ВОУ ГПО

    Казанский Государственный Технологический  университет

    Кафедра Технологии электрохимических производств 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Реферат

    на  тему: «Законы Фарадея».

                          

 
 

       

                                         Выполнил:

                                     Проверил:  
 
 
 
 
 
 

                                            
 
 
 
 
 
 

                                                 Казань 2010 год.

         Содержание:

1. Введение…………………………………………………………………..3
2. Теоретические   основы   электролиза. Законы  Фарадея……………...4
3. Электроды………………………………………………………………...7
4. Электродные потенциалы………………………………………………..8
5. Напряжение разложения электролита………………………………….12
6. Поляризация электродов………………………………………………...14
7. Падение напряжения на электролите………………………………......17
8. Кулонометрия……………………………………………………………18
9. Кулонометрический анализ при постоянном потенциале……………21
10. Заключение……………………………………………………………..23
11. Список литературы……………………………………………………..24

                                               
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение.

        Английский физик и химик Майкл Фарадей установил законы электролиза, связавшие количество электричества, прошедшее через раствор, с массой и природой растворенного вещества. Он создал количественную электрохимию – раздел химии, изучающий процессы перехода химической энергии в электрическую и обратно.

        Изучение и практическое применение  электрохимических процессов стало  возможным после создания гальванических  элементов – химических источников  постоянного электрического тока. В 1799 г. итальянский физик А. Вольт создал первый химический генератор постоянного тока (“Вольтов столб”). Возможность применения  “Вольтова столба” для практических целей сразу же заинтересовала ученых. Английские исследователи У. Нильсон и А. Карлейль первыми использовали его для электролиза растворов солей, щелочей и кислот. В 1800 г. они осуществили разложение воды на кислород и водород.

        Затем английский химик и физик  Г. Деви, проводя электролиз солей  щелочных и щелочноземельных  металлов, выделил их в чистом виде: в 1807 г. он получил калий и натрий, а в 1808 г. – кальций и магний. Русский исследователь В. В. Петров, который положил начало электрохимическим исследованиям в России, в 1802 г. создал самый большой в то время “Вольтов столб”, состоявший из 2100 медно-цинковых пластинок, и провел ряд важнейших исследований. Так, он впервые использовал электрический ток для получения чистых металлов в результате электровосстановления их оксидов.

        Исследования Фарадея процессов  в растворах электролитов при пропускании через них электрического тока длилось недолго. В 1833 г. он начал их, а уже в 1834 г. закончил. Но за этот короткий срок Фарадей сумел установить основные закономерности явления электролиза, которые стали фундаментом всех современных теоретических воззрений в этой области, а также методов его практического использования. Вся современная терминология, применяющаяся при описании электролиза, была предложена Фарадеем в этот период. Он ввел термины “электрод”, “электролит”, “анод”, “катод”, “ион”, “анион” “катион”, “электролиз”, понятие “диэлектрическая проницаемость”.

        Фарадей установил, что существует  строго соотношение между количеством  прошедшем через раствор электролита  электричества и количеством  выделившегося  вещества. Установить эту зависимость стало возможным после того, как Фарадей создал прибор для измерения  проходящего через раствор электричества, который он назвал вольтаэлектрометром.   

      Актуальность электролиза объясняется  тем, что многие вещества получают именно этим способом. Например, такие металлы как никель, натрий, чистый водород и другие, получают только с помощью этого метода. Кроме того, с его  помощью электролиза относительно легко можно получить чистые металлы, массовая доля самого элемента в которых стремиться к ста процентам. В промышленности алюминий и медь в большинстве случаев получают именно электролизом. Преимущество этого способа в относительной дешевизне и простоте. Однако чтобы производство было наиболее выгодным: с наименьшими затратами электроэнергии и с наибольшим выходом продукции, необходимо учитывать различные факторы, влияющие на количество и качество продуктов электролиза (сила тока, плотность тока, температура электролита, материал электродов и др.).

    На  сегодняшний день большой популярностью пользуются различные предметы, покрытые драгоценными металлами, (позолоченные или посеребренные вещи).

    К тому же металлические изделия покрывают  слоем другого металла электролитическим  способом с целью защитить его  от коррозии.

    Таким образом, исследование электрохимических процессов, определение факторов, влияющих на них, установление новых способов использования процессов электролиза в промышленных условиях сохранило свою актуальность и востребованность в наши дни.

