Меню

Природа электрического тока в жидкостях закон электролиза



Электрический ток в жидкостях. Законы электролиза.

date image2015-06-28
views image795

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

1)Из жидкостей электрический ток проводят только электролиты-растворы солей, кислот и щелочей.

2) Распад молекул электролитов на ионы называется электролитической диссоциацией.

3) Электрическим током в жидкости называется направленное движение положительных ионов к катоду, а отрицательных ионов — к аноду.

4) Электропроводность электролитов обусловлена наличием в них положительных и отрицательных ионов (катионов и анионов).

5) В металлах атомы самого металла находятся в узлах кристаллической решётки и могут оттуда сдвинуться только тогда, когда решётка разрушится. А носителями электрического тока являются только электроны. В электролитах нет кристаллической решётки. Электролит представляет собой смесь нейтральных атомов и заряженных ионов вещества, образующего электролит. При приложении к электролиту электрического поля начинаю двигаться как электроны, так и заряженные ионы. Ионы обычно не вечные. Рано или поздно они нейтрализуются и превращаются в полноценные атомы или молекулы вещества. А поле-то их уже перенесло на новое место. Вот и происходит перенос вещества в электролитах под действием электрического поля.

6) Выделение на катоде вещества, входящего в состав электролита ,называется электролизом.

7) Первый закон Фарадея: масса вещества (m), выделившегося на катоде, прямо пропорциональна заряду(q), прошедшему через электролит.

m= k*I*∆t=k*q ,

8) [k]=кг/Кл– электрохимический эквивалент вещества численно равен массе выделившегося вещества, при переносе заряда в 1 Кл. k=moi/qoi

9) Объединённый закон Фарадея:

10) F=eNA=9,648*10 4 Кл/мольпостоянная Фарадея численно равная заряду, который должен пойти через электролит, чтобы на электроде выделился 1 моль одновалентного вещества.

11).Применение электролиза: получение алюминия и бокситов; очистка металлов от примесей; получение водорода. Электрометаллургия. Гальванопластика. Гальваностегия- покрытие металлических изделий неокисляющимися металлами ( никелирование, хромирование ); гальванопластика- воспроизведение форм предметов в матрицах.

Источник

Электрический ток в жидкостях — теория, электролиз

То, что жидкости могут отлично проводить электрическую энергию, знают абсолютно все. И также общеизвестным фактом является то, что все проводники по своему типу делятся на несколько подгрупп. Предлагаем рассмотреть в нашей статье, как электрический ток в жидкостях, металлах и прочих полупроводниках проводится, а также законы электролиза и его виды.

Теория электролиза

Чтобы было легче понять, о чем идет речь, предлагаем начать с теории, электричество, если мы рассматриваем электрический заряд, как своего рода жидкость, стало известным уже более 200 лет. Заряды состоят из отдельных электронов, но те, настолько малы, что любой большой заряд ведет себя как непрерывного течения, жидкость.

Как и тела твердого типа, жидкие проводники могут быть трех типов:

  • полупроводниками (селен, сульфиды и прочие);
  • диэлектиками (щелочные растворы, соли и кислоты);
  • проводниками (скажем, в плазме).

Процесс, при котором происходит растворение электролитов и распадение ионов под воздействием электрического молярного поля, называется диссоциация. В свою очередь, доля молекул, которые распались на ионы, либо распавшихся ионов в растворенном веществе, полностью зависит от физических свойств и температуры в различных проводниках и расплавах. Обязательно нужно помнить, что ионы могут рекомбинироваться или вновь объединиться. Если условия не будут меняться, то количество распавшихся ионов и объединившихся будет равно пропорциональным.

В электролитах проводят энергию ионы, т.к. они могут являться и положительно заряженными частицами, и отрицательно. Во время подключения жидкости (или точнее, сосуда с жидкостью к сети питания), начнется движение частиц к противоположным зарядам (положительные ионы начнут притягиваться к катодам, а отрицательные – к анодам). В этом случае, энергию транспортируют непосредственно, ионы, поэтому проводимость такого типа называется – ионной.

