Sách Giáo Khoa Vật Lý 11

14. dòng điện trong chất điện phân14. dòng điện trong chất điện phân14. dòng điện trong chất điện phân

14. dòng điện trong chất điện phân14. dòng điện trong chất điện phân14. dòng điện trong chất điện phân
14. dòng điện trong chất điện phân

Bài 14. dòng điện trong chất điện phân –

những năm gần đây, nhôm ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như công nghiệp điện, điện tử, công nghiệp hàng không, công nghiệp xây dựng, công nghiệp chế tạo đồ gia dụng,… để sản xuất nhôm cần có nguồn điện năng dồi dào. quy trình luyện nhôm dựatrên hiện tượng nào mà đòi hỏi nhiều điện như vậy ?1 – thuyêtđiên licho nước tinh khiết (nước cất hai lần) vào một cốc có hai điện cực bằng kim loại rồi nối với một bộ pin, ta thấy dòng điện chạy qua rất nhỏ (hình 14.1a). điều đó chứng tỏ trong nước tinh khiết có rất ít hạt tải điện. cho thêm vào trong nước một lượng nhỏ axit, hoặc bazơ, hoặc muối thì dòng điện tăng mạnh (hình 14.1b), chứng tỏ mật độ hạt tải điện trong đó tăng lên. sự tăng số hạt tải điện trong các dung dịch như thế có thể giải thích dựa trên một lí thuyết gọi là thuyết điện li:trong dung dịch, các hợp chát hoá học như axit, bazơ và muối bị phản li (một phản hoặc foàn bộ) thành các nguyên tử (hoặc nhóm nguyên tử) tích điện gọi là ion (hình 142): ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạf fải điện. • axit phân li thành ion âm (gốc axit) và ion dương h”.• bazơ phân li thành ion âm (oh) và ion dương (kim loại)”. – muối phân li thành ion âm (gốc axit) và ion dương (kim loại)”. – một số bazơ như nước amôniac (nh4)oh hoặc muối như phân đạm amôni clorua (nh2)cl không chứa ion kim loại. trong dung dịch, chúng cũng bị phân li thành các ion (oh), ci và (nh4)”.i>ob) hình 14,7 khi trong cốc là mu0c tinh khiết dòng điện rất nhỏ. cho thêm axit vao nuoc, dòng diện tăng mạnh.● “. 8 ܗܵ on * * * * * . ܘ ܕܟ݂ پل کی جو ” || 3 جو *”er‘ – lon“ *. * 4 : 2 cd — phân tử nước phân tử chất tanmô hình dung dịch điện phân79 hình 14,3khi dòng diện chạy qua binh diện phân, ionam (anion) di véphia anôt, ondu ong [cation) di vế phía catotmỗi ion mang một số nguyên điện tích nguyên tố. khi ion là một nguyên tử tích điện, số điện tích nguyên tố của ion là hoá trị của nguyên tố ấy. các ion dương và âm vốn đã tồn tại sẵn trong các phân tử axit, bazơ và muối. chúng liên kết chặt với nhau bằng lực hút cu-lông. khi tan vào nước hoặc một dung môi khác, lực hút cu-lông yếu đi, liên kết trở nên lỏng leo. một số phân tử bị chuyển động nhiệt tách thành các ion tự do. chuyển động nhiệt mạnh trong các muối hoặc bazơ nóng chảy cũng làm các phân tử chất này phân li thành các ion tự do như các dung dịch. ta gọi chung những dung dịch và chất nóng chảy như trên là chất điện phản.