sự vận chuyển điện tích

 Những dung dịch điện ly, chất điện ly nóng chảy, các khí ion hóa. Dẫn điện do sự chuyển vận của các ion.. Khi cho cùng một điện lượng đi qua các dung dịch điện ly khác nhau thì lượng

SỰ VẬN CHUYỂN ĐiỆN TÍCH

5.1 Khái niệm cơ bản 5.2 Độ dẫn điện 5.3 Phương pháp đo độ dẫn điện và ứng dụng 5.4 Linh độ ion và linh độ ion H+ - OH-

5.5 Quan hệ độ dẫn điện – tốc độ chuyển vận 5.6 Số chuyển vận của các ion

5.7 Định luật giới hạn Debye – Huckel

Vật thể cùng loại

Ion – ion

Điện tử - điện tử

Thay đổi thành phần hóa học

Khi dẫn điện, tại bề mặt tiếp xúc

Vật thể khác loại

Ion – điện tử

Điện tử - ion

 Những dung dịch điện ly, chất điện ly nóng chảy, các khí ion hóa.

 Dẫn điện do sự chuyển vận của các ion

5.1.2 Phân loại dây dẫn

Dựa vào bản chất dẫn điện, FARADAY chia thành 2 loại

 Những dây làm bằng kim loại (đồng, bạc, nhôm…) hay

bán dẫn

 Dẫn điện do sự dịch chuyển của các điện tử (electron) và

lỗ trống

 Cực âm (catod)

+ Electron chuyển từ điện cực (nối cực ÂM nguồn điện) đến

ion (trong dung dịch)

Zn = Zn2+ + 2e

Lượng chất thoát ra hay bám lên bề mặt điện cực khi điện phân, tỷ lệ

thuận với điện lượng đi qua dung dịch đó.

5.1.4 Định luật Faraday

Định luật Faraday 1

5.1.4 Định luật Faraday

Nếu q = I.t = 1 thì m = k0x1 = ko Nên ko là lượng chất bị chuyển hóa khi cho một đơn vị điện lượng đi qua chất điện ly.

Định luật Faraday 1

Khi cho cùng một điện lượng đi qua các dung dịch điện ly khác nhau thì lượng chất thoát ra hay bám lên trên bề mặt điện cực đó tỷ lệ với đương

lượng điện hóa của nó.

Định luật Faraday 2

Định luật Faraday 2

Nếu lấy đương lượng gam (Đ) chia cho ko ta được hằng số Faraday

Định luật Faraday 2

5.1.4 Định luật Faraday

k0 = Đ/F

Vậy để chuyển hóa một đlg của một chất bất kỳ bằng phương pháp điện hóa

đều cần cùng một điện lượng, đó là số FARADAY.

Một số công thức điện học

I = E/R Định luật Ohm:

P = E.I Công suất (W)

Q = P.t = E.I.t = I2.R.t

1C (culong) = 1 ampe.giây 1F = 26,8 ampe.giờ = 96484,520 C ≈ 96500 C 1watt.giây = 1Von.1Ampe.1giây = 1 Jun

1kW.giờ = 3.600.000 J

5.1.4 Định luật Faraday

Một số chuyển đổi đơn vị

So sánh khối lượng của Ag, Cu, H2 thu được ở catod khi cho cùng một điện lượng q cua 3 dung dịch điện ly: AgNO3, CuSO4 và H2SO4?

Bài tập 1

1. Cho điện lượng 1 Faraday qua dung dịch CuSO4 sẽ thu được bao nhiêu gam Cu và oxy?

2. Cho điện lượng 1 Faraday qua dung dịch H2SO4 sẽ cho ra bao nhiêu gam hydro và oxy?

3. Cho điện lượng 1 Faraday qua dung dịch AgNO3 sẽ thu được Ag và oxy?

Bài tập 2

5.1.4 Định luật Faraday

Cho dòng điện 12V không đổi qua bình điện phân điện cực Pt chứa dung dịch H2SO4 loãng trong 1 giờ có 448

Độ dẫn điện riêng χ ( Ω -1.cm-1)

5.2.2 Độ dẫn điện riêng χ

Độ dẫn điện riêng χ ( Ω -1.cm-1)

Là độ dẫn điện của một dung dịch có thể tích1cm3 được đặt giữa hai điện cực phẳng song song có diện tích như nhau (cm2) và cách 1 cm

1

χ =

ρ R

; R

= χ

Ghi chú

5.2.2 Độ dẫn điện riêng χ

 Độ dẫn điện của chất điện ly nhỏ hơn rất nhiều (hàng trăm, hàng ngàn) lần so với kim loại.

