Elektrolýza
Kov byl rozpuštěn v kyselině chlorovodíkové a roztok podroben elektrolýze. Nábojem 3208 C se na katodě vyloučilo 1,7427 g kovu. Vypočítejte oxidační číslo kovu.
Ar(kovu) = 157,25
Elektrolýza
Elektrolýza je chemická přeměna látek účinkem elektrického proudu procházejícího soustavou – zpravidla roztokem či taveninou. Jedná se o redoxní děj, dochází při něm ke změnám oxidačních čísel atomů. Na katodě probíhá redukce, na anodě oxidace.
Přeměnu na jedné elektrodě označujeme jako poloreakci.
\[KATODA: Zn^{2+} + 2e^- → Zn\]
\[ANODA: 2 I^{-} - 2e^- → I_{2} \]
Celková reakce: \[ZnI_2 →Zn + I_2\]
Počet elektronů, které jsou za určitý čas katodou předány kationtům, odpovídá počtu elektronů, které anionty odevzdají anodě. Elektrický náboj, který prošel kapalinou během elektrolýzy do zdroje, je absolutní hodnota elektrického náboje elektronů dodaných zdrojem do katody či odvedených z anody do zdroje.
Faradayův zákon
1. Faradayův zákon:
Množství látky m, přeměněné elektrolýzou, je přímo úměrné prošlému náboji Q.Vzhledem k tomu, že každý kation o určité hmotnosti přenese určitý počet nábojů, vztah mezi celkovou hmotností vyloučeného kovu a celkovým přeneseným nábojem Q je přímá úměra:
\[\boldsymbol{{\color{DarkRed} m = A \cdot Q}}\tag{1.1}\]
2. Faradayův zákon
Tento zákon vyjadřuje konstantu úměrnosti A pro danou látku, tzv. elektrochemický ekvivalent:\[\boldsymbol{{\color{DarkRed} A= \frac{M}{F \cdot z}}}\tag{1.2}\]
Z výše uvedených vzorců 1.1 a 1.2 tedy platí následující spojený vztah pro výpočet hmotnosti vyloučeného kovu:
\[\boldsymbol{{\color{DarkRed} m =\frac{M \cdot Q}{F \cdot z}}}\tag{1.3}\]
Při konstantním elektrickém proudu též platí:
\[\boldsymbol{{\color{DarkRed}Q = I \cdot t}}\tag{1.4}\]
Vysvětlivky k použitým značkám:
z... počet elementárních nábojů nesených ionty látky v roztoku
Q = 3208 C m = 1,7427 g M = 157,25 g·mol-1 F = 96 487 C·mol-1 Při řešení vyjdeme ze spojeného vztahu 1.3: \[\boldsymbol{{\color{DarkRed} m =\frac{M \cdot Q}{F \cdot z}}}\] Vyjádříme ze vzorce z a dosadíme příslušné hodnoty: \[z=\frac{M \cdot Q}{F \cdot m}=\frac{157,25 \cdot 3208}{96487 \cdot 1,7427}≈ \mathbf{{\color{DarkGreen} 3}}\] Oxidační číslo kovu je 3.
F...Faradayova konstanta, která odpovídá 96 487 [C·mol-1]
M...molární hmotnost látky vyloučené na elektrodě [g·mol-1]
m...hmotnost látky vyloučené na elektrodě [g]
I...konstantní proud [A]
t...doba, kterou proud procházel [s]
