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【種花家務(wù)·物理】3-2-08液體導(dǎo)電和電解『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』

2023-07-16 20:20 作者:山嵓  | 我要投稿

【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』,此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版,并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材,本系列叢書(shū)共包含17本,層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平,其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材,很多概念已經(jīng)與如今迥異,因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外,黑字是教材原文,彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版,即80年代的改開(kāi)版,改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容,直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版,首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí),讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小,即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材,不該被埋沒(méi)在故紙堆中,是故才打算利用業(yè)余時(shí)間,將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。

第二章直流電

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓;功的單位爾格等于10??焦耳;熱量的單位卡路里等于4.186焦耳;電荷的單位靜庫(kù)(1庫(kù)倫=3×10?靜庫(kù));電勢(shì)的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等,但如今是不允許的,力是不能使用質(zhì)量單位的。】?

§2-8液體導(dǎo)電和電解

1、液體導(dǎo)電

【01】并不是所有的液體都是導(dǎo)電的。圖2·39表示一套簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置:A 和 K 是放在一個(gè)玻璃容器里的兩塊碳板,B 是一組電源,L 是一個(gè)小燈泡(或一個(gè)安培計(jì)),它們串聯(lián)在一起,實(shí)驗(yàn)時(shí),先向容器內(nèi)注入蒸餾水,這時(shí)我們看不到電路上有電流通過(guò)的跡象,這說(shuō)明純水是不導(dǎo)電的。再用糖溶液代潛蒸餾水,我們還是看不到電路上有電流通過(guò)的表示,這說(shuō)明糖溶液也是不導(dǎo)電的。如果用鹽溶液來(lái)進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn),那么就能發(fā)現(xiàn)電路上有電流通過(guò)(小燈泡發(fā)出了亮光或安培計(jì)指針有了偏移),這說(shuō)明鹽溶液是導(dǎo)電的。

【02】用各種不同的液體進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn):所有單純的溶劑都不導(dǎo)電,所有酸、堿、鹽的稀溶液都能很好地導(dǎo)電,熔融了的鹽類也是導(dǎo)電體,從化學(xué)研究知道:凡是能夠?qū)щ姷囊后w都是具有離子的液體,因此我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論:只有具有離子的液體才能導(dǎo)電。

【03】能夠?qū)щ姷囊后w稱為電解液。在電解液里,經(jīng)常有一定百分比的正離子和負(fù)離子存在。正離子就是失去了一個(gè)或幾個(gè)電子的原子或原子團(tuán);負(fù)離子就是獲得了一個(gè)或幾個(gè)額外電子的原子或原子團(tuán)。拿食鹽(NaCI)溶液來(lái)說(shuō)吧,正離子就是失去了一個(gè)電子的鈉原子,叫做鈉離子(Na?);負(fù)離子就是獲得了一個(gè)額外電子的氯原子,叫做氯離子(Cl?)。中性分子分解為正離子和負(fù)離子的現(xiàn)象叫做離解,或叫電離。一切酸、堿、鹽的分子,在水溶液里都要離解。金屬離子和氫離子都帶正電荷,都是正離子;一切酸根離子和氫氧根離子都帶負(fù)電荷,都是負(fù)離子。

【04】溶液里的離子,和分子一樣,經(jīng)常在作無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)在沒(méi)有外電場(chǎng)的時(shí)候,溶液里的正、負(fù)離子只作無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),而不作有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)。在和電源接通后,碳板 A(叫做陽(yáng)極板)帶了正電荷,碳板 K(叫做陰極板)帶了負(fù)電荷,這樣就在溶液里建立起一個(gè)電場(chǎng),它的方向從 A 極板指向 K 極板(如圖2·40所示)。在這個(gè)電場(chǎng)的作用下,正、負(fù)離子除了作無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)之外,還要作有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng),即正離子順著電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng),負(fù)離子逆著電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)。正、負(fù)離子分別向兩極流動(dòng)的結(jié)果,從導(dǎo)電的角度看來(lái),和正電荷直接從 A 極板流向 K 極板沒(méi)有什么兩樣,所以我們稱這種現(xiàn)象為液體導(dǎo)電現(xiàn)象。

