Dòng điện trong chất điện phân ( Bài tập có lời giải chi tiết)

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

I. KIẾN THỨC

Trong dung dịch, các axit, ba zơ, muối bị phân li thành ion.

Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường theo hai hướng ngược nhau.

Hiện tượng gốc axit trong dung dịch điện phân tác dụng với cực dương tạo thành chất điện phân tan trong dung dịch và cực dương bị mòn đi gọi là hiện tượng dương cực tan.

Nội dung các định luật Faraday:

+ Định luật 1: Khôi lượng 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 2:

Đương lượng hóa học của nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam \(\frac{A}{n}\) của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là \(\frac{1}{F}\)
trong đó F gọi là số Faraday: \(k=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}\)
Biểu thức kết hợp nội dung hai định luật: \(m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}It\) (gam)

II. CÁC DẠNG BÀI TẬP

BÀI TOÁN 1: TÍNH KHỐI LƯỢNG KIM LOẠI TAN RA HAY BÁM VÀO ĐIỆN CỰC

BÀI TOÁN 2: TÌ KIM LOẠI CHƯA BIẾT

BÀI TOÁN 3: TÌM BỀ DÀY LỚP KIM LOẠI BÁM VÀO CATOT BÀI TOÁN 4: TÍNH THỂ TÍCH KHÍ THU ĐƯỢC

BÀI TOÁN 5: MẠCH ĐIỆN CHỨA BÌNH ĐIỆN PHÂN

* Phương pháp giải:

+ Sử dụng các công thức về bộ nguồn ghép để tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn.

+ Sử dụng các công thức về các điện trở ghép để tính điện trở tương đương của mạch ngoài.

+ Sử dụng định luật Ôm cho mạch kín để tính cường độ dòng điện chạy trong mạch chính.

+ Sử dụng định luật Ôm cho đoạn mạch để tính cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân.

+ Sử dụng công thức Faraday để tinh lượng chất giải phóng ra ở catod của bình điện phân.

*VÍ DỤ MINH HỌA

VD1. Hai bình điện phân: (FeCl3/Fe và CuSO4/Cu) mắc nối tiếp. Sau một khoảng thời gian, bình thứ nhất giải phóng một lượng sắt là 1,4 g. Tính lượng đồng giải phóng ở bình thứ hai trong cùng khoảng thời gian đó. Biết nguyên tử lượng của đồng và sắt là 64 và 56, hóa trị của đồng và sắt là 2 và 3.

HD. Khối lượng sắt giải phóng ở bình thứ nhất: \(m_{1}=\frac{1}{F}.\frac{A_{1}}{n_{1}}It\)

Khối lượng đồng giải phóng ở bình thứ hai: \(m_{2}=\frac{1}{F}.\frac{A_{2}}{n_{2}}It\) \(\rightarrow \frac{m_{2}}{m_{1}}=\frac{A_{2}n_{1}}{A_{1}n_{2}}m_{1}\rightarrow m_{2}=2,4g\)

VD2. Hai bình điện phân: (CuSO4/Cu và AgNO3/Ag) mắc nối tiếp. Trong một mạch điện. Sau một thời gian điện phân, khối lượng catôt của hai bình tăng lên 2,8 g. Biết nguyên tử lượng của đồng và bạc là 64 và 108, hóa trị của đồng và bạc là 2 và 1.

a) Tính điện lượng qua các bình điện phân và khối lượng Cu và Ag được giải phóng ở catôt.

b) Nếu cường độ dòng điện bằng 0,5 A. Tính thời gian điện phân.
HD. a) m = m1 + m2 = \(\frac{1}{F}.\frac{A_{1}}{n_{1}}It+\frac{1}{F}.\frac{A_{2}}{n_{2}}It=\left ( \frac{A_{1}}{n_{1}} +\frac{A_{2}}{n_{2}}\right )\frac{1}{F}It\rightarrow q=I.t=\frac{mF}{\frac{A_{1}}{n_{1}}+\frac{A_{2}}{n_{2}}}=1930C\)
Khối lượng đồng được giải phóng ở catôt: \(m_{1}=\frac{1}{F}.\frac{A_{1}}{n_{1}}q\) = 0,64 g.
Khối lượng bạc được giải phóng ở catôt: \(m_{2}=\frac{1}{F}.\frac{A_{2}}{n_{2}}q\) = 2,16 g.
b) Thời gian điện phân: t = \(\frac{q}{I}\) = 3860 s = 1 giờ 4 phút 20 giây.

