Что такое выход по току

Выход по току

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда (Q_f) к теоретически необходимому (Q_t) для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса (m_f).

Иногда выход по току рассчитывается как отношение массы при фактическом массопереносе m_f к теоретическому массопереносу m_t, рассчитанному по 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.

Выход по току связан с электрохимическим эквивалентом.

Электрохимическим эквивалентом в гальванотехнике называют количество вещества, выделившееся или растворившееся на электроде, отнесённое к величине заряда, пропущенного через электролит:

,

Теоретические основы

Согласно законам Фарадея, при прохождении электрического тока через электролизёр в соответствии с законами Фарадея количество вещества, которое разряжается на электроде (если происходит только один процесс), прямо пропорционально количеству электричества, которое прошло через раствор. При прохождении количества электричества F, равного числу, Фарадея (96 487 Кл, или иначе 26,8 А • ч), происходит разряд одного грамм-эквивалента любого вещества. Число Фарадея определяется как произведение единичного заряда на число Авогадро.

На основе закона Фарадея рассчитывают количество металла т (в граммах), выделившегося (или растворившегося) на электроде при прохождении через электролит тока / (в амперах) в течение тч:

где Э = A/Z — грамм-эквивалент выделившегося на электроде металла (А — атомная масса металла, Z — валентность).

Для удобства расчетов введена величина, называемая электрохимическим эквивалентом, — ЭА ч, равная количеству вещества, выделенному (или растворенному) при протекании заданного количества прошедшего электричества. Электрохимический эквивалент принято выражать в мг/Кл (миллиграмм/кулон) или г/А • ч.

Существуют таблицы с приведёнными атомными массами и электрохимическими эквивалентами элементов.

На электроде могут протекать одновременно не один, а два и большее количество процессов. В этом случае ток (и соответственно количество электричества) распределяется между двумя и более процессами.

При электролизе во многих случаях выделяется меньше вещества, чем должно получиться по законам Фарадея. Этo oбъяcняeтcя тeм, чтo нaряду c ocнoвными элeктрoдными прoцeccaми oкиcлeния и вoccтaнoвлeния практически всегда протекают побочные реакции (взаимодействие образовавшихся при электролизе веществ с элeктрoлитoм, выдeлeниe нaряду c мeтaллoм нa кaтoдe вoдoрoдa и др.). Кроме того, часть электрической энергии тратится на преодоление сопротивления электролита. Поэтому для экономической оценки процесса электролиза вводят такие понятия, как выход по току и расход энергии на получение единицы продукции энергии.

Выход по току — это выраженное в процентах отношение количества фактически затраченного электричества (Qфакт) к теоретически необходимому(Qтеор):

Bт = (Qфакт/ Qтеор)·100 %

Иногда в задачах используется выход по току, рассчитанный как степень отклонения массы фактически прореагировавшего на электроде вещества (mфакт) к теоретически рассчитанной по закону Фарадея (mтеор):

Bт = (mфакт/ mтеор)·100 %

Единицы измерения

Выход по току как следует из приведенных в определении формул указывается в процентах.

Электрохимический эквивалент указывается в [г]/[А]*[ч]

Пример

При электролизе водного раствора АgNO3 с нерастворимым анодом в течение t=50 мин. при силе тока в I = 3,0 А на катоде выделилось m_f = 9,6 г серебра. Вычислить выход по току.

Решение: Заряд пропущенный через электролит равен:

Теоретический массоперенос для произвольного иона равен:

,

Подставляя полученные формулы в выражение для выхода по току получим:

Приведя заданные значений к одной системе размерностей проведем вычисление:

Полезное

Смотреть что такое «Выход по току» в других словарях:

выход по току — Доля тока (кол ва электричества), затрачив. в электролитич. процессе на получение продукта. Определяют отношением массы фактич. прореагировавшего вещ ва к теоретич., рассчитанной по закону Фарадея, в процентах или долях ед. Различают катодный и… … Справочник технического переводчика

выход по току — [current efficiency] доля тока (количества электричества), затрачиваемого в электролитическом процессе на получение продукта. Определяют отношением массы фактического прореагировавшего вещества к теоретическому, рассчитанной по закону Фарадея, в… … Энциклопедический словарь по металлургии

выход по току — srovinė išeiga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektros srovės dalis, tenkanti tam tikram elektrodiniam vyksmui. atitikmenys: angl. current efficiency vok. Stromausbeute, f rus. выход по току, m pranc. rendement en… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

выход по току — srovinė išeiga statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektros srovės dalis, tenkanti konkrečiam elektrodiniam procesui. atitikmenys: angl. current efficiency rus. выход по току … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Выход по току на растворение платиновых металлов различной плотности тока — Материал анода Выход по току (в %·104) при плотности тока, кА/м2 0,5 1 1,5 2 3 … Химический справочник

