Lý thuyết và bài tập có lời giải chi tiết dòng điện trong chất điên phân và định luật Fa-ra-đây

LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI CHI TIẾT DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN – ĐỊNH LUẬT PHA-RA-ĐÂY

LÍ THUYẾT

(1)- DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

          Các dung dịch muối, axit, bazơ được gọi là các chất điện phân. Các muối nóng chảy cũng là chất điện phân.

(2) – BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

          + Theo thuyết điện ly, khi muối, axit, bazơ được hòa  tan vào nước, chúng dễ dàng tách ra thành các ion trái dấu.

          + Khi ta đặt một hiệu điện thế vào hai điện cực, trong bình điện phân có một điện trường, thì các ion có thêm chuyển động có hướng theo phương của điện trường ( ngoài chuyển động nhiệt hỗn loạn ). Chuyển động có hướng đó của các ion tạo nên dòng điện trong bình điện phân.

          + Dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.

(3) – PHẢN ỨNG PHỤ TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

          Các ion âm dịch chuyển đến Anốt , nhường electron cho Anốt, còn các ion dương đến Catốt nhận electron từ Catốt. Các ion đó trở thành nguyên tử hay phân tử trung hòa, có thể bám vào điện cực, hoặc bay lên dưới dạng khí. Chúng cũng có thể tác dụng với điện cực và dung môi, gây ra các phản ứng hóa học. Các phản ứng hóa học này gọi là phản ứng phụ hay phản ứng thứ cấp.

(4) HIỆN TƯỢNG CỰC DƯƠNG TAN

          a) HIỆN TƯỢNG

          Hiện tượng cực dương tan xảy ra khi điện phân một dung dịch muối kim loại mà anốt làm bằng chính kim loại ấy. Anốt ( dương cực) tan dần đi, còn catốt có một lớp kim loại ấy bám vào.

          b) ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI CHẤT ĐIỆN PHÂN

          khi có hiện tượng cực duơng tan, dòng điện trong chất điện phân tuân theo định luật Ôm giống như đối với đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R.

(5) – ĐỊNH LUẬT PHA – RA – ĐÂY VỀ ĐIỆN PHÂN

          A – ĐỊNH LUẬT I

          Khối lượng m của chất được giải phóng ra ở điện cực tỉ lệ với điện lượng Q chạy qua bình đó :     m = kQ

          K ( kg/ C) : gọi là đương lượng điện hóa, phụ thuộc bản chất của các chất được giải phóng.

          B – ĐỊNH LUẬT II

          Đương lượng điện hóa của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam \(\frac{A}{n}\)  của nguyên tố  k = c \(\frac{A}{n}\)

          + A : nguyên tử khối

          + n : Hóa trị của chất đó

          + Hệ số tỉ lệ c có cùng một giá trị đối với tất cả các chất. Người ta thường ký hiệu \(F=\frac{1}{c}\) , trong đó F cũng là một hằng số chung đối với mọi chất và gọi là số Fa-ra-day. Trị số của số Fa-ra-day : F = 9,65.10⁷ ( C/ kmol ). 

C – CÔNG THỨC FA-RA-DAY VỀ ĐIỆN PHÂN

                  \(m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}q\) HAY  \(m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}It\)

          + I (A) : cường độ dòng điện không đổi đi qua bình điện phân

          + t (s) : thời gian dòng điện chạy qua bình

          + A : nguyên tử lượng

          + n : hóa trị

          + q (C) : Điện lượng

          + m (g) : khối lượng của chất điện phân.

BÀI TẬP MẪU

CÂU 1: Để tách đồng ra khỏi một hỗn hợp rắn chứa 12% tạp chất khác người ta dùng thanh hỗn hợp này làm cực dương của bình điện phân đựng dung dịch CuSO₄. Hiệu điện thế giữa hai cực là U = 6(V). Tính điện năng tiêu hao để xử lý 1 (kg) hỗn hợp ?

GIẢI

   Khối lượng đồng có trong thanh : \(m_{Cu}=\frac{(100-12)}{100}m=0,88(kg)\)

   Định luật Faraday :  \(m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}q \Rightarrow 880 = \frac{1}{96500}.\frac{64}{2}q\Rightarrow q=2654.10^{3}(C)\) (C )

   Điện năng tiêu hao để xử lý 1 (kg) hỗn hợp : W = qU = 2654.10³.6 = 15923 (kJ) = 4,42 (kWh).