Во время этого типа проводимости, ток переносят ионы, и на электродах выделяются вещества, которые являются составляющими электролитов. Если рассуждать с точки зрения химии, то происходит окисление и восстановление. Таким образом, электрический ток в газах и жидкостях транспортируется при помощи электролиза.

Законы физики и ток в жидкостях

Электричество в наших домах и технике, как правило, не передается в металлических проволоках,. В металле электроны могут переходить от атома к атому, и, таким образом нести отрицательный заряд.

Как жидкости, они приводятся в виде электрического напряжения, известного как напряжение, изменяемом в единицах – вольт, в честь итальянского ученого Алессандро Вольта.

Видео: Электрический ток в жидкостях: полная теория

Также, электрический ток течет от высокого напряжения в низкое напряжение и измеряется в единицах, известных как ампер, названных по имени Андре-Мари Ампера. И согласно теории и формулы, если увеличить напряжение тока, то его сила также увеличится пропорционально. Это соотношение известно как закон Ома. Как пример, виртуальная ампермерная характеристика ниже.

Читайте также:  Что сильнее ток или молния

Рисунок: зависимость тока от напряжения

Закон Ома (с дополнительными подробностями относительно длины и толщины проволоки), как правило, является одним из первых вещей, преподаваемых в классах, изучающих физику, многие студенты и преподаватели поэтому рассматривают электрический ток в газах и жидкостях как основной закон в физике.

Для того чтобы увидеть своими глазами движение зарядов, нужно приготовить колбу с соленой водой, плоские прямоугольные электроды и источники питания, также понадобится ампермерная установка, при помощи которой будет проводиться энергия от сети питания к электродам.

ток и сольРисунок: Ток и соль

Пластины, которые выступают проводниками необходимо опустить в жидкость, и включить напряжение. После этого начнется хаотичное перемещение частиц, но как после возникновения магнитного поля между проводниками, этот процесс упорядочится.

Как только ионы начнут меняться зарядами и объединяться, аноды станут катодами, а катоды – анодами. Но здесь нужно учитывать и электрическое сопротивление. Конечно, не последнюю роль играет теоретическая кривая, но основное влияние – это температура и уровень диссоциации (зависит от того, какие носители будут выбраны), а также выбран переменный ток или постоянный. Завершая это опытное исследование, Вы можете обратить внимание, что на твердых телах (металлических пластинах), образовался тончайший слой соли.

Электролиз и вакуум

Электрический ток в вакууме и жидкостях – это достаточно сложный вопрос. Дело в том, что в таких средах полностью отсутствуют заряды в телах, а значит, это диэлектрик. Иными словами, наша цель – это создание условий, для того, чтобы атом электрона мог начать свое движение.

Для того нужно использовать модульное устройство, проводники и металлические пластины, а далее действовать, как и в методе выше.

Проводники и вакуум Характеристика тока в вакууме

Применение электролиза

Этот процесс применяется практически во всех сферах жизни. Даже самые элементарные работы подчас требуют вмешательства электрического тока в жидкостях, скажем,

При помощи этого простого процесса происходит покрытие твердых тел тончайшим слоем какого-либо металла, например, никелирование иди хромирование Т.е. это один из возможных способов борьбы с коррозийными процессами. Подобные технологии используются в изготовлении трансформаторов, счетчиков и прочих электрических приборов.

Надеемся, наше обоснование ответило на все вопросы, которые возникают, изучая явление электрический ток в жидкостях. Если нужны более качественные ответы, то советуем посетить форум электриков, там Вас с радостью проконсультируют бесплатно.

Источник

Электрический ток в жидкостях

Знакомство с явлением

Соединим с источником тока последовательно лампу и электролитическую ванну с дистиллированной водой, в которую опущены угольные электроды. Химически чистая вода почти не проводит ток.

