Lý thuyết Dòng điện trong chất điện phân (mới 2023 + 18 câu trắc nghiệm) hay, chi tiết – Vật Lí 11

Vật Lí 11 Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân

A. Lý thuyết Dòng điện trong chất điện phân

I. Thuyết điện li

Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazơ 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.

Các ion dương và âm vốn đã tồn tại sẵn trong các phân tử axit, bazo và muối. Chúng liên kết với nhau bằng lực Culong. Khi tan vào dung môi khác thì lực Culong yếu đi và một số phân tử bị chuyển động nhiệt tách thành các ion tự do.

Như vậy: những dung dịch và chất nóng chảy này được gọi là chất điện phân.

II. Bản chất dòng điện trong chất điện phân

– Dòng điện trong lòng chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau.

+ Ion dương chạy về phía catot nên gọi là cation.

+ Ion âm chạy về phía anot nên gọi là anion.

Chiều của các hạt tải điện trong chất điện phân

– Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại. Do mật độ ion trong chất điện phân thường nhỏ hơn mật độ electron tự do trong kim loại, đồng thời khối lượng và kích thước của ion lớn hơn electron tự do nên tốc độ của chuyển động có hướng của chúng nhỏ hơn, môi trường dung dịch mất trật tự nên cản trở chuyển động mạnh.

– Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có các electron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.

III. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực. Hiện tượng dương cực tan

Ta xét bình điện phân dung dịch CuSO₄ có điện cực bằng đồng.

– Khi dòng điện chạy qua, cation Cu²⁺ chạy về catôt, về nhận electron từ nguồn điện đi tới. Ta có ở các điện cực:

+ Ở catôt: Cu²⁺ + 2e^– → Cu

+ Ở anôt: 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.

Kết luận: 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.

IV. Các định luật Fa-ra-đây

1. 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 trường chạy qua bình đó: m = k.q

Trong đó k gọi là đương lượng điện hóa của chất được giải phóng ở điện cực.

2. Định luật Fa-ra-đây thứ hai

Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam $\frac{A}{n}$ của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là $\frac{1}{F}$ trong đó F gọi là số Fa-ra-đây.

$k=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}$

Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây:

$m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It$

Trong đó:

+ F = 96500 C/mol

+ A là khối lượng mol (g/mol)

+ n là hóa trị

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

+ I là cường độ dòng điện (A)

+ t là thời gian dòng điện chạy qua (s)

V. Ứng dụng của hiện tượng điện phân

Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống như luyện nhôm, tinh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện…

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 nên người ta pha thêm vào quặng Na₃AlF₆ để hạ nhiệt nóng chảy xuống còn 950^oC. Bể điện phân có cực dương là quặng nhôm nóng chảy, cực âm bằng than, chất điện phân là muối nhôm nóng chảy, dòng điện chạy qua khoảng 10⁴A.

Công nghiệp luyện nhôm

2. Mạ điện

Bể điện phân lúc này gọi là bể mạ có anot là một tấm kim loại để mạ, catot là vật cần mạ.

Chất điện phân thường là dung dịch muối kim loại để mạ (nếu mạ niken ta dùng NiSO₄ tan trong nước,…) thêm một số chất phụ gia để lớp mạ bám chắc, bền đẹp hơn. Dòng điện qua bể mạ được chọn một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng của lớp mạ.

Mạ điện

B. Trắc nghiệm Dòng điện trong chất điện phân

Bài 1. Tìm phát biểu sai

A. Trong chất điện phân, các chuyển động nhiệt của ion dương và ion âm có thể va chạm vào nhau và xảy ra quá trình tái hợp

B. Số ion dương và âm được tạo ra trong chất điện phân phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch.

C. Điện trở của bình điện phân tăng khi nhiệt độ tăng

D. Số ion dương và âm được tạo ra trong chất điện phân phụ thuộc vào nhiệt độ của dung dịch.

Đáp án: C

Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dượng theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường. Khi nhiệt độ tăng, số lượng phân tử phân li tăng dẫn đến số lượng các cặp ion được tạo thành tăng. Chính điều này làm tăng khả năng dẫn điện của dung dịch điện phân, do vậy mà điện trở của dung dịch điện phân giảm khi nhiệt độ tăng.