|-bản chất dông điên trong chất điên phân lấy một bình đựng chất điện phân (ví dụ dung dịch cuso4) và cắm vào đó hai điện cực dẫn điện (ví dụ bằng kim loại đồng) như hình 14.3. ta được một bình điện phân. nối hai điện cực với một nguồn điện (ví dụ pin hoặc acquy) qua một điện trở bảo vệ và mộtampe kế, điện cực nối với cực dương của nguồn điện gọi là anôt, điện cực kia gọi là catôt. trong mạch có dòng điện chạy qua. dòng điện trong lòng chát điện phản là dòng ion dương và ion ám chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau. lon dương chạy về phía catôt nên gọi là cation. lon âm chạy về phía anôt nên gọi là anion.mật độ các ion trong chất điện phân thường nhỏ hơn mật độ êlectron tự do trong kim loại. khối lượng và kích thước của ion lớn hơn khối lượng và kích thước của electron nên tốc độ của chuyển động có hướng của chúng nhỏ hơn. môi trường dung dịch lại rất mất trật tự nên cản trở mạnh chuyển động của các ion. vì thế, chất điện phản không dẫn điện tốt bằng kim loại. 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. tuỳ bản chất hoá học của chất làm điện cực, mà quá trình trao đổi điện tích giữa ion và điện cực sẽ kèm theo những phản ứng hoá học phụ, làm cho hiện tượng điện phân trở nên phức tạp thêm.iii – các hiên tượng diên ra ở điên cực. hiên tượng dương cực tan ta xét chi tiết những gì xảy ra ở điện cực của bình điện phân đã vẽ trên hình 14.4. bình điện phân này thuộc loại đơn giản nhất, vì chất tan là muối của kim loại dùng làm điện cực (trường hợp này là đồng). khi có dòng điện chạy qua, cation cuo” chạy về catôt, và nhận electron từ nguồn điện đi tới. ta có: cut +2e – cu đồng hình thành ở catôt sẽ bám vào cực này. ở anôt, electron bị kéo về cực dương của nguồn điện, tạo điều kiện hình thành ion cuo” trên bề mặt tiếp xúc với dung dịch : cu – cult 4-2e. khi anion (so4)° chạy về anôt, nó kéo ion cu”” vào dung dịch. như vậy, đồng ở anôt sẽ tan dần vào trong dung dịch. đó là hiện tượng dương cực fan.các hiện tượng diễn ra ở anôt và catôt trong bìnhđiện phân này là cùng một phản ứng cân bằngnhưng xảy ra theo hai chiều ngược nhau : cu + 2e = cunếu phản ứng diễn ra theo chiều này thu năng lượng, thì phản ứng diễn ra theo chiều ngược lại toả năng lượng, nên tổng cộng lại điện năng không bị tiêu hao trong các quá trình phân tích các chất mà chỉ bị tiêu hao vì toả nhiệt. bình điện phân không khác gì một điện trở.để nhận biết môi trường dẫn điện có phải là chất điện phân hay không, ta có thể làm cách nào ?a. khình 14,4 bình diện phân dung dịch cuso. với diện cực bằng đông. khi có dòng diện chạy qua, nguyên tử đồng ở anôt biến thành ion cu” và tan vào dung dịch. ion cuo” ở gần catôt nhận êlectron của catôt biến thành nguyên tử đông và bám vào cực nay.hình 14.5bình điện phân dung dịch hso. với điện cực băng graphit. lúc đầu, trong hai ống nghiệm úp ngược chứa đầy dung dịch h2so4. khi có dòng diện chạy qua, ở anôt có 0, bay lên, còn ở calô! c0 hz bay lên, đẩy cột dung dịch tul xuծոց,tình hình sẽ khác hẳn khi ta xét dòng điện qua một bình điện phân được vẽ trên hình 14.5. chất điện phân là dung dịch h2so4 và các điện cực làm bằng graphit (hoặc inôc). phân tử h2so4 bị phân li thành ion h” và ion (so4)°”. graphit (cacbon) dẫn điện nhưng không tạo thành ion có thể tan vào dung dịch khi điện phân, nên các phản ứng ở điện cực phức tạp hơn.khi có điện trường trong bình điện