ĐIỆN PHÂN
1.Khái niệm
- Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li - Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của điện trường các cation chạy về cực âm [catot] còn các anion chạy về điện cực dương [anot], tại đó xảy ra phản ứng trên các điện cực [sự phóng điện]
- Tại catot xảy ra quá trình khử cation [Mn+ + ne → M] còn tại anot xảy ra quá trình oxi hóa anion [Xn- → X + ne]
2.Sư điện phân các chất điện li
a. Điện phân nóng chảy
- Chỉ dùng điều chế các kim loại nhóm IA, IIA và Al.
+Đối với kim loại kiềm, kiềm thổ thì điện phân muối halogen hoặc hidroxit của chúng.
+Đối với nhôm thì điện phân nhôm oxit.
b. Điện phân dung dịch
- Catot [-]: chứa các cation và nước. Tại đây xấy ra quá trình khử; các ion có tính oxi hóa mạnh sẽ bị điện phân trước.
- Anot [+]: chứa các anion và nước. Tại đây xẩy ra quá trình oxi hóa, các ion có tính khử mạnh sẽ bị điện phân trước.
- Các ion như : Li+, Na+, K+, Ca2+, Ba2+, SO42-, NO3- sẽ không tham gia vào quá trình điện phân.
3.Định luật Faraday
-Khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỉ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và đương lượng của chất
\[m=\dfrac{AIt}{nF}\]
Trong đó
: + m: khối lượng chất giải phóng ở điện cực [gam] + A: khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực + n: số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận + I: cường độ dòng điện [A] + t: thời gian điện phân [s]
+ F: hằng số Faraday F= 96500 C.mol-1
4.Ví dụ
Bài 1: Điện phân nóng chảy m gam NaCl, đến khi kết thúc quá trình điện phân thì ở anot thu được 2,24 lít khí [đktc]. Xác định giá trị của m
A.11,7 gam B.5,85gam C.23,4gam D.8,775gam
Hướng dẫn giải:
Sơ đồ điện phân nóng chảy NaCl
| Anot [+] | Catot [-] |
| 2Cl- → Cl2 + 2e 0,2 0,1 | 2| Na+ + e → Na |
ð mNaCl = 0,2*58,5= 11,7 gam
Bài 2: Điện phân dung dịch CuSO4 với cường độ dòng điện I=3,574 A trong thời gian t=5400s. Hãy tính thể tích khí thu được ở catot.
A.1,12 lít B.2,24 lít C.3,36 lít D.4,48 lít
Hướng dẫn giải:
Sơ đồ biểu diễn quá trình điện phân dung dịch CuSO4
| Anot [+] | Catot [-] |
| SO42-, H2O | Cu2+, H2O |
| 2H2O → 4H+ + O2↑ + 4e 0,05 0,2 | Cu2+ +2e → Cu 0,2 0,1 |
Áp dụng đinh luật Faraday
mCu = AIt/nF = 64*3,574*5400/2*96500=6,4 gam
nCu = 0,1 mol
ð VO2=0,05*22,4= 1,12 lít
- Luyện 100 đề thi thử 2021. Đăng ký ngay!
Với loạt bài Công thức định luật Faraday Vật Lí lớp 11 sẽ giúp học sinh nắm vững công thức, từ đó có kế hoạch ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí 11.
Bài viết Công thức định luật Faraday hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức - Đơn vị đo, Mở rộng và Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Công thức định luật Faraday Vật Lí 11.
1. Định nghĩa
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.
Ví dụ: Xét trường hơp bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 với cực dương bằng đồng:
Khi có dòng điện chạy qua, cation Cu2+ chạy về catôt và nhận electron trở thành nguyên tử Cu bám vào điện cực.
Cu2+ + 2e- → Cu
Ở anôt, electron bị kéo về cực dương của nguồn điện, tạo điều kiện hình thành ion Cu2+ trên bề mặt tiếp xúc với dung dịch.
Cu → Cu2+ + 2e-
Khi anion [SO4]2- chạy về anôt, nó kéo ion Cu2+ vào dung dịch. Như vậy, đồng ở anôt sẽ tan dần vào trong dung dịch. Đó là hiện tượng dương cực tan.
Khi xảy ra hiện tượng dương cực tan, 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 hóa 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.
* Định luật Fa-ra-đây thứ hai
Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam
2. Công thức – đơn vị đo
* 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 = k.q
Trong đó:
+ k gọi là đương lượng điện hoá của chất được giải phóng ở điện cực;
+ q là điện lượng chạy qua bình điện phân, có đơn vị Culong;
+ m là khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân, có đơn vị gam [g].
* Định luật Fa-ra-đây thứ hai
Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam
Trong đó:
+ k là đương lượng điện hóa.
+ F là số Fa-ra-đây, F = 96494 C/mol, thường lấy chắn là F = 96500 C/mol.
+ A là khối lượng mol nguyên tử của nguyên tố tạo nên ion, có đơn vị gam.
+ n là hóa trị của nguyên tố tạo ra ion.
* Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây:
Trong đó:
+ m là chất được giải phóng ở điện cực, tính bằng gam.
+ F là số Fa-ra-đây, F = 96494 C/mol, thường lấy chắn là F = 96500 C/mol.
+ A là khối lượng mol nguyên tử của nguyên tố tạo nên ion, có đơn vị gam.
+ n là hóa trị của nguyên tố tạo ra ion.
+ I là cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân, có đơn vị ampe [A];
+ t là thời gian dòng điện chạy qua bình điện phân, có đơn vị giây [s].
3. Mở rộng
Khối lượng vật chất giải phóng ở điện cực dương cũng bằng khối lượng vật chất bám vào cực âm.
Từ công thức định luật Fa-ra-đây, ta có thể suy ra các đại lượng cường độ dòng điện, thời gian điện phân, khối lượng mol nguyên tử [từ đó xác định tên nguyên tố].
4. Bài tập minh họa
Bài 1: Một bình điện phân đựng dung dịch AgNO3 có điện trở là 2,5 Ω. Anốt của bình điện phân bằng bạc [Ag] và hiệu điện thế đặt vào hai điện cực của bình là 10V. Tính khối lượng m của bạc bám vào catốt sau 16 phút 5 giây. Khối lượng nguyên tử của bạc là A=108 và hóa trị n = 1.
Bài giải:
Đổi 16 phút 5 giây = 965 giây
Cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân là:
Khối lượng bạc bám vào catốt sau 16 phút 5 giây là:
Đáp án: 4,32 g
Bài 2: Người ta muốn bóc một lớp đồng dày d = 10μm trên một bản đồng diện tích S = 1cm2 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 D = 8900 kg/m3, khối lượng mol 64 g/mol và hóa trị 2.
Bài giải:
Khối lượng đồng phải bóc đi:
m = D.V = D.S.d = 8900.1.10-4.10.10-6 = 8,9.10-6 [kg] = 8,9.10-3 [g]
Áp dụng công thức định luật Faraday:
Đáp án: 2683 giây
Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 11 quan trọng hay khác:
Giới thiệu kênh Youtube VietJack