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电解水基础之法拉第和法拉第定律

 发布时间:2022-12-23    点击量:245


今天我们科普点儿最最基本面的常识吧,我们理解电解一定要理解法拉第和法拉第定律,所以今天我们就科普一下法拉第和法拉第定律。
迈克尔·法拉第 (Michael Faraday,1791年9月22日~1867年8月25日),英国物理学家、化学家,也是著名的自学成才的科学家。法拉第1791年9月22日出生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭,仅上过小学。1831年,他作出了关于电力场的关键性突破,永远改变了人类文明。迈克尔·法拉第是英国著名化学家戴维的学生和助手,他的发现奠定了电磁学的基础,是詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的先导。1831年10月17日,法拉第发现电磁感应现象,并进而得到产生交流电的方法。1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机,是人类创造出的第一个发电机。1867年8月25日,法拉第病医治无效而逝,享年76岁。
众所知,法拉第在电磁学方面做出了伟大贡献,被称为“电学之父"和“交流电之父"。但他的贡献远远不止这些,还包括:发现了电解定律,推广专业用语、并发现苯等物质。


由于我们关注电解水,所以我们今天仅科普电解定律,也是我们理解电解水能耗的必要理论基础。电解定律共有两个,即电解第一定律和电解第二定律。电解定律是法拉第在总结大量实验结果的基础上,于 1834 年所确定的关于电解的两条基本定律。


1、电解第一定律
电解第一定律 在电极上析出(或溶解)的物质的质量 m同通过电解液的总电量Q (即电流强度I与通电时间t的乘积)成正比,即:



其中:


比例系数K的值同所析出(或溶解)的物质有关,叫做该物质的电化学当量(简称电化当量)。电化当量等于通过1库仑电量时析出(或溶解)物质的质量。

2、电解第二定律:

 当通过各电解液的总电量Q相同时,在电极上析出(或溶解)的物质的质量 m 同各物质的化学当量 C(即原子量 A 与原子价Z之比值)成正比。电解第二定律也可表述为:物质的电化学当量K同其化学当量C成正比,即:


其中:
中比例系数a对所有的物质都有相同的数值,通常把它写成 1/F,F 叫做法拉第常数,简称法拉第,其值为 9.648455x10000 C/mol(库仑/摩尔)。
3、电解第一定律和电解第二定律结合后可以用以下等式表示:


若物质的质量m以克表示时的数值恰等于其化学当量A/Z,则称物质的量为1克当量。按照法拉第电解定律,在电极上析出(或溶解)1克当量物质所需的电荷量为 F。

当物质的量为1mol时,组成该物质的原子个数等于阿伏伽德罗常数 N0,其值约为6.022x10的(23次方) /mol。因此,按照法拉第定律,在电极上析出一摩尔物质所需的电量ZF。它等于 N0Z价离子所带电量的绝对值之和。每一个Z价离子所带电量的绝对值等于基本电荷e(电子所带电量的绝对值,约为 1.602x10的(-19次方)库仑)的Z倍,由此可见:   


即基本电荷e等于法拉第常数 F与阿伏伽德罗常数N0之比。
法拉第电解定律是电化学中的重要定律,在电化学生产中经常用到它。历史中,法拉第电解定律曾启发物理学家形成电荷具有原子性的概念,这对于导致基本电荷e的发现以及建立物质的电结构理论具有重大意义。在R.A.密立根测定电子的电荷e以后曾根据电解定律的结果计算阿伏伽德罗常数 N0


结语:

1.您把今天的内容结合昨天电解水能耗以及产氢量计算结合起来理解,就能完理解电解水的能耗基础逻辑了。

2.感叹于学习和学习能力的重要性。法拉第是小学毕业,是自学成才的伟大科学家。



文章来源: 氢眼所见

注:本文已经获得转载权

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