ВЫХОД — [yield; exit]: выход годного [prime yield] 1. Отношение массы готовых изделий к массе заготовок для них. 2. Доля жидкого металла при плавке в массе металлической завалки; выход по току [current efficiency] доля тока (кол ва электричества),… … Металлургический словарь

выход шлака — [slag yield] технологический показатель, косвенно характеризующий богатство доменной шихты железом. Высокий выход шлака связан с ростом газодин. сопротивления столба шихты в доменной печи и с ростом потерь тепла с отрабатываемым шлаком. Суммарно… … Энциклопедический словарь по металлургии

выход по энергии — [power output] величина, обратная удельному расходу энергии на получение единицы готовой продукции методом электролиза; показывает, какая доля постоянного тока от общего подводимого к ванне количества электроэнергии используется на… … Энциклопедический словарь по металлургии

выход годного — [prime yield] 1. Отношение массы готовых изделий к массе заготовок для них. 2. Доля жидкого металла при плавке в массе металлической завалки; Смотри также: Выход выход шлака выход по энергии выход по току выход продукта … Энциклопедический словарь по металлургии

выход продукта — [product yield] отношение массы полученного продукта при обогащении к массе исходного материала. Смотри также: Выход выход шлака выход по энергии выход по току выход годного … Энциклопедический словарь по металлургии

Источник

Билет 37. Электролиз. Количественные законы электролиза. Выход по току

Электролиз – разложение электротоком.

Электролиз – это процесс, обратный процессу, происходящему при работе гальванических элементов.

Электролизом называется превращение электрической энергии в химическую.

Через электролизёр, содержащий расплав или раствор электролита, проходит постоянный ток от внешнего источника питания. В результате на электродах начинают протекать окислительная и восстановительная реакции.

Законы Фарадея. Количественные законы электролиза были установлены в 1834 г. английским ученым М.Фарадеем.

Первый закон Фарадея: количество вещества, превращенного на электроде при электролизе, пропорционально количеству электричества, прошедшего через электролит.

Второй закон Фарадея: массы веществ, испытавших превращения на электродах при прохождении одного и того же количества электричества, относятся между собой как молярные массы их эквивалентов.

Существует три вида электролиза:

Электроды в данном случае выполнены из пассивных материалов (платина, графит)

2.Электролиз водного раствора электролита с пассивными электродами

3.Электролиз раствора с активным анодом

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда (Q_f) к теоретически необходимому (Q_t) для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса (m_f).

Иногда выход по току рассчитывается как отношение массы при фактическом массопереносе m_f к теоретическому массопереносу m_t, рассчитанному по 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.

Выход по току связан с электрохимическим эквивалентом.

Источник

Законы Фарадея. Выход продукта по току

Количество веществ, образующихся при электролизе на электродах, можно рассчитать, пользуясь двумя законами электролиза, установленными Фарадеем в 1833 г. которые с учетом современной терминологии можно сформулировать в следующем виде:

1) количество вещества, испытавшего электрохимические превращения на электроде, прямо пропорционально количеству прошедшего электричества;

2) массы прореагировавших на электродах веществ при постоянном количестве электричества относятся друг к другу как молярные массы их эквивалентов.

Для расчетов используют математическое выражение обобщенного закона Фарадея:

,

Практический расход тока при электролизе вследствие протекания побочных процессов (взаимодействие полученных веществ с электродом или электролитом) превышает его количество, рассчитанное согласно закону Фарадея. Следовательно, практическая масса полученных веществ отличается от теоретически рассчитанной. Отношение массы практически полученного вещества к теоретически рассчитанной массе, выраженное в процентах, называется выходом вещества по току:

Примеры решения типовых задач.

Пример 1.Ряд активности металлов, электродных потенциалов.

Задача 1. Медная пластинка массой 10 г была погружена в раствор нитрата серебра, затем промыта водой и высушена. Масса ее оказалась равной 11,0 г. Сколько серебра из раствора выделилось на пластинке?

Решение. Для решения этой задачи необходимо знать стандартные электродные потенциалы металлов, т.е. место их в ряду напряжений (ряду активности металлов Бекетова).

= +0.34 В; = +0.80 В.

Из этих положительных потенциалов стандартный электродный потенциал меди менее положителен, следовательно, пойдёт реакция вытеснения:

Для того чтобы вычислить количество серебра, выделившегося на медной пластинке, надо помнить, что медная пластинка в этой реакции и сама растворяется, теряя в массе.

Обозначим количество растворившейся меди через x г, тогда масса медной пластинки с учётом её растворения будет (10-х) г, масса выделившегося серебра на основе реакции:

64,0 г Cu – 2 ∙ 108 г Ag

216х =64+64х, 152x=64, x=0,42 г.

Таким образом, в течение реакции растворилось 0,42 г меди и выделилось 1,0 + 0,42 = 1,42 г серебра.