【05】液體導(dǎo)電和固體導(dǎo)電在本質(zhì)上是不同的.金屬和碳的導(dǎo)電是由于自由電子在離子和分子之間作單向移動(dòng)所致,離子和分子并不移動(dòng)。這種導(dǎo)電方式叫做電子導(dǎo)電。這一類導(dǎo)體叫做第一類導(dǎo)體。酸、堿、鹽溶液(或鹽的熔液)的導(dǎo)電是由于正、負(fù)離子分別向兩極移動(dòng)所致。這種電荷和原子或原子團(tuán)一起移動(dòng)的導(dǎo)電方式叫做離子導(dǎo)電。這一類導(dǎo)體叫做第二類導(dǎo)體。

【06】液體導(dǎo)電和固體導(dǎo)電所遵循的規(guī)律有相同或相似之處例如,液體導(dǎo)電和固體導(dǎo)電都遵循歐姆定律Ⅰ=V/R? 。又如,第一類導(dǎo)體的電阻取決于導(dǎo)體的性質(zhì)、導(dǎo)體的長(zhǎng)度和導(dǎo)體的橫截面積等,而第二類導(dǎo)體的電阻則取決于液體的性質(zhì)、極板間的距離和極板與液體的接觸面積等。

2、電解

【07】在電流通過(guò)電解液的過(guò)程中,正離子移到陰極板(K)后,從它那里獲得電子;負(fù)離子移到陽(yáng)極板(A)后,向它那里放出電子,結(jié)果它們都變成了中性的物質(zhì)(原子或原子團(tuán))。這種因?yàn)橥ㄟ^(guò)電流而分解化合物的反應(yīng)叫做電解。電解化合物所用的整套設(shè)備叫做電解池。

【08】圖2·41所示的是一套電解鹽酸(HCl)用的電解池。陽(yáng)極板(A)和陰極板(K)一般是用鉑板,或用碳板組成的;電解液為稀鹽酸溶液。通電后,氫離子(H?)移向陰極板(K),在獲得電子后變成氫原子,并生成氫氣泡上升到液面;氯離子(Cl?)移向陽(yáng)極板(A),在放出電子后變成氯原子,也生成氯氣泡上升到液面。這一系列的化學(xué)反應(yīng)可以用下面的方程來(lái)表示:%5Cbegin%7Beqnarray%7D%0A%26%26%E5%9C%A8%E6%BA%B6%E6%B6%B2%E4%B8%AD%5Cqquad%20HCl%26%26%E2%86%92H%5E%2B%2BCl%5E-%5C%5C%0A%26%26%E5%9C%A8%E9%98%B4%E6%9E%81%E6%9D%BF%5Cquad%202H%5E%2B%2B2e%26%26%E2%86%92H_2%E2%86%91%5C%5C%0A%26%26%E5%9C%A8%E9%98%B3%E6%9E%81%E4%B8%AD%5Cquad%202Cl%5E--2e%26%26%E2%86%92Cl_2%E2%86%91%5C%5C%0A%5Cend%7Beqnarray%7D

【09】上式中的 e 表示電子。

【10】化合物經(jīng)電解而析成原子或原子團(tuán)的作用,叫做電解的原作用。由原作用析出的原子和原子團(tuán),又和極板或它周圍的化合物起化學(xué)反應(yīng)而生成新的化合物,這就叫做電解的副作用。上述事例中生成的氫氣和氯氣,就是原作用的產(chǎn)物。至于副作用,可以用下面兩個(gè)事例來(lái)說(shuō)明。

例10.電解食鹽時(shí),只在一個(gè)極板附近起副作用.電解食鹽的化學(xué)反應(yīng)如下:

%5Cbegin%7Beqnarray%7D%0A%26%26%E6%BA%B6%E6%B6%B2%E4%B8%AD%5Cquad%20%26%26NaCl%E2%86%92Na%5E%2B%2BCl%5E-%5C%5C%0A%26%26%E5%8E%9F%E4%BD%9C%E7%94%A8%26%26%5Cbegin%7Bcases%7D%20%0ANa%5E%2B%2Be%E2%86%92Na%5C%3B%20%26%EF%BC%88%E9%98%B4%E6%9E%81%E6%9D%BF%EF%BC%89%20%5C%5C%0A2Cl%5E--2e%E2%86%92Cl_2%26%EF%BC%88%E9%98%B3%E6%9E%81%E6%9D%BF%EF%BC%89%0A%5Cend%7Bcases%7D%5C%5C%0A%26%26%E5%89%AF%E4%BD%9C%E7%94%A8%26%262Na%2BH_2O%E2%86%922NaOH%2BH_2%E2%86%91%5C%5C%0A%5Cend%7Beqnarray%7D

????????這就是說(shuō),電解食鹽時(shí)析出的物質(zhì)不是鈉和氯氣,而是氫氣和氯氣.電解食鹽的結(jié)果是失去了水和食鹽,生成了氫氣、氯氣和氫氧化鈉。

例11.電解硫酸鈉時(shí)在兩個(gè)極板附近都起副作用.電解時(shí)的化學(xué)反應(yīng)如下:

%5Cbegin%7Beqnarray%7D%0A%26%26%E6%BA%B6%E6%B6%B2%E4%B8%AD%5Cquad%20%26%26Na_2SO_4%E2%86%922Na%5E%2B%2BSO_4%5E%7B--%7D%5C%5C%0A%26%26%E5%8E%9F%E4%BD%9C%E7%94%A8%26%26%5Cbegin%7Bcases%7D%20%0ANa%5E%2B%2Be%E2%86%92Na%5C%3B%20%26%EF%BC%88%E9%98%B4%E6%9E%81%E6%9D%BF%EF%BC%89%20%5C%5C%0ASO_4%5E%7B--%7D-2e%E2%86%92SO_4%26%EF%BC%88%E9%98%B3%E6%9E%81%E6%9D%BF%EF%BC%89%0A%5Cend%7Bcases%7D%5C%5C%0A%26%26%E5%89%AF%E4%BD%9C%E7%94%A8%26%26%5Cbegin%7Bcases%7D%20%0A4Na%2B4H_2O%E2%86%924NAOH%2B2H_2%E2%86%91%20%5C%5C%0A2SO_4%5E%2B2H_2O%E2%86%922H_2SO_4%2BO_2%E2%86%91%0A%5Cend%7Bcases%7D%5C%5C%0A%5Cend%7Beqnarray%7D

????????這說(shuō)明,電解硫酸鈉時(shí)析出的物質(zhì)不是鈉,而是氫氣和氧氣在這個(gè)過(guò)程中失去了硫酸鈉和水,生成了氫氧化鈉、硫酸、氫氣和氧氣。

【11】電解池是轉(zhuǎn)變電能為化學(xué)能的裝置。當(dāng)有電流Ⅰ通過(guò)電解池時(shí),電源供給的電能是 VⅠt(V 為電解池兩極間的電勢(shì)差,t 為通電的時(shí)間),它一部分轉(zhuǎn)換為物質(zhì)內(nèi)能并使電解池發(fā)熱,另一部分轉(zhuǎn)換為化學(xué)能使化合物分解。在一般情況下,轉(zhuǎn)換成內(nèi)能的這部分能量是比較小的一部分;根據(jù)焦耳-楞次定律,這部分能量等于Ⅰ2Rt(R為電解池的電阻)。轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的這部分能量 W=VⅠt-Ⅰ2Rt,將上式中各項(xiàng)除以Ⅰt,得出?%5Cscriptsize%20%5Cfrac%7BW%7D%7BIt%7D%3DV-IR%20,Ⅰ式中 V 為電解池兩極間的電勢(shì)差,ⅠR 為電流通過(guò)電解液時(shí)的電勢(shì)降落,它們的差額叫做電解池的反電動(dòng)勢(shì) E,如用公式表示,則為 E=V-ⅠR? 。

【12】任何電解池都有阻礙電流通過(guò)的反電動(dòng)勢(shì)存在,它的大小由電解液的性質(zhì)決定。因此,在電解池里,兩極間的電勢(shì)差總大于電勢(shì)降落,即 V >ⅠR? 。否則,電流便不能通過(guò)(在只有電能和物質(zhì)內(nèi)能轉(zhuǎn)換的電路里,V 總是等于ⅠR)。

3、電解工業(yè)

【13】電解在工業(yè)上的應(yīng)用很廣泛。在化學(xué)工業(yè)上經(jīng)常用電解水的方法制取氫氣和氧氣,用電解食鹽水的方法制取氯氣和氫氧化鈉。電鑄、電鍍和電冶等都是電解實(shí)際應(yīng)用的例子。

