Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Электрический ток в электролитах. Электролиз и его применение

Постоянный электрический ток

Электрический ток в электролитах. Электролиз и его применение

План урока

  • Электрическая диссоциация
  • Ток в электролитах
  • Электролиз и его применение
  • Законы Фарадея для электролиза

Цели урока

  • Знать, что такое электрическая диссоциация
  • Знать, что такое электролит
  • Знать, что такое электролиз
  • Уметь использовать законы Фарадея для электролиза в решение задач

Разминка

  • Кто является свободными носителями заряда в электролитах?
  • Что необходимо для протекания тока?
  • Чему равно число Авогадро и элементарный заряд электрона?

Электрическая диссоциация

Рис. 1. Процесс диссоциации молекул NaCl Рис. 1. Процесс диссоциации молекул NaCl

Сам по себе процесс диссоциации – это распад молекулы на составные части под влиянием различных сил. В процессе электролитической диссоциации молекулы растворяемого вещества (щелочей, кислот и солей) распадаются на положительные и отрицательные ионы в результате действия электрических сил. Рассмотрим процесс электролитической диссоциации на примере молекулы поваренной соли (NaCl), помещённой в воду. Из-за чего происходит распад молекулы?

Все дело в том, что молекулы воды являются полярными, то есть положительные и отрицательные заряды в этих молекулах смещены друг относительно друга, что-то вроде диполя. Такая конфигурация молекулы создает вокруг себя электрическое поле, которое действует на молекулы примесей. В случае поваренной соли, к положительному иону Na+ молекулы воды притягиваются своими отрицательными полюсами, а к отрицательному иону Cl- - своими положительными полюсами, происходит распад молекулы (рис. 1). Помимо диссоциации, в растворе происходит процесс воссоединения разноимённых ионов в нейтральные молекулы – рекомбинация.


В результате процессов диссоциации и рекомбинации, устанавливается динамическое равновесие. Оно характеризуется степенью диссоциации – отношением числа молекул электролита, распавшихся на ионы, к общему числу его молекул.


Ток в электролитах

Рис. 2. Протекание электрического тока в растворе электролита Рис. 2. Протекание электрического тока в растворе электролита

Электролит – это химически сложная жидкость (растворы кислот, солей и т.п.), через которую может проходить электрический ток. Для протекания электрического тока необходимы свободные носителя заряда. Они появляются в результате электролитической диссоциации. При наложении внешнего электрического поля, положительные и отрицательные ионы начинают упорядоченное движение. Чтобы в растворе электролита создать электрическое поле, опустим туда два электрода – анод и катод. Анод подсоединяется к положительному полюсу источника тока, а катод – к отрицательному полюсу. В результате действия электрического поля в электролите отрицательные ионы (анионы) упорядоченно двигаются к аноду, при достижении которого отдают ему лишние электроны.

А положительные (катионы) – к катоду, достигнув которого, получают от него недостающие электроны. Таким образом, источник тока, подключённые к нему электроды и раствор электролита в сосуде образуют замкнутую цепь, по которой течет электрический ток.

 

Электролиз

 

Положительные и отрицательные ионы, полученные в результате электролитической диссоциации, являются не только носителями свободных зарядов, но и частицами вещества. Это значит, что электрический ток в электролите сопровождается переносом ионов веществ.


При окислительной реакции на аноде выделяется одно вещество, а при восстановительной реакции на катоде – другое. Соответственно, электролиз – это явление выделения веществ на электродах.


Электролиз используют для получения чистых металлов, для нанесения тонких металлических покрытий, для изготовления микросхем и электронных плат. Например, в растворе медного купороса CuSO4 положительные ионы меди Cu2+ идут на катод, в результате чего катод покрывается медью.

 

Законы Фарадея для электролиза

 

Возникает вопрос о нахождении массы m вещества, выделяющегося на электроде за определённое время t. Фарадей сформулировал законы электролиза и связал массу выделяющегося вещества с силой тока, протекающей в электролите.


Первый закон Фарадея . Количество m вещества, выделившегося при прохождении тока через электролит в течение времени t, пропорционально силе тока I и времени t:

 

m=k·I·t,

 

где k=mq – постоянная для данного вещества величина, называемая его электрохимическим эквивалентом; в системе СИ измеряется в килограммах на кулон (кг/Кл). Например, электрохимический эквивалент серебра равен 1,118 мг/Кл.
 

Второй закон Фарадея . Электрохимический эквивалент вещества прямо пропорционален молярной массе этого вещества и обратно пропорционален его валентности:

 

k=Mz·e·NA.

 

Тогда массу, выделяющиеся на электроде, можно записать как:

 

m=M·I·tz·e·NA=M·qz·e·NA.


Величина F=e·NA=96485 Клмоль является константой и называется постоянной Фарадея .
 

Величина Mz=A называется химическим эквивалентом.


Пример 1

 

В процессе электролиза под действием тока на электроде выделился слой меди толщиной 0,02 мм. В течение какого времени протекал электролиз, если плотность тока равна 250 А/м2?


Решение
 

1. Запишем исходные данные:

 

d=0,02 мм=0,02·10-3 мj=250 Ам2k=0,3 мгКл=0,3·10-6 кгКл.

 

2. Воспользуемся первым законом Фарадея, чтобы выразить время электролиза:

 

m=k·I·tt=mk·I.

 

3. Свяжем массу меди с толщиной слоя:
 

m=ρм·V=ρм·S·d.

 

Также, из определения плотности тока выразим силу тока:

 

j=ISI=j·S.

 

4. Подставим выражения выше в уравнение времени электролиза:

 

t=ρм·S·dk·j·S=ρм·dk·j=9·103·0,02·10-30,3·10-6·250=2400 с.

 

Ответ: t=2400 с.


Упражнение 1

 

1. Электролиз длился 45 мин при силе тока, равной 4 А. Найдите температуру выделившегося атомарного водорода, если при нормальном атмосферном давлении, его объем равен 1 л. Электрохимический эквивалент водорода равен 10−8 кг/Кл.
 

2. Электрохимический эквивалент серебра равен 1,118 мг/Кл. Найдите электрохимический эквивалент золота.


Контрольные вопросы

 

1. В чем различие процесса электролитической диссоциации и рекомбинации?
2. Что такое электролит?
3. Что такое электролиз?
4. Сформулируйте первый закон Фарадея.
5. Что характеризует степень диссоциации?
6. Где используется электролиз?


Ответы

 

Упражнение 1

 

1.  T=P·V·MR·k·I·t=223 К 

 

2. 2 мгКл.


Предыдущий урок
Расчёт сопротивления системы, состоящей из нескольких проводников, соединённых между собой. Измерение силы тока и напряжения
Постоянный электрический ток
Следующий урок
Источник тока. Электродвижущая сила. Замкнутая электрическая цепь. Закон Ома для полной цепи
Постоянный электрический ток
  • Духовная культура общества

    Обществознание

  • А.С. Пушкин. Философская лирика

    Литература

  • Средняя Европа: Германия, Франция, Великобритания

    География

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке