g9f-1.2· Глава 1: Электрический ток в различных средах· ~12 мин

Электрический ток в электролитах и электролиз

Ионная проводимость и закон Фарадея

Электролиты (растворы кислот, щелочей и солей) при растворении в воде распадаются на положительные и отрицательные ионы (диссоциация). В таком растворе электрический ток переносят не свободные электроны, а положительные и отрицательные ионы. Когда через раствор проходит ток, ионы движутся к электродам, и там выделяется вещество — это явление называется электролизом. Масса вещества, выделившегося на электродах, вычисляется по закону электролиза Фарадея: m=k⋅q=k⋅I⋅tm = k \cdot q = k \cdot I \cdot t; здесь kk — электрохимический эквивалент вещества, q=I⋅tq = I \cdot t — заряд, прошедший через электрод.

📌Пример

Например: при k=0,001k = 0{,}001 г/Кл, I=2I = 2 А, t=50t = 50 с сначала находим q=I⋅t=2⋅50=100q = I \cdot t = 2 \cdot 50 = 100 Кл, затем m=k⋅q=0,001⋅100=0,1m = k \cdot q = 0{,}001 \cdot 100 = 0{,}1 г. Таким образом, выделившаяся масса зависит и от силы тока, и от времени.

Графики

Электролиз: в электролите ионы движутся к противоположно заряженным электродам (катионы — к катоду, анионы — к аноду)
Электролиз: в электролите ионы движутся к противоположно заряженным электродам (катионы — к катоду, анионы — к аноду)

Ключевые термины

Электролит — Вещество, которое при растворении в воде распадается на ионы и проводит ток (раствор кислоты, щёлочи, соли).
Диссоциация — Явление распада электролита в воде на положительные и отрицательные ионы.
Электролиз — Явление выделения вещества на электродах в растворе электролита при прохождении тока.
Ион — Заряженная частица (положительная или отрицательная), переносящая ток в растворе электролита.
Электрохимический эквивалент (kk) — Масса вещества, выделяющегося на электроде при прохождении заряда в 1 Кл; единица измерения — г/Кл.
Электрический заряд (qq) — Заряд, прошедший через электрод, q=I⋅tq = I \cdot t; единица измерения — кулон (Кл).
Величины электролиза
ВеличинаОбозначениеФормулаЕдиница
Сила токаIII=q/tI = q / tА
Прошедший зарядqqq=I⋅tq = I \cdot tКл
Электрохимический эквивалентkkk=m/qk = m / qг/Кл
Выделившаяся массаmmm=k⋅I⋅tm = k \cdot I \cdot tг

Основные величины и формулы закона электролиза Фарадея.

Проводимость в металле и электролите
СредаНоситель заряда
МеталлСвободные электроны
Раствор электролитаПоложительные и отрицательные ионы

Частицы, переносящие ток, зависят от среды.

✎Нахождение выделившейся массы (m=k⋅I⋅tm = k \cdot I \cdot t)
  1. 1Дано: k=0,001k = 0{,}001 г/Кл, I=3I = 3 А, t=100t = 100 с.
  2. 2Прошедший заряд: q=I⋅t=3⋅100=300q = I \cdot t = 3 \cdot 100 = 300 Кл.
  3. 3Масса: m=k⋅q=0,001⋅300=0,3m = k \cdot q = 0{,}001 \cdot 300 = 0{,}3 г.
✎Нахождение времени прохождения тока
  1. 1Дано: k=0,0005k = 0{,}0005 г/Кл, m=0,5m = 0{,}5 г, I=5I = 5 А.
  2. 2Преобразуем формулу: Из формулы m=k⋅I⋅tm = k \cdot I \cdot t находим t=m/(k⋅I)t = m / (k \cdot I).
  3. 3Вычисление: t=0,5/(0,0005⋅5)=0,5/0,0025=200t = 0{,}5 / (0{,}0005 \cdot 5) = 0{,}5 / 0{,}0025 = 200 с.
💡Заметка

Положительные ионы движутся к отрицательному катоду, отрицательные ионы (анионы) — к положительному аноду; чистый металл осаждается на катоде.

🚫Частая ошибка

В электролите ток переносят не свободные электроны, а ионы. Проводимость свободными электронами характерна для металла.

⚠️Внимание

Масса прямо пропорциональна произведению I⋅tI \cdot t: если II увеличить в 2 раза, а tt — в 3 раза, то mm увеличится в 2⋅3=62 \cdot 3 = 6 раз (не складывается, а умножается).

⚠️Внимание

kk — очень маленькое число (например, 0,00050{,}0005 г/Кл). При вычислениях обращай внимание на место запятой; считай по полной формуле m=k⋅qm = k \cdot q.

💡Заметка

Дистиллированная вода, раствор сахара и сухое стекло не являются электролитами — из-за отсутствия свободных ионов они практически не проводят ток.

Правила

  1. 1В растворе электролита ток переносят ионы.
  2. 2Прошедший заряд: q=I⋅tq = I \cdot t (единица измерения — кулон, Кл).
  3. 3Закон электролиза Фарадея: m=k⋅q=k⋅I⋅tm = k \cdot q = k \cdot I \cdot t.
  4. 4kk — электрохимический эквивалент (г/Кл), mm — масса выделившегося вещества.

Тренировка

15 лёгких · 15 средних · 15 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс