Giải Vật Lý 11 Bài 14. Dòng điện trong chất điện phân

§14. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN
A. KIẾN THỨC CẨN NẮM VỮNG
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 gôc axit hoặc nhóm (OH), còn cation mang điện dương là ion kim loại, ion H+ hoặc một sô' nhóm nguyên tử khác.
Bản chất dòng điện trong chất điện phân: Là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau.
Hiện tượng dương cực tan
Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anô't kéo các ion kim loại của điện cực tan vào dung dịch.
Các định luật Parađây
Định luật Faraday thứ nhất
Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó.
M = kq
Định luật Faraday thứ hai
A Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam — n
của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là , trong đó F gọi là số Faraday.
Cóng thức Faraday: m = -^.— .It
Trong đó:	m là khối lượng chất giải phóng ở điện cực (g)
F = 96494 c/mol w 96500 c/mol
B. CÂU HỎI XỬ Lí THÔNG TIN
Cl. Để phân biệt môi trường dẫn điện có phải là chất điện phân không, ta có thể làm cách nào?
Hướng dẫn
Để phân biệt môi trường dẫn điện có phải là chất điện ph" ta nhúng hai điện cực vào dung dịch và nối hai điện cực đó V điện, sau đó quan sát hiện tượng diễn ra ở các điện cực. Nếu co cac ứng phụ xảy ra ở các điện cực thì mồi trường dẫn điện đó là chất điện phân.
C2. Vì sao các định luật Fa-ra-đây có thể áp dụng cả với các chất được giải phóng ở điện cực nhờ phản ứng phụ?
Hướng dẫn
Các định luật Fa-ra-đây có thể áp dụng cả với các chất được giải phóng ở điện cực nhờ phản ứng phụ là do định luật này đã chỉ ra:
Dòng điện trong chất điện phân không những tải điện lượng mà còn tải cả vật chất.
Khôi lượng chất đi đến cực tỉ lệ thuận với điện trường chạy qua bình điện phân.
Khối lượng chất đi đến điện cực tỉ lệ thuận với khối lượng của iôn (hay khối lượng mol nguyên tử A của nguyên tố ấy tạo nên iôn ấy).
Khôi lượng chất đi đến điện cực tỉ lệ nghịch với điện tích của iôn (hay hóa trị n của nguyên tố tạo ra iôn ấy).
c. CÂU HỎI - BÀI TẬP
Nội dung của thuyết điện li là gì? Aniôn thường là phần nào của phân tử?
Hướng dẫn
Nội dung của thuyết điện li: Trong dung dịch, (ác hợp chất hóa học như axit, bazơ và muối bị phân li (một phần hay toàn bộ) thành các nguyên tử hay các nhóm nguyên tử tích điện gọi là iôn, iôn có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện.
Anion là các iôn âm nên là gốc axít hay iôn OTF.
Dòng điện trong chất điện phân khác với dòng điện trong kim loại như thế nào?
Hướng dẫn
Dòng điện trong chất điện phân là dòng iôn dương và iôn âm chuyển động có huớng theo hai chiều ngược nhau; trong khi đó dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do. Sự khác nhau ở đây là khác nhau về loại hạt tải điện.
Hãy nói rõ hạt tải điện nào mang dòng điện trên các phần khác nhau của mạch điện có chứa bình điện phân:
dây dẫn và điện cực.
ở sát bề mặt hai điện cực.
ở trong lòng chát điện phân.
Hướng dẫn
ơ dây dẫn và điện cực, hạt tải điện là electron.
Ớ sát bề mặt hai điện cực: ở mặt anô't hạt tải điện là các iôn âm, ở mặt catổt là các ion dương.
Ớ trong lòng chất điện phân, hạt tải điện là các ion dương và âm.
Chất điện phân thường dẫn điện tốt hơn hay kém hơn kim loại? Tại sao?
Hướng dẫn
Chất điện phân thường dẫn điện kém hơn kim loại vì:
Mật độ các iôn trong chất điện phân thường nhỏ hơn mật độ các electron tự do trong kim loại.
