Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân
1. Thiết bị điện li
.PNG)
-
Trong dung dịch, các hợp chất hoá học như axit, bazơ và muối bị phân li thành các nguyên tử tích điện gọi là ion; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện.
2. Bản chất dòng điện trong chất điện phân
.PNG)
-
Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường.
-
Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại.
-
Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có các electron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân
-
Ion dương (Cation) -> Catot
-
Ion âm (Anion) -> Anot
-
3. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực. Hiện tượng dương cực tan
-
Các ion chuyển động về các điện cực có thể tác dụng với chất làm điện cực hoặc với dung môi tạo nên các phản ứng hoá học gọi là phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân.
-
Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch
4. Các định luật Fa-ra-đây
4.1. 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.
\(m = k.q\)
k: đương lượng điện hóa của chất được giải phóng
4.2. Định luật Faraday thứ hai:
Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam \(\frac{A}{n}\) của nguyên tố đó.
Hệ số tỉ lệ \(\frac{1}{F}\) , trong đó F gọi là số Faraday.
\(k = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}\)
F = 96500 C/mol
A: khối lượng phân tử
n: hóa trị
Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây
\(m = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}.I.t\)
m: khối lượng chất được giải phóng (g)
F = 96500 C/mol
A: khối lượng phân tử
n: hóa trị
I: cường độ dòng điện
t: thời gian dòng điện chạy qua.
5. Ứng dụng của hiện tượng điện phân
-
Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống như luyện nhôm, tinh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện, …
5.1. Luyện nhôm
-
Dựa vào hiện tượng điện phân quặng nhôm nóng chảy.
-
Bể điện phân có cực dương là quặng nhôm nóng chảy, cực âm bằng than, chất điện phân là muối nhôm nóng chảy, dòng điện chạy qua khoảng \({10^4}A\)
5.2. Mạ điện
-
Bể điện phân có anôt là một tấm kim loại để mạ, catôt là vật cần mạ.
-
Chất điện phân thường là dung dịch muối kim loại để mạ. Dòng điện qua bể mạ được chọn một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng của lớp mạ.
Bài 1
Phát biểu nào sau đây chính xác
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 anôt sang catôt
Hướng dẫn giải
-
Kết quả cuối cùng của quá trình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực bằng đồng là đồng chạy từ anôt sang catôt.
⇒ Đáp án D
Bài 2:
Phát biểu nào là chính xác
Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của
A. Các chất tan trong dung dịch
B. 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
Hướng dẫn giải
-
Các ion dương và ion âm dưới tác dụng của điện trwòng trong dung dịch
⇒ Đáp án C.
Bài 3
Tốc độ chuyển động có hướng của ion \(Na^+\) và \(Cl^-\) trong nước có thể tính theo công thức:\(v = \mu E\), trong đó E là cường độ điện trường, \(\mu\) có giá trị lần lượt là \(4,5.10^{-8} m^2/(V.s)\). Tính điện trở suất của dung dịch NaCl nồng độ 0,1 mol/l, cho rằng toàn bộ các phân tử NaCl đều phân li thành ion.
Hướng dẫn giải
-
Mật độ của các ion \(Na^+\) và \(Cl^-\):
\(N = 0,1.1000.6,023.10^{23} = 6,023.10^{25}/m^3\)
-
Điện dẫn suất của dung dịch:
\(\begin{array}{l}
\sigma = 1,{6.10^{ - 19}}.6,{023.10^{25}}.(4,5 + 6,8){.10^{ - 8}}\\
= 1,088{(\Omega /m)^{ - 1}}
\end{array}\)
⇒ Điện trở suất :
\(\rho =\frac{1}{\sigma }=\frac{1}{1,088}=0,92\Omega .m\)
Bài 4:
Người ta muốn bóc một lớp đồng dày \(d = 10 \mu m\) trên một bản đồng diện tích \(S = 1cm^2\) bằng phương pháp điện phân. Cường độ dòng điện là 0,010A. Tính thời gian cần thiết để bóc được lớp đồng. Cho biết đồng có khối lượng riêng là \(p = 8 900 kg/m^3\)
Hướng dẫn giải
-
Khối lượng đồng phải bóc đi là:
\(m = 8 900.1.10^{-4}.10.10^{-6} = 8,9.10^{-6} kg\)
-
Theo công thức Fa-ra-đây:
\(m = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}It\)
⇔ m =
Suy ra t =
Với \(A = 64g = 6,{4.10^{ - 2}}kg;{\rm{ }}n{\rm{ }} = 2;{\rm{ }}I{\rm{ }} = {10^{ - 2}}A\)
Suy ra:
t = = 2 683,9 s
1. Thiết bị điện li
-
Trong dung dịch, các hợp chất hoá học như axit, bazơ và muối bị phân li thành các nguyên tử tích điện gọi là ion; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện.
