Kiến thức hay về dòng điện trong chất điện phân

KIẾN THỨC HAY VỀ DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

I – TÓM TẮT KIẾN THỨC

- Chất điện phân là các dung dịch axit, bazơ, muối hoặc các hợp chất này nóng chảy.

- Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương (về catốt) và ion âm (về anốt).  Các ion trong chất điện phân xuất hiện là do sự phân li của các phân tử chất tan trong dung môi.

- Lượng chất giải phóng ra ở các điện cực tuân theo định luật Faraday: \(m=\frac{1}{96500}.\frac{A}{n}.I.t\)

Trong đó:        

m : khối lượng chất được giải phóng (g).

A : Nguyên tử lượng chất được giải phóng (g/mol).

n : hóa trị của chất được giải phóng

- Khi xảy ra hiện tượng cực dương tan thì dòng điện tuân theo định luật Ôm

II – MỘT SỐ LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TẬP

- Áp dụng công thức của định luật Farađây để tính khối lượng chất được giải phóng ở điện cực kết hợp với định luật Avôgađrô và phương trình trạng thái để tính thể tích (nếu là chất khí). Trong đó chú ý giá trị của hằng số F:

+ Nếu tính m(g) thì F = 96500 C/mol

+ Nếu tính m(kg) thì F = 9,65.10^-7 C/mol

- Có thể khảo sát cơ chế của hiện tượng điện phân để suy ra khối lượng và thể tích của chất được giải phóng ở anốt theo khối lượng và thể tích của chất đợng giải phóng ở catốt.

- Kết hợp với công thức của định luật Ôm để giải các bài toán.

Ví dụ: Điện phân dung dịch H₂SO₄ với các điện cực Platin thu được khí hiđrô và ôxi ở các điện cực. Tính thể tích khí thu được ở các điện cực ở điều kiện tiêu chuẩn khi chon dòng điện qua bình điện phân là I = 2,5A trong thời gian t = 1h 4p 20s.

Giải:

- Khối lượng của hiđrô thu được ở catốt là: \(m_{1}=\frac{1}{96500}.\frac{A_{1}}{n_{1}}.I.t=\frac{1}{96500}.2,5.3860=0,1g\)

1mol khí hiđrô (H₂) (đktc) có thể tích 22,4lít \(\rightarrow\) Thể tích khí hiđrô thu được: \(v_{1}=\frac{0,1}{2}.22,4=1,12\) lít

- Khối lượng của khí ôxi thu được ở anốt là: \(m_{2}=\frac{1}{96500}.\frac{A_{2}}{n_{2}}.I.t=\frac{1}{96500}.\frac{16}{2}.2,5.3860=0,8g\)

Thể tích khí hiđrô thu được: \(v_{2}=\frac{0,8}{32}.22,4=0,56\) lít

III – LUYỆN TẬP

11.1. Khi điện phân dung dịch muối ăn trong nước, người ta thu được khí hiđrô ở catốt. Khí thu được có thể tích 2lít ở nhiệt độ t = 27⁰C, áp suất p = 1at. Tính điện lượng đã chuyển qua bình điện phân?

11.2. Một bộ nguồn điện gồm 30 pin mắc thành bộ gồm 3 dãy song song, mỗi dãy gồm 10 pin. Mỗi pin có suất điện động là x = 0,9V và điện trở r = 0,6W. Nguồn nói trên mắc vào một bình điện phân CuSO₄ có điện trở R = 205W. Anốt của bình bằng đồng. Tính lượng đồng bám vào Catốt trong thời gian 1h?

11.3. Chiều dày của lớp Niken phủ lên một tấm kim loại là d = 0,05mm sau khi điện phân trong 45 phút. Diện tích mặt phủ của tấm kim loại là 60cm². Xác định cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân. Cho biết niken có khối lượng riêng là D = 8900kg/m³; nguyên tử khối A = 58 và hóa trị n = 2.

11.4. Một vật kim loại đem mạ Niken có diện tích S = 120cm². Tính bề dày của lớp Niken mạ trên vật. Cho biết dòng điện có cường độ I = 0,5A, thời gian mạ là 6 giờ, khối lượng mol nguyên tử của Niken là A = 58,7g/mol, n = 2, khối lượng riêng \(\rho\) = 8800kg/m^3..

11.5. Khi điện phân một dung dịch muối ăn trong nước, người ta thu được khí hiđrô vào một bình có thể tích V = 1 lít. Hãy tính công thực hiện bởi dòng điện khi điện phân, biết rằng hiệu điện thế đặt vào hai cực của bình là U = 50V; áp suất khí hiđrô trong bình là p = 1,3atm và nhiệt độ của khí là t = 27⁰C.

11.6. Một nhà máy dùng phương pháp điện phân để sản xuất hiđrô. Hiệu điện thế ở hai cực bình điện phân là 12V và sản lượng của nhà máy là 56m³/h. Tính công suất điện cần thiết cho sản xuất và giá thành của 1m³ hiđrô nếu giá tiền điện năng là 2500đ/kW.h?

11.7. Người ta bố trí các cực của một bình điện phân dung dịch CuSO₄ như hình vẽ, các điện cực đều bằng đồng.

a)  Khối lượng của đồng bám vào các điện cực1, 2, 3 có bằng nhau không?

b)  Giả sử diện tích của các điện cực âm đều bằng nhau và bằng S = 10cm² còn khoảng cách của chúng đến Anốt lần lượt là l₁ = 30cm,, l₂ = 20cm, l₃ = 10cm. Đặt vào hai điện cực một hiệu điện thế U = 15V. Hãy xác định khối lượng đồng m₁, m₂, m₃ bám vào mỗi Catốt sau mỗi giờ, biết rằng điện trở suất của dung dịch điện phân là \(\rho\) = 0,2\(\Omega\).m.

11.8. Dựa vào công thức Fa – ra – đây, tính điện tích nguyên tố e. Cho hằng số Fa – ra – đây là F = 96500C/mol.

11.9. Dùng lí thuyết điện li giải thích hiện tượng dương cực tan có điện cực Anốt bằng đồng và chứa dung dịch CuSO₄.

11.10. Khi điện phân dung dịch NaCl trong bình điện phân có Anốt bằng graphit, người ta thu được khí clo ở Anốt và khí hiđrô ở Catốt.

a) Dựa vào thuyết điện li, giải thích kết quả của quá trình điện phân này?

b) Tính thể tích của các chất khí thu được ở điều kiện chuẩn khi điện phân trong khoảng thời gian t = 10 phút với cường độ dòng điện I = 10A.

11.11. Cho mạch điện như hình vẽ: \(\xi\) = 9V; r = 0,5W, B là bình điện phân với các điện cực bằng đồng. Đ là đèn (6V - 9W), R_b là biến trở.