CÂU 2: Điện phân dung dịch H₂SO₄ với các điện cực Platin, ta thu được khi Hyđrô và Ôxi ở các điện cực. Tính thể tích khí thu được ở mỗi điện cực (ở điều kiện tiêu chuẩn) nếu dòng điện qua bình điện phân có cường độ I = 10(A) trong thời gian t = 32 phút 10 giây ?

CÂU 3: Một nhà máy dùng phương pháp điện phân để sản xuất Hiđro. Hiệu điện thế ở hai cực bình điện phân là 2(V) và sản lượng của nhà máy là 56 (m³/h ) ở (Điều kiện tiêu chuẩn). Tính công suất điện cần thiết cho sản xuất ?

CÂU 4: Một tấm kim loại được đem mạ niken bằng phương pháp điện phân. Tính chiều dày của lớp Niken trên tấm kim loại sau khi điện phân 30 phút ? Biết diện tích bề mặt kim loại là 40 (cm²), cường độ dòng điện qua bình điện phân là 2(A), niken có khối lượng riêng D = 8,9.10³ (kg/m³), A = 58, n = 2. Coi như niken bám đều trên mặt tấm kim loại.

CÂU 5: Cho mạch điện như hình vẽ, trong đó E = 9(V), r = 0,5Ω , B là bình điện phân chứa CuSO₄ với hai cực bằng Cu. ( Đ) là đèn ( 6 V – 9 W) ; R₁ = 12Ω  thì đèn sáng bình thường. Tính lượng Cu bám vào Catốt bình điện phân trong mỗi phút, công suất mạch ngoài và công suất nguồn ?

CÂU 6: Một bình điện phân đựng dung dịch bạc Nitrat với Anốt làm bằng bạc. Điện trở của bình điện phân là  R = 2Ω  . Hiệu điện thế đặt ở hai cực là U = 10(V). Cho A = 108, n = 1. Khối lượng bạc bám vào cực âm sau 2 giờ là

   A. 8,04.10^{- 2} kg.                 B. 8,04 g                     C. 40,3 kg                D. 40,3 g

GIẢI 

+ Dòng điện qua bình :  \(I=\frac{U}{R}=5(A)\)

   + Công thức pha-ra-đây về điện phân :  \(m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}q=40,3(g)\)

CÂU 7: Đuơng lượng điện hóa của Niken là k = 4 mg / C. Cho một điện lượng q = 20 (mC) chạy qua bình điện phân có anốt bằng niken thì khối lượng niken bám vào catốt là

   A. 0,8 g                B. 0,8 mg                   C. 0,08 mg.              D. 8  

CÂU 8: Hai bình điện phân đựng dung dịch FeCl₃ và CuSO₄ mắc nối tiếp. Sau một khoảng thời gian, bình thứ nhất giải phóng một lượng sắt là 1,4(g). Tính lượng đồng được giải phóng ở bình thứ hai trong cùng khoảng thời gian đó ? biết nguyên tử lượng của sắt và đồng lần lượt là 56 và 64.

   A. 2,4 g                B. 0,42g                      C. 1,22g                  D. 0,82g

CÂU 9: Một vật kim loại được mạ niken có diện tích 120 (cm²). Dòng điện chạy qua bình điện phân có cường độ 0,3(A) và thời gian mạ là 5 giờ. Niken có khối lượng mol nguyên tử là 58,7 (g/mol) và hoá trị 2, khối lượng riêng là 8,8.10³ (kg/ m³). Độ dày của lớp niken phủ trên bề mặt của vật là

   A. 0,0156              B. 15,6 mm.               C. 7,8mm.               D. 7,8.

CÂU 10: Chiều dày của lớp niken phủ lên một tấm kim loại d = 0,05 (mm) sau thời gian điện phân trong 30 phút. Diện tích mặt phủ của tấm kim loại là 30(cm²). Xác định cường độ dòng điện qua bình điện phân ? Cho biết niken có khối lượng riêng D = 8,9.10³(kg/ m³) ; A = 58 và n = 2.

   A. 4,72 (A).          B. 2,47 (A).                 C. 4,27(A).              D. 7,24(A). 

BÀI TẬP RÈN

 Câu 1:  Đương lượng điện hoá của niken là 3.10^-4 g/C. Khi cho một điên lượng 10C chạy qua bình điện phân có anốt làm bằng niken thì khối lượng của niken bám vào catốt là:

A. 3.10^-3g                  B. 0,3.10^-3g               C. 3.10^-4g             D. 0,3.10^-4g

Câu 2:  Một tấm kim loại được mạ niken bằng phương pháp điện phân. Biết diện tích bề mặt của tấm kim loại là 40cm², cường độ dòng điện là 2A, khối lượng riêng của niken là 8900kg/m³. A=58, n=2. hỏi chiều dày của lớp niken sau 30phút điện phân bằng bao nhiêu?