 Độ dẫn điện của chất điện ly lớn hơn rất nhiều với chất không dẫn điện

 Độ dẫn điện phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ

Độ dẫn điện phụ thuộc vào nồng độ

Ý nghĩa: trong thực tế chọn chất điện

ly và nồng độ để có độ dẫn điện cao

nhất cho phép tiết kiệm năng lượng.

Độ dẫn điện phụ thuộc nhiệt độ

Điện trở của dung dịch KCl 0,01N ở 25oC trong một bình đo độ dẫn điện đo được là 450Ω Biết độ dẫn điện riêng của dung dịch KCl là 0,002768Ω-1.cm-1 Dùng bình này đo độ dẫn điện của dung dịch CaCl2 chứa 0,555g CaCl2 trong 1 lít thông qua đo điện trở có giá trị là 1050Ω.

a. Xác định k?

b. Xác định độ dẫn điện riêng của dung dịch CaCl2?

Bài tập 4

Độ dẫn điện đương lượng λ (cm2/đlg. Ω )

5.2.3 Độ dẫn điện đương lượng λ

Là độ dẫn điện của một thể tích tính theo cm3 chứa đúng một đương lượng gam chất điện ly nằm giữa hai điện cực phẳng song song cách nhau 1cm.

Độ dẫn điện đương lượng λ

(cm2/đlg. Ω )

λ =

Hỗn hợp hai muối nóng chảy KCl và NaCl ở 8000C và có phân mol NaCl là 0,56; có độ dẫn điện riêng bằng 2,862 Ω -1.cm-1 Khối lượng riêng của dung dịch muối nóng chảy trên ở 8000C bằng 1,484 g/cm3 Xác định độ dẫn điện đương lượng của dung dịch?

Bài tập 5

Sự phụ thuộc λ

vào nồng độ

5.2.3 Độ dẫn điện đương lượng λ

Sự phụ

thuộc λ

vào nồng

độ

Nhận xét

5.2.3 Độ dẫn điện đương lượng λ

1 Khi nồng độ tăng thì λ giảm lúc đầu nhanh sau chậm;

2 Đối với chất điện ly mạnh, λ giảm theo quy luật tuyến tính và chậm với Điều này thích hợp phương trình Koklrausch.

λ∞ : độ dẫn điện đương lượng giới hạn (dung dịch vô cùng loãng)

Đối với chất điện ly mạnh, thích hợp PT thực nghiệm Kohlrausch:

Trong đó:

Định luật thứ nhất Kohlrausch

C A

λ

-λ = ∞

5.2.3 Độ dẫn điện đương lượng λ

Đồng thời, Người ta sử dụng hệ thống này đo độ dẫn điện 50ml dung dịch KCl 0,01N thu được giá trị 1245µS, biết

độ dẫn điện riêng của dung dịch này ở 25oC là 1,413.10-3 Ω-1.cm-1 Xác định λ∞ của dung dịch HCl?

Đối với chất điện ly yếu, độ điện ly được tính theo công thức độ dẫn điện đương lượng:

∞

=

λ λ α

Đối với chất điện ly yếu, 1 – 1 :

K

1

2

λ

λ.C λ

5.2.4 Quan hệ giữa λ - C và PT Kohlrausch

5.3.1 Phương pháp đo độ dẫn điện

Rc = 1/ν.C

Người ta sử dụng các bình đo đo dẫn điện, thay vì đo và S của điện cực bình thì người ta đo k = /S thông qua việc

đo điện trở của chất đã biết chính xác độ dẫn điện riêng Sau đó, tính χ như sau:

.

= χ

 Trong điện phân, tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng sản phẩm.

 Hàm lượng muối trong các dung dịch.

 Xác định bậc axít

 Xác định độ hòa tan

 Phép định phân điện dẫn trong phân tích.

5.3.2 Ứng dụng pháp đo độ dẫn

5.3.2 Ứng dụng pháp đo độ dẫn

Phép định phân điện dẫn

 Linh độ ion chính là tốc độ tuyệt đối của các ion, đơn vị cm2/von.giây .