phân, ion h” bị đẩy về phía catôt, còn ion (so4)” bị đẩy về phía anôt, gây ra mất cân bằng về nồng độ các ion ở gần điện cực.quanh catôt, các ion h” sẽ nhận electron ở catôt theo phản ứng:4h +4e – 2hvà hiđrô bay ra ở catôt.quanh anôt, nước phân li thành h” và (oh) . các ion (oh) sẽ nhường electron cho anôt theo phản ứng:4(oh) – 2h2o+of +4evà ôxi bay ra ở anôt. các ion (so’ không trao đổi điện tích với điện cực.kết quả là chỉ có nước bị phân tách thành hiđrô và ôxi. hiđrô bay ra ở catôt, còn ôxi bay ra ở anôt.năng lượng w dùng để thực hiện việc phân tách lấy từ năng lượng của dòng điện, nên nó tỉ lệ với điện lượng chạy qua bình điện phân. tà có thể viết: w = {jr, trong đó gọi là suất phản điện của bình điện phân. giá trị của nó phụ thuộc vào bản chất của điện cực và chất điện phân, và được đo bằng vôn. trong bình điện phân dương cực tan thì suất phản điện bằng 0.|v-các đinh luât 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 đến điện cực: – tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình điện phân; – tỉ lệ thuận với khối 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). fa-ra-đây đã tổng quát hoá các nhận xét trên, và mở rộng cho cả trường hợp các chất được giải phóng ở điện cực là do các phản ứng phụ sinh ra, thành hai định luật fa-ra-đây. • định luật fa-ra-đây thứ nhất khối lượng vật cháf được giải phóng ở điện cực của bình điện phản tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó, m = kg (14.1) trong đó k gọi là đương lượng điện hoá của chất được giải phóng ở điện cực. • định luật fa-ra-day thứ hai đương lượng điện hoá k của một nguyên tới tỉ lệ với đương lượng ga/71 n cuia nguyên tó dó. he só ti le là f. [rong đó f goi la so fa-ra-day,(14.2)- 부. *=荒thí nghiệm cho thấy, nếu 1 tính bằng ampe, ftính bằng giây thì: f = 96494 c/mol (tính toán ta thường lấy chẳn là 96.500 c/mol). ন: kết hợp hai định luật fa-ra-đây, ta được công thức fa-ra-đây:- 1. a m= /: (14.3)l.a.۔۔۔۔۔۔ 4ےl- جو 42یر 2 گھر {a}, kằr. m là khốiv – ứng dụng của hiên tượng điên phânhiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống như luyện nhôm, tỉnh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện,… dưới đây, ta chỉ nói qua về công nghệ luyện nhôm và mạ điện.các định luật fa-ra-đây có thể áp dụng cả với các chất được giải phóng ở điện cực nhờ phản ứng phụ ?o có thể tính số nguyên tử trong một mol kim loại từ số fa-ra-đây được không ?83tại sao khi mạ điện, muốn lớp mạ đều, ta phải quay vật cần mạ trong lúc điện phân ?1. luyện nhôm công nghệ luyện nhôm chủ yếu dựa vào hiện tượng điện phân quặng nhôm nóng chảy. quặng nhôm phổ biến là bôxit giàu nhôm ôxit al2o3. nhiệt độ nóng chảy của al2o3 rất cao, ta=2050°c. người ta pha thêm vào quặng nhôm một lượng quặng cryôlit. na3alf6 để hạ nhiệt độ nóng chảy xuống còn khoảng 950°c. bể điện phân có điện cực bằng than, dòng điện chạy qua khoảng 10*a. năng lượng điện toả ra trong bể điện phân giữ cho hỗn hợp quặng luôn luôn nóng chảy. công nghệ luyện nhôm tiêu thụ một điện năng lớn nên giá thành của nhôm cao, vào khoảng 2 đôla