電鑄和電鍍

【14】電鑄就是應(yīng)用電解的方法來(lái)儔制物品。先用蠟或其他范性材料制出物體的模型,然后在它上面涂上一層石墨(石墨是導(dǎo)電體),用它來(lái)作為電解硫酸銅溶液的陰極;用銅板作為電解池中的陽(yáng)極。電解時(shí)在陰極析出的銅就沉淀在模型的外表面上;通電的時(shí)間越長(zhǎng),銅層就越厚。等到銅層有了一定的厚度以后,挖出殼內(nèi)的范性材料,并用熔融了的金屬填充,這就制成了堅(jiān)實(shí)的鑄品。

【15】電鍍就是在某種制品上鍍一層比較美觀的或不容易氧化的金屬。電鍍時(shí),把被鍍物品當(dāng)作陰極,把所鍍的金屬當(dāng)作陽(yáng)極,而把所鍍金屬的鹽溶液作為電解液。鍍金、鍍銀、鍍銅、鍍鎳、鍍鉻時(shí)都是應(yīng)用這種方法的。

電治

【16】用電解的方法提純金屬,叫做電冶。從礦石直接熔煉出來(lái)的銅,通常含有硫化銅等雜質(zhì),它們不宜于電氣工業(yè)的應(yīng)用。如果用這種不純的銅作為陽(yáng)極,用硫酸銅或硫酸的溶液作為電解液,通電后,陰極上就有純銅析出.這樣析出的純銅叫做電解銅。

【17】要提純化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬,如鈉、鉀、鎂、鋁等,可以用電解它們?nèi)廴诘柠}、堿或氧化物的方法。在這種電解池里,通常用碳作為電極,電解液不是溶液而是熔液。用比較強(qiáng)的電流通過(guò)這種熔液時(shí),發(fā)散出的熱量足以保持熔液不致凝固,從而保證了電解的持續(xù)進(jìn)行。電治鋁工業(yè)所需的電流常常大到幾萬(wàn)安培,所以制鋁工廠常常設(shè)在水力發(fā)電站附近,這樣可以用到比較廉價(jià)的電能。

習(xí)題2-8(1)

1、產(chǎn)生電流的條件是什么?

2、哪些物體是第一類導(dǎo)體?哪些是第二類導(dǎo)體?這兩類導(dǎo)體的導(dǎo)電情況有些什么不同之點(diǎn)?

3、什么叫電離(或離解)?什么叫電解?

4、什么叫離子?離子在溶液中是怎樣運(yùn)動(dòng)的?

5、電解池是怎樣構(gòu)成的?電解池里的電阻與哪些因素有關(guān)?

6、電解池里的電勢(shì)降落與極間電勢(shì)差有什么區(qū)別?為什么前者總是比后者小呢?

7、液體導(dǎo)電是否遵循歐姆定律?是否也遵循焦耳-楞次定律?

8、電解池里的能量轉(zhuǎn)換情況是怎樣的?試舉例說(shuō)明之。

9、為什么我們可以說(shuō):電解的過(guò)程就是液體導(dǎo)電的過(guò)程?這兩種過(guò)程能夠各自單獨(dú)進(jìn)行嗎?

10、舉例說(shuō)明:什么是電解的原作用?什么是電解的副作用?

11、試畫(huà)出鍍銅用的電解池,并說(shuō)明它的工作原理。

4、法拉第電解定律

【18】英國(guó)物理學(xué)家法拉第,在1834年,通過(guò)一系列的電解實(shí)驗(yàn),總結(jié)出兩條定律,叫做法拉第電解定律。這兩條定律,敘述了物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象之間的重要聯(lián)系,奠定了電化學(xué)的基礎(chǔ)。

第一定律

【19】在電解時(shí),析出的物質(zhì)質(zhì)量 m 跟通過(guò)電解液的電流強(qiáng)度Ⅰ和通電時(shí)間 t 成正比。用公式表示即為 m=KⅠt,式中的 K 叫做電化當(dāng)量。由于式中的乘積Ⅰt 等于通過(guò)電解液的電量 Q,所以上式又可寫(xiě)作:m=KQ? 。因此,法拉第電解第一定律又可以更簡(jiǎn)單地?cái)⑹鰹椋弘娊鈺r(shí),析出的物質(zhì)質(zhì)量 m 跟通過(guò)電解液的電量 Q 成正比。