Bài 2. Tìm phát biểu sai

A. Dòng điện trong chất điện phân là dòng của các electron tự do và dương khi có điện trường

B. Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương cùng chiều điện trường và ion âm theo theo chiều ngược với chiều điện trường

C. Khi có điện trường đặt vào chất điện phân, các ion dương và âm vãn chuyển động hỗn loạn nhưng có định hướng theo phương của điện trường. tính định hướng phụ thuộc vào cường độ điện trường

D. Trong chất điện phân, khi có dòng điện tác dụng bởi điện trường ngoài sẽ có phản ứng phụ tại các điện cực

Đáp án: A

Các dung dịch muối, các muối nóng chảy, axit, bazo được gọi là các chất điện phân Dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.

Bài 3. Chọn phương án đúng

A. Mạ điện dựa trên nguyên lí của hiện tượng dương cực tan trong quá trình điện phân

B. Acquy hoạt động dựa trên nguyên lí hoạt động của bình điện phân

C. Tụ điện hoá học có nguyên lí làm việc dựa trên nguyên lí của hiện tượng dương cực tan

D. Pin điện dựa trên nguyên lí của hiện tượng dương cực tan

Đáp án: A

Hiện dương cực tan xảy ra khi điện phân một dung dịch muối kim loại mà anot làm bằng chính kim loại ấy. Mạ điện dựa trên nguyên lí của hiện tượng dương cực tan trong quá trình điện phân.

Bài 4. Cho đương lượng điện hoá của niken là k = 3.10^-4g/C. Khi cho một điện lượng 10C chạy qua bình điện phân có anot làm bằng niken, thì khối lượng niken bám vào catot là:

A. 0,3.10^-4g

B. 3.10^-3g

C. 0,3.10^-3g

D. 10,3.10^-4g

Đáp án: B

Khối lượng niken bám vào catot là: m = k.q = 3.10^-4.10 = 3.10^-3g

Bài 5. Một bình điện phân chứa dung dịch muối niken với hai điện cực bằng niken. Biết đương lượng điện hoá của niken là 0,3.10^-3g/C và khối lượng niken bám vào catot trong 1 giờ khi cho dòng điện có cường độ I chạy qua bình này là 5,4g. Cường độ dòng điện chạy qua bình bằng

A. 0,5A

B. 5A

C. 15A

D. 1,5A

Đáp án: B

Cường độ dòng điện chạy qua bình bằng:

Bài 6. Một bình điện phân chứa dung dịch đồng sunphat (CuSO₄ ) có anot bằng đồng. Biết khối lượng mol nguyên tử của đồng (Cu) là A = 63,5g/mol và hoá trị n = 2. Nếu cường độ dòng điện chạy qua bình này là 1,93A thì trong 0,5 giờ, khối lượng của catot tăng thêm là

A. 11,43g

B. 11430g

C. 1,143g

D. 0,1143g

Đáp án: C

Khối lượng của catot tăng thêm là:

Bài 7. Một bình điện phân chứa dung dịch bạc nitrat (AgNO₃) có anot bằng bạc. Biết bạc (Ag) có khối lượng mol nguyên tử A = 108g/mol và hoá trị n = 1. Nếu hiệu điện thế giữa hai cực của bình là 10V và sau 16 phút 5 giây có 4,32g bạc bám vào anot thì điện trở của bình là

A. 2,5Ω

B. 25Ω

C. 5Ω

D. 50Ω

Đáp án: A

Cường độ dòng điện chạy qua bình là:

Điện trở của bình là:

Bài 8. Bình điện phân thứ nhất có anot bằng bạc nhúng trong dung dịch AgNO₃, bình điện phân thứ hai có anot bằng đồng nhúng trong dung dịch CuSO₄. Hai bình được mắc nối tiếp nhau vào một mạch điện. Sau 1,5 giờ, tổng khối lượng của hai catot tăng lên 2,1g. Cho biết A_Ag = 108; n_Ag = 1; A_Cu = 64; n_Cu = 2. Khối lượng m₁ bạc bám vào bình thứ nhất và khối lượng m₂ đồng bám vào bình thứ hai lần lượt là

A. 1,62g; 0,48g

B. 10,48g; 1,62g

C. 32,4g ; 9,6g

D. 9,6g; 32,4g

Đáp án: A

Khối lượng m₁ bạc bám vào bình thứ nhất và khối lượng m₂ đồng bám vào bình thứ hai lần lượt là:

Thay I vào (1) và (2) ta có: m₁ = 1,62g; m₂ = 0,48g.

