Wirtualne laboratorium/Chemia/Elektrochemia/Prawo Faradaya — ilościowa elektroliza

Prawo Faradaya — ilościowa elektroliza

Ile substancji wydzieli się podczas elektrolizy? Odpowiada prawo Faradaya: m = M·I·t/(n·F). Masa jest wprost proporcjonalna do ładunku Q = I·t i odwrotnie proporcjonalna do ładunku jonu n. Stała Faradaya F ≈ 96500 C/mol to ładunek jednego mola elektronów. Zmień prąd, czas i metal.

Prawo Faradaya — ilościowa elektroliza
Chemia · Elektrochemia · Prawo Faradaya (CHE.ELCH)
Natężenie prądu II2.0 A
Czas elektrolizy tt1200 s
Ładunek jonu nn2
Masa molowa MM63.5 g/mol
Podwajasz czas elektrolizy przy stałym prądzie — masa wydzielonego metalu:
ładunek Q
2400 C
mole e⁻
0.0249
mole metalu
0.0124
masa m
0.790 g
🎯 Wyzwanie: trafuj masę osadu
seria: 0

Dam Ci docelową masę metalu — dobierz prąd, czas i metal, by ją osadzić. m = M·I·t/(n·F).

Co się właśnie stało?

Podwoiłeś czas elektrolizy, a masa osadzonego metalu też się podwoiła. Masa jest wprost proporcjonalna do ładunku, który przepłynął przez roztwór.

Prawo Faradaya:

m=M I tn F,Q=I t,ne−=QFm=\dfrac{M\,I\,t}{n\,F}, \quad Q=I\,t, \quad n_{e^-}=\dfrac{Q}{F}

— masa mm substancji wydzielonej na elektrodzie jest wprost proporcjonalna do ładunku Q=I⋅tQ = I\cdot t i masy molowej MM, a odwrotnie proporcjonalna do ładunku jonu nn. F≈96500F \approx 96500 C/mol to stała Faradaya.

Co to znaczy w praktyce?

Ładunek 1 mola elektronów to około 9650096500 C. Ile moli elektronów przepłynie, tyle moli produktu (podzielonych przez n) osadzi się na katodzie. Im większe n, tym więcej elektronów potrzeba na 1 mol metalu → mniej moli metalu na ten sam ładunek:

nmetalu=Qn F=I tn Fn_{\text{metalu}}=\dfrac{Q}{n\,F}=\dfrac{I\,t}{n\,F}

Dlaczego wybór metalu zmienia wynik?

Cu²⁺ wymaga 2 elektronów na atom, Ag⁺ tylko 1, a Al³⁺ aż 3. Przy tym samym ładunku srebra osadzi się najwięcej moli, glinu najmniej — decyduje nn w mianowniku.

Po co Ci to na maturze:

Wzór m=M I t/(n F)m = M\,I\,t/(n\,F) rozwiązuje typowe zadania o elektrolizie. Chwyt: policz ładunek Q=I⋅tQ = I\cdot t, podziel przez n Fn\,F na mole metalu, pomnóż przez MM na gramy.

Zapamiętaj: masa produktu rośnie z ładunkiem (I·t), a maleje z ładunkiem jonu n — m = M·I·t/(n·F). Ładunek liczy się w kulombach, mole elektronów przez stałą Faradaya.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Ładunek a masa

Masa substancji wydzielonej podczas elektrolizy zależy od przepuszczonego ładunku QQ: Q=I tQ = I\,t

Prawo Faradaya

m=M I tn Fm = \dfrac{M\,I\,t}{n\,F} Masa jest wprost proporcjonalna do prądu i czasu, a odwrotnie do ładunku jonu nn. Podwojenie czasu podwaja masę.

Stała Faradaya

F≈96500 CmolF \approx 96500\ \tfrac{\mathrm{C}}{\mathrm{mol}} To ładunek jednego mola elektronów. Jon o ładunku nn potrzebuje nn elektronów na atom, więc przy tym samym ładunku wydzieli się tym mniej moli metalu, im większe nn (np. Al3+\mathrm{Al^{3+}} mniej niż Ag+\mathrm{Ag^+}).

Oznaczenia: mm — masa produktu, MM — masa molowa, II — natężenie prądu, tt — czas, nn — ładunek jonu (liczba elektronów), FF — stała Faradaya, QQ — ładunek.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Co to stała Faradaya?

Ładunek jednego mola elektronów: F ≈ 96500 C/mol. Łączy ładunek elektryczny z liczbą moli substancji.

›

Od czego zależy masa produktu?

Od ładunku (I·t), masy molowej M i ładunku jonu n: m = M·I·t/(n·F). Podwojenie czasu podwaja masę.

›

Czemu ładunek jonu ma znaczenie?

Bo jon o ładunku n potrzebuje n elektronów na atom — im większe n, tym mniej moli metalu wydzieli ten sam ładunek.