法拉第电解定律

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。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

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。在使用恒定電流時，電荷又與供電的時長成正比。換句話說，在恒定電流下，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

法拉第電解第二定律說明：

這裡的當量重量，是指該物質的摩爾質量，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  ；從銅(II)離子 Cu2+ 所得的銅金屬，則有當量重量 。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。

數學表示

對於某物質 X 的溶液 X(aq) 進行電解：

X(aq) +  e → X(s)  ，

根據法拉第電解定律，若使用電量  進行電解，則可得生成質量 

 。

使用摩爾質量的公式  ，可以簡略寫成

 ，

其中  是生成物質的摩爾數。

數學證明

首先定義法拉第常數  ，作為一摩爾電子的電量。從實驗量度得知，法拉第常數  。2018 CODATA Value: Faraday constant.  The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty.

從化學方程式可知，生成一摩爾的物質，需要  摩爾的電子，即  的電量。

因此，生成  摩爾的物質，需要  的電量：

。

整理可得

。

證畢。

計算公式

從上得知，法拉第電解定律可表示為

，

其中：

  = 生成物質的摩爾數 [mol]；
  = 總電量 [C]；
  = 生成物的電子轉移數量；
  = 法拉第常數  [C mol−1]。

對於恒定電流的情況，使用電流公式  ，可以寫成

，

其中：
  = 電流 [A]；
  = 電解時長 [s]。

若電流隨時間有所變化，則須以積分求得總電量作計算：

。

其中：
  = 時間變數 [s]；
  = 電流隨時間  變化的函數 [A]。

相關條目
 化學計量
 電解
 法拉第常數
 米高·法拉第
 法拉第電磁感應定律，另一條以法拉第命名的物理學定律

參考文獻

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