Khôi lượng và kích thước của iôn lớn hơn khôi lượng và kích thước của electron nên tóc độ của chuyển động có hướng của chúng nhỏ hơn so với electron.
Môi trường dung dịch điện phân rất mất trật tự nên các iôn bị cản trở nhiều hơn so với các electron trong kim loại.
Hai bê’ điện phân: bế A để luyện nhôm, bể B để mạ niken. Hỏi bể nào có dương cực tan? Bể nào có suất phản điện?
Hướng dẫn
Bể B (mạ niken) có hiện tượng dương cực tan. Bể A (luyện nhôm) không có hiện tượng dương cực tan nên toàn bộ bình điện phân được xem như một máy thu điện và có suất phản điện.
Phát biểu định luật Pha-ra-đây, viết công thức Fa-ra-đây và đơn vị dùng trong công thức này.
Hướng dẫn
Định luật Fa-ra-đây thứ nhất:
Khôi lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ với điện lượng chạy qua bình đó.
Công thức: m = kQ. Với k là đương lượng điện hóa (đơn vị kg/C).
Định luật Fa-ra-đây thứ hai:
Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam — của nguyên tô' đó. Hệ sô' tỉ lệ là A trong đó F gọi là sô' fa-ra-đây
n	F
(F = 96500 c/mol).
1 A ,	 1 A.
Công thức: m = — — q hay m = — — Ít F n	F n
Trong đó, I là cường độ dòng điện không đối đi qua bình điện phân (đơn vị a) và t là thời gian dòng điện chạy qua bình (đơn vị s).
Khi điện phân dung dịch H2SO4 với điện cực bằng graíít, thì ta thu được khí ôxi bay ra. Có thể dùng công thức Fa-ra-đây đế tìm khôi lượng ôxi bay ra được không?
Hưởng dần
Vì các định luật Fa-ra-đây có thế' áp dụng cả đôi với các chát được giải phóng ở điện cực nhờ phản ứng phụ nên có thế dùng định luật này đế tìm khôi lượng ôxi bay ra.
Trong bài tập 8 và 9 dưới, dây, phát biểu nào lờ chính, xúc?
Đòng điện trong chất điện phân là dòng chuyên dời có hướng cua:
các chát tan trong dung dịch.
các iôn dương trong dung dịch.
c. các iôn dương và iôn âm dưới tác dụng của điện trường.trong dung dịch.
I). các iôn dương và iôn âm theo chiều điện trường trong dung dịch.
Chọn câu c.
Kết quả cuôi cùng của quá trình diện phân dung dịch C11SO4 với điện cực bằng đồng là:
không thay đổi gì bình điện phân.
an ót bị ăn mòn.
c. đồng bám vào catốt.
I). dồng chạy từ anốt sang catch.
Chọn câu I).
Tốc độ chuyển dộng có hướng của iôn Na' và C1 trong nước có thế tính theo công thức V = pE, trong đó E là cường độ điện trường, p có giá trị lần lượt là 4,5.10 8 m2/v.s và 6,8.10 8 m2/v.s. Tính diện trở suất của dung dịch NaCI nồng độ 0,1 mol/1, cho rằng toàn bộ các phân tủ' NaCl đều phân li thành iôn.
Hưởng dần
Mật độ các iôn Na' và CF:
N = 0,1.1000.6,23.1023 = 6,023.1025/m3
Điện dẫn suất của dung dịch:
ơ = l,6.10’19.6,023.1025.(4,5 + 6,8).10~8 = 1,088 (QM1
> Điện trở suất p = 1	= 0,92 Q.m
ơ 1,088
Người ta muôn bóc một lớp đồng dày (1 = 10pm trên một bản đồng có diện tích s = lcm: bằng phương pháp diện phân. Cường độ dòng điện là 0,01A. Tính thời gian cần thiết đế bóc dược lớp đồng. Cho biết đồng có khôi lượng riêng p = 8900kg/m2.
Hướng dẫn
Thể tích lớp đồng muôn bóc đi: V = s.d = 10 4.10.10 6 = 10 9 m3.
Khôi lượng đồng muốn bóc đi: m = pV = 8900.10 9 = 8,9.10 6 kg.