VD3. Một bộ nguồn điện gồm 30 pin mắc thành 3 nhóm nối tiếp, mỗi nhóm có 10 pin mắc song song; mỗi pin có suất điện động 0,9 V và điện trở trong 0,6 Ω. Một bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 có điện trở 205 Ω được mắc vào hai cực của bộ nguồn nói trên. Anôt của bình điện phân bằng đồng. Tính khối lượng đồng bám vào catôt của bình trong thời gian 50 phút. Biết Cu có A = 64; n = 2.

HD. Ta có: Eb = 3e = 2,7 V; rb = 3 \(\frac{r}{10}\) = 0,18 Ω; 

I = \(\frac{E_{b}}{R+r_{b}}\) = 0,01316 A; \(m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}It\) = 0,013 g.

VD4. Chiều dày của một lớp niken phủ lên một tấm kim loại là h = 0,05 mm sau khi điện phân trong 30 phút. Diện tích mặt phủ của tấm kim loại là 30 cm2. Xác định cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân. Biết niken có A = 58, n = 2 và có khối lượng riêng là ρ = 8,9 g/cm3.
HD. Ta có m = ρV = ρSh = 1,335 g; \(m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}It\) \(\rightarrow I=\) \(\frac{mFn}{At}\) = 2,47 A.

VD5. Muốn mạ đồng một tấm sắt có diện tích tổng cộng 200 cm2 , người ta dùng tấm sắt làm catôt của một bình điện phân đựng dùng dịch CuSO4 và anôt là một thanh đồng nguyên chất, rồi cho dòng điện có cường độ I = 10 A chạy qua trong thời gian 2 giờ 40 phút 50 giây. Tìm bề dày lớp đồng bám trên mặt tấm sắt. Cho biết đồng có A = 64; n = 2 và có khối lượng riêng ρ = 8,9.103 kg/m3 . VD5. Muốn mạ đồng một tấm sắt có diện tích tổng cộng 200 cm2 , người ta dùng tấm sắt làm catôt của một bình điện phân đựng dùng dịch CuSO4 và anôt là một thanh đồng nguyên chất, rồi cho dòng điện có cường độ I = 10 A chạy qua trong thời gian 2 giờ 40 phút 50 giây. Tìm bề dày lớp đồng bám trên mặt tấm sắt. Cho biết đồng có A = 64; n = 2 và có khối lượng riêng ρ = 8,9.103 kg/m3 .

HD. Ta có: \(m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}It\) = ρSh \(\rightarrow\) h = \(h=\frac{AIt}{Fn\rho S}=\) 0,018 cm.

III.ĐỀ TRẮC NGHIỆM TỔNG HỢP

Câu hỏi 1: Một bình điện phân chứa dung dịch bạc nitrat có anôt bằng bạc, cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân là 5A. Lượng bạc bám vào cực âm của bình điện phân trong 2 giờ là bao nhiêu, biết bạc có A = 108, n = 1:

A. 40,29g                         B. \(40,29.10^{-3}\) g             C. 42,9g                              D. \(42,9.10^{-3}\) g

Câu hỏi 2: Đơn vị của đương lượng điện hóa và của hằng số Farađây lần lượt là:

A. N/m; F                        B. N; N/m                         C. kg/C; C/mol                   D. kg/C; mol/C

Câu hỏi 3: Một bình điện phân chứa dung dịch bạc nitrat có đương lượng điện hóa là \(1,118.10^{-6}\)kg/C. Cho dòng điện có điện lượng 480C đi qua thì khối lượng chất được giải phóng ra ở điện cực là:

A. 0,56364g                    B. 0,53664g                       C. 0,429g                           D. 0,0023.10-3g

Câu hỏi 4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa khối lượng chất giải phóng 2,236 ra ở điện cực của bình điện phân và điện lượng tải qua bình. 2 Đương lượng điện hóa của chất điện phân trong bình này là:
A. 11,18.\(10^{-6}\) kg/C       B. 1,118.\(10^{-6}\) kg/C            C. 1,118.\(10^{-6}\) kg/C           D.11,18.\(10^{-6}\) kg/C 

Câu hỏi 5: Bình điện phân có anốt làm bằng kim loại của chất điện phân có hóa trị 2. Cho dòng điện 0,2A chạy qua bình trong 16 phút 5 giây thì có 0,064g chất thoát ra ở điện cực. Kim loại dùng làm anot của bình điện phân là:

A. niken                         B. sắt                                  C. đồng                               D. kẽm

Câu hỏi 6: Hai bình điện phân mắc nối tiếp với nhau trong một mạch điện, bình 1 chứa dung dịch CuSO4 có các điện cực bằng đồng, bình 2 chứa dung dịch AgNO3 có các điện cực bằng bạc. Trong cùng một khoảng thời gian nếu lớp bạc bám vào catot của bình thứ 2 là m2 = 41,04g thì khối lượng đồng bám vào catot của bình thứ nhất là bao nhiêu. Biết ACu = 64, nCu = 2, AAg = 108, nAg = 1:

A. 12,16g                       B. 6,08g                             C. 24, 32g                            D. 18,24g

Câu hỏi 7: Muốn mạ đồng một tấm sắt có diện tích tổng cộng 200cm2 người ta dùng tấm sắt làm catot của bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 và anot là một thanh đồng nguyên chất, cho dòng điện 10A chạy qua bình trong 2 giờ 40 phút 50 giây. Tìm chiều dày của lớp đồng bám trên mặt tấm sắt. Biết ACu = 64, n = 2, D = 8,9g/cm3

A. \(1,6.10^{-2}\)cm             B. \(1,8.10^{-2}\)cm                 C. \(2.10^{-2}\)cm                        D. \(2,2.10^{-2}\) cm

Câu hỏi 8: Một bình điện phân chứa dung dịch muối kim loại có điện cực làm bằng chính kim loại đó. Cho dòng điện 0,25A chạy qua trong 1 giờ thấy khối lượng catot tăng xấp xỉ 1g. Hỏi các điện cực làm bằng gì trong các kim loại: sắt A1 = 56, n1 = 3; đồng A2 = 64, n2 = 2; bạc A3 = 108, n3 = 1 và kẽm A4 = 65,5; n4 = 2 

A. sắt                             B. đồng                              C. bạc                                    D. kẽm

Câu hỏi 9: Muốn mạ niken cho một khối trụ bằng sắt có đường kính 2,5cm cao 2cm, người ta dùng trụ này làm catot và nhúng trong dung dịch muối niken của một bình điện phân rồi cho dòng điện 5A chạy qua trong 2 giờ, đồng thời quay khối trụ để niken phủ đều. Tính độ dày lớp niken phủ trên tấm sắt biết niken có A = 59, n = 2, D = 8,9.103kg/m3:
A. 0,787mm                  B. 0,656mm                       C. 0,434mm                           D. 0,212mm

Câu hỏi 10: Hiện tượng cực dương tan xảy ra khi điện phân dung dịch: 

A. muối kim loại có anốt làm bằng kim loại          B. axit có anốt làm bằng kim loại đó

C. muối kim loại có anốt làm bằng kim loại đó     D. muối, axit, bazơ có anốt làmbằng kim loại

Câu hỏi 11: Nguyên nhân làm xuất hiện các hạt mang điện tự do trong chất điện phân là do:

A. sự tăng nhiệt độ của chất điện phân

B. sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực

C. sự phân ly của các phân tử chất tan trong dung môi

D. sự trao đổi electron với các điện cực 

Câu hỏi 12: Do những nguyên nhân gì mà độ dẫn điện của chất điện phân tăng khi nhiệt độ tăng?

A. chuyển động nhiệt của các phân tử tăng làm khả năng phân ly thành ion tăng do va chạm 

B. độ nhớt của dung dịch giảm làm các ion chuyển động dễ dàng hơn 

C. chuyển động nhiệt của các phân tử ở điện cực tăng lên vì thế tác dụng mạnh lên dung dịch 

D. cả A và B

Câu hỏi 13: Một bộ nguồn gồm 30 pin mắc hỗn hợp thành 3 nhóm nối tiếp, mỗi nhóm có 10 pin mắc song song, mỗi pin có suất điện động 0,9V và điện trở trong 0,6Ω. Một bình điện phân dung dịch đồng có anot bằng đồng có điện trở 205Ω nối với hai cực bộ nguồn trên thành mạch kín. Tính khối lượng đồng bám vào catot trong thời gian 50 phút, biết A = 64, n = 2: 

A. 0,01g                         B. 0,023g                          C. 0,013g                      D. 0,018g

 Câu hỏi 14: Một tấm kim loại có diện tích 120cm2 đem mạ niken được làm catot của bình điện phân dung dịch muối niken có anot làm bằng niken. Tính bề dày của lớp niken được mạ biết dòng điện qua bình điện phân có cường độ 0,3A chạy qua trong 5 giờ, niken có A = 58,7; n = 2; D = 8,8.103kg/m3:

 A. 0,021mm                  B. 0,0155mm                    C. 0,012mm                  D. 0,0321