ванна с дистиллированной водой

Если же в воде растворить соль (например CuSO4, CuCl2), то лампочка загорится, а на катоде из раствора выделится медь.

проводимость электролитов

Электролитическая диссоциация

По способности проводить электрический ток в водном растворе и расплаве все вещества делятся на электролиты и неэлектролиты.

электролиты

Электролитическая диссоциация – явление расщепления нейтральных молекул кислот, солей и щелочей при их растворении на положительные и отрицательные ионы.

электролитическая диссоциация

Интенсивность электролитической диссоциации зависит:

  1. От температуры раствора.
  2. От концентрации раствора.
  3. От рода раствора (его диэлектрической проницаемости).

Электрический ток в растворах и (или расплавах) электролитов представляет собой упорядоченное перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях.

электрический ток в электролитах

На вольт-амперной характеристике график смещен вследствие явления поляризации.

вольт-амперная характеристика

Справедлив закон Ома при неизменной концентрации раствора и температуры.

Электролиз

Электролиз – перенос вещества при прохождении электрического тока через электролит.

Электролиз сопровождается выделением на электродах, опущенных в электролит, составных частей растворенного вещества.

Закон электролиза Фарадея

Масса вещества, выделившегося на электроде за время Dt при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени:

закон электролиза

k – электрохимический эквивалент вещества ().

сопротивление электролита

Сопротивление электролита уменьшается с ростом температуры, т. к. увеличивается количество ионов вследствие электролитической диссоциации.

Закон Фарадея позволяет определить заряд электрона:

Вывод о существовании в природе элементарного электрического заряда был сделан Гельмгольцем в 1881 г.

Применение электролиза

Рафинирование (очистка) металлов

Процесс происходит в электролитической ванне. Анодом служит металл, подлежащий очистке, катодом – тонкая пластинка из чистого металла, а электролитом – раствор соли данного металла, например при рафинировании меди – раствор медного купороса.

Читайте также:  Обосновать индукционное направление тока

При определенных условиях на катоде выделяется чистая медь, а примеси выпадают в виде осадка или переходят в раствор.

рафинирование меди

Электрометаллургия

Некоторые металлы, например алюминий, получают методом электролиза из расплавленной руды. Электролитической ванной и одновременно катодом служит железный ящик с угольным подом, а анодом – угольные стержни. Температура руды (около 900 0 С) поддерживается протекающим в ней током. Расплавленный алюминий опускается на дно ящика, откуда его через отверстие выпускают в форму для отливки.

электорометаллургия

Гальваностегия

Электролитический способ покрытия металлических изделий слоем благородных металлов не поддающихся окислению.

гальваностегия

Гальванопластика

Используется для воспроизведения формы рельефных предметов (медалей, монет, точных копий художественных изделий).

гальванопластика

Электроэпиляция

Используется в косметологии для удаления волос воздействием на волосяные фолликулы очень тонкими иголками.

Источник

Урок «Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза»

Разделы: Физика

Царство науки не знает предела —
Всюду следы её вечных побед.
Разума слово и дело,
Сила и свет.

Цели урока:

  1. Сформировать понятие об электролизе, как о физико-химическом процессе; установить связь между элементами содержания ранее изученного материала на уроках химии.
  2. Показать возможности использования электролиза в промышленности.
  3. Развивать логическое и абстрактное мышление; формировать навыки анализа источников информации, развития устной речи.
  4. Развивать навыки работы на компьютере.

Подготовка к уроку

Электрический ток в жидкостях

Среда

Свободные носители электрических зарядов

Экспериментальное подтверждение

Закон

Пояснения

Электролиты

положительные и отрицательные ионы

Электролиза (закон Фарадея)

масса вещества выделившегося на электроде

k — электрохимический эквивалент

k — отношение массы иона к его заряду

Задачи

№1. При серебрении изделия пользовались током 5А в течение 15 мин. Какое количество серебра израсходовано за это время?