Bài 9. Để mạ đồng hai mặt của một tấm sắt có diện tích mỗi mặt là 25cm², người ta dung nó làm catot của một bình điện phân có anot bằng đồng nhúng trong dung dịch CuSO₄ rồi cho dòng điện có cường độ I = 1A chạy qua trong thời gian 1 giờ 20 phút. Biết A_Cu = 64, n_Cu = 2 và khối lượng riêng của đồng là ρ_Cu = 8,9g/cm³. Bề dày của lớp mạ là

A.10,56cm

B. 0,28cm

C. 2,8cm

D. 0,28cm

Đáp án: B

Khối lượng chất thoát ta ở điện cực :

Thể tích của lớp đồng bám trên mỗi mặt của tấm sắt:

Bài 10. Một bộ nguồn điện gồm 30 pin mắc thành ba nhóm nối tiếp, mỗi nhóm có 10 pin mắc song song; mỗi pin có suất điện động E₀ và điện trở trong r = 0,6Ω. Mắc một bình điện phân đựng dung dịch CuSO₄ có điện trở R = 205Ω vào hai cực của bộ nguồn nói trên. Biết anot của bình điện phân bằng đồng và sau 50 phút có 0,013g đồng bám vào catot. Suất điện động E₀ bằng

A. 9V

B. 30V

C. 0,9V

D. 27V

Đáp án: C

Ta có:

Mặt khác

Từ (1) và (2) ta xác định được ?₀ = 0,9V.

BÀi 11: Sự hình thành các hạt tải điện trong chất điện phân là do sự

A. ion hoá các chất hoà tan trong dung dịch

B. va chạm các chất hoà tan trong dung dịch

C. phân li các chất hoà tan trong dung dịch

D. phân cực ở hai cực đặt trong dung dịch

BÀi 12: Tìm phát biểu sai

A. Trong chất điện phân, các chuyển động nhiệt của ion dương và ion âm có thể va chạm vào nhau và xảy ra quá trình tái hợp

B. Số ion dương và âm được tạo ra trong chất điện phân phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch.

C. Điện trở của bình điện phân tăng khi nhiệt độ tăng

D. Số ion dương và âm được tạo ra trong chất điện phân phụ thuộc vào nhiệt độ của dung dịch.

BÀi 13: Một ứng dụng quan trọng của tia catot là

A. làm đèn hình

B. làm điốt phát quang (LED)

C. làm điện trở quang

D. chiếu điện, chụp điện

BÀi 14: Điện trở của chất điện phân đồng nhất

A. sẽ giảm khi nhiệt độ tăng

B. sẽ giảm khi nhiệt độ giảm

C. không đổi theo nhiệt độ

D. sẽ tăng khi nhiệt độ tăng

BÀi 15: Một bình điện phân chứa dung dịch bạc nitrat (AgNO3) có anot bằng bạc. Biết bạc (Ag) có khối lượng mol nguyên tử A = 108g/mol và hoá trị n = 1. Nếu hiệu điện thế giữa hai cực của bình là 10V và sau 16 phút 5 giây có 4,32g bạc bám vào anot thì điện trở của bình là

A. 2,5Ω

B. 25Ω

C. 5Ω

D. 50Ω

BÀi 16: Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dịch có hướng của các 

A. ion âm, electron đi về anot và ion dương đi về catot

B. electron đi về anot và ion dương đi về catot

C. ion âm đi về anot và ion dương đi về catot

D. electron đi về từ catot và anot, khi catot bị nung nóng

BÀi 17: Đặt một hiệu điện thế U không đổi vào hai cực của bình điện phân. Xét trong cùng một khoảng thời gian, nếu kéo hai cực của bình ra xa sao cho khoảng cách giữa chúng tăng gấp 2 lần thì khối lượng chất được giải phóng ở điện cực so với lúc trước sẽ

A. tăng lên 2 lần

B. giảm đi 2 lần

C. tăng lên 4 lần

C. giảm đi 4 lần

BÀi 18: Độ dẫn điện của chất điện phân tăng khi nhiệt độ tăng là do

A. chuyển động nhiệt của các phân tử tăng và khả năng phân li thành ion tăng

B. độ nhớt của dung dịch giảm làm cho các ion chuyển động được dễ dàng hơn

C. số va chạm của ion trong dung dịch giảm

D. tạo được nhiều electron tự do