【20】電化當(dāng)量是一個(gè)視物質(zhì)不同而不同的比例恒量,它定量地表示化學(xué)變化與物理變化之間的關(guān)系。某種物質(zhì)的電化當(dāng)量,在數(shù)值上等于 1 單位電量所析出的物質(zhì)。如果質(zhì)量的單位為克,電量的單位為庫(kù)侖,則電化當(dāng)量的單位為克/庫(kù)侖。在實(shí)際應(yīng)用中,電化當(dāng)量的單位常用毫克/庫(kù)侖。各種物質(zhì)的電化當(dāng)量數(shù)值可以用電解實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定,測(cè)出電流強(qiáng)度Ⅰ,通電時(shí)間 t 和析出的物質(zhì)質(zhì)量 m,就可算出電化當(dāng)量值來(lái)。下表所示的是幾種常用物質(zhì)的電化當(dāng)量 K 值:

【21】法拉第電解第一定律是從大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中總結(jié)出來(lái)的,但是也很容易根據(jù)電解液導(dǎo)電理論來(lái)解釋。我們已經(jīng)了解,電解的過(guò)程就是液體導(dǎo)電的過(guò)程。在電解液里,電流是由離子的定向流動(dòng)所形成的,這些離子都帶有一定電量的電荷。通過(guò)的電量越多就意味著流過(guò)的離子數(shù)越多,因而析出的物質(zhì)也越多,由于流過(guò)的離子數(shù)和通過(guò)的電量成正比,析出的物質(zhì)質(zhì)量又和流過(guò)的離子數(shù)成正比,所以析出的物質(zhì)質(zhì)量就和通過(guò)的電量成正比。

【22】上面已經(jīng)講過(guò),不同物質(zhì)的電化當(dāng)量是不同的。但電化當(dāng)量到底與物質(zhì)的那些性質(zhì)有關(guān)呢?法拉第電解第二定律解決了這個(gè)問(wèn)題。

第二定律

【23】各種物質(zhì)的電化當(dāng)量 K 跟它們的原子量 A 成正比,而跟它們的化合價(jià) n 成反比。它的表示式為K%3DC%5Cfrac%7BA%7D%7Bn%7D%20,式中 C 是一個(gè)普適恒量,它的數(shù)值只與 K 的單位有關(guān)。當(dāng) K 的單位為克/庫(kù)侖時(shí),C=10.36×10??,當(dāng) K 的單位為毫克/庫(kù)侖時(shí),C=0.01036(見(jiàn)前表)。

【24】在化學(xué)里,我們稱 A/n 為化學(xué)當(dāng)量,所以法拉第電解第二定律又可敘述為:各種物質(zhì)的電化當(dāng)量 K 和它們的化學(xué)當(dāng)量 A/n 成正比。

【25】法拉第電解第二定律同樣是從大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果中總結(jié)出來(lái)的,但是也不難根據(jù)離子導(dǎo)電的理論來(lái)加以解釋。在電解液中,離子所帶的電荷是一定的(相當(dāng)于一個(gè)或幾個(gè)電子所帶的電荷),一定數(shù)目的離子只能帶一定電量的電荷;或反過(guò)來(lái)說(shuō),要帶一定電量的電荷就需要有一定數(shù)目的離子。一價(jià)離子所帶的電量最少,相當(dāng)于一個(gè)電子電荷,二價(jià)離子所帶的電量相當(dāng)于兩個(gè)電子電荷,n 價(jià)離子所帶的電量相當(dāng)于個(gè)電子電荷。在電解池里,如果 B 個(gè)一價(jià)離子能帶 1 庫(kù)侖的電量,那么只需要 B/2 個(gè)二價(jià)離子或 B/n 個(gè) n 價(jià)離子就能帶 1 庫(kù)侖電量了。假設(shè)析出物質(zhì)的原子量為 A,那就是說(shuō)每個(gè)原子的質(zhì)量為 A 個(gè)氧單位(1個(gè)氧單位=1.66×102?克;1克=6.023×1023個(gè)氧單位),那么,通 1 庫(kù)侖的電量所析出的物質(zhì)質(zhì)量(即電化當(dāng)量)%5Csmall%20K(%E6%B0%A7%E5%8D%95%E4%BD%8D%2F%E5%BA%93%E4%BB%91)%3D%5Cfrac%7BB%7D%7Bn%7DA%20? 。如果 K 的單位為克/庫(kù)侖,則上式變成%5Csmall%20K(%E5%85%8B%2F%E5%BA%93%E4%BB%91)%3D%5Cfrac%7BB%7D%7B6.023%C3%9710%5E%7B23%7D%7D%20%5Cfrac%7BA%7D%7Bn%7D%20,式中的 B/6.023×1023 就是法拉第電解第二定律公式里的普適恒量 C? 。

