法拉第电解定律由迈克尔·法拉第提出，主要涉及电解过程的定量分析。它阐述了电极上沉积的物质质量与流过电极的电荷量之间的关系。电解是一种利用电流引发非自发化学反应的过程。在此过程中，金属电极浸入电解质溶液中，通过导线连接电极并通电，从而产生离子流。这种离子流引发化学反应，导致物质在一个电极上沉积，而在另一个电极上溶解。电极上沉积的质量取决于流过溶液的电荷量。法拉第电解定律为分析电极沉积质量与流过电荷量之间的数学关系提供了基础。
在本文中，我们将探讨法拉第提出的两条电解定律、它们的应用及局限性，解答相关的计算问题，并回答一些常见问题。
目录
- 什么是电解？
- 法拉第电解定律
- 法拉第电解定律的应用
- 法拉第电解定律的局限性
- 法拉第电解定律的例题详解
什么是电解？
电解是利用电流将化合物分解为其组成离子的过程。“电解”一词由两个词组成：Electro（电）和 lysis（分解）。因此，在这个过程中，当电流通过离子溶液时，离子会分离并沉积在电极上。发生电解过程的电化学电池被称为电解池。
法拉第电解定律由英国科学家迈克尔·法拉第于1834年提出。他的主要贡献集中在电化学和电磁学领域。该定律涉及产生的离子量与流过电池的电荷量之间的关系。让我们来逐一探讨他提出的两条电解定律：
法拉第第一电解定律指出，在电极上沉积或析出的物质质量与流过电解质溶液的电荷 (Q) 成正比。这在数学上可以表示为：
> m ∝ Q
流过的电荷量计算为电流 和电流通过溶液的时间 的乘积，即 Q = I×t。
我们可以通过引入比例常数 Z，将比例关系 m ∝ Q 转换为方程式：
> m = Z×Q
Z 是比例常数，可以定义为由于单位电荷流过溶液而在任一电极上沉积或析出的质量。Z 的单位取决于质量 和电荷 (Q) 所取的单位。例如，如果质量单位取克，电荷单位取库仑，那么比例常数 Z 的单位就是克/库仑。通过大量实验已经确定：
> Z = E/F
>
>
>
> 其中，
>
>
>
> – E = 物质的当量重量
> – F = 1 法拉第，即 96500 库仑
因此，法拉第第一电解定律可以表示为：
> m = (E × I × t)/F
>
>
>
> 其中，
>
>
>
> – m = 沉积或析出的物质质量
> – E = 物质的当量重量/化学当量
> – I = 流过电解质溶液的电流
> – t = 电流通过的时间
> – F = 1 法拉第，即 96500 库仑
法拉第第二电解定律指出，当相同的电荷量流过不同的电解质时，沉积或析出的物质质量与其各自的化学当量或当量重量成正比。这在数学上可以表示为：
> m ∝ E
>
>
>
> 其中，
>
>
>
> – m = 沉积或析出的物质质量
> – E = 物质的当量重量/化学当量
对于连接到同一电源且通电时间相等的两个溶液，它们的法拉第第二定律可以写作：
> w1/w2 = E1/E2
>
>
>
> 其中，
>
>
>
> – w1 和 w2 是物质的质量
> – E1 和 E2 是物质的当量重量
元素的当量重量定义为