法拉第电解定律

✍ dations ◷ 2025-04-04 11:56:16 #法拉第电解定律
法拉第电解定律(英语:Faraday's laws of electrolysis),是化学中的两条定律,用于有关电解的化学计量。这定律由英国科学家米高·法拉第,在19世纪前半期通过大量实验得出的经验规律,并于1834年发表。法拉第电解定律适用于一切电极反应的氧化还原过程,是电化学反应中的基本定量定律。法拉第电解第一定律说明:在电解过程中,物质在电极生成的质量,与通过电极的电量成正比。这里的电量,指的是电荷的数量,现代物理常以库仑 (C) 作为单位。在使用恒定电流时,电荷又与供电的时长成正比。换句话说,在恒定电流下,电解时间愈长,在电极生成的物质愈多,二者成正比。法拉第电解第二定律说明:在电解过程中,使用相同的电量,不同物质在电极生成的质量,与该物质的当量重量成正比。这里的当量重量,是指该物质的摩尔质量,除以它接受或失去电子的数目。举例来说,在铜离子溶液的电解实验中,从铜(I)离子 Cu+ 所得的铜金属,其当量重量是 .mw-parser-output .serif{font-family:Times,serif}63.5 ÷ 1 = 63.5 g ;从铜(II)离子 Cu2+ 所得的铜金属,则有当量重量 63.5 ÷ 2 = 31.8 g。也就是说,若使用相同的电量,后者生成的铜金属是前者的一半。对于某物质 X 的溶液 X z+(aq) 进行电解:根据法拉第电解定律,若使用电量 Q 进行电解,则可得生成质量 M使用摩尔质量的公式 n = M M m o l {displaystyle n={frac {M}{M_{mathrm {mol} }}}} ,可以简略写成其中 n 是生成物质的摩尔数。首先定义法拉第常数 F ,作为一摩尔电子的电量。从实验量度得知,法拉第常数 F = 96 485.332 12... C mol−1 。从化学方程可知,生成一摩尔的物质,需要 z 摩尔的电子,即 zF 的电量。因此,生成 n 摩尔的物质,需要 nzF 的电量:整理可得证毕。从上得知,法拉第电解定律可表示为其中:对于恒定电流的情况,使用电流公式 I = Q t {displaystyle I={frac {Q}{t}}} ,可以写成其中:若电流随时间有所变化,则须以积分求得总电量作计算:其中:

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