một kilôgam.2. mạ điện để tăng vẻ đẹp và chống gỉ cho các đồ dùng thường ngày bằng kim loại, người ta thường mạ lên chúng một lớp kim loại trơ. đối với các vật dụng lớn bằng thép thì thường mạ niken, còn với đồ mĩ nghệ thì mạ bạc, vàng. công nghệ mạ thường dùng là công nghệ điện phân. bể điện phân lúc này gọi là bể mạ 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 (nếu mạ niken ta dùng niso, tan trong nước, còn nếu mạ bạc thì dùng muối agno2) trong đó có thêm một số chất phụ gia để làm cho lớp mạ bám vào bề mặt được chắc, bền và bóng đẹp. dòng điện qua bể mạ được chọn một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng của lớp mạ. khi mạ các vật dụng phức tạp, người ta còn phải quay vật trong lúc mạ để lớp mạ được đều.trong dung dịch, các axit, bazơ và muối bị phân li thành ion (thuyết điện lị): anionion h” hoặc một số nhóm nguyên tử khác.| cực vào trong dung dịch.l. : “) — –ܗܳܝ ܢܚܬܐ ܢܝ ܐ ܠ ܐ ܦܝ ܦ ܒ ܚܬܐ – a ܚܙܝ ܬܢܔܝܓܬܐ ܓܘ ܓܠܐ- ܗܘ ܤܼܿ ܓܬܐ ܝܵܐ :ܝ : ܓܠܐܝܠܐ- 96.500 in ܒ ܢܝt, i tính bằng ampe,han á rháir ina eiliarcâu hởi va bai tâp2.2.3.4.6.7.. nội dung của thuyết điện lị là gì ? anionthương là phần nào của phân tử ? dông điện trong chất điện phân khác dòng điện trong kim loại như thế nào ? hãy nói rõ hạt tải điện nào mang dông điện trên các phần khác nhau của mạch điện có chứa bình điện phân: a) dây dẫn và điện cực kim loại b) ở sát bề mặthai điện cực. c) ở trong lòng chất điện phân. chất điện phân thường dẫn điện tốt hơn hay kém hơn kim loại ? tại sao ? 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 ? phát biểu định luật fa-ra-đây, viết công thức fa-ra-đây và đơn vị dùng trong công thức này. khi điện phân dung dịch hso. với điện cực bằng graphit, ta thu được khí ôxi bay ra ở anôt có thể dùng công thức fa-ra-đây để tính khối lượng ôxi bay ra được không ?yở Bài tập 8 và 9 sau đây, phát biểu nào là chính xá0 ?8.9dông 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 trưởng trong dung dịch. d. các ion dương và ion âm theo chiều điện trưởng trong dung dịch.. kết quả. cuối cùng của quá trình điện phândung dịch cuso4 với điện cực bằng đồng là a, không có thay đổi gì ở bình diện phân. b. anôt bị ăn mòn.c. đồng bám vào catôt. d, đồng chạy từ anôt sang catôt.10”. tốc độ chuyển động có hướng của ion na”1 1và ci trong nước có thể tính theo công thức: v = ue, trong đó e là cường độ điện trường, u có giá trị lần lượt là 45.10–3 mo (vs) và 6.8.10–3 mo (vs). 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.. người ta muốnbóc mộtlớp đồng dày d=10umtrên một bản đồng diện tích s = 1 cmo bằng phương pháp điện phân. cường độ dòng điện là 0.010 a. tính thời gian cần thiết để bóc được lớp đồng. cho biết đồng có khối lượng riêng là p = 8900 kg/m3.85

 

Bài giải này có hữu ích với bạn không?

Bấm vào một ngôi sao để đánh giá!

Đánh giá trung bình 4 / 5. Số lượt đánh giá: 971

Chưa có ai đánh giá! Hãy là người đầu tiên đánh giá bài này.

--Chọn Bài--

Tài liệu trên trang là MIỄN PHÍ, các bạn vui lòng KHÔNG trả phí dưới BẤT KỲ hình thức nào!

Print Friendly, PDF & Email