Dòng điện trong chất điện phân

I,Kiến thức cần nhớ

1,Bản chất dòng điện trong chất điện phân

Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau.

Ion dương chạy về phía catôt nên gọi là cation, ion âm chạy về phía anôt nên gọi là anion.

Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất (theo nghĩa hẹp) đi theo. Tới điện cực chỉ có êlectron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân

2, Các định luật Fa-Ra-Đây

Vì dòng điện trong chất điện phân tải điện lượng cùng với vật chất (theo nghĩa hẹp) nên khối lượng chất đi đền điện cực:

- Tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình điện phân

- Tỉ lệ thuận với khố lượng của ion (hay khối lượng mol nguyên tử A của nguyên tố tạo nên ion ấy);

- Tỉ lệ nghịch với điện tích của ion (hay hoá trị n của nguyên tố tạo ra ion ấy)

Định luật Fa-ra-đây 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 = kq

k gọi là đương lượng điện hoá của chất được giải phóng ở điện cực.

Định luật Fa-ra-đây 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 là \[\frac{1}{F}\], trong đó F gọi là số Fa-ra-đây

\[k=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}\]

Thí nghiệm cho thấy, nếu I tính bằng ampe, t tính bằng giây thì:

F = 96 494 C/mol

Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây

\[m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It\]

m là lượng chất được giải phóng ở điện cực, tính bằng gam.

3,Ứng dụng của hiện tượng điện phân

Một số ứng dụng của hiện tượng điện phân:

- Điều chế hoá chất: điều chế clo, hiđrô và xút trong công nghiệp hoá chất.

- Luyện kim: người ta dựa vào hiện tượng dương cực tan để tinh chế kim loại. Các kim loại như đồng, nhôm, magiê và nhiều hoá chất được điều trực tiếp bằng phương pháp điện phân

- Mạ điện: người ta dùng phương pháp điện phân để phủ một lớp kom loại không gỉ như crôm, niken, vàng, bạc... lên những đồ vật bằng kim loại khác.

II, Các ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho dòng điện có cường độ 0,75 A chạy qua bình điện phân đựng dung dịch \[C\text{uS}{{\text{O}}_{4}}\]có cực dương bằng đồng trong thời gian 16 phút 5 giây. Khối lượng đồng giải phóng ra ở cực âm là

A. 0,24 kg. B. 24 g. C. 0,24 g. D. 24 kg.

Hướng dẫn

Ta có: \[m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It=\frac{1}{96500}.\frac{64}{2}.\text{0,75}\text{.965 =0,24g}\]

Chọn đáp án C

Ví dụ 2: Một bình điện phân chứa dung dịch bạc nitrat \[\left( AgN{{O}_{3}} \right)\] có điện trở 2,5 \[\Omega \]. Anôt của bình bằng bạc và hiệu điện thế đặt vào hai điện cực của bình điện phân là 10 V. Biết bạc có A = 108 g/mol, có n = 1. Khối lượng bạc bám vào catôt của bình điện phân sau 16 phút 5 giây là

A. 4,32 mg. B. 4,32 g. C. 2,16 mg. D. 2,14 g.

Hướng dẫn

Cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân là : \[I=\frac{10}{2,5}=4A\]

Ta có: \[m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It=\frac{1}{96500}.\frac{108}{1}.\text{4 =4,32g}\]

Chọn đáp án B

Ví dụ 3: Bình điện phân đựng dung dịch đồng sunphat \[\left( C\text{uS}{{\text{O}}_{4}} \right)\] có cực dương bằng đồng. Biết đồng có khối lượng mol nguyên tử là 63,5 g/mol, có hoá trị 2. Sau thời gian điện phân 30 phút có 1,143 g đồng bám vào catôt của bình điện phân này. Cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân là

A. 0,97 A. B. 1,93 A. C. 1,93 mA. D. 0,97 m A.

Hướng dẫn

Ta có: \[m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It\Rightarrow I=\frac{mFn}{At}=\frac{\text{1,143}\text{.96500}\text{.2}}{\text{64}\text{.30}\text{.60}}=1,93A\]

Chọn đáp án B

Ví dụ 4: Đương lượng điện hóa của đồng là \[k=3,{{3.10}^{-7}}kg/C\] . Muốn cho trên catôt của bình điện phân chứa dung dịch \[C\text{uS}{{\text{O}}_{4}}\], với cực dương bằng đồng xuất hiện 16,5 g đồng thì điện lượng chạy qua bình phải là

