什麼是法拉第電解質量計算器?
這個工具運用法拉第電解定律,預測當電流通過電解液時,電極上會析出多少物質(或以氣體形式釋放出多少量)。它屬於通用的物理/化學原理,適用於世界各地,廣泛應用在電鍍、金屬精煉、電解提取(電積)以及電化學課程的計算中。
公式說明
產生的質量計算如下:
$$m = \frac{I \cdot t \cdot M}{n \cdot F}$$其中 \(I\) 為電流(單位:安培),\(t\) 為時間(單位:秒),\(M\) 為物質的摩爾質量(單位:g/mol),\(n\) 為每個離子轉移的電子數(即氧化數的變化量),\(F\) 則為法拉第常數,等於 96,485 C/mol。其中 \(I \cdot t\) 的乘積就是總電荷量 \(Q\)(單位:庫侖)。將 \(Q\) 除以(\(n \cdot F\))可得到物質的摩爾數,再乘上 \(M\) 即可換算成克。
使用方法
輸入電流、以秒為單位的時間、欲析出元素的摩爾質量,以及其半反應中的電子數。舉例來說,銅是透過 Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu 析出,因此 \(n = 2\);銀則經由 Ag⁺ + e⁻ → Ag 析出,所以 \(n = 1\)。
實例演算
以 2 A 電流電鍍銅(\(M = 63.55\) g/mol,\(n = 2\))持續 1 小時(3600 秒):\(Q = 2 \times 3600 = 7200\) C。摩爾數 \(= 7200 / (2 \times 96485) = 0.03731\) mol。質量 \(= 0.03731 \times 63.55 \approx 2.371\) g 的銅。
常見問題
n 是什麼?它代表在相關半反應中,每個離子得到或失去的電子數,數值等於氧化數變化的絕對值。
這也適用於氣體嗎?可以。以氫氣為例(2H⁺ + 2e⁻ → H₂),代入 \(M = 2\) g/mol、\(n = 2\) 即可算出 H₂ 的質量;若需要體積,再用理想氣體定律換算即可。
如果時間是分鐘或小時怎麼辦?請先換算成秒(分鐘乘以 60,小時乘以 3600),因為法拉第常數使用的單位是庫侖=安培·秒。