№2. При каком токе протекал электролиз в растворе медного купороса, если за 5 мин на катоде выделилось 6 г меди?

№3. Какой разряд должен пройти через раствор сернокислой меди, чтобы на катоде отложилось 6,58 г меди?

№4. За сколько времени полностью израсходуется медный анод, размеры которого 100*50*2 (мм 3 ), при условии. Что ток в ванне 3,0 А?

№5. При электрическом способе получения никеля расходуется 10кВт энергии на 1 кг. Электрохимический эквивалент никеля 3*10 -7 кг/Кл.

№6. Сколько алюминия выделятся при затрате 1 кВт/ч электрической энергии, если электролиз ведется при напряжении 5,0 В. КПД установки 80%?

Домашнее задание § 122-123, упр. 20 (4,5)

Ход урока

I. Организация урока

II. Повторение пройденной темы по вопросам

  1. Что является носителями свободных зарядов в металлах? В вакууме? Полупроводниках?
  2. Дайте определение силе тока.
  3. Как найти количества электричества
  4. Как определится энергия электрического поля?
  5. Чему равно произведение силы тока на время?
  6. Как определяется коэффициент полезного действия? )

III. Изложение новой темы

Учитель. Физика и химия естественные науки, объект их изучения природные явления, в частности электролиз. Мы должны рассмотреть этот процесс, его суть и применение в технике.

Демонстрация: Подсоединяем источник тока к угольным электродам. Погрузим электроды в раствор медного купороса. Замкнём ключ, увидим, что лампочка горит, и оставим на некоторое время.

Из курса химии вы знаете о процессе проводимости в жидкостях, что известно вам об этом?

Ученик. Проводимость в жидкостях обусловлена движением положительных и отрицательных ионов.

Учитель. Смотрим фрагменты урока «Электрический ток в жидкостях» компьютерного диска «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия» урок физики в 10 классе и их обсуждаем.

Фрагмент Природа проводимости в жидкостях.

Обратим внимание на конспект. Итак, свободные носители электрических зарядов в растворах электролитов положительные и отрицательные ионы.

Учитель. Вернёмся к нашей установке. Вынем электроды из раствора медного купороса. Каков результат опыта?

Ученик. На одном электроде выделилась чистая медь.

Учитель. Рассмотрим процесс электролиза. Смотрим фрагмент.

Фрагмент Процесс электролиза.

На одном из электродов выделяется чистая медь, этот электрод соединён с отрицательным полюсом (катодом).

На аноде протекает процесс окисления, на катоде — восстановления. Поэтому, электролиз определяют, как окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита.

Учитель. При электролизе на катоде происходит выделение вещества. От чего зависит масса вещества, выделяющегося на катоде за определённое время? Это установил английский учёный Майкл Фарадей.

Историческая справка о Фарадее.

Современная наука позволяет вывести закон Фарадея теоретически. Но во времена Фарадея не существовало электронной теории и даже самого понятия об электроне. Более того, именно закон, полученный Фарадеем опытным путём, послужил толчком к выдвижению гипотезы о существовании в природе элементарной порции электричества.

Читайте также:  Источник тока 100 мка

Фрагмент Закон электролиза.

Учитель. Выведем закон Фарадея, опираясь на наши знания.

Масса выделившегося на катоде вещества равна:
m=moiNi, где mi – масса иона, а Ni число ионов, но moi= , М – молярная масса, NA – число Авогадро.

Ni= где заряд иона qoi= ne, n – валентность.

Электрохимический эквивалент равен отношению массы иона к его заряду. Посмотрим в конспект. У нас записан закон Фарадея и электрохимический эквивалент. Для каждого вещества электрохимический эквивалент разный.

Работа с таблицей в «Сборнике задач по физике» А. П. Рымкевича

Таблица № 10 стр. 165, найти электрохимический эквивалент меди, серебра, никеля.

