Как не ошибиться в заряде при электролизе? Формула и калькулятор

Представьте, что вы заказываете пиццу. Электролиз — как доставка: электрический ток «привозит» ионы к электродам. Заряд (Q) — это суммарное количество электричества, которое прошло через раствор. Он нужен, чтобы понять, сколько вещества выделится. Без него вы не рассчитаете ни массу металла, ни объём газа. Формула проще некуда: Q = I × t, где I — сила тока (А), t — время (с). Как если бы вы платили за пиццу: цена = стоимость одной × количество. Если ток 2 А, а время 10 с, заряд = 20 Кл (кулонов). Всё. Теперь перейдём к деталям.

Главная формула электролиза — первый закон Фарадея:

Здесь:

• m — масса выделившегося вещества (г);
• M — молярная масса (г/моль, смотрите в таблице Менделеева);
• Q — заряд (Кл), который мы считаем по Q = I × t;
• n — число электронов в реакции (валентность иона);
• F — постоянная Фарадея: 96 485 Кл/моль (не путайте с фарадой!).

Проще говоря: Q — это «количество билетов», а m — сколько граммов вы получите на выходе. Пример: хотите 1 моль меди (63.5 г)? Нужно 2 × 96485 Кл, потому что для Cu²⁺ n=2.

Важно: не забудьте перевести часы в секунды! 1 час = 3600 с. Иначе заряд будет в 3600 раз меньше.

Условие: Через раствор пропускают ток 0.5 А в течение 30 минут. Найдите заряд.

Решение:

1. Переводим время в секунды: 30 мин × 60 = 1800 с.
2. Q = I × t = 0.5 А × 1800 с = 900 Кл.

Ответ: 900 Кл.

Всё просто, как купить 5 пицц по 200 рублей — 1000 рублей.

Хотите проверить? Используйте Калькулятор заряда.

Условие: При электролизе раствора CuSO₄ током 2 А в течение 1 часа выделилась медь. Найдите массу меди. M(Cu) = 63.5 г/моль, n = 2.

Решение:

1. Q = I × t = 2 А × 3600 с = 7200 Кл.
2. m = (M × Q) / (n × F) = (63.5 × 7200) / (2 × 96485).
3. Считаем числитель: 63.5 × 7200 = 457 200.
4. Знаменатель: 2 × 96485 = 192 970.
5. m = 457200 / 192970 ≈ 2.37 г.

Ответ: ~2.37 г меди.

Как если бы вы заплатили 7200 кулонов, а получили ~2.4 г вкусной меди.

Условие: При электролизе воды током 5 А в течение 30 минут выделился водород (H₂). Найдите объём газа при н.у. (22.4 л/моль). Для H₂: M = 2 г/моль, n = 2 (2H⁺ + 2e⁻ → H₂).

Решение:

1. Q = 5 А × 1800 с = 9000 Кл.
2. Масса водорода: m = (2 × 9000) / (2 × 96485) = 18000 / 192970 ≈ 0.0933 г.
3. Количество вещества: ν = m / M = 0.0933 / 2 = 0.04665 моль.
4. Объём: V = ν × 22.4 = 0.04665 × 22.4 ≈ 1.045 л.

Ответ: ~1.05 л водорода.

Подсказка: для газов можно сразу считать V = (Q × Vm) / (n × F), где Vm = 22.4 л/моль.

Проверьте на Калькуляторе электролиза.

• Не перевели время в секунды. Решение: всегда умножайте минуты на 60, часы на 3600.
• Перепутали n (число электронов). Пример: для Ag⁺ n=1, для Cu²⁺ n=2. Смотрите на заряд иона.
• Забыли постоянную Фарадея. F = 96485 Кл/моль, запомните как 96.5 кКл/моль.
• Игнорировали единицы. Масса в граммах, объём в литрах — следите.

Чтобы не ошибаться, используйте Калькулятор времени электролиза — он сам переведёт.

Пройдите шаги, чтобы не пропустить детали:

1. Запишите данные: I (А), t (в любых единицах), вещество и его M, n.
2. Переведите t в секунды (t_с = t_мин × 60 = t_час × 3600).
3. Найдите заряд Q = I × t_с.
4. Если нужно — найдите массу m = (M × Q) / (n × F).
5. Для газа: V = m / M × 22.4 (л/моль) или сразу V = (Q × 22.4) / (n × 96485).
6. Проверьте единицы: ток в А, время в с, масса в г, объём в л.
7. Сверьтесь с онлайн-калькулятором.

Если ванны соединены последовательно, через них идёт одинаковый заряд Q. Тогда масса вещества в каждой ванне зависит от его M и n. Для смеси электролитов (например, NaCl и CuCl₂) осаждается сначала более благородный металл (медь), потом водород. Заряд тратится на каждый процесс. В таких задачах удобно разбить заряд на части. Используйте Калькулятор электрического поля для проверки.