Закон Фарадея (Розв'язування задач).

№ 1
Електроліз у розчині з сіллю нікелю тривав протягом 40 хв. Яка маса нікелю виділилась на катоді, якщо сила струму, за якого проходив електроліз, весь час була 1,5 А?

Розв'язування:

Запишемо електрохімічний еквівалент нікелю: \(k=0,3 \frac{мг}{Кл}=0,3\cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}\). За першим законом Фарадея знаходимо масу нікелю, яка виділилась на катоді:

\(m=k\cdot I\cdot t=0,3\cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}\cdot 1,5 А\cdot 2400 c=0,00108 кг\)

Відповідь: 1,1 г.

№ 2
Через електролітичну ванну з розчином хлориду міді (CuCl) пройшов заряд 600 Кл. Скільки чистої міді було отримано під час електролізу?

Розв'язування:

Запишемо електрохімічний еквівалент  чистої міді та за першим законом Фарадея обчислимо її масу:

\(k=0,66 \frac{мг}{Кл}=0,66\cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}\).

\(m=k\cdot q=0,66\cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}\cdot 600 Кл =0,000396 кг\)

Відповідь: 0,4 г.

№ 3
За якої сили струму проводився електроліз водяного розчину мідного купоросу, якщо за 15 хв на катоді виділилося 2 г міді?

Розв'язування:

Запишемо електрохімічний еквівалент міді (\(Cu^{2^+}\)) та використавши перший закон Фарадея, обчислимо силу струму , за якої проводився електроліз:

\(k=0,33 \frac{мг}{Кл}=0,66\cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}\).

\(m=k\cdot I\cdot t\Rightarrow I=\frac{m}{k\cdot t}=\frac{2\cdot 10^{-3} кг}{0,33\cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}\cdot 900 c}=6,7 А\)

Відповідь: 6,7 А.

№ 4
За який час на катоді електролітичної ванни виділиться 40 г хрому, якщо електроліз проходить за сили струму 25 А?

Розв'язування:

\(k=0,18 \frac{мг}{Кл}=0,18\cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}\).

\(m=k\cdot I\cdot t\Rightarrow t=\frac{m}{k\cdot I}=\frac{40\cdot 10^{-3} кг}{0,18\cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}\cdot 25 А}\approx 2 год 28 хв\)

Відповідь:

№ 5
Металеву деталь покривають шаром нікелю за допомогою електролізу протягом 5 год. Сила струму весь час електролізу становить 0,5 А, площа поверхні деталі складає 200 сантиметрів квадратних. Якої товщини осів на поверхні деталі шар нікелю?

Розв'язування:

Знайдемо табличні дані:

\(k=0,3 \frac{мг}{Кл}=0,3\cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}\).

\(\rho_{нікелю}=8900 \frac{кг}{м^{3}}\)

\(m=k\cdot I\cdot t\)

\(m=\rho\cdot V=S\cdot h\), де \(S\) - площа поверхні деталі, \(h\) - товщина шару нікелю.

\(S\cdot h\cdot \rho_{нікелю}=k\cdot I\cdot t\Rightarrow h=\frac{k\cdot I\cdot t}{S\cdot \rho_{нікелю}}\)

\(h=\frac{0,3\cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}\cdot 0,5 А\cdot 18000 c}{200\cdot 10^{-4}м^2 \cdot 8900 \frac{кг}{м^3}}=15\cdot 10^{-6} м\).

Відповідь: 15 мкм (мікрометрів).

№ 6

Під час електролізу виділилося 128 г міді (\(Cu^{2^+}\)). Визначте витрачену енергію, якщо напруга на електролітичній ванні становила 5 В.

Розв'язування:

Під час проходженню струму виконується робота по переміщенню електричного заряду та виділяється енергія, яка дорівнює виконаній роботі: \(A=Q\).

За першим законом Фарадея та законм Джоуля-Ленца тримаємо рівність:

\(\frac{m}{k}=\frac{Q}{U}\Rightarrow Q=\frac{m\cdot U}{k}=\frac{128\cdot 10^{-3}кг\cdot 5 В}{0,33\ cdot 10^{-6}\frac{кг}{Кл}}=1939393,9 Дж =1,9\cdot 10^6 Дж = 1,9 МДж\).

Відповідь: 1,9 МДж.