Question

由實驗得知用電解法將電解液中的金屬離子還原為金屬單質時，電極所通過的電荷量Q正比于金屬的物質的量n和金屬離子化合價a的乘積，Q=F·na，其中F是一恒量，稱為法拉第常數，它與金屬的種類無關（阿伏加德羅常數N_A=6.023×10²³ mol^-1，電子電荷量e=1.6×10^-19 C,Cu的摩爾質量：64×10^-3 kg·mol^-1）。

（1）試求出法拉第常數F（電荷量以庫侖為單位，保留三位有效數字）。

（2）如果電解硫酸銅溶液獲得1 kg的金屬銅，通過電解槽的電荷量是多少？

（3）用電鍍的方法在半徑為R的銅球表面均勻地鍍上很薄的銀層，在電鍍槽中銅球是陽極還是陰極？另一電極是什么材料？若電流為I，通電時間為t，銀的相對原子質量為A，金屬銀的密度為ρ，求鍍層的厚度d。

Answer 1

(1)F=9.64×10⁴ C·mol^-1

（2）Q=3.0×10⁶ C

（3）陰極；銀；d=

解析:

（1）由題意可知F=，其中na乘積為轉移的電子的物質的量，所以法拉第常數F的含義是1 mol電子的電荷量，即F=N_A×e，代入數據可得

F=N_A×e=1.60×10^-19C×6.023×10²³ mol^-1=9.64×104 C·mol^-1。

（2）1 kg 銅的物質的量n==15.6 mol，銅離子a=2,則電荷量Q=Fna=9.64×10⁴ C·mol^-1×15.6 mol×2=3.0×10⁶ C。

（3）由電解原理可知：待鍍金屬作陰極，鍍層金屬作陽極。確定銅球是陰極，陽極材料是銀。由電解定律可得出通過的電荷量Q=Fna，其中a=1,析出銀的物質的量n=；

則可推知厚度d=。