В век наш стремительный
Знанья нужны.
К делу приложены знанья должны.
Вот электролиз мы учим опять
Где же мы сможем его применять?
Мир применения очень велик
Вечный гербарий, бижутерия – шик.
А кружева из металла – мечта!
В мире царим ведь всегда красота.
Ну а теперь по серьёзней дела,
Чистых металлов получена тьма,
Газ: кислород, водород, фтор и хлор,
И от коррозии крепкий запор.

Рассмотрим применение электролиза на практике. Электролиз получил широкое распространение.

Гальваностегия (от Гальвании и (стеге) – покрытие-) нанесение на поверхность изделия тонкого металлического покрытия из цинка, никеля, хрома, меди, свинца. Эти металлы защищают изделие от коррозии и механического износа, повышают их твёрдость. Наносят на покрытие, обладающее заранее заданными техническими характеристиками, скажем, определённой электропроводностью.

Методами гальванопластики (от Гальвани и (пластики) — лепка) на поверхности изделия осаждают толстый слой металла, который легко отделяется от формы и хорошо производит рельеф. Так делают детали из металлов с трудом поддающихся традиционной обработки. С помощью гальванопластики изготавливают печатное клише, валики для теснения кож. Гальванопластическим способом можно выполнять множество интересных работ, делать обычные кружева металлическими и ими украшать деревянные изделия, изготавливать филигранные, ажурные подстаканники, хлебницы, создавать ювелирные изделия.

Фрагмент Гальванопластика и гальваностегия.

На уроках химии знакомились с электрометаллургией, получением чистых металлов, рафинирование металлов. Все эти примеры относятся к катодным процессам.

Фрагмент Получение веществ.

Итак, подведём итог.

  1. Вследствие электролитической диссоциации в растворах электролитов появляются свободные носители зарядов – положительные и отрицательные ионы.
  2. Растворы и расплавы электролитов обладают ионной проводимостью. В некоторых жидких проводниках существует и электронная проводимость.
  3. Явление электролиза состоит в том, что при протекании тока через электролит на электродах выделяется вещество. Масса вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна прошедшему через электролит заряду.
  4. Электролиз получил широкое применение в технике. Его используют в гальваностегии и гальванопластике, в электрометаллургии.

Учитель. Мы сегодня расширили границы имеющихся у вас знаний по электролизу, познакомились с законом Фарадея, применением электролиза. Знать теорию мало, надо уметь применять её при решении задач.

IV. Проверка знаний учащихся

Электрический ток в жидкостях.

1. При повышении температуры удельное сопротивление раствора электролиза

Не изменяется
Увеличивается
Уменьшается
Может уменьшаться или увеличиваться

2. Процесс образования ионов при растворении веществ в жидкостях

Ионизацией
Электрической диссоциацией
Термоэлектронной эмиссией
Фотоэффектом

V. Решение задач из опорного конспекта

Задачи в конспекте расположены в порядке усложнения материала. При решении необходимо использовать все имеющиеся у вас знания. За консультацией при решении задач нужно обращаться к учителю. Для решения необходимо пользоваться таблицей электрохимических эквивалентов.

  1. m=0,005кг .
  2. I=60,6 A
  3. U=10,8B
  4. m=0,054кг.

VI. Домашнее задание

Физика 10 класс Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н. Сотский §119, 120. Упражнение20 (4, 5).

VII. Итоги урока

Что понравилось на уроке? Что было неудачным по вашему мнению? О чём хотелось бы узнать больше?

Литература

  1. Компьютерный диск «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия» Уроки физики в 10 классе.
  2. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский Физика 10 класс. Учебник для образовательных учреждений М.: Просвещение 2006 г.
  3. Энциклопедия для детей физика – М.: Аванта, 1998 г.
  4. Хрестоматия по физике – под ред. Б. П. Спасского – М.: Просвещение, 1982 г.
  5. Газета « Физика» Издательский дом «Первое сентября» № 10 2006 г., № 5 2004 г.

Источник