【26】綜合法拉第電解第一定律和第二定律,得出表示式m%3DC(%5Cfrac%7BA%7D%7Bn%7D%20)Q? 。這就是說(shuō):在電解池里,析出物質(zhì)的質(zhì)量跟通過(guò)電解池的電量和物質(zhì)的化學(xué)當(dāng)量成正比。

庫(kù)侖計(jì)和國(guó)際安培

【27】在電解池里析出物質(zhì)的質(zhì)量可以用來(lái)量度通過(guò)它的電量。作這種用途的電解池叫做庫(kù)侖計(jì)。電量的庫(kù)侖數(shù)Q%3D%5Cfrac%7Bm%7D%7BK%7D%20,式中 m 是析出物質(zhì)的質(zhì)量,K 是它的電化當(dāng)量。

【28】純銀的電化當(dāng)量是 1.118 毫克/庫(kù)侖(意即通過(guò)1庫(kù)侖的電量能析出純銀 1.118 毫克)。如果讓穩(wěn)恒電流通過(guò)銀鹽(如硝酸銀)溶液,經(jīng)過(guò)一秒鐘正好析出 1.118 毫克的純銀,那么這個(gè)穩(wěn)恒電流的強(qiáng)度就叫做 1 國(guó)際安培。

【29】庫(kù)侖計(jì)可以用來(lái)校準(zhǔn)安培計(jì)。

例12.在一個(gè)以銀鹽溶液作電解液的電解池里,通過(guò)穩(wěn)恒電流 3 小時(shí)后析出純銀 66.6 克。在電解過(guò)程中,電路中安培計(jì)的讀數(shù)始終為 5.63 安培。試求這個(gè)安培計(jì)的誤差。

【解】根據(jù)法拉第電解第一定律,m.=KⅠt,已知銀的電化當(dāng)量 K=1.118 毫克/庫(kù)侖,析出銀的質(zhì)量m=66,600 毫克,通電時(shí)間 t=3×3600 秒,所以 66,600=1.118×3×3600Ⅰ,解得%5Cscriptsize%20I%3D%5Cfrac%7B66600%7D%7B1.118%C3%973%C3%973600%7D%20%3D5.51國(guó)際安培?,F(xiàn)用安培計(jì)的讀數(shù)為 5.63 安培,其誤差為 5.63-5.51=0.12 安培,即安培計(jì)的讀數(shù)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值 0.12 安培。

5、法拉第恒量

【30】法拉第電解定律已經(jīng)告訴我們,電解時(shí)析出物質(zhì)的質(zhì)量為m%3DC(%5Cfrac%7BA%7D%7Bn%7D%20)Q,那么,析出 m 克物質(zhì)所需要的電量應(yīng)為Q%3D%5Cfrac%7Bnm%7D%7BCA%7D%20? 。

【31】化學(xué)知識(shí)指出:當(dāng)物質(zhì)質(zhì)量的克數(shù) m 等于它的原子量 A 時(shí),我們就稱這樣多的物質(zhì)為 1 個(gè)克原子量;當(dāng)物質(zhì)質(zhì)量的克數(shù)等于它的原子量和化合價(jià)之比時(shí),即當(dāng)物質(zhì)質(zhì)量 m=A/n 克時(shí),我們就稱這樣多的物質(zhì)為 1 個(gè)克當(dāng)量