    В реферате мной были определены следующие задачи:

    -- ознакомление с теоретическими  основами электролитических процессов;

    -- определить влияние различных  факторов на качественный и  количественный состав продуктов  электролиза;

    -- выделить области практического  применения электролиза;

        -- экспериментально определить влияние  качественного состава исходного  электролита на состав продуктов  электролиза. 

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ   ОСНОВЫ   ЭЛЕКТРОЛИЗА.  ЗАКОНЫ  ФАРАДЕЯ.

       При прохождении электричества  через металлические проводники состав металла не изменяется. Переносчиком электричества, а лих являются «свободные» электроны внешней электронной оболочки. В электролитах свободные электроны отсутствуют, и электричество в них переносится ионами. На границе металл--раствор электронная проводимость меняется на ионную. Такая трансформация проводимости осуществляется электрохимическими реакциями, протекающими на электродах. На катоде электроны переходят на частицы раствора, способные восстанавливаться. На аноде такое же количество электронов освобождается при окислении частиц, содержащихся в растворе, или при переходе вещества анода в виде катионов в раствор.

В 1833 г. М. Фарадей  установил, что между количеством  прошедшего через электролит электричества  и количеством выделившихся на электродах веществ существует прямо пропорциональная зависимость.

        Первый закон Фарадея устанавливает,  что количество вещества, которое окисляется на аноде или восстанавливается на катоде, пропорционально количеству электричества, прошедшего через электролит.

Согласно второму  закону количество веществ, выделенных на электродах равными количествами электричества, пропорционально их эквивалентным весам.

      Экспериментальное подтверждение  законов Фарадея можно получить, если пропустить определенное количество электричества через последовательно соединенные электролизеры, например, с растворами азотнокислых солей натрия, ртути, меди и серебра, поместив в них электроды из платины. 

                                                        Рис. 1 Опыт подтверждающий закон Фарадея.                                                       

   

       При этом на анодах во всех  четырех ячейках выделится одинаковое  количество кислорода, химически  эквивалентное количеству водорода, ртути, меди и серебра, выделившихся на катодах.

Схематически  это можно записать в следующем  виде: 

                                             Первый электролизер.

На катоде:                                 В растворе:                             На аноде:  

4H⁺ + 4e ®4H⁰                                                      

                                                  ¬ Na⁺ NO₃ ®               ¬4OH^- - 4e ® 2H₂ O+ O₂    

                                                            

4H ® 2 H₂                                 ¬ H⁺ OH^- ®                                      

                           4NaNO₃ + 6H₂O ® 2H₂ + O₂ + 4NaOH + 4HNO₃

                                                             

                                                                      Второй электролизер. 

          На катоде:                                 В растворе:                             На аноде: 2Hg²⁺ + 4e ® 2Hg                       ¬ Hg²⁺ NO₃^- ®             4OH^- - 4e® 2H₂O + O₂ 

                                                      ¬ H+ OH- ®      

                            2Hg(NO₃)₂ + 2H₂O ® 2Hg + O₂ + 4HNO₃ 

                                                                   Третий электролизер. 

          На катоде:                                 В растворе:                             На аноде: 22                        2Cu²⁺ + 4e ® 2Cu                          ¬ Cu²⁺ NO₃^- ®            4OH^- - 4e ® 2H₂O + O₂ 

                                                         ¬ H+ OH- ®      

                            2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O ® 2Cu + O₂ + 4HNO₃ 
 

                                                                  Четвертый электролизер. 

          На катоде:                                 В растворе:                             На аноде: 4Аg⁺ + 4e ® 4Hg                                    ¬ Аg⁺ NO₃^- ®               4OH^- - 4e ® 2H₂O + O₂ 

                                                       ¬ H+ OH- ®      

                            4Аg(NO₃)₂ + 2H₂O ® 4Ag + O₂ + 4HNO₃ 

 По второму закону Фарадея на электрохимическое выделение 1 г-экв вещества требуется 96491,4 к. электричества (по углеродной шкале атомных весов), что эквивалентно протеканию 6,02296- 10²³ электронов. Количество грамм-эквивалентов выделенного электролизом вещества (N) можно рассчитать по формуле:

                  N = (I*t)/F   (А*сек/А*сек*г-экв^-1)