2 dòng điện trong chất điện phân

Dòng điện trong chất điện phân Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazo và muối bị phân li một phần hoặc toàn bộ thành các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử tích điện gọi là ion

Trang 1

1

Bùi Xuân Dương – 0914 082 600

A TÓM TẮT LÍ THUYẾT

I Dòng điện trong chất điện phân

Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazo và muối bị phân li (một phần hoặc toàn bộ) thành các nguyên tử (hoặc nhóm nguyên tử) tích điện gọi là ion Ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện

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

o ion dương chạy về catot nên gọi là cation

o ion âm chạy về anot nên gọi là anion

Mật độ các ion trong chất điện phân thường nhỏ hơn mật độ electron tự do trong kim loại Vì thế chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại

2 Hiện tượng dương cực tan và các định luật Fa – ra – đây

a Hiện tượng dương cực tan

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

b Các định luật Fa – ra – day

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

Định luật Fa – ra – đây thứ hai: Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A

n

của nguyên tố đó Hệ số tỉ lệ là 1

F

1 A

k

F n

=

trong đó F =96494C/mol gọi là hằng số Fa – ra – đây

→ Kết hợp hai định luật trên, ta thu được

1 A

F n

=

A

, r



R

Anion

Cation

Trang 2

2

B CÁC DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP

Dạng 1: Bài tập hiện tương dương cực tan, định luật Fa – ra - đây

 Phương pháp giải:

Khối lượng của chất được giải phóng ra ở điện cực khi điện phân được xác định bởi

Biểu thức Ý nghĩa các đại lượng

1 A

F n

=

o m là khối lượng chất được giải phóng ra ở điện cực (g)

o A là khối lượng mol nguyên tử tạo ra ion (g/mol)

o n là hóa trị của nguyên tố tạo ra ion

o I là cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân (A)

o t là thời gian điện phân (s)

o F =96500 là hằng số Fa – ra – đây (C/mol)

 Ví dụ minh họa:

 Ví dụ 1: Một bình điện phân chứa dung dịch muối niken với hai điện cực bằng niken Biết đương lượng

điện hóa của niken là 0,3.10–3 g/C Khi cho dòng điện cường độ I =5, 0A chạy qua bình này trong khoảng thời gian t = giờ thì khối lượng niken bám vào cato là 1

 Hướng dẫn: Chọn D

Ta có:

0, 3.10 5 3600 5, 4

 Ví dụ 2: Một bình điện phân chứa dung dịch đồng sunphat (CuSO4) có anot bằng đồng Cho dòng điện không đổi chạy qua bình này trong khoảng thời gian 30 phút, khi đó khối lượng của catot tăng thêm 1,143 g Cho biết đồng có khối lượng mol nguyên tử là 63,5 g/mol Cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân là

 Hướng dẫn: Chọn B

Ta có:

Fn

1,143 96500 2

1,93 63,5 30.60

mFn I

At

 Ví dụ 3: Một vật kim loại có diện tích 120 cm2 được mạ niken Dòng điện chạy qua bình điện phân có cường độ 0,30 A và thời gian mạ là 5 giờ Niken có khối lượng mol nguyên tử là A =58, 7g/mol, hóa trị n = 2

và khối lượng riêng là D =8,8.103kg/m3 Độ dày của lớp niken phủ đều trên mặt vật kim loại là

 Hướng dẫn: Chọn C

Ta có:

o Khối lượng niken bám vào tấm kim loại sau khi tấm đó được mạ là

58, 7 0,3 5.3600

1, 64

96500 2

AIt m

Fn

o Thể tích của khối niken bám vào kim loại tương ứng với khối lượng m

h

S

Trang 3

3

m

D

3

1, 64.10

15, 6 120.10 8,8.10

m h SD

−

Dạng 2: Bài tập liên quan đến bình điện phân trong toàn mạch

 Phương pháp giải:

Trong một bài toán về toàn mạch, bình điện phân (có hiện tượng dương cực tan khi cho dòng điện chạy qua) đóng vai trò như là một điện trở R và dòng điện chạy trong mạch vẫn tuân theo định luật Ôm đối với toàn dp

mạch

N

I

R r



= +

Kí hiệu bình điện phân Toàn mạch chứa bình điện phân

Dựa vào cách mắc của các điện trở mạch ngoài, ta có thể xác định được cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân

dp dp dp

U I R

=

từ đó có thể xác định được khối lượng chất giải phóng ở điện cực và ngược lại

 Ví dụ minh họa:

 Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ Bộ nguồn có suất điện động  =12V và điện trở trong r =0, 4 Ω Các điện trở R =1 9Ω, R =2 6Ω, bình điện phân dung dịch đồng sunphat có điện

trở R = dp 4Ω Khối lượng đồng thoát ra ở dương cực trong thời gian 16 phút 5 giây

là

A 0,48 g

B 2 g

C 0,56 g

D 0,75 g

 Hướng dẫn: Chọn A

Ta có:

o điện trở của mạch ngoài

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

12

9 6

R R

o cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân cũng chính là dòng điện trong mạch chính

( ) ( ) ( )7, 612 0, 4 1,5

dp

N

I I

R r



o Khối lượng đồng được giải phóng ở điện cực

64 1,5 16.60 5

0, 48

96500 2

AIt m

Fn

+

, r



1

R

2

R

Trang 4

4

 Ví dụ 2: Trong bình điện phân dung dịch đồng sunphat (CuSO4) có anot bằng đồng, người ta nối ba lá đồng mỏng 1, 2 và 3 có cùng diện tích mặt ngoài 10 cm2 với catot sao cho

khoảng cách từ mỗi lá đến anot lần lượt là 10, 20, 30 cm Đặt hiệu điện thế

15

U = V vào hai điện cực của bình điện phân Biết điện trở suất của dung

dịch điện phân là 0,2 Ω.m Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính là

A 1,375 A

B 2,25 A

C 15 A

D 0,75 A

 Hướng dẫn: Chọn A

Trong mạch điện, bình điện phân đóng vai trò là một điện trở Thực chất điện trở này là do phần dung dịch điện phân giữa anot và mỗi lá 1, 2 và 3 khi có dòng điện chạy qua gây ra

Ta có:

S



1

2

3

0,1

10.10

0, 2

10.10

0, 3

10.10

l R S l R

S l R

S



−











Ω

o với cách bố trí các điện cực như thế, về phương diện điện, ta có thể xem mạch ngoài gồm ba điện trở mắc song song

td

( ) ( ) ( )

td

11

td

R = Ω

1,375 120

11

td

U

I

R

A

C BÀI TẬP RÈN LUYỆN

TỰ LUẬN

Câu 1: Hai bình điện phân chứa các dung dịch FeCl (dương cực Fe ) và 3 CuSO (dương cực Cu ) mắc nối 4

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 đồng có khối lượng mol nguyên tử là 64 g/mol, hoá trị 2

và sắt có khối lượng mol nguyên tử là 56 g/mol, hoá trị 3

Câu 2: Hai bình điện phân chứa các dung dịch CuSO (dương cực Cu ) và 4 AgNO (dương cực bằng Ag ) 3

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 đồng có khối lượng mol nguyên tử là 64 g/mol, hoá trị 2 và bạc có khối lượng mol nguyên tử là 108 g/mol, hoá trị 1

1

R

2

R

3

R

1

3 2

Trang 5

5

a Tính điện lượng qua các bình điện phân và khối lượng Cu và Ag được giải phóng ở catôt

b Nếu cường độ dòng điện bằng 0,5 A Tính thời gian điện phân

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  Một bình điện phân đựng dung dịch CuSO4có điện trở

205  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 đồng có khối lượng mol nguyên tử là A =64g/mol

và hoá trị n = 2

Câu 4: 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 khối lượng mol nguyên tử là A =58g/mol, hoá trị n = và có khối lượng riêng là 2  =8,9g/cm3

Câu 5: 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 dung dịch CuSO và anôt là một thanh đồng nguyên chất, rồi cho dòng điện có cường 4

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 = và có khối lượng riêng 2 =8,9.103kg/m3

Câu 6: Cho dòng điện chạy qua bình điện phân có anôt làm bằng kim loại của chất dùng làm dung dịch bình

điện phân, kim loại làm anôt có hoá trị n = Khi dòng điện chạy qua bình điện phân có cường độ 2 I =0, 2A trong thời gian 16 phút 5 giây thì có khối lượng m =0, 064g chất thoát ra ở điện cực Hỏi kim loại dùng làm anôt của bình điện phân là kim loại gì?

Câu 7: Một bình điện phân có anôt là Ag nhúng trong dung dịch AgNO , một bình điện phân khác có anôt 3

là Cu nhúng trong dung dịch CuSO4 Hai bình đó mắc nối tiếp nhau vào một mạch điện Sau 2 giờ, khối lượng của cả hai catôt tăng lên 4,2 g Tính cường độ dòng điện đi qua hai bình điện phân và khối lượng Ag và

Cu bám vào catôt mỗi bình Biết đồng có khối lượng mol nguyên tử là 64 g/mol, hoá trị 2 và bạc có khối lượng mol nguyên tử là 108 g/mol, hoá trị 1

Câu 8 : Cho mạch điện như hình vẽ

Trong đó  = V;9 r =0,5; R là bình điện phân đựng dung dịch p CuSO với cực dương bằng đồng; đèn 4 D

loại 6 V – 9 W; R là biến trở Biết đồng có khối lượng mol nguyên tử là t A =64g/mol và có hoá trị n = 2

a Khi R = t 12 thì đèn sáng bình thường Tính khối lượng đồng bám vào catôt của bình điện phân trong 1 phút, công suất tiêu thụ của mạch ngoài và công suất tiêu thụ của nguồn

b Khi điện trở của biến trở tăng thì lượng đồng bám vào catôt của bình điện phân trong 1 phút thay đổi như thế nào?

Câu 9: Cho mạch điện như hình vẽ

, r



t

R

p

R

D

Trang 6

6

Ba nguồn điện giống nhau, mỗi cái có suất điện động  và điện trở trong r ; R =1 3; R =2 6; bình điện phân chứa dung dịch CuSO với cực dương bằng đồng và có điện trở 4 R = p 0,5 Sau một thời gian điện phân

386 giây, người ta thấy khối lượng của bản cực làm catôt tăng lên 0,636 gam Biết đồng có khối lượng mol nguyên tử là A =64g/mol và có hoá trị n = 2

a Xác định cường độ dòng điện qua bình điện phân và qua từng điện trở

b Dùng một vôn có điện trở rất lớn mắc vào 2 đầu A và C của bộ nguồn Nếu bỏ mạch ngoài đi thì vôn kế

chỉ 20 V Tính suất điện động và điện trở trong của mỗi nguồn điện

Biết nguồn có suất điện động  =24V, điện trở trong r =1; tụ điện có điện dung C = F; đèn 4 D loại 6

V – 6 W; các điện trở có giá trị R =1 6; R =2 4; bình điện phân đựng dung dịch CuSO và có anốt làm 4 bằng Cu , có điện trở R =  Bỏ qua điện trở của dây nối Biết đồng có khối lượng mol nguyên tử là p 2 A =64 g/mol và có hoá trị n = Tính: 2

a Điện trở tương đương của mạch ngoài

b Khối lượng Cu bám vào catôt sau 16 phút 5 giây

c Điện tích của tụ điện

 Hướng dẫn:

a Ta có:

( )

2

6 6

dm d

dm

U R

P

o R1d =R1+R d =( ) ( )6 + 6 =12Ω

( ) ( )

4 12

3

d NB

d

R R R

R R

+ + Ω → R N =R p+R NB =( ) ( )2 + 3 =5Ω

b Ta có:

( ) ( )

24

4

p N

I I

R r



A

p

R

1

R

2

R

C B

2

R

C

, r



A

D

1

R

p

M

N

Trang 7

7

64 4 16.60 5

1, 28

96500 2

AIt m

Fn

+

c Ta có:

o U C =U AM =U AN +U NM =( )( ) ( ) ( )4 2 + 1 6 =14V

4.10 14 56

Bộ nguồn gồm 6 nguồn giống nhau, mỗi nguồn có suất điện động  =2, 25V, điện trở trong r =0,5 Bình điện phân có điện trở R chứa dung dịch p CuSO , anốt làm bằng đồng Tụ điện có điện dung 4 C = F Đèn 6

D loại 4 V – 2 W, các điện trở có giá trị 2

2

R

R = =R =  Ampe kế có điện trở không đáng kể, bỏ qua điện trở của dây nối Biết đèn D sáng bình thường Tính:

a Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn

b Hiệu điện thế U AB và số chỉ của ampe kế

c Khối lượng đồng bám vào catốt sau 32 phút 10 giây và điện trở R p của bình điện phân Biết đồng có khối lượng mol nguyên tử là A =64g/mol và có hoá trị n = 2

d Điện tích và năng lượng của tụ điện

Trong đó bộ nguồn gồm 8 nguồn giống nhau, mỗi cái có suất điện động  = V; có điện trở trong 5 r =0, 25

 mắc nối tiếp; đèn có loại 4 V – 8 W; R =1 3; R2 =R3 =  ; 2 R =  và là bình điện phân đựng dung p 4 dịch Al2(SO4 3) có cực dương bằng Al Điều chỉnh biến trở R để đèn t D sáng bình thường Tính:

a Điện trở của biến trở tham gia trong mạch

b Lượng Al giải phóng ở cực âm của bình điện phân trong thời gian 1 giờ 4 phút 20 giây Biết Al có khối

lượng mol nguyên tử là A =27g/mol và có hoá trị n = 3

c Hiệu điện thế giữa hai điểm A và M

câu 13: Cho mạch điện như hình vẽ

2

R C

3

R

A

D

1

R

p

M

N A

D

1

R

t

R

•

A

b

R

2

R

3

R

B

M

N

Trang 8

8

Trong đó bộ nguồn có 8 nguồn giống nhau, mỗi nguồn có suất điện động  =1,5V, điện trở trong r =0,5

, mắc thành 2 nhánh, mỗi nhánh có 4 nguồn mắc nối tiếp Đèn D loại 3 V – 3 W; R1 =R2 = ; 3 R =3 2; 1

p

R =  và là bình điện phân đựng dung dịch CuSO , có cực dương bằng Cu Tính: 4

a Cường độ dòng điện chạy trong mạch chính

b Tính lượng Cu giải phóng ra ở cực m trong thời gian 32 phút 10 giây Biết Cu có khối lượng mol nguyên

tử là A =64g/mol và có hoá trị n = 2

c Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N

 Hướng dẫn :

Câu 14: Cho mạch điện như hình vẽ:

Biết  =12V, r =0, 4 Ω, các điện trở R = Ω, 1 9 R =2 6Ω và một bình điện phân đựng dung dịch CuSO , 4 anôt bằng đồng Cu và điện trở của bình điện phân R =  Tính: p 4

a Cường độ dòng điện qua mạch chính

b Khối lượng đồng thoát ra ở cực dương trong 16 phút 5 giây

Cu 15: Cho mạch điện như hình vẽ:

Biết  =13,5V, r =1Ω; các điện trở R =1 3Ω; R3 =R4 = Ω Bình điện phân đựng dung dịch 4 CuSO , anốt 4

bằng đồng, có điện trở R =2 4Ω Hãy tính

a Điện trở tương đương R MN của mạch ngoài, cường độ dòng điện qua nguồn, qua bình điện phân

D

1

R

•

A

b

R

2

R

3

R

B

M

N

p

R

1

R

3

R

2

R

, r



1

R M

2

R

3

R

3

R

N

4

R

, r



Trang 9

9

b Khối lượng đồng thoát ra ở catốt sau thời gian t = phút 13 giây Cho khối lượng nguyên tử của 3 A =64

và n = 2

c Công suất của nguồn và công suất tiêu thụ ở mạch ngoài

Câu 16: Cho mạch điện như hình vẽ:

Biết  = V, 9 r =0, 5, bình điện phân dung dịch CuSO với dương cực bằng đồng Đ là đèn 6 V – 9 W, 4

b

R là biến trở

a C ở vị trí R = b 12 thì đèn sáng bình thường Tính khối lượng đồng bám vào catot bình điện phân trong

1 phút, công suất tiêu thụ ở mạch ngoài và công suất của nguồn

b Từ vị trí trên của con chạy C , nếu di chuyển C sang trái thì độ sáng của đèn và lượng đồng bám vào catot

trong 1 phút thay đổi như thế nào?

Câu 17: Cho điện như hình vẽ

Trong đó bộ nguồn có n pin mắc nối tiếp, mỗi pin có suất điện động 1,5 V và điện trở trong 0,5  Mạch ngoài gồm các điện trở R =1 20; R =2 9; R =3 2; đèn Đ loại 3 V – 3 W; R là bình điện phân đựng dung p

dịch AgNO , có cực dương bằng bạc Điện trở của ampe kế và dây nối không đáng kể; điện trở của vôn kế 3

rất lớn Biết ampe kế A chỉ 0,6 A, ampe kế 1 A chỉ 0,4 A Tính 2

a Cường độ dòng điện qua bình điện phân và điện trở của bình điện phân

b Số pin và công suất của bộ nguồn

c Số chỉ của vôn kế

d Khối lượng bạc giải phóng ở catôt sau 32 phút 10 giây

e Đèn D có sáng bình thường không? Tại sao?

p

R

3

R D

, r



b

R

C

D

1

R A

b

R

2

R

3

R

B

2

A

1

A V

•

C

Trang 10

10

Bộ nguồn gồm 12 pin giống nhau mắc thành hai dãy, mỗi dãy gồm 6 pin mắc nối tiếp Mỗi pin có suất điện động  =4,5V, điện trở trong r =0, 01Ω Đèn D có ghi 12 V – 6 W Bình điện phân đựng dung dịch AgNO3

có anốt bằng bạc và điện trở R = Ω Điện trở của vôn kế vô cùng lớn và của các dây nối không đáng kể p 1 Điều chỉnh biến trở R cho vôn kế chỉ 12 V Hãy tính: x

a Cường độ dòng điện qua đèn và qua bình điện phân

b Khối lượng bạc giải phóng ở catốt trong 16 phút 5 giây, biết A Ag =108, hóa trị n = 1

c Giá trị R tham gia vào mạch điện x

Trong đó  =13,5V, r =1, R =1 3, R2 =R3 = , 4 R là bình điện phân đựng dung dịch p CuSO với cực 4

dương bằng đồng Điện trở của ampe kế và của dây nối không đáng kể Sau 16 phút 5 giây điện phân, khối lượng đồng được giải phóng ở catôt là 0,48 g Biết đồng có khối lượng mol nguyên tử là A =64 g/mol và có hoá trị n = Tính: 2

a Cường độ dòng điện qua bình điện phân

b Điện trở của bình điện phân

c Số chỉ của ampe kế

d Công suất tiêu thụ ở mạch ngoài

A

D

R B

•

,



A

p

R

A D

1

R

1, r1



3

R

3

R A

2

R

C

A

C

3

R

p

M

1

R

1, r1

t

R

Định dạng
Số trang	11
Dung lượng	525,39 KB