A.\[{{5.10}^{3}}C\] B.\[{{5.10}^{4}}C\] C.\[{{5.10}^{5}}C\] D.\[{{5.10}^{6}}C\]

Hướng dẫn

Ta có : \[m=k.q\to q=\frac{m}{k}=\frac{16,{{5.10}^{-3}}}{3,{{3.10}^{-7}}}={{5.10}^{4}}C\]

Chọn đáp án B

Ví dụ 5: Bình điện phân có anốt làm bằng kim loại của chất điện phân có hóa trị 2. Cho dòng điện 0,2 A chạy qua bình trong 16 phút 5 giây thì có 64 mg chất thoát ra ở điện cực. Kim loại dùng làm anot của bình điện phân là

A. Ni. B. Fe. C. Cu. D. Zn.

Hướng dẫn

Ta có: \[m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It\Rightarrow A=\frac{mFn}{It}=\frac{{{64.10}^{-3}}.96500.2}{\text{0,2}\text{.965}}=64\]

Chọn đáp án C

Ví dụ 6: Bình điện phân đựng dung dịch bạc nitrat \[\left( AgN{{O}_{3}} \right)\] có cực dương bằng bạc. Biết bạc có khối lượng mol nguyên tử là 108 g/mol, có hoá trị 1. Sau thời gian điện phân 5 phút có 316 mg bạc bám vào catôt của bình điện phân này. Cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân là

A. 0,49 A. B. 0,94 A. C. 1,94 A. D. 1,49 A.

Hướng dẫn

Ta có: \[m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It\Rightarrow I=\frac{mFn}{At}=\frac{\text{316}\text{.1}{{\text{0}}^{-3}}.96500.1}{\text{108}\text{.300}}=0,94A\]

Chọn đáp án B

Ví dụ 7: Chiều dài 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 \[30c{{m}^{2}}\] . Xác định cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân. Biết niken có A = 58, n = 2 và có khối lượng riêng là \[\rho =8,9g/c{{m}^{3}}\]

A. I = 2,47A B. I = 4,27A

C. I = 7,24A D. I = 4,94A

Hướng dẫn

Ta có : \[m=\rho V=\rho Sh=1,335g\]mà \[m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It\Rightarrow I=\frac{mFn}{At}=2,47A\]

Chọn đáp án A

Ví dụ 8: Khi điện phân dung dịch nhôm oxit \[A{{l}_{2}}{{O}_{3}}\] nóng chảy, người ta cho dòng điện cường độ 20 kA chạy qua dung dịch này. Biết nhôm có khối lượng mol nguyên tử là 27 g/mol, có hoá trị 3. Xách định thời gian điện phân để thu được một tấn nhôm.

A. 194 h. B. 491 h. C. 149 h. D. 419 h.

Hướng dẫn

Ta có: \[m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It\Rightarrow t=\frac{mFn}{AI}=\frac{{{10}^{6}}.96500.3}{{{27.20.10}^{3}}}=\text{536111,1s}=149h\]

Chọn đáp án C

Ví dụ 9: Một bình điện phân đựng dung dịch \[\left( C\text{uS}{{\text{O}}_{4}} \right)\] với cực dương bằng đồng được nối vào hiệu điện thế một chiều U = 3 V. Sau 16 phút 5 giây khối lượng của catôt tăng thêm 6,36 mg. Biết đồng có khối lượng mol nguyên tử là 64 g/mol, có hoá trị 2. Điện trở của bình điện phân là

A. 150 \[\Omega \]. B. 15 \[\Omega \]. C. 300 \[\Omega \]. D. 60 \[\Omega \].

Hướng dẫn

Ta có: \[m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It\Rightarrow I=\frac{mFn}{At}=\frac{\text{6,36}\text{.1}{{\text{0}}^{-3}}.96500.2}{\text{64}\text{.965}}=0,02A\]

Điện trở của bình điện phân là: \[R=\frac{U}{I}=\frac{3}{0,02}=150\Omega \]

Chọn đáp án A

Ví dụ 10: Hai bình điện phân mắc nối tiếp với nhau trong một mạch điện, bình (1) chứa dung dịch \[C\text{uS}{{\text{O}}_{4}}\] có các điện cực bằng đồng, bình (2) chứa dung dịch \[AgN{{O}_{3}}\]có các điện cực bằng bạc. Trong cùng một khoảng thời gian nếu lớp bạc bám vào catot của bình (2) là \[{{m}_{2}}=41,01g\] thì khối lượng đồng bám vào catôt của bình (1) là bao nhiêu? Biết \[{{A}_{1}}=64;{{n}_{1}}=2;{{A}_{2}}=108;{{n}_{2}}=1\] A. 12,16 g. B. 6,08 g. C. 24,32 g. D. 18,24 g.