Пример 2.Работа гальванического элемента и расчёт ЭДС.

Задача 1. Напишите уравнения реакций, происходящих при работе гальванического элемента, состоящего из цинковой и серебряной пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией катионов, равной 1 моль/л.

Решение. Стандартные электродные потенциалы цинкового и серебряного электродов соответственно равны:

= –0,76 В; = +0,80 В.

Металл, имеющий более отрицательное значение электродного потенциала при работе гальваничеcкого элемента, является анодом. В данном случае протекают реакции:

т.е. цинк, являясь анодом, растворяется при работе гальваничеcкого элемента, а серебро осаждается в виде металла на катоде. ЭДС гальванического элемента равна

= – = +0,8 – (–0,76) =1,56 В.

Пример 3. Зависимость электродных процессов от концентрации.

Задача 1. Рассчитайте, чему равна ЭДС элемента, составленного из медной и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей, если концентрация катиона у анода равна 0,1 моль/л, а у катода – 0,001 моль/л.

Решение. Стандартные электродные потенциалы магниевого и медного электродов соответственно равны:

= –2,38 В; = +0.34 В.

Следовательно, анодом будет магниевый электрод, катодом – медный. Электродный потенциал металла, опущенного в раствор с любой концентрацией катиона в растворе, определяют по формуле Нернста:

,

где: с – концентрация катиона, моль/л;

п – число электронов, принимающих участие в реакции.

Отсюда потенциал магниевого электрода

= –2,38 + lg10 –1 = –2,38 + 0,029(–1) = –2,409 В.

Потенциал медного электрода

= +0,34 + lg10 –3 = +0,34 + 0,029(–3) = +0,253 В.

Тогда для гальванического элемента

= +0,253–(–,409)=2,662В.

Пример 4. Определение возможности протекания реакции в гальвани-ческом элементе.

Задача 1. Исходя из величины стандартных электродных потенциалов и значения энергии Гиббса ΔG о ₂₉₈, укажите, можно ли в гальваническом элементе осуществить следующую реакцию:

Решение. Надо составить схему гальванического элемента, отвечающего данной реакции. В этой реакции происходит восстановление ионов кадмия и окисление атомов железа:

Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, определяем ЭДС этого гальваничекого элемента:

= –0,40– (–0,44)=0,04 В.

Изменение величины энергии Гиббса с величиной ЭДС связано соотношением:

= – nF ,

где: – изменение величины энергии Гиббса;

n – число электронов, принимающих участие в реакции;

– ЭДС гальванического элемента.

Находим = –2∙96500∙0,04= – 7720 Дж.

Так как >0, . с). Количество электричества Q=I =2 . 15 . 60=1800 Кл. Молярная масса эквивалента меди (II) равна 64,0/2=32 г/моль. Следовательно:

96500 Кл – 32 г

1800 Кл – х г

Пример 6. Определение электрохимического эквивалента и выхода по току.

Решение. Нитрат серебра диссоциирует:

Процессы, протекающие на электродах:

Молярная масса эквивалента Ag О =108 г/моль.

Определяем массу серебра, которая выделилась бы теоретически при прохождении через раствор данного количества электричества:

Источник

Лекция 1. Законы Фарадея

Описание

4. Выход вещества по току.

5.Способы определения выхода по току при использовании постоянного и импульсного тока.

6.Второй закон Фарадея.

7.Кажущиеся случаи отклонения от законов Фарадея.

Оглавление

1. Первый закон Фарадея

Первый закон Фарадея устанавливает связь между количеством прошедшего через электрохимическую систему электричества и количеством прореагировавшего вещества.

Математически этот закон выражается уравнением:

2. Электрохимический эквивалент.

Электрохимический эквивалент представляет собой количество вещества, прореагировавшего в результате протекания единицы количества электричества.

Электрохимический эквивалент может быть получен расчетным путем, если известна электрохимическая реакция, т.е. исходные вещества и ее продукты. Уравнение для расчета электрохимического эквивалента выглядит следующим образом:

,

где М – молярная масса реагента, n – число электронов, участвующих в реакции, F – число или постоянная Фарадея: F = 96486 ≈96500 Кл/моль.

3. Кулонометры. Классификация кулонометров.

В серебряном кулонометре определяется масса серебра, выделяющаяся

В весовых кулонометрах (к ним относятся серебряные и медные) количество прошедшего в них электричества рассчитывается по изменению массы катода или анода. В объемных кулонометрах расчет производится на основании измерения объема получающихся веществ (газа в водородном кулонометре, жидкой ртути в ртутном кулонометре). В титрационныхкулонометрах количествоэлектричества определяется по данным титрования веществ, образующихся в растворе в результате электродной реакции.

