Giải bài tập Vật lý 11 Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân
§14. DÒNG ĐIỆN TRONG CHAT ĐIỆN PHÂN A/ KIẾN THỨC Cơ BẢN Thuyết điện li: Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazơ và muôi bị phân li (một phần hoặc toàn bộ) thành các nguyên tử (hoặc nhóm nguyên tử) tích điện gọi là ion, ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện. Anion mang điện âm là gốc axit hoặc nhóm (OHT, còn cation mang điện dương là ion kim loại, ion H+ hoặc một số nhóm nguyên tử khác. Bản chât dòng diện trong chât điện phân: Là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau. tỉ Hiện tượng dương cực tan: Xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của điện cực tan vào dung dịch. Các định luật Fa-ra-đây: Định luật Fa-ra-đây tliứ nhất: Khối lượng vật chát được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó. m = kq Định luật Fa-ra-đây thứ hai. Đương lượng điện hóa k của một nguyên tô tỉ lệ với đương lượng A 1 gam — của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là trong đó F gọi là sô' n F Fa-ra-đây : Công thức Fa-ra-dây. trong đó: m là khối lượng chất giải phóng ở điện cực (g) F = 96494 c/mol « 96500 c/mol. B/ CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC Cị. Để phân biệt môi trường dẫn điện có phải là châ’t điện phân hay không, ta có thể làm cách nào? C2. Vì sao các định luật Fa-rá-đây có thể áp dụng với các châ't được giải phóng ở điện cực nhờ phản ứng phụ? C3. Có thế’ tính số nguyên tử trong một mol kim loại từ số Fa-ra-đây dược không? C4. Tại sao khi mạ điện, muôn lớp mạ đều, ta phái quay vật cần mạ trong lúc điện phân? Hướng dần giải Cp Để phân biệt môi trường dẫn điện có phải là chất điện phàn hay không thì ta cho dòng điện qua môi trường dẫn điện, nếu là chất điện phân thì tại các điện cực có một sô' chất thoát ra. c2. Vì dòng điện trong chất điện phân tải điện lượng và vật châ't bao gồm cả các chất được giải phóng ở điện cực là do phản ứng phụ sinh ra, do ■ đó định luật Fa-ra-đây có thể áp dụng với các chất được giải phóng ở điện cực nhờ phản ứng phụ. C3. Từ sô' Fa-ra-đây có thế tính sô' nguyên tử trong một mol kim loại bằng công thức: N = — q „-96500 = 6,03.1023 nguyên tử/mol. 1,6.10 19 C4. Khi mạ điện,' vật cần mạ là catôt, anôt là tấm kim loại để mạ. Nếu ta không quay vật cần mạ trong lúc điện phân thì lượng kim loại bám vào vật cần mạ phía đối diện anôt sẽ nhiều hơn ở các phía khác vì vậy lớp mạ sẽ không đều. Do đó, ta phải quay vật cần mạ trong lúc điện phân.c/ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬE sau bài học Nội dung của thuyết điện li là gì? Anion thường là phần nào của phân tử? Dòng diện trong chất điện phân khác dòng điện trong kim loại như thế nào? Hãy nói rõ hạt tải điện nào mang dòng điện trên các phần khác nhau của mạch điện có chứa binh điện phân: Dây dẫn và điện cực kim loại. Ớ sát bề mặt hai điện cực. Ớ trong lòng chất điện phân. Chât điện phân thường dẫn điện tốt hơn hay kém hơn kim loại? Tại sao? Hai bể điện phân: bế A đế luyện nhôm, bế B đế mạ niken. Hỏi bế nào có dương cực tan? Bế nào có suất phản điện? Phát biếu định luật Fa-ra-đây, viết công thức Fa-ra-đây và đơn vị dùng trong công thức này. Khi điện phân dung dịch HaSO.i với điện cực bằng graphit, ta thu được khí ôxi bay ra. Có thế’ dùng công thức Fa-ra-đây đế’ tính khối lượng ôxi bay ra được không? * Ớ bài tập 8 và 9 dưới đây, phát biểu nào là chính xác? Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các châ’t tan trong dung dịch. các ion dương trong dung dịch. c. các ion dương và ion âm dưới tác dụng của điện trường trong dung dịch. D. các ion dương và ion âm theo chiều điện trường trong dung dịch. Kết quả cuối cùng của quá trình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực bằng đồng là A. không có thay đổi gì ở bình điện phân. B. anôt bị ăn mòn. c. đồng bám vào catôt. D. đồng chạy từ anót sang catôt. Tốc độ chuyến động có hướng của ion Na* và C1 trong nước có thể tính theo công thức: V = pE, trong đó E là cường độ diện trường, p có giá trị lần lượt là 4,5.10 8mW.s và 6,8.1CT8m2/V.s. Tính điện trở suất của dung dịch NaCl nồng độ 0,1 mol/1, cho rằng toàn bộ các phân tử NaCl đều phân li thành ion. Người ta muốn bóc một lớp đồng dày d =10pm trên một bân đồng diện tích s = lcm2 bằng phương pháp điện phân. Cường độ dòng điện là 0,010A. Tính thời gian cần thiết đế’ bóc được lớp đồng. Cho biết đồng có khối lượng riêng là p = 8900kg/m3. Hướng dẫn giải Nội dung thuyết điện li: (sách giáo khoa) Anion thường là gốc axit hoặc nhóm OH~. - Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do. Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương và ion âm. Dòng điện trong chất điện phần yếu hơn trong kim loại. Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất. a) ớ dây dẫn và điện cực kim loại: hạt tải điện là electron tự do Ở sát bề mặt hai điện cực: hạt tải điện là electron, ion dương và ion âm Ở trong lòng chất điện phân: hạt tải điện là ion dương và ion âm Chất điện phân thường dẫn điện yếu hơn kim loại vì: Mật độ các ion trong chất điện phân thường nhỏ hơn mật độ electron tự do trong kim loại. - Tốc độ chuyển động có hướng của các ion trong châ't điện phân nhỏ hơn tốc độ chuyển động có hướng của các electron trong kim loại. Bể A để luyện kim có suất phản điện. Bể B để mạ niken có dương cực tan. Định luật Fa-ra-đây: SGK _ 1 A Công thức m = -E-.— .It. F n m tính bằng đơn vị gam (g), I (A), t(s) F = 96500 (C/mol) Khi điện phân dung dịch H2SO4 với điện cực bằng graphit, ta thu được khí oxi bay ra. Khôi lượng oxi bay ra có thể tính được bằng công thức định luật Fa-ra-đây. c. D. CuSO.1 Cu2+ + so2 Cu 2+ Về catôt Sơ +2e 2 Vé anôt > Cu CuSƠ) + 2e’ 4 +Cu 0,1 mol , „+2 mol 10. Gọi n0 = 0,1 mol/z = ~~ —-ị- = 10+--- là nồng độ. 10 3 m n là mật độ hạt tải điện. Mật độ hạt Na+ là: n . . = n„.NA = 102. 6,02.1023 = 6,02.10 -,25 hạt "nF Mật độ hạt cr là: nc| = n0.NA = 6.02.102? Vì V = p.E u = E.Z 1= -ĩ R=ạ I nên: Ta có V = s.l 1 l ỉ.ỉ vq p R.S U.S t' E.Z.S EV ụ'n'e 1 Ph’a = ƠNa-hNa-ơ — = Ilci.pci.e Pci Điện trở suất của dung dịch NaCl là: 1 1.1 = -— + — = nNa.pNa.e + nci-Mci-e p Pnk Pci = 6,02.1025.4,5.10’8.l,6.10’19 + 6,02.1025.6,8.10'8.l,6.10’19 = 1,088 p => p = 0,92 (Q.m) 11. Thế’ tích của lớp đồng: V = d.s Khôi lượng của lớp đồng: m = V.D = d.S.D (1) 1 A Theo công thức định luật Fa-ra-đây: m = _____ ■ — .I.t (2) • 96500 n _ „ ' ,ox t d.S.D.n.96500 10.10 6.1.10’4.8900.103.2.96500 AI 64.0,01 t - 2,68.10s (s)