什么是法拉第电解质量计算器?
本工具基于法拉第电解定律,预测电流通过电解质时,在电极上析出(或以气体形式放出)的物质质量。它属于通用的物理与化学规律——在任何地区都同样适用——广泛应用于电镀、金属精炼、电解提取(电积)以及电化学课程的学习中。
公式详解
析出质量的计算公式为:
$$m = \frac{I \cdot t \cdot M}{n \cdot F}$$其中 \(I\) 为电流,单位安培(A);\(t\) 为通电时间,单位秒(s);\(M\) 为物质的摩尔质量,单位 g/mol;\(n\) 为每个离子转移的电子数(即氧化数的变化量);\(F\) 为法拉第常数,等于 96,485 C/mol。乘积 \(I \cdot t\) 即为总电荷量 \(Q\),单位库仑(C)。用 \(Q\) 除以(\(n \cdot F\))得到物质的摩尔数,再乘以 \(M\) 即可换算成克。
使用方法
依次输入电流、以秒为单位的通电时间、所析出元素的摩尔质量,以及其半反应中的电子数。例如,铜的析出反应为 Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu,故 \(n = 2\);银的析出反应为 Ag⁺ + e⁻ → Ag,故 \(n = 1\)。
计算实例
电镀铜(\(M = 63.55\) g/mol,\(n = 2\)),采用 2 A 电流通电 1 小时(3600 秒):\(Q = 2 \times 3600 = 7200\) C。摩尔数 \(= \dfrac{7200}{2 \times 96485} = 0.03731\) mol。质量 \(= 0.03731 \times 63.55 \approx 2.371\) g 铜。
常见问题
n 是什么? 它表示在相应半反应中,每个离子得到或失去的电子数,等于氧化数变化的绝对值。
这个公式适用于气体吗? 适用。以氢气为例(2H⁺ + 2e⁻ → H₂),取 \(M = 2\) g/mol、\(n = 2\) 即可算出 H₂ 的质量;如需求体积,可再用理想气体状态方程换算。
如果我的时间是分钟或小时怎么办? 请先换算成秒(分钟乘以 60,小时乘以 3600),因为法拉第常数使用的单位是库仑 = 安培·秒。