Этиловый спирт добавляют в электролит для получения более мелкокристаллических, компактных катодных осадков и с целью предотвращения окисления медных электродов кулонометра.

О количестве прошедшего электричества судят по изменению массы катода, до и после электролиза.

катодом, а анод готовится из чистого серебра.

В качестве электролита в серебряном кулонометре используется нейтральный или слабокислый 30% раствор нитрата серебра.

Газовый водородно-кислородный кулонометр применяется для приближенных измерений малых количеств электричества. В нем измеряют общий объем водорода и кислорода, выделяющихся при электролизе водного раствора H₂SO₄или NaOH, а из этой величины вычисляют количество прошедшего электричества. Применяют эти кулонометры сравнительно редко, т.к. точность их небольшая, а в работе они менее удобны, чем весовые кулонометры.

Наиболее распространенные из титрационныхкулонометров – йодный

Йодныйкулонометр представляет собой сосуд с разделенными катодным и анодным пространствами платиновоиридиевыми электродами. В анодное отделение вводят концентрированный раствор иодида калия с добавлением соляной кислоты, в катодное отделение – раствор соляной кислоты. При пропускании тока на аноде выделяется йод, который затем титруют тиосульфатом натрия (Na₂S₂O₃). По результатам титрования рассчитывают количество электричества.

4. Выход по току

Часто на электроде протекает не одна электрохимическая реакция, а несколько самостоятельных параллельных реакций. Например, при выделении Zn из кислого раствора ZnSO₄наряду с разрядом ионов Zn:

протекает реакция восстановления ионов гидроксония: 2Н₃О + +2ē → Н₂ + 2H₂O.

Если на электроде протекает несколькопараллельных электрохимических реакций, то I закон Фарадея будет справедлив для каждой из них.

Для практических целей, для того, чтобы учесть какая доля тока или количества прошедшего через электрохимическую систему электричества расходуется на каждую конкретную реакцию введено понятие выхода вещества по току.

Таким образом, ВТ позволяет определить часть количества прошедшего через электрохимическую систему электричества, которая приходится на долю данной электрохимической реакции.

Знание ВТ необходимо, как при решении теоретических вопросов: например, при построении парциальных поляризационных кривых и выяснении механизма электрохимической реакции, так и в практике электроосаждения металлов, неметаллов, сплавов, с целью оценки эффективности технологической операции. ВТ на практике чаще всего определяют делением практической массы вещества на теоретическую массу, определенную по закону Фарадея.

5. Способы определения ВТ при использовании импульсного тока

Если же через границу раздела фаз протекает импульсный ток, то при определении ВТ возникают большие трудности. Единой методики или прибора для определения ВТ при импульсномэлектролизе не существует. Сложность определения ВТ в условиях импульсногоэлектролиза обусловлена тем, что проходящий через систему ток расходуется не только на электрохимическую реакцию, но и на заряжение двойного электрического слоя. Электрический ток, проходящий через границу раздела и вызывающий электрохимическое превращение, называется часто фарадеевским током. Ток заряжения расходуется на заряжение двойного электрического слоя, реорганизацию растворителя, самого реагента, т.е. на все на то, что создает условия для протекания электрохимической реакции, поэтому выражение для общего тока, проходящего через электрохимическую систему, будет выглядеть следующим образом:

I = Iз + Iф, где Iз – ток заряжения, Iф – фарадеевский ток.

Если не требуется определения абсолютных значений ВТ, то в качестве критерия оценки эффективности импульсного электролиза можно использовать отношения количества электричества, затраченного на растворение осадка к количеству электричества, затраченного на его формирование.

6. Второй закон Фарадея.

Второй закон Фарадея является непосредственным следствием первого закона. Во втором законе Фарадея отражена связь, существующая между количеством прореагировавшего вещества и его химической природой.

Согласно второму закону Фарадея:

Математически этот закон выражается уравнением:

Второй закон Фарадея является непосредственным следствием первого закона. Во втором законе Фарадея отражена связь, существующая между количеством прореагировавшего вещества и его химической природой.

Согласно второму закону Фарадея:

7. Кажущиеся случаи отклонения от законов Фарадея

Количество образующегося газообразного хлора всегда меньше, чем это следует по закону Фарадея из-за того, что Cl₂растворяется в электролите и вступает в реакцию гидролиза:

Если учесть массу хлора, прореагировавшего с водой, получим результат, соответствующий рассчитанному по закону Фарадея.

Часто на электроде протекает не одна электрохимическая реакция, а несколько самостоятельных параллельных реакций. Например, при выделении Zn из кислого раствора ZnSO₄наряду с разрядом ионов Zn:

протекает реакция восстановления ионов гидроксония: 2Н₃О + +2ē → Н₂ + 2H₂O.

Если на электроде протекает несколько параллельных электрохимических реакций, то I закон Фарадея будет справедлив для каждой из них.

Источник