50. Законы Фарадея. Выход по току.

Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.

Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

m — масса осаждённого на электроде вещества в граммах

Q — полный электрический заряд, прошедший через вещество

F = 96 485,33(83) Кл·моль−1 — постоянная Фарадея

M — молярная масса вещества (Например, молярная масса воды H2O = 18 г/моль)

z — валентное число ионов вещества (число электронов на один ион).

Выход по току рассчитывается как отношение массы при фактическом массопереносе mf к теоретическому массопереносу mt, рассчитанному по 1-му 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.При электролизе всегда выделяется или растворяется меньше вещества, чем должно получиться по законам Фарадея. Это объясняется тем, что наряду с основными электродными процессами окисления и восстановления практически всегда протекают побочные реакции (взаимодействие образовавшихся при электролизе веществ с электролитом, выделение наряду с металлом на катоде водорода и др.). Кроме того, часть электрической энергии тратится на преодоление сопротивления электролита, то есть на нагрев электролита и электродов. Поэтому для экономической оценки процесса электролиза вводят такие понятия, как выход по току и расход энергии на получение единицы веса осадка.

51. Классификация химических источников тока.

Существуют 3 типа ХИТ:

первичные - гальванические элементы, вторичные – аккумуляторы и топливные элементы.

1)В гальванических элементах активные вещества, необходимые для работы элемента, закладываются в него при монтаже, после израсходования веществ элемент утилизируется(одноразовые батарейки)

2)В основу аккумулятора положена высоко-обратимая химическая реакция окисления-восстановления, которую можно проводить в обоих направлениях.

3)Топливный элемент – это ХИТ длительного действия, начинающий и прекращающий работу с началом и прекращением подачи активных веществ в электродам.

Достоинства ХИТ: высокий КПД, экологическая чистота, бесшумность, автономность действия.

Недостаток – низкие удельные характеристики.

Марганцево-цинковый элемент: наиболее широко применяется среди первичных ХИТ.

Свинцово-кислотный аккумулятор — наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов. Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов (положительных и отрицательных) и разделительных изоляторов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой свинцовые решётки. У положительного активного вещества является диоксид свинца (PbO₂), у отрицательного активного вещества является губчатый свинец. Химическая реакция (слева направо — разряд, справа налево — заряд):

Анод:

Катод: .

В итоге получается, что при разряде аккумулятора расходуется серная кислота из электролита (и плотность электролита падает, а при заряде, серная кислота выделяется в раствор электролита из сульфатов, плотность электролита растёт). В конце заряда, при некоторых критических значениях концентрации сульфата свинца у электродов, начинает преобладать процесс электролиза воды. При этом на катоде выделяется водород, на аноде — кислород. При заряде не стоит допускать электролиза воды, в противном случае необходимо её долить для восполнения потерянного в ходе электролиза количества.