【32】引入了克原子量和克當(dāng)量的概念之后,我們可以看出:在電解池里析出 1 克原子量物質(zhì)所需要的電量為Q%3D%5Cfrac%7BnA%7D%7BCA%7D%3D%5Cfrac%7Bn%7D%7BC%7D%3D%5Cfrac%7Bn%7D%7B10.36%C3%9710%5E%7B-6%7D%7D%20%20%20%3D96500庫(kù)侖。在電解池里析出 1 克當(dāng)量物質(zhì)所需要的電量(用 F 表示)為 F=96,500庫(kù)侖。這個(gè)量就叫做法拉第恒量,是法拉第首先從實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的。意思就是說(shuō):在電解池里,不管析出 1 克當(dāng)量什么物質(zhì),總是需要通過(guò) 96,500 庫(kù)侖的電量;不管析出 1 克原子量什么物質(zhì),所需要的電量總是等于它的化合價(jià)乘法拉第恒量。

【33】例如:氫、氧、鋁的化合價(jià)分別為 1、2、3。在電解池里,析出 1 克原子量(即1.008克)的氫需要電量 96,500 庫(kù)侖,析出 1 克原子量(即 16 克)的氧需要電量 2×96,500=193,000 庫(kù)侖,析出 1 克原子量的鋁(即 27.1 克鋁)需要電量 3×96,500=289,500庫(kù)侖。

習(xí)題2-8(2)

1、法拉第電解第一定律說(shuō)明的是哪些物理量之間的關(guān)系?它們之間具有怎樣的關(guān)系?

2、法拉第電解第二定律說(shuō)明的是哪些物理量之間的關(guān)系?它們之間具有怎樣的關(guān)系?

3、法拉第電解定律是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,怎樣從離子導(dǎo)電的角度來(lái)理解它?

4、法拉第恒量具有怎樣的物理意義?

5、通過(guò)硫酸銅的電流是75安培,在半小時(shí)內(nèi)可以析出多少銅?沉淀在電解池的陽(yáng)極板上呢還是陰極板上?【陰極上沉淀44.4克】

6、如果在電解硫酸銅的實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)電解池的電流強(qiáng)度是 6 安培,在 25 分鐘內(nèi)析出的銅是 2.934 克.求銅的電化當(dāng)量?!?.000326克/庫(kù)侖】

7、鋅的原子量是 65.38,它的化合價(jià)是 2。求鋅的電化當(dāng)量?!?39×10??克/庫(kù)侖】

8、金的原子量是197.2,化合價(jià)是 3。要想在電解池里析出 1 克金,需要通過(guò)多少庫(kù)侖的電量?【1470庫(kù)侖】

9、鍍鎳時(shí)所用的電流密度(電流強(qiáng)度Ⅰ和極板面積 S 之比叫做電流密度)為 0.4 安培/分米2。連續(xù)通電 4 小時(shí)后,所鍍的鎳層厚度應(yīng)是多少?(鎳的密度是 8.75克/厘米3)【0.02毫米】

10、把銀電解池和銅電解池串聯(lián)起來(lái),讓 15 安培的電流通過(guò) 40 分鐘。問(wèn)析出銀和銅各幾克?【40.25克,10.84克】

11、把鎳電解池和銅電解池串聯(lián)起來(lái),在析出鎳 6.08 克的同時(shí)析出了多少克銅?【6.58克】

12、在一個(gè)制造電解銅的工廠里裝有 100 只硫酸銅電解池。每只電解池里裝有 20 塊相互并聯(lián)的陰極板。陰極板的面積都是 100厘米×80厘米。而全部電解池都串聯(lián)著。如果通過(guò)的電流密度是 200 安培/米2,求在一晝夜內(nèi)可析出銅多少?【9.1噸】

13、化學(xué)知識(shí)指出,1 克原子量物質(zhì)含有 6.023×1023 個(gè)原子(阿佛加德羅常數(shù))。求每個(gè) 1 價(jià)離子所帶電荷的電量。[法拉第認(rèn)為這個(gè)電量(1 價(jià)離子所帶的電量)是電荷的最小基元,故把它稱為基本電荷?,F(xiàn)已證明,基本電荷就是電子電荷]【1.6×10?1?庫(kù)侖】

14、當(dāng)電流通過(guò)稀硫酸溶液時(shí),析出的是哪兩種物質(zhì)?它們的質(zhì)量之比等于什么?【0.125:1】

【種花家務(wù)·物理】3-2-08液體導(dǎo)電和電解『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』的評(píng)論 (共 條)

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