Hướng dẫn

Ta có: \[{{m}_{1}}=\frac{1}{F}.\frac{{{A}_{1}}}{{{n}_{1}}}.It;{{m}_{2}}=\frac{1}{F}.\frac{{{A}_{2}}}{{{n}_{2}}}.It\]

\[\Rightarrow \frac{{{m}_{1}}}{{{m}_{2}}}=\frac{{{A}_{1}}}{{{n}_{1}}}.\frac{{{n}_{2}}}{{{A}_{2}}}=\frac{64.1}{108.2}=0,2967\]

\[\to {{m}_{1}}={{m}_{2}}.0,2967=41,04.0,2967=12,16g\]

Chọn đáp án A

III, Bài tập tự luyện

Câu 1: Hạt mang tải điện trong chất điện phân là

A. ion dương và ion âm.

B. electron và ion dương.

C. electron.

D. electron, ion dương và ion âm.

Câu 2: Khi nhiệt độ tăng điện trở của chất điện phân giảm là do

A. số electron tự do trong bình điện phân tăng.

B. số ion dương và ion âm trong bình điện phân tăng.

C. các ion và các electron chuyển động hỗn độn hơn.

D. bình điện phân nóng lên nên nở rộng ra.

Câu 3: Trong dung dịch điện phân, các hạt tải điện được tạo thành do

A. các electron bứt ra khỏi nguyên tử trung hòa.

B. sự phân li các phân tử thành ion.

C. các nguyên tử nhận thêm electron.

D. sự tái hợp các ion thành phân tử.

Câu 4: Hiện tượng cực dương tan xảy ra khi điện phân

A. dung dịch muối của kim loại có anốt làm bằng kim loại khác.

B. dung dịch axit có anốt làm làm bằng kim loại.

C. dung dịch muối của kim loại có anốt làm bằng kim loại đó.

D. dung dịch muối, axit, bazơ có anốt làm bằng kim loại.

Câu 5: Nguyên nhân làm xuất hiện các hạt tải điện trong chất điện phân là

A. do sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai điện cực.

B. do sự phân li của các phân tử trong dung môi.

C. do sự trao đổi electron với các điện cực.

D. do nhiệt độ của bình điện phân giảm khi có dòng điện chạy qua.

Câu 6: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của chất điện phân

A. tăng. B. giảm. C. không đổi. D. có khi tăng có khi giảm.

Câu 7: Hiện tượng tạo ra hạt tải điện trong dung dịch điện phân

A. là kết quả của dòng điện chạy qua chất điện phân.

B. là nguyên nhân chuyển động của các phân tử.

C. là dòng điện trong chất điện phân.

D. cho phép dòng điện chạy qua chất điện phân.

Câu 8: Một bình điện phân chứa dung dịch bạc nitrat \[\left( AgN{{O}_{3}} \right)\] có cực dương bằng bạc. Biết bạc có A = 108 g/mol, có n = 1. Khối lượng bạc bám vào catôt của bình điện phân sau 16 phút 5 giây là 4,32 g. Cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân trong thời gian đó là

A. 5 A. B. 4 A. C. 500 mA. D. 400 mA.

Câu 9: Cho dòng điện có cường độ 2 A chạy qua bình điện phân đựng dung dịch muối đồng có cực dương bằng đồng trong 1 giờ 4 phút 20 giây. Khối lượng đồng bám vào cực âm là

A. 2,65 g. B. 6,25 g. C. 2,56 g. D. 5,62 g.

Câu 10: Điện phân dung dịch \[{{H}_{2}}S{{O}_{4}}\] có kết quả sau cùng là \[{{H}_{2}}O\] bị phân tích thành \[{{H}_{2}}\] và \[{{O}_{2}}\] Sau 32 phút thể tích khí \[{{O}_{2}}\] thu được là bao nhiêu nếu dòng điện có cường độ 2,5A chạy qua bình, và quá trình trên làm ở điều kiện tiêu chuẩn

A.\[112c{{m}^{3}}\] B.\[224c{{m}^{3}}\] C.\[280c{{m}^{3}}\] D.\[310c{{m}^{3}}\]

Đáp án