
【化】 Faraday's laws (of electrolysis)
法拉第电解定律(Faraday's Laws of Electrolysis)是电化学中的基本定律,由英国科学家迈克尔·法拉第(Michael Faraday)于1834年通过系列电解实验总结提出。它定量描述了电解过程中通过的电量与电极上发生化学变化的物质质量之间的关系。该定律包含两条子定律:
一、法拉第第一电解定律(Faraday's First Law of Electrolysis)
定律指出:在电解过程中,电极上析出或溶解的物质的质量(m)与通过电解池的电量(Q)成正比。其数学表达式为:
$$
m propto Q quad text{或} quad m = Z cdot Q
$$
其中:
二、法拉第第二电解定律(Faraday's Second Law of Electrolysis)
定律指出:当相同的电量通过不同电解池时,各电极上析出或溶解的物质的量与其化学当量(即摩尔质量与化合价的比值)成正比。数学表达式为:
$$
m propto frac{M}{n}
$$
其中:
综合表达式与法拉第常数
结合两条定律可得:
$$
m = frac{Q cdot M}{n cdot F}
$$
式中 ( F ) 为法拉第常数(Faraday Constant),其值为96,485 C/mol(约等于96,500 C/mol),代表1摩尔电子所携带的电量(即1法拉第电量)。该常数是联系电学与化学计量的核心物理常数。
汉英关键术语对照
实际应用与意义
法拉第定律是电化学工业的基础理论,广泛应用于:
权威参考文献
法拉第电解定律是电化学领域的基础定律,由英国科学家迈克尔·法拉第于1833年通过实验总结提出,揭示了电解过程中电量与化学反应量之间的定量关系。该定律分为两部分:
核心内容:电解时,电极上析出或溶解的物质质量(( M ))与通过的电量(( Q ))成正比。
公式表达:
$$
M = K cdot Q = K cdot I cdot t
$$
其中:
意义:该定律表明,电解产物的质量仅取决于总电量,与电流密度、溶液浓度等无关。例如,1 A电流通电1小时(3600秒),析出铜的质量为 ( M = K_{text{Cu}} cdot 1 cdot 3600 )。
核心内容:不同物质的电化当量与其化学当量成正比,即相同电量下析出物质的量与化学当量成比例。
公式表达:
$$
K = frac{M_{text{mol}}}{n cdot F}
$$
其中:
综合公式:结合第一、第二定律可得:
$$
M = frac{M_{text{mol}} cdot Q}{n cdot F}
$$
例如,析出1 mol银(( n=1 ))需 ( 96485 , text{C} ) 电量,而析出1 mol铜(( n=2 ))需 ( 2 times 96485 , text{C} )。
对于任意电解反应,析出物质质量可通过以下公式计算:
$$
M = frac{M_{text{mol}} cdot I cdot t}{n cdot F}
$$
例如,用10 A电流电解CuSO₄溶液1小时,析出铜的质量为:
$$
M = frac{0.06355 , text{kg/mol} cdot 10 cdot 3600}{2 cdot 96485} approx 0.0118 , text{kg} , (11.8 , text{g})
$$
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