Πώς υπολογίζετε την αποτελεσματικότητα του Faraday;

Υπολογισμός της απόδοσης Faraday

Η απόδοση Faraday (FE) είναι ένα μέτρο της αποτελεσματικότητας μιας ηλεκτροχημικής διαδικασίας, συγκεκριμένα της αναλογίας της πραγματικής ποσότητας του προϊόντος που σχηματίζεται στο θεωρητικό ποσό που αναμένεται με βάση το ποσό της χρέωσης που ψηφίστηκε. Δείτε πώς να το υπολογίσετε:

1. Προσδιορίστε το θεωρητικό ποσό του προϊόντος:

* Προσδιορίστε την ηλεκτροχημική αντίδραση: Καταγράψτε την ισορροπημένη χημική εξίσωση για την αντίδραση που λαμβάνει χώρα στο ηλεκτρόδιο.

* Υπολογίστε το θεωρητικό φορτίο: Χρησιμοποιήστε το νόμο της ηλεκτρόλυσης του Faraday:

* q =nfz

* Q =Πέρασε η συνολική χρέωση (Coulombs)

* n =αριθμός γραμμομορίων ηλεκτρονίων που εμπλέκονται στην αντίδραση

* F =σταθερή Faraday (96485 C/mol)

* z =αριθμός ηλεκτρονίων που μεταφέρονται ανά μόριο προϊόντος

* Υπολογίστε τη θεωρητική μάζα του προϊόντος: Χρησιμοποιήστε τη στοιχειομετρία της αντίδρασης για να μετατρέψετε το θεωρητικό φορτίο στη θεωρητική μάζα του προϊόντος.

2. Προσδιορίστε την πραγματική ποσότητα προϊόντος:

* Μετρήστε την ποσότητα του προϊόντος που σχηματίζεται: Αυτό θα μπορούσε να γίνει μέσω διαφόρων τεχνικών ανάλογα με το συγκεκριμένο προϊόν και αντίδραση, όπως:

* Ζυγίζοντας το προϊόν: Για συμπαγή προϊόντα

* τιτλοδότηση: Για διαλυμένα προϊόντα

* Χρωματογραφία αερίου: Για αέρια προϊόντα

* Μετατρέψτε τη μετρούμενη ποσότητα σε moles: Χρησιμοποιήστε τους κατάλληλους συντελεστές μετατροπής για το προϊόν.

3. Υπολογίστε την αποτελεσματικότητα Faraday:

* Διαιρέστε τα πραγματικά γραμμομόρια του προϊόντος από τα θεωρητικά moles του προϊόντος:

* Fe =(πραγματικές γραμμομορείς προϊόντος / θεωρητικών γραμμομορίων του προϊόντος) x 100%

Παράδειγμα:

Ας υποθέσουμε ότι ηλεκτρολύουμε ένα διάλυμα θειικού χαλκού (II) (CUSO 4 ) για την κατάθεση χαλκού μετάλλου στην κάθοδο. Η αντίδραση είναι:

cu 2+ + 2Ε - → Cu

Περνάμε ένα ρεύμα 1 αμπέρ για 1 ώρα (3600 δευτερόλεπτα) μέσω της λύσης. Μετράμε τη μάζα του χαλκού που κατατίθεται σε 0,635 g.

1. Θεωρητική ποσότητα προϊόντος:

* q =it =(1 a) x (3600 s) =3600 c

* n =q/fz ​​=3600 c/(96485 c/mol x 2) =0.0187 mol

* Θεωρητική μάζα Cu =0,0187 mol x 63,55 g/mol =1,19 g

2. Πραγματική ποσότητα προϊόντος:

* Πραγματική μάζα Cu =0,635 g

3. Αποδοτικότητα Faraday:

* Fe =(0,635 g / 1,19 g) x 100% =53,4%

Ως εκ τούτου, η απόδοση Faraday της διαδικασίας ηλεκτρολυτικής χαλκού είναι 53,4%. Αυτό σημαίνει ότι μόνο το 53,4% της θεωρητικής ποσότητας χαλκού κατατέθηκε λόγω παραγόντων όπως οι πλευρικές αντιδράσεις, η αναποτελεσματική κατανομή ρεύματος ή οι απώλειες στη διαδικασία.

Σημείωση: Η απόδοση Faraday μπορεί να ποικίλει ευρέως ανάλογα με τις συγκεκριμένες συνθήκες αντίδρασης, τα υλικά των ηλεκτροδίων και άλλους παράγοντες. Είναι σημαντικό να εξεταστούν αυτοί οι παράγοντες κατά την ανάλυση και τη βελτιστοποίηση οποιασδήποτε ηλεκτροχημικής διαδικασίας.