A. 0,03mm.              B. 0,06mm                 C. 0,3mm             D. 0,6mm

Câu 3:  Điện phân dung dịch H₂SO₄ với các cực làm bằng platin, ta thu được khí hydro và oxi ở các cực. Tìm thể tích khí hydro thu được ở catốt (ở đktc) nếu dòng điện là 5A, thời gian điện phân là 32phút 10giây.

A. 1,12l                    B. 2,24l                    C. 11,2l                D. 22,4l

Câu 4:  Khi điện phân dung dịch muối ăn trong nước, người ta thu được khí hydro tại catốt. Khí thu được có thể tích 1l ở 27⁰C và 1atm. hỏi điện lượng đã dịch chuyển qua bình điện phân bằng bao nhiêu?

A. 7840C                 B. 6500C                 C. 5430C                D. 2500C

Câu 5:  Điện phân dung dịch AgNO₃. biết cường độ dòng điện qua bình là 0,2A. Khối lượng Ag bám vào catôt là 0,216g. Hỏi thời gian điện phân bằng bao nhiêu?

A. 16phút 5giây.                                      B. 30phút 20giây.

C. 40phút 15giây                                     D. 54 phút 10giây

Câu 6:  Điện phân dung dịch CuSO₄ trong 16phút 5giây thu được 0,48g Cu. Hỏi cường độ dòng điện qua bình bầng bao nhiêu?

A. 1,5A                   B. 2A                      C. 2,5A                 D. 3A

Câu 7:  Điện phân dung dich muối của một kim loại dùng làm anốt. Biết cường độ dòng điện qua bình là 1A, trong thời gian 16phút 5giây ta thu được 1,08g kim loại đó bám vào catốt. Hỏi kim loại đó là chất gì?

A. Cu                      B. Fe                     C. Na                      D. Ag

Câu 8:  Một bình điện phân chứa dung dịch muối niken với hai điện cực bằng niken.Đương lượng điện hóa của niken là k=0,30 g/C.Khi cho dòng điện cường độ I = 5A chạy qua bình này trong khoảng thời gian t =1 giờ thì khối lượng m của niken bám vào catot bằng bao nhiêu ?

A. 5,40 g                 B.5,40 mg               C.1,50g                  D.5,40 kg

Câu 9: Chất nào sau đây là chất cách điện.

A. nước cất.                                            B. Dung dịch muối.

C. Dung dịch nước vôi trong.                   D. Dung dịch xút

Câu 10: Hạt tải điện trong chất điện phân  là:

A. i ôn âm và iôn dương.                         B. Electron tự do.

C. Iôn â m và electron tự do.                    D. Iôn âm.

Câu 11:  Dòng điện trong chất điện phân không được ứng dụng làm gì sau đây:

A. điốt điện tử.                                        B. luyện kim.               

C. điều chế hoá chất.                                D. mạ điện.

Câu 12:  một bình điện phân đựng dung dịch bạc nitrat với anốt bằng bạc. điện trở của bình là 10Ω, hiệu điện thế đặt vào hai cực là 50V.  xác định lượng bạc bám vào cực âm sau 2h

A. 40,3g               B. 80,6g                      C. 20,15g                D. 10,07g

Câu 13: 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. 42,910^-3g

Câu 14: 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 15: Một bình điện phân chứa dung dịch bạc nitrat có đương lượng điện hóa là 1,118.10^-6kg/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 16: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa khối lượng chất giải phóng ra ở điện cực của bình

điện phân và điện lượng tải qua bình. Đương lượng điện hóa của chất điện phân trong bình này là:

A. 11,18.10^-6kg/C                                    B. 1,118.10^-6kg/C      

C. 1,118.10^-6kg.C                                    D.11,18.10^-6kg.C    

Câu 17: 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 18: 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 A_Cu = 64, n_Cu = 2, A_Ag = 108, n_Ag = 1:   

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

Câu 19: 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 A_Cu­ = 64, n = 2, D = 8,9g/cm³

A. 1,6.10^-2cm       B. 1,8.10^-2cm         C. 2.10^-2cm        D. 2,2.10^-2cm 

Câu 20: 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 21: 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