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法拉第電解定律(英語:Faraday's laws of electrolysis),是化學中的兩條定律,用於有關電解的化學計量。這定律由英國科學家米高·法拉第,在19世紀前半期通過大量實驗得出的經驗規律,並於1834年發表[1]。法拉第電解定律適用於一切電極反應的氧化還原過程,是電化學反應中的基本定量定律。
法拉第電解第一定律說明:
“ | ” |
這裡的電量,指的是電荷的數量,現代物理常以庫侖 (C) 作為單位。在使用恆定電流時,電荷又與供電的時長成正比。換句話說,在恆定電流下,電解時間愈長,在電極生成的物質愈多,二者成正比。
法拉第電解第二定律說明:
“ | ” |
這裡的當量重量,是指該物質的莫耳質量,除以它接受或失去電子的數目。舉例來說,在銅離子溶液的電解實驗中,從銅(I)離子 Cu+ 所得的銅金屬,其當量重量是 63.5 ÷ 1 = 63.5 g ;從銅(II)離子 Cu2+ 所得的銅金屬,則有當量重量 63.5 ÷ 2 = 31.75 g。也就是說,若使用相同的電量,後者生成的銅金屬是前者的一半。
對於某物質 X 的溶液 Xz+(aq) 進行電解:
根據法拉第電解定律,若使用電量 Q 進行電解,則可得生成質量 M
使用莫耳質量的公式 ,可以簡略寫成
其中 n 是生成物質的莫耳數。
首先定義法拉第常數 F ,作為一莫耳電子的電量。從實驗量度得知,法拉第常數 F = 96 485.332 12... C mol−1 。[2]
從化學方程式可知,生成一莫耳的物質,需要 z 莫耳的電子,即 zF 的電量。
因此,生成 n 莫耳的物質,需要 nzF 的電量:
整理可得
證畢。
從上得知,法拉第電解定律可表示為
其中:
對於恆定電流的情況,使用電流公式 ,可以寫成
其中:
其中:
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