 Gọi: υ +, υ - là tốc độ chuyển động các ion

υ o+, υ o- là tốc độ tuyệt đối các ion

Ta có:

: Cường độ điện trường

 Linh độ của các ion trong dung dịch nước thường có cùng độ lớn khoảng 6.10-4 cm2/V.s

 Riêng linh độ của H+ và OH- rất lớn:

+ H+: 36,3.10-4 cm2/V.s

+ OH-: 20,5.10-4 cm2/V.s

5.4.2 Linh độ ion của các ion H+ và

OH-Nguyên nhân

 Tiết diện ống hình trụ: S (cm2)

 Khoảng cách hai điện cực: 1(cm)

 Hiệu điện thế hai điện cực: E (vôn)Khảo sát bình điện phân ống hình trụ, trong đó:

Gọi:

 υ+, υ- là tốc độ chuyển động các ion, cm/giây

5.5.1 Bài toán

Đối với chất điện ly mạnh (α = 1)

Với chất điện ly yếu khi dung dịch vô cùng loãng:

Đối với chất điện ly yếu:

Định luật thứ haiKohlrausch

∞

λ

λ

= α

∞

−

∞ +

∞ = λ + λ λ

− + + λ λ

= λ

Quan hệ giữa λ - C

Chất điện ly mạnh (PT thực nghiệm Kohlrausch):

Chất điện ly yếu, phương trình nghiệm đúng:

C A

λ

-λ = ∞

c

K

1

2

λ

λ.C λ

Biết độ dẫn điện giới hạn của dung dịch HCl, CH3COONa và NaCl lần lượt là 426,1; 91 và 126,5 cm

2.Ω-1.đlg-1 Xác định độ dẫn điện đương lượng giới hạn của dung dịch CH3COOH ở 250C ?

Bài tập 8

Độ dẫn điện riêng của dung dịch AgCl bão hòa ở 25oC bằng 3,14.10-6Ω-1.cm-1; độ dẫn điện riêng của nước cũng ở nhiệt độ trên là 1,60.10-6Ω-1.cm-1 Biết độ dẫn điện giới hạn của Ag+ và Cl- là 61,92 và 76,34 cm2/Ω.đlg Xác định

độ hoà tan và tích số tan của AgCl ở 250C?

Bài tập 9

5.5.2 Công thức quan hệ

Dung dịch CH3COOH có nồng độ 0,05N và độ dẫn điệng riêng bằng 3,24.10-4 Ω-1.cm-1 Dung dịch CH3COONa nồng độ 0,0001N có độ dẫn điện riêng bằng 7,75.10-6 Ω-1.cm-1 Linh độ ion của H+ và Na+ bằng 314,9 và 43,5 Ω-1.đlg-1.cm2 Xác định hằng số phân ly của CH3COOH?

Bài tập 10

Ở 298K, độ dẫn điện riêng của dung dịch AgCl bão hòa trong nước bằng 2,68.10-6Ω-1.cm-1, của nước nguyên chất bằng 0,86.10-6 Độ dẫn điện đương lượng giới hạn của các dung dịch AgNO3, HCl và HNO3 bằng 133;

426 và 421 Ω-1.đlg-1.cm2 Tính độ tan của AgCl trong nước ở nhiệt độ trên?

Bài tập 11

5.5.2 Công thức quan hệ

Là tỷ số giữa điện lượng mang bởi một loại ion nào đó qua tiết diện của chất điện ly

và tổng điện lượng đi qua tiết diện dung dịch điện ly đó

Số chuyển vận các ion ( số tải )

q

5.6.2 Công thức tính toán

Trong dung dịch chứa hai loại ion gồm cation và anion thì:

− +

+

− +

+

− +

+

− +

+

λ v

v

v v

v

v q

q

q t

o o

o

− +

−

− +

−

− +

−

− +

−

λ v

v

v v

v

v q

q

q t

o o

o

Ở 250C, độ dẫn điện riêng của MgCl2 bằng 0,002412 Ω-1.cm-1 Số tải của ion Mg2+ trong dung dịch này bằng 0,345 Tính tốc độ tuyệt đối của ion Mg2+ và Cl- trong dung dịch MgCl2 0,01N?

Bài tập 12

5.6.3 Phương pháp Hittorf xác định số chuyển vận

Ta được:

5 λ

λ v

Mô hình phương pháp Hittorf

Tính toán theo phương pháp Hittorf

c a

a c

a

a o

o

o

m m

m n

n

n λ

λ

λ v

v

v t

∆ +

∆

∆

=

∆ +

∆

∆

= +

= +

=

− +

+

− +

+ +

Số vận chuyển của các ion được xác định theo quan hệ sau:

c c

v t

∆ +

∆

∆

=

∆ +

∆

∆

= +

= +

−

Để xác định số tải người ta tiến hành điện phân dung dịch Cu(NO3)2 với anot bằng Ag và catot bằng Cu Sau một thời gian điện phân người ta thấy dung dịch khu anot chứa 0,02 mol AgNO3 còn dung dịch khu catot lại mất 0,006 mol Cu(NO3)2.

