PHƯƠNG PHÁP GIẢI DẠNG BÀI TẬP VỀ DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN CÓ CỰC DƯƠNG TAN
1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
+ Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi điện phân một dung dịch muối mà kim loại anôt làm bằng chính kim loại ấy.
+ Khi có hiện tượng dương cực tan, dòng điện trong chất điện phân tuân theo định luật ôm, giống như đoạn mạch chỉ có điện trở thuần (vì khi đó có một cực bị tan nên bình điện phân xem như một điện trở).
+ Sử dụng định luật Farađây:
♦ Định luật 1: Khối lượng m của các chất được giải phóng ra ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ với điện lượng q chạy qua bình đó.
• Biểu thức: m = kq (1) (hệ số tỉ lệ k gọi là đương lượng điện hóa, k phụ thuộc vào bản chất của chất được giải phóng, k có đơn vị là kg/C)
♦ Định lật 2: Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố, tỉ lệ với đương lượng gam A/n của nguyên tố đó
• Biểu thức:
\(\begin{array}{l} k = c.\frac{A}{n} = \frac{A}{{F.n}}(2)\\ F = \frac{1}{c} = 96500\,\,(C/mol) \end{array}\)
Kết hợp (1) và (2) ta có biểu thức của định luật Fa-ra-đây, biểu thị 2 định luật như sau:
\(m = k.q = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}.q = \frac{{A.I.t}}{{96500n}}\)
Trong đó:
• k là đương lượng điện hóa của chất được giả phóng ra ở điện cực ( đơn vị g/C).
• F = 96 500 C/mol: là hằng số Farađây.
• n là hóa trị của chất thoát ra.
• A là khối lượng nguyên tử của chất được giải phóng ( đơn vị gam).
• q là điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân ( đơn vị C ).
• I là cường độ dòng điện qua bình điện phân. ( đơn vị A).
• t là thời gian điện phân ( đơn vị s).
• m là khối lượng chất được giải phóng ( đơn vị gam).
2. VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 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 dung dịch CuSO4 và anôt là một thanh đồng nguyên chất, rồi cho dòng điện có cường độ I = 10 A 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 ρ = 8,9.103 kg/m3.
Giải
Đổi: S = 200cm2 = 2.10-2m2; t = 2 giờ 40 phút 50 giây = 2.3600 + 40.60 + 50 = 9650 giây
Sau khi mạ đồng, tấm sắt sẽ bị đồng bám trên bề mặt vì thế cả khối lượng và thể tích của tấm sắt sẽ tăng lên.
Bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 và anôt là một thanh đồng nguyên chất nên xảy ra hiện tượng cực dương tan trong quá trình điện phân.
+ Khối lượng đồng bám vào sắt:
\(m = k.q = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}.q = \frac{1}{{96500}}.\frac{{64.10.9650}}{2} = 32(g) = 0,032(kg)\)
+ Chiêu dày của lớp mạ được tính:
\(d = \frac{V}{S} = \frac{{m/p}}{S} = \frac{{0,032}}{{{{8,9.10}^3}{{.2.10}^{ - 2}}}} = {0,18.10^{ - 3}}m = 0,13mm\)
Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ: Có bộ nguồn (E = 12 V; r = 0,4 Ω), R1 = 9Ω, R2 = 6Ω và một bình điện phân đựng dung dịch CuSO4, anôt bằng đồng Cu và điện trở của bình điện phân Rp = 4Ω. Tính:
a) Cường độ dòng điện qua mạch chính.
b) Khối lượng đồng thoát ra ở cực dương trong 16 phút 5 giây.
Giải
Khi điện phân một dung dịch muối mà kim loại anôt làm bằng chính kim loại ấy thì xảy ra hiện tượng cực dương ta (kim loại đề cập trong bài trên chính là Cu). Đến đây bài toán không có gì mới. Ta xem bình điện phân như một điện trở và tính toán bình thường. Riêng bình điện phân thì ta quan tâm tới dòng điện chạy qua bình điện phân, thời gian điện phân và khối lượng kim loại giải phóng ở điện cực. Lưu ý rằng khối lượng này tính bằng gam (g) chứ không phải bằng kilogam (kg)
a) Điện trở tương đương mạch ngoài:
\(R = \frac{{{R_1}{R_2}}}{{{R_1} + {R_2}}} + {R_p} = \frac{{9.6}}{{9 + 6}} + 4 = 7,6\Omega \)
Dòng điện trong mạch chính:
\(I = \frac{E}{{R + r}} = \frac{{12}}{8} = 1,5A\)
b) Khối lượng đồng thoát ra ở cực dương:
\(m = \frac{{AIt}}{{96500n}} = \frac{{64.1,5.(10.60 + 5)}}{{96500.2}} = 0,48g\)
3. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Bài 1: 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 Ω. Mạch ngoài gồm các điện trở R1 = 20 Ω; R2 = 9 Ω; R3 = 2 Ω; đèn Đ loại 3V - 3W; Rp là bình điện phân đựng dung dịch AgNO3, có cực dương bằng bạc. Điện trở của ampe kế và dây nối không đáng kể; điện trở của vôn kế rất lớn. Biết ampe kế A1 chỉ 0,6 A, ampe kế A2 chỉ 0,4 A. Tính:
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 Đ có sáng bình thường không? Tại sao?
Đ/S:
a) Ip = 0,2 A; Rp = 22Ω
b) n = 14 nguồn; Png = 12,6 W.
c) Số chỉ vôn kế: UV = 16,8 V.
d) Khối lượng bạc giải phóng: 0,432g
e) Nên đèn sáng yếu hơn bình thường.
Bài 2. Một tấm kim loại được đem mạ niken bằng phương pháp điện phân. Biết diện tích bề mặt kim loại là 40cm2, cường độ dòng điện qua bình là 2A, niken có khối lượng riêng D = 8,9.103kg/m3, A = 58, n = 2. Tính chiều dày của lớp niken trên tấm kinh loại sau khi điện phân 30 phút. Coi niken bám đều lên bề mặt tấm kim loại.
Đ/S: d = 0,03mm
...
------(Nội dung tiếp theo của tài liệu, các em vui lòng đăng nhập để xem online hoặc tải về máy)-----
Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp giải dạng bài tập về Dòng điện trong chất điện phân có cực dương tan môn Vật Lý 11 năm 2020. Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
