电化学基础 · 定量推理

法拉第定律:把电流时间换成产物质量

电解时,电流不是“把铜拉出来”的神秘力量,而是一队一队通过电路的电子。先数电量,再数电子,最后才数产物。把每一步的单位盯紧,质量就会自己浮现出来。

把实验条件放上电解台

电流的单位安培等于每秒通过的库仑数;时间若不是秒,程序会先换算。

阴极反应:Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

90%

不是每一个电子都一定用于目标产物;电流效率表示其中真正“算到目标产物头上”的比例。

单位转换:20 分 = 1200 秒。计算电量时,必须让时间以秒进入 Q = I × t。

电量沿着三道关口走

法拉第常数 F = 96485 库仑/摩尔电子

第一关:电量 Q1800 库仑
第二关:电子 n(e⁻)0.01866 摩尔
第三关:目标产物0.00933 摩尔
理论产物质量0.593 克
实际产物质量0.534 克

Cu²⁺ 每得到 2 摩尔电子,才析出 1 摩尔铜;实际质量 = 理论质量 × 90%。

别让三个常见陷阱截走答案

小时不能直接塞进 Q = I × t

这里已把 20 分换成 1200 秒;否则得到的电量会错 60 倍。

Q/F 数到的是电子,不是铜或钠

析铜要 2 个电子“配一份”铜,所以产物的物质的量要再除以 2。

电解池的阴极接电源负极

阴极发生还原、得到电子;阳极接正极、发生氧化。不要把原电池的正负极记忆硬搬过来。

为什么效率会让实际质量变小?

你可能会想:“电子都已经通过电路了,怎么还不全变成铜?”注意,电流还可能被别的电极反应分走。例如水溶液中可能同时有氢气析出。理论质量假定全部电量都服务于目标反应;实际质量再乘电流效率,才承认这些“岔路”。