Bài tập 13

5.6.3 Phương pháp Hittorf xác định số chuyển vận

Bài tập 13

Khu anot:

Nhận được t(NO3-) đương lượng NO3- chuyển tới; song lại mất đi t+ đương lượng Cu2+ chuyển khỏi anod Tổng cộng tại khu này có thêm (t+ + t– = 1) đương lượng AgNO3 và mất đi t+ đương lượng Cu(NO3)2 Do đó, số đương lượng bằng 0,02 mol (vậy ∆na + ∆nc = 0,02)

0 n

∆

 MA – chất điện ly cần nghiên cứu

 M’A – chất điện ly chỉ thị

 Mz+ tốc độ chuyển vận lớn hơn M’Z+

 Dung dịch không màu đo sự di chuyển bằng chỉ số khúc xạ

5.6.4 Phương pháp ranh giới di động

Tính toán theo phương pháp ranh giới di động

q

C F S

Sự di động của ranh giới dung dịch thallium clorua (TlCl3) bằng 0,0498N và dung dịch KCl quét qua thể tích 1,023 cm3 trong 3678 giây, dòng điện qua là 4,573mA Hãy tính số chuyển vận của ion Tl3+?

Bài tập 14

Để xác định số tải ion K+ người ta sử dụng phương pháp ranh giới di động giữa hai dung dịch KCl 0,1M và LiCl 0,065M trong đó dung dịch LiCl được dùng làm chất chỉ thị Cho biết cường độ dòng bằng 5,893mA; tiết diện ngang của ống đo là 11,42mm2; tốc độ di động của ranh giới là 0,0263 mm/giây và độ dẫn điện riêng 2,346 Ω-1.cm-1 Xác định số tải của K+ và linh độ của ion K+?

Bài tập 15

5.6.4 Phương pháp ranh giới di động

Định luật giới hạn Debye - Huckel

Định luật giới hạn Debye – Huckel về hệ số hoạt độ ( hay phương trình gần đúng bậc nhất ):

Phương trình giới hạn của hệ số hoạt độ trung bình có dạng:

c

I

l g γ i = − A Z i 2

5.7.1 Phương trình gần đúng bậc nhất

Định luật giới hạn Debye - Huckel

c

I

l g γ i = − A Z 2 i

Nếu dùng nồng độ molan, khi dung dịch loãng Ci = mi.ρo

c

I

l g γ ± = − A Z + Z −

m

I

l g γ i = − A ' Z i 2

m

I

l g γ ± = − A ' Z + Z −

o

ρ A '

A =

Định luật giới hạn Debye - Huckel

Khi nồng độ dung dịch lớn hơn, vượt quá nồng độ giới hạn của định luật giới hạn ( Pt gần đúng bậc hai ):

a – đường kính hữu hiệu trung bình ion

C

C

I B.

1

I

l

a

Z A γ

I

l

a

Z Z A γ

Định luật giới hạn Debye - Huckel

Ở 250C, sự gần đúng bậc hai có dạng

I B.

1

I

l

a

Z A

I

l

a

Z Z A

l g γ = − A Z 2 l g γ = − A Z Z I

5.7.2 Phương trình gần đúng bậc hai

∞

ε - độ thẩm điện môi; η - độ nhớt; c – nồng độ

Xác định hệ số hoạt độ trung bình ion của FeCl3 khi dung dịch chứa 0,001 mol FeCl3 và 0,005 mol H2SO4 trong 1000g nước biết A = 0,509?

Bài tập 16

5.7.4 Bài tập

Tính hệ số hoạt độ của các ion Na+, La3+, Cl- và NO3- trong dung dịch nước ở 298K biết rằng nồng độ NaCl

là 0,002M và La(NO3)3 là 0,001M?

Bài tập 17

Tính hệ số hoạt độ trung bình của các dung dịch chứa chất điện ly riêng biệt và hỗn hợp các muối: MgSO4 0,005mol; LaCl3 0,0010 mol và Na2SO4 0,020 mol?

Bài tập 18

5.7.4 Bài tập

Hằng số phân ly nhiệt động của axít α-clopicric (HA) ở 298K bằng 1,47.10-3 Tính độ phân ly của axít này trong dung dịch có nồng độ 0,01M trong dung dịch lý tưởng và trong sự gần đúng bậc nhất? Xem hệ số hoạt độ của axít này bằng 1 (γHA = 1).

Bài tập 19