Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân

Lý thuyết

Câu C1 trang 81 SGK Vật lý 11

Để phân biệt môi trường dẫn diện có phải là chất diện hay không, ta có thể làm cách nào ?

Hướng dẫn giải

Dòng điện trong chất điện phân phối không chỉ tải điện lượng mà còn tải vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có các eelectron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.

Để phân biệt môi trường dẫn điện có phải là chất điện phân hay không ta xem có vật chất bám lại ở tren điện cực hay không.

Câu C2 trang 83 SGK Vật lý 11

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 giải

Các định luật Fa-ra-đây có thể áp dụng cả với các chất được giải phóng ở điện cực nhờ phản ứng phụ vì khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận vơi điện lượng chạy qua bình đó.

\(m = kq\)

\(k\): đương lượng điện hóa của chất được giải phóng ở điện cực.

Câu C3 trang 83 SGK Vật lý 11

Có thể tính số nguyên tử trong một mol kim loại từ số Fa- ra – đây được không ?

Hướng dẫn giải

Theo định luật Fa-ra-đây thứ 2, ta có: \(k = \dfrac{1}{F}.\dfrac{A}{n}\)

Trong đó:

+ \(n\): hóa trị của nguyên tố

+ \(A\): khối lượng mol của chất được giải phóng ra ở điện cực

+ \(k\) đương lượng điện hóa của chất được giải phóng ở điện cực

Theo định luật Fa-ra-đây thứ nhất, ta suy ra: \(k = \dfrac{m}{q}\)

Lại có điện lượng: \(q = Ne\) (trong đó \(N\) là số electron tự do chạy qua bình điện phân)

Ta suy ra:

\(\begin{array}{l}\dfrac{m}{q} = \dfrac{1}{F}.\dfrac{A}{n}\\ \Rightarrow \dfrac{m}{A} = \dfrac{q}{{Fn}} = \dfrac{{Ne}}{{Fn}}\\ \Rightarrow N = \dfrac{m}{A}\dfrac{{Fn}}{e}\end{array}\)

Nếu xét 1 mol kim loại có hóa trị 1 thì \(\dfrac{m}{A} = 1mol,n = 1\)  => số nguyên tử trong 1mol kim loại là: \({N_A} = N = \dfrac{F}{e} = \dfrac{{96500}}{{1,{{6.10}^{ - 19}}}} = 6,{031.10^{23}}\)

Câu C4 trang 84 SGK Vật lý 11

Tại sao khi mạ điện, muốn lớp mã đều. Ta phải quay vật cần mạ trong điện phân?

Hướng dẫn giải

Khi mạ điện, vật cần mạ là catôt, anôt là tấm kim loại để mạ. Nếu ta không quay vật cần mạ trong lúc điện phân thì lượng kim loại bám vào vật cần mạ phía đối diện anôt sẽ nhiều hơn ở các phía khác vì vậy lớp mạ sẽ không đồng đều. Muốn lớp mạ điện đều ta phải quay vật cần mạ trong lúc điện phân.

Bài 1 (SGK trang 85)

Nội dung của thuyết điện li là gì? Anion thường là phần nào của phân tử?

Hướng dẫn giải

• Nội dung của thuyết điện li: Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazơ và muôi 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 chuyến động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện.
• Anion là các iôn âm nên là gốc axít hay iôn OH^-.

Bài 2 (SGK trang 85)

Dòng điện trong chất điện phân khác với dòng điện trong kim loại như thế nào?

Hướng dẫn giải

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 electrôn tự do. Sự khác nhau ở đây là khác nhau về loại hạt tải điện.

Bài 3 (SGK trang 85)

Hướng dẫn giải

a) Ở dây dẫn và điện cực, hạt tải điện là êlectron.
b) Ở sát bề mặt hai điện cực: Ở mật anôt hạt tải điện là các iôn âm, ở mặt catốt là các ion dương.
c) Ở trong lòng chất điện phân, hạt tải điện là các ion dương và âm.

Bài 4 (SGK trang 85)

Chất điện phân thường dẫn điện tốt hơn hay kém hơn kim loại? Tại sao?