2. Bản chất dòng điện trong chất điện phân
-
Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường.
-
Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại.
-
Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có các electron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân
-
Ion dương (Cation) -> Catot
-
Ion âm (Anion) -> Anot
-
3. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực. Hiện tượng dương cực tan
-
Các ion chuyển động về các điện cực có thể tác dụng với chất làm điện cực hoặc với dung môi tạo nên các phản ứng hoá học gọi là phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân.
-
Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch
4. Các định luật Fa-ra-đây
4.1. 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.
\(m = k.q\)
k: đương lượng điện hóa của chất được giải phóng
4.2. Định luật Faraday thứ hai:
Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam \(\frac{A}{n}\) của nguyên tố đó.
Hệ số tỉ lệ \(\frac{1}{F}\) , trong đó F gọi là số Faraday.
\(k = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}\)
F = 96500 C/mol
A: khối lượng phân tử
n: hóa trị
Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây
\(m = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}.I.t\)
m: khối lượng chất được giải phóng (g)
F = 96500 C/mol
A: khối lượng phân tử
n: hóa trị
I: cường độ dòng điện
t: thời gian dòng điện chạy qua.
5. Ứng dụng của hiện tượng điện phân
-
Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống như luyện nhôm, tinh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện, …
5.1. Luyện nhôm
-
Dựa vào hiện tượng điện phân quặng nhôm nóng chảy.
-
Bể điện phân có cực dương là quặng nhôm nóng chảy, cực âm bằng than, chất điện phân là muối nhôm nóng chảy, dòng điện chạy qua khoảng \({10^4}A\)
5.2. Mạ điện
-
Bể điện phân có anôt là một tấm kim loại để mạ, catôt là vật cần mạ.
-
Chất điện phân thường là dung dịch muối kim loại để mạ. Dòng điện qua bể mạ được chọn một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng của lớp mạ.
Bài 1
Phát biểu nào sau đây chính xác
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 anôt sang catôt
Hướng dẫn giải
-
Kết quả cuối cùng của quá trình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực bằng đồng là đồng chạy từ anôt sang catôt.
⇒ Đáp án D
Bài 2:
Phát biểu nào là chính xác
Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của
A. Các chất tan trong dung dịch
B. 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
Hướng dẫn giải
-
Các ion dương và ion âm dưới tác dụng của điện trwòng trong dung dịch
⇒ Đáp án C.
Bài 3
Tốc độ chuyển động có hướng của ion \(Na^+\) và \(Cl^-\) trong nước có thể tính theo công thức:\(v = \mu E\), trong đó E là cường độ điện trường, \(\mu\) có giá trị lần lượt là \(4,5.10^{-8} m^2/(V.s)\). Tính điện trở suất của dung dịch NaCl nồng độ 0,1 mol/l, cho rằng toàn bộ các phân tử NaCl đều phân li thành ion.
Hướng dẫn giải
-
Mật độ của các ion \(Na^+\) và \(Cl^-\):
\(N = 0,1.1000.6,023.10^{23} = 6,023.10^{25}/m^3\)
-
Điện dẫn suất của dung dịch:
\(\begin{array}{l}
\sigma = 1,{6.10^{ - 19}}.6,{023.10^{25}}.(4,5 + 6,8){.10^{ - 8}}\\
= 1,088{(\Omega /m)^{ - 1}}
\end{array}\)
⇒ Điện trở suất :
\(\rho =\frac{1}{\sigma }=\frac{1}{1,088}=0,92\Omega .m\)
Bài 4:
Người ta muốn bóc một lớp đồng dày \(d = 10 \mu m\) trên một bản đồng diện tích \(S = 1cm^2\) bằng phương pháp điện phân. Cường độ dòng điện là 0,010A. Tính thời gian cần thiết để bóc được lớp đồng. Cho biết đồng có khối lượng riêng là \(p = 8 900 kg/m^3\)
Hướng dẫn giải
-
Khối lượng đồng phải bóc đi là:
\(m = 8 900.1.10^{-4}.10.10^{-6} = 8,9.10^{-6} kg\)
-
Theo công thức Fa-ra-đây:
\(m = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}It\)
⇔ m =
Suy ra t =
Với \(A = 64g = 6,{4.10^{ - 2}}kg;{\rm{ }}n{\rm{ }} = 2;{\rm{ }}I{\rm{ }} = {10^{ - 2}}A\)
Suy ra:
t = = 2 683,9 s