Меню

Что называют выходом по току в химии

Выход вещества по току

При электролизе возможно протекание нескольких реакций параллельно — основной и побочной, чтобы учесть влияния побочной реакций, было введено понятие «выход по току». Выход по току – отношение количества теоретически необходимого для получения того или иного количества электричества (по закону Фарадея) к практически затраченному количеству электричества. С целью уменьшения затрат электроэнергии на побочные электрохимические реакции и повышения по току стремятся проводить электролиз в таких условиях, при которых затруднено разложение растворителя, т.е. велика поляризация при окислении или восстановлении растворителя (например перенапряжение кислорода или водорода). Это достигается повышением плотности тока, изменением температуры электролита, подбором материала электролита и т. д.

Выход по току оценивает ту часть количества пропущенного электричества, которая приходится на долю данной электродной реакции:

где — количество электричества, расходуемое на данную реакцию; — общее количество пропущенного электричества.

Выход по току можно определить как отношение количества полученного в результате электрохимических реакций продукта ( ) к тому количеству, которое должно образоваться теоретически ( ), если бы все количество электричества расходовалось только на данную реакцию:

Существуют системы, в которых все количество пропущенного электричества расходуется лишь на одну электродную реакцию, то ВТ=1 или 100%. Такие электрохимические системы используются для измерения пропущенного электричества и называются «кулонометрами».

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

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).

Читайте также:  Номинальный ток двигателя 132 квт

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:

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:

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



Законы фарадея выход по току. Кинетика электродных процесов.

Электродные процессы протекают на границе фаз и относятся к гетерогенным окислительно-восстановительным процессам. Изучение кинетики и механизма этих процессов – одно из главных направлений электрохимии на современном этапе.

Основными стадиями электродных процессов являются стадии доставки реагента к поверхности электрода, переноса заряда через границу фаз (стадия разряда-ионизации), отвода продуктов реакции в объем фаз. Стадии доставки и отвода имеют одинаковые закономерности и называются стадиями массопереноса. Наряду с указанными, встречаются также и другие стадии. Так, часто электродные процессы осложняются химическими реакциями в объеме раствора или на поверхности электрода, стадиями образования новой фазы, поверхностной диффузии частиц, перехода частиц с поверхности в объем электрода и др.

Наиболее медленная в ряду последовательных стадий определяет суммарную скорость процесса и называется лимитирующей стадией.

В общем случае ток, протекающий через границу электрод/электролит, тратится на сам электродный процесс (фарадеевский ток) и на заряжение двойного электрического слоя ДЭС (ток заряжения). Если свойства ДЭС не изменяются во времени, то ток заряжения равен нулю, и величина протекающего тока, отнесенная к единице поверхности электрода (плотность тока), является мерой скорости самого электродного процесса.

При изучении механизма электродного процесса измеряют его вольтамперную характеристику -ВАХ ( иногда называемую также поляризационной характеристикой), т.е. зависимость плотности тока от потенциала электрода.

Если потенциал электрода соответствует равновесному потенциалу для данного процесса, то суммарный ток через границу фаз равен нулю, поскольку при равновесном потенциале скорости прямого и обратного процессов равны друг другу и равны так называемому току обмена электродного процесса. При переходе к потенциалам, которые меньше равновесного, протекает суммарный катодный ток, т.е. превалирует процесс восстановления. В противоположном случае протекает анодный ток, соответствующий преимущественному процессу окисления реагента. Величина отклонения потенциала от равновесного значения называется поляризацией электрода.

При малых поляризациях ВАХ оказывается линейной. Ход ВАХ при больших поляризациях зависит от природы медленной стадии.

В общем случае перенос реагента в условиях электрохимической реакции осуществляется за счет диффузии, миграции и конвекции. Если стадия переноса является лимитирующей, то отклонение потенциала от равновесного значения происходит из-за уменьшения концентрации реагента по сравнению с его концентрацией в объеме фазы (концентрационная поляризация). При падении концентрации реагента у электрода до нуля достигается предельный диффузионный ток, величина которого зависит от величины объемной концентрации реагента и его коэффициента диффузии.

Читайте также:  По какому закону определяется тепловое действие тока

ВЫХОД ПО ТОКУ Это масса вещества, образовавшегося в результате электролиза при пропускании через раствор тока определенной силы (I — сила тока, измеряется в амперах — А) в течение определенного времени (t, измеряется в секундах — с) . Рассчитывается с помощью 1 закона Фарадея по формуле:

m = (э*I*t)/F, где э — эквивалентная масса вещества, равная отношению его молярной массы к количеству принятых (или отданных) электронов; F = 96 500 Кл — число Фарадея

(т. е. расчет не по другим веществам — участникам реакции (реагентам или продуктам) , а по значениям силы тока и времени электролиза) .

Практический выход по току обычно меньше 100% (если в долях единицы — меньше 1), т. к. на практике, в реальных условиях, обязательно будут потери вещества. В таком случае выход по току равен отношению практической массы продукта электролиза к теоретической, рассчитанной по закону Фарадея; для выражения выхода в процентах результат нужно умножить на 100%. Выход продукта реакции обозначается греческой буквой «эта».

2 ЗАКОН ФАРАДЕЯ при прохождении через раствор или расплав электролитов одинакового количества электричества малой массы образовавшихся на электрожах веществ относится между собой как молярная масса этих эквивалентов.

Дата добавления: 2015-01-19 ; просмотров: 26 ; Нарушение авторских прав

Источник

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

date image2015-04-20
views image3849

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