Hướng dẫn giải

Chất điện phân thường dẫn điện kém hơn kim loại vì:

• Mật độ các iôn trong chất điện phán thường nhỏ hơn mật độ các êlectron tự do trong kim loại.
• Khôi lượng và kích thước của iôn lớn hơn khôi lượng và kích thước của êlectron nên tốc độ của chuyển động có hướng của chúng nhỏ hơn so với êlectron.
• Môi trường dung dịch điện phân rất mất trật tự nên các iôn bị cản trở nhiều hơn so với các êlectron trong kim loại.

Bài 5 (SGK trang 85)

Hai bể điện phân: bể A để luyện nhôm, bể B để mạ niken. Hỏi bể nào có dương cực tan? Bể nào có suất phản điện?

Hướng dẫn giải

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.

Bài 6 (SGK trang 85)

Phát biểu định luật Pha-ra-đây, viết công thức Fa-ra-đây và đơn vị dùng trong công thức này.

Hướng dẫn giải

• Định luật Fa-ra-đây thứ nhất: Khối 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 tí lệ với đương lượng gam A/n của nguyên tố đó. Hê số tỉ lê là 1/F, trong đó F goi là số fa-ra-đây (F = 96500 c/mol).

Công thức: m = 1/F.A/n.It

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).

Bài 7 (SGK trang 85)

Khi điện phân dung dịch H₂SO₄ với điện cực bằng graphit, thì ta thu được khí oxi bay ra. Có thể dùng công thức Fa-ra-đây để tìm khối lượng oxi bay ra được không?

Hướng dẫn giải

Vì các định luật Fa-ra-đây có thể áp dụng cả đối với các chất được giải phóng ở điện cực nhờ phản ứng phụ nên có thể dùng định luật này đế tìm khôi lượng ôxi bay ra.

Bài 8 (SGK trang 85)

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

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

Bài 9 (SGK trang 85)

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

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

Bài 10 (SGK trang 85)

Tốc độ chuyển động có hướng của ion Na⁺ và Cl^- trong nước có thể tính theo công thức: v = μE, trong đó E là cường độ điện trường, μ có giá trị lần lượt là 4,5.10^-8 m²/(V.s) và 6,8.10^-8 m²/(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

+ Điện trở của một khối vật dẫn có thể tính theo hai cách: \(R = \displaystyle{U \over I};R = {{\rho l} \over S}\)

\( \Rightarrow \rho  = \displaystyle{{RS} \over l} = {U \over I}.{S \over l} = {{{\rm{ES}}} \over I}\)

Trong đó cường độ điện trường: \(E = \displaystyle{U \over l}\)

+ Cường độ dòng điện I đo bằng tổng điện lượng chạy qua diện tích S của dây dẫn trong 1 giây.

Nếu v_Na và v_Cl là tốc độ có hướng của ion Na và Cl; n là mật độ các ion này thì ta có: 

\(I = {\rm{eS}}\left( {{v_{Na}} + {v_{Cl}}} \right)n = {\rm{eS}}\left( {{\mu _{Na}} + {\mu _{Cl}}} \right)nE\)

\(\Rightarrow \rho  = \displaystyle{{{\rm{ES}}} \over I} = {1 \over {{\rm{e}}{\rm{.n}}\left( {{\mu _{Na}} + {\mu _{Cl}}} \right)}}\)

Với \(n = 0,1\left( {mol/l} \right) = {0,1.6,023.10^{23}}{.10^3}\)

\(= {6,023.10^{25}}\left( {{m^{ - 3}}} \right)\)

\( \Rightarrow \rho  = \displaystyle{{{\rm{ES}}} \over I} = {1 \over {{\rm{e}}{\rm{.n}}\left( {{\mu _{Na}} + {\mu _{Cl}}} \right)}} \)

\(= \displaystyle{1 \over {{{1,6.10}^{ - 19}}{{.6,023.10}^{25}}.\left( {{{4,5.10}^{ - 8}} + {{6,8.10}^{ - 8}}} \right)}} = 0,918\Omega m\)

\(\approx 1\Omega m\

Bài 11 (SGK trang 85)

Người ta muốn bóc một lớp đồng dày d = 10μm trên một bản đồng diện tích S = 1cm² 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/m³  

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 = A.I.t/96500.n; suy ra t = m.96500.n/AI

Với A = 64 g = 6,4.10^-2 kg; n = 2; I = 10^-2 A, suy ra: t = 8,9.10^-6.96500.2/6,4.10^-2.10^-2 = 2683,9 s