Vật lý 11 Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân

• Trong dung dịch, các hợp chất hoá học như axit, bazơ và muối bị phân li thành các nguyên tử tích điện gọi là ion; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện.

• Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường.

• Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại.

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

  • Ion dương (Cation) -> Catot

  • Ion âm (Anion) -> Anot

• Các ion chuyển động về các điện cực có thể tác dụng với chất làm điện cực hoặc với dung môi tạo nên các phản ứng hoá học gọi là phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân.

• Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch

1.4.1. Định luật Faraday 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.

\(m = k.q\)

k: đương lượng điện hóa của chất được giải phóng

1.4.2. Định luật Faraday 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 \(\frac{1}{F}\)  , trong đó F gọi là số Faraday.

\(k = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}\)

F = 96500 C/mol

A: khối lượng phân tử

n: hóa trị

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

\(m = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}.I.t\)

m: khối lượng chất được giải phóng (g)

F = 96500 C/mol

A: khối lượng phân tử

n: hóa trị

I: cường độ dòng điện

t: thời gian dòng điện chạy qua.

• Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống như luyện nhôm, tinh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện, …

1.5.1. Luyện nhôm

• Dựa vào hiện tượng điện phân quặng nhôm nóng chảy.

• Bể điện phân có cực dương là quặng nhôm nóng chảy, cực âm bằng than, chất điện phân là muối nhôm nóng chảy, dòng điện chạy qua khoảng \({10^4}A\)

1.5.2. Mạ điện

• Bể điện phân có anôt là một tấm kim loại để mạ, catôt là vật cần mạ.

• Chất điện phân thường là dung dịch muối kim loại để mạ. Dòng điện qua bể mạ được chọn một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng của lớp mạ.

Bài 1

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

• Kết quả cuối cùng của quá trình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực bằng đồng là đồng chạy từ anôt sang catôt.

⇒ Đáp án D

Bài 2:

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

• Các ion dương và ion âm dưới tác dụng của điện trwòng trong dung dịch

⇒ Đáp án C.

Bài 3

Tốc độ chuyển động có hướng của ion \(Na^+\) và \(Cl^-\) trong nước có thể tính theo công thức:\(v = \mu E\), trong đó E là cường độ điện trường, \(\mu\) có giá trị lần lượt là \(4,5.10^{-8} m^2/(V.s)\). 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

• Mật độ của các ion \(Na^+\) và \(Cl^-\):

\(N = 0,1.1000.6,023.10^{23} = 6,023.10^{25}/m^3\)

• Điện dẫn suất của dung dịch: 

\(\sigma  = 1,{6.10^{ - 19}}.6,{023.10^{25}}.(4,5 + 6,8){.10^{ - 8}} = 1,088{(\Omega /m)^{ - 1}}\)

⇒ Điện trở suất \(\rho =\frac{1}{\sigma }=\frac{1}{1,088}=0,92\Omega .m\)

Bài 4:

Người ta muốn bóc một lớp đồng dày \(d = 10 \mu m\) trên một bản đồng diện tích \(S = 1cm^2\) 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 \(p = 8 900 kg/m^3\)

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: \(m = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}It\) ⇔ m = ; suy ra t = 

• Với \(A = 64g = 6,{4.10^{ - 2}}kg;{\rm{ }}n{\rm{ }} = 2;{\rm{ }}I{\rm{ }} = {10^{ - 2}}A\) , suy ra:

t =  = 2 683,9 s

Bài 3:

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 \(CuS{O_4}.\) Hiệu điện thế giữa hai cực là \(U = 6(V)\). Tính điện năng tiêu hao để xử lý \(1 (kg)\) hỗn hợp ?

Hướng dẫn giải

• Khối lượng đồng có trong thanh :

 \({m_{Cu}} = \frac{{(100 - 12)}}{{100}}m = 0,88(kg)\)

• Theo công thức Định luật Faraday : 

\(\begin{array}{l}
m = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}q\\
 \Leftrightarrow 880 = \frac{1}{{96500}}.\frac{{64}}{2}q \Rightarrow q = {2654.10^3}(C)
\end{array}\)

• Điện năng tiêu hao để xử lý \(1 (kg)\) hỗn hợp :

\(W = qU = {2654.10^3}.6 = 15923{\rm{ }}\left( {kJ} \right) = 4,42\left( {kWh} \right)\)

Qua bài giảng Dòng điện trong chất điện phân này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Trả lời được câu hỏi thế nào là chất điện phân, hiện tượng điện phân, nêu được bản chất dòng điện trong chất điện phân

• Phát biểu được định luật Fa-ra-day về điện phân.

• Mô tả được hiện tượng dương cực tan

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 11 Bài 14 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  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 \(I = 10A\) 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 \(\rho  = 8,9.103{\rm{ }}kg/{m^3}\)

  • A. \(0,012cm\)
  • B. \(0,018cm\)
  • C. \(0,014cm\)
  • D. \(0,016cm\)

• Câu 2:

  Chiều dày của một lớp niken phủ lên một tấm kim loại là \(h =0,05mm\) 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  \(\rho  = 8,9{\rm{ }}g/c{m^3}.\)

  • A. 1,07 A.
  • B. 3,17 A.
  • C.  2,47 A.
  • D.  2,27 A.

• Câu 3:

  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 \(0,6\Omega \). Một bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 có điện trở \(205\Omega \) 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 \( A = 64; n = 2.\)

  • A. \(0,013g\)
  • B. \(0,034g\)
  • C. \(0,016g\)
  • D. \(0,023g\)

• Câu 4:

  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. Tính khối lượng  Ag được giải phóng ở catôt

  • A. \(2,93g\)
  • B. \(4,11g\)
  • C. \(3,16g\)
  • D. \(2,16g\)

• Câu 5:

  Hai bình điện phân: \((FeC{l_3}/Fe\) 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.

   

  • A. \(4,4g\)
  • B. \(3,6g\)
  • C. \(2,4g\)
  • D. \(4,8g\)

Câu 6- Câu 16: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 11 Bài 14 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 14.1 trang 35 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.2 trang 35 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.3 trang 36 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.4 trang 36 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.5 trang 36 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.6 trang 36 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.7 trang 37 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.8 trang 37 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.9 trang 37 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.10* trang 37 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.11 trang 37 SBT Vật lý 11

Bài tập 14.12* trang 37 SBT Vật lý 11

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!