Необходимые понятия (кратко)

Необходимые понятия (кратко)

• Электролит - принято называть проводящую среду, в которой протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы.

• Ион - одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица.

• Электролиз - окислительно-восстановительная реакция, протекающая в растворе или расплаве электролита при наложении электрического потенциала

Понятие гальванического эффекта

• Изучением гальванического эффекта занимается гальванотехника.

• Гальванотехника - область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику.

Гальваностегия

• Гальваностегия – это электрохимический процесс покрытия одного металла другим, более устойчивым в механическом и химическом отношении.

Гальванопластика

• Гальванопластика – это получение точных металлических копий методом электролитического осаждения металла на металлическом или неметаллическом оригинале.

Немного истории

• Прошло более 100 лет с тех пор, как русский ученый Борис Семенович Якоби открыл способ электролитического получения копий в металле. Новый способ назвали гальванопластикой, так как осаждаемая в процессе электролиза медь пластически точно воспроизводила изделие, отпечаток которого был в форме.

Что понадобится?

• Гальванические работы проводят в сосудах-ваннах, имеющих обычно прямоугольную форму.

• В качестве ванн используют не только стеклянные сосуды, но и керамические, пластмассовые, в частности аккумуляторные коробки, а также деревянные ящики покрытые битумом.

• В наше время на производстве используют ванны больших объемов.

• Для осуществления электролиза понадобится источник постоянного тока низкого напряжения (3-6 В). Наиболее доступны домашнему гальванику выпрямители для зарядки автомобильных аккумуляторов (они дают ток до 7 А при напряжении 6 В).

Суть эффекта

• При замыкании цепи между элементами 1 и 2 возникает электрический ток. Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате электролитической диссоциации.

• Электролитическая диссоциация — процесс распада электролита на ионы при растворении его в растворителе.

Электролиты

• Для каждой окислительно-восстановительной реакции металла, существуют свой раствор соли.

• Примечание: гальванические работы следует осуществлять в хорошо проветриваемых комнатах, желательно с принудительной вытяжкой, во избежание отравления «выпадающим» газом.

• Например, если использовать электролит содержащий поваренную соль (NaCl), то при электролизе будет активно выделяться хлорный газ (Cl). Большие концентрации хлора в воздухе (0,1%) вызывают острые симптомы отравления: в первую очередь, сильный кашель. Сильное отравление хлором может привести к очень быстрой остановке дыхания.

• 2NaCl + 2H₂O = 2NaOH + H₂ + Cl₂

Математическое описание

Первый закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе: масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит:

m = kq = kIt,

где k – электрохимический эквивалент вещества:

F = 96485 Кл / моль. – постоянная Фарадея

μ – молярная масса вещества

n – валентность (определяется, как группа химического элемента в таблице Менделеева)

Второй закон Фарадея электрохимические эквиваленты различных веществ относятся их химические эквиваленты:

k – электрохимический эквивалент вещества, кг/Кл.

k_x – химический эквивалент вещества, кг/моль.

Объединенный закон Фарадея для электролиза:

	m = kq = kIt

Применение

• Изготовление ажурных изделий.

• Изготовление копий медалей и пр.

• Золочение, серебрение контактов.

• Оцинкование труб.

• Никелирование и хромирование деталей.

• Изготовление дорожек в печатных платах.

• …и многое другое.

Задачи

• 1) Ток силой 2,1 А проходит через раствор хлорида меди (II) в течение 20 мин. Вычислить массу разложившегося хлорида меди.

Решение:

Ответ: m=1,75 г.

• 2) Сколько времени нужно пропускать ток силой I=1,8 А через раствор соли серебра, чтобы на 12 ложках, служащих катодом и имеющих площадь поверхности S=50 см² каждая, отложился слой серебра толщиной 0,058мм? Плотность серебра 10,5*10³ кг/м³, атомная масса серебра 108*10^-3 кг/моль, его валентность n=1. Постоянная Фарадея F=9,65*10⁴ Кл/моль.

Решение:

По закону Фарадея масса серебра, отложившегося на ложках:

где t – время прохождения тока.

С другой стороны:

где V - объем выделившегося серебра; h – толщина слоя.

Выражая:

Ответ: t=5 ч.

• 3) Ток в электролитической ванне с раствором медного купороса равномерно увеличивается в течение 20 секунд с 0 до 2 А. Определить массу выделившейся меди.

Решение:

Ответ: m=6,6*10^-6 кг.

• 4) Определите массу цинка, который выделится на катоде при электролизе раствора сульфата цинка в течение 1 ч при токе 26,8 А, если выход цинка по току равен 50%.

Решение:

Согласно закону Фарадея определим массу образовавшегося цинка

Так как выход по току цинка составляет 50%, т практически на катоде выделится

Ответ: 16,25 г.

• 5) При электролизе соли трехвалентного металла при силе тока 1,5 А в течение 30 мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислите атомную массу металла.

Решение:

По закону Фарадея:

Находим M:

M=1,071*3*96485/(1,5*1800)=114,82 (г/моль)

Ответ: 114,82 г.

Вопросы

• Сформулируйте первый закон фарадея.

• Что такое электролит?

• От какой электрической характеристики в большей мере зависит скорость протекания реакции?

• Какие 4 основных составных используется в цепи гальванической установки?

• Какой, по знаку, заряд имеет анод?

• Что такое электролиз?

Дата добавления: 2015-08-29