде ампер и секунд.

    1 Кулон = Ток (в амперах) × Время (в секундах)

    Примером того же может быть, если в системе есть ток 5 ампер в час, общее количество кулонов будет = 5 × 3600 (поскольку в часе 60 минут, а в каждой минуте 60 секунд) = 18000 кулонов.

    Электричество – это коллективное движение электронов, движущихся как проточная система. Поскольку каждый электрон несет заряд 1,602176634 × 10⁻¹⁹ кулонов, 1 моль электронов будет составлять заряд, равный значению числа Авогадро:

    F = eNA (где F = постоянная Фарадея, NA = число Авогадро, e = заряд одного электрона)

    F = 6,02214076 x 10²³ × 1,602176634 × 10⁻¹⁹ кулон

    F = 96485,3321233100184 Смоль⁻¹.

    Существует много других единиц, в которых может быть выражена постоянная Фарадея.Это:

    Ин 96485 Джоулей на вольт-грамм

    23,061 ккал на вольт-грамм

    26,801 А.ч/моль.

    Постоянная Фарадея и единица Фарадея

    Фарадей представляет собой единицу электрического заряда, которая равна величине заряда каждого моля электронов. Следовательно, постоянная Фарадея может быть эквивалентна всего одному Фарадею, который обозначается строчной буквой f.

    Обратите внимание, что постоянную Фарадея не следует путать с фарадом, который представлен как 1 фарад = 1 кулон на каждый вольт.Это служит единицей измерения емкости, которая также была названа в честь английского физика Майкла Фарадея.

    Связь между постоянной Фарадея и законами электролиза Фарадея

    В 1833 году, прежде чем выяснить значение числа Авогадро, Майкл Фарадей обнаружил, что в процессе электролиза количество заряда F (постоянная Фарадея), необходимое для осаждения одного моль ионов одинаковой валентности на электроде, будь то анионы на аноде или катионы на катоде; он всегда остается постоянным, несмотря на типы используемых ионов. Следовательно, именно из-за постоянной Фарадея количество серебра, которое будет использоваться при электролизе катиона Ag+ (то есть для осаждения на электроде), было определено с помощью этого метода.

    Так как первый закон Фарадея гласит, что для электрохимической реакции вещество, имеющее массу (m), осаждается или высвобождается на электроде прямо пропорционально количеству прошедшего через него заряда. Следовательно, математическое уравнение процесса может быть выражено как:

    m = Z .Вопрос;

    где Q = заряд в кулонах,

    Z = пропорциональность, выраженная в гС⁻¹.

    Следовательно, число пропорциональности также можно назвать электрохимическим эквивалентом (Е) и определить как массу, потребляемую электродами на единицу заряда. Таким образом, Z можно представить в виде:

    Z = \[\frac{E}{96,845}\]

    Поскольку мы уже знаем, что

    Q = It (где I — ток в амперах, t — время в секунд)

    Таким образом, замена его в приведенном выше уравнении дает:

    м = \[\frac{E. It}{F} =\frac{MIt}{Fz}\]

    где M — Молярная масса вещества в г моль⁻¹, I — сила тока в амперах, t — время в секундах, F — постоянная Фарадея, а z — число одновалентных ионов на вещество.

    Постоянная Фарадея и уравнения граничных условий

    Несколько уравнений могут помочь понять поток ионов типа с помощью уравнения Нернста-Планка:

    j\[_{t}\] = -D\[\frac{dc_{i }}{dx}-\frac{ez_{i}c_{i}D}{k_{B}T}\frac{d\Psi }{dx}\] ;где i = 1, 2

    \[D_ {1}=D_{2}=D,z_{1}\]=-z

    Здесь скалярная форма счета, которая используется для симметрии в задаче, зависит от электрода.Следовательно, концентрации можно измерять в моль м-3, а разницу между плотностью электрического тока можно измерить с помощью постоянной Фарадея по следующей формуле:

     i = zF(j₁  — j₂), где j₁ и j₂ – адсорбция или десорбция соли на электроде.

    Даже сегодня ведется множество исследований, направленных на повышение точности постоянной Фарадея.

    Заключение

    Постоянная Фарадея – это заряд, переносимый одним молем электронов.Хотя это используется реже, в основном оно находит применение в области электрохимии. Это коэффициент преобразования моля в кулон. Если вы хотите получить краткую информацию о константе Фарадея по этой теме, вы можете посетить официальный сайт Vedantu или воспользоваться приложением Vedantu. Основным мотивом Веданту является прояснение концепций ученика, и наряду с этим Веданту помогает им увеличить свои баллы и улучшить свои результаты. Таким образом, информация, предоставленная в приложении, перепроверяется многими экспертами по конкретному предмету и обсуждается должным образом, прежде чем сделать ее доступной для учащихся, чтобы учащиеся могли понять тему наилучшим образом, тогда только они могут получить оценку. хорошо в их рассмотрении.Эти темы, такие как тема константы Фарадея, рассматривают основные понятия, которые составляют основу для дальнейшего класса, и поэтому они в основном хорошо объясняются Веданту.

    Faraday Contrange: стоимость, определение, уравнение, примеры

    Faraday Constant Constant

    стоимость постоянной в Фарадеях принято повсеместно:

    Другие общие единицы

    Доставка постоянной в других единицах:

    Contrance (f) = 96485.33289 × 10 23 Электроны

    Значение постоянной

    Единицы

    96485

    Джоуль на вольт-грамм эквивалент

    23.061

    Kilo Cal на вольт грамм эквивалент

    26.801

    A. H / MOL

    Формула для Фарадейской постоянной

    Формула, которая может быть использована для расчета постоянной Фарадея :

    F = ENA

    Где E является заряд электрона = 1. 60217662 × 10 -19662 × 10 -19 Courembs

    Na — Avogadro Contance = 6.022141 × 10 23 на моль

    Константы Фарадей и Фарадовый блок

    Фарадей символизирует величину заряда одного моля электронов.Можно сделать вывод, что один фарадей эквивалентен постоянной Фарадея.

    1 фарад = 1 кулон на каждый вольт

    Этот фарадей также является единицей измерения емкости. Когда Майкл Фарадей проводил электролиз, количество заряда F было обнаружено в 1833 году.

    Постоянная Фарадея и закон электролиза Фарадея

    ионы.Благодаря электропроводности анионы на аноде и катионы на катоде всегда остаются постоянными, независимо от типа используемых ионов.

    Таким образом, закон электролиза Фарадея гласит, что масса отложившегося или выделившегося вещества прямо пропорциональна электрическому заряду, переданному в процессе.

    m = Z. Q

    Где Q = заряд в кулонах

    Z = пропорциональность в г/Кл

    Эта пропорциональность также может быть выражена как электрохимический эквивалент (Е). Имеется в виду масса, потребляемая электродами на единицу заряда

    Z = E / 96845

    Мы уже знаем, что Q = I. t

    F = MI t / F. z

    Где M – молярная масса вещества в г/моль

    I – сила тока в амперах

    t – время в секундах

    F – постоянная Фарадея

    Z – число одновалентных ионов на вещество

    Применение постоянной Фарадея

    • Обычно используется в процессе электролиза.
    • Моли окисленных элементов можно рассчитать, разделив электрический заряд в кулонах.

    Расчет постоянной Фарадея

    Точность постоянной Фарадея постоянно исследуется до сих пор. Первоначально он был определен с использованием закона электролиза Фарадея. Для электрохимической реакции определяется значение тока, протекающего в течение определенного времени. Кроме того, значение F рассчитывается путем измерения количества осажденного серебра.