SBT Vật lí 11 Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân | Giải SBT Vật lí lớp 11

Giải SBT Vật lí 11 Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân

Bài 14.1 trang 34 SBT Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về bản chất dòng điện trong chất điện phân là đúng ?

A. Là dòng các êlectron chuyển động có hướng ngược chiều điện trường.

B. Là dòng các ion dương-chuyển động có hướng thuận chiều điện trường.

C. Là dòng các ion âm chuyển động có hướng ngược chiều điện trường.

D. Là dòng chuyển động có hướng đồng thời của các ion dương thuận chiều điện trường và của các ion âm ngược chiều điện trường.

Phương pháp giải:

Sử dụng lý thuyết: Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển động có hướng đồng thời của các ion dương thuận chiều điện trường và của các ion âm ngược chiều điện trường.

Lời giải:

Ta có: Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển động có hướng đồng thời của các ion dương thuận chiều điện trường và của các ion âm ngược chiều điện trường.

Chọn đáp án: D

Bài 14.2 trang 34, 35 SBT Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về hiện tượng điện phân có dương cực tan là đúng ?

A. Là hiện tượng điện phân dung dịch axit hoặc bazơ với điện cực là graphit.

B. Là hiện tượng điện phân dung dịch muối có chứa kim loại dùng làm catôt

C. Là hiện tượng điện phân dung dịch muối có chứa kim loại dùng làm anôt. Kết quả là kim loại tan dần từ anôt tải sang catôt.

D. Là hiện tượng điện phân dung dịch muối có chứa kim loại dùng làm anôt. Kết quả là kim loại được tải dần từ catôt sang anôt.

Phương pháp giải:

Sử dụng lý thuyết: Hiện tượng điện phân có dương cực tan là hiện tượng điện phân dung dịch muối có chứa kim loại dùng làm anôt. Kết quả là kim loại tan dần từ anôt tải sang catôt.

Lời giải:

Ta có: Hiện tượng điện phân có dương cực tan là hiện tượng điện phân dung dịch muối có chứa kim loại dùng làm anôt. Kết quả là kim loại tan dần từ anôt tải sang catôt.

Chọn đáp án: C

Bài 14.3 trang 35 SBT Vật Lí 11: Một bình điện phân chứa dung dịch muối niken với hai điện cực bằng niken. Xác định khối lượng niken bám vào catôt khi cho dòng điện cường độ I = 5,0 A chạy qua bình này trong khoảng thời gian t = 1 giờ. Đương lượng điện hoá của niken là 0,3.10-3 g/C.

A. 1,5 kg.                             B. 5,4 g.                              

C. 1,5 g.                               D. 5,4 kg.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức định luật I Fa-ra-đây : $m=kq=kIt$

Lời giải:

Khối lượng của niken được giải phóng ra ở điện cực của bình điện phân tuân theo định luật I Fa-ra-đây :$m=kq=kIt$

Trong đó k là đương lượng điện hoá của niken, $q=It$ là điện lượng chuyển qua dung dịch điện phân.

Thay số, ta tìm được : $m=0,{3.10}^{-3}.5,0.3600=5,4g.$

Chọn đáp án: B

Bài 14.4 trang 35 SBT Vật Lí 11: Một bình điện phân chứa dung dịch đồng sunphat (CuS04) có anôt bằng đồng. Cho dòng điện không đổi chạy qua bình này trong thời gian 30 phút, khi đó khối lượng của catôt tăng thêm 1,143 g. Xác định cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân. Đồng (Cu) có khối lượng mol là của A = 63,5 g/mol.

A. 0,965 A.                          B. 1,93 A.                     

C. 0,965 mA.                       D. 1,93 mA.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức Fa-ra-đây về điện phân dung dịch đồng sunphat:  $m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It$

Lời giải:

Áp dụng công thức Fa-ra-đây về điện phân dung dịch đồng sunphat (CuSO4) có anôt bằng đồng (Cu), ta có: 

$m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It=\frac{1}{96500}.\frac{A}{n}.It$

Thay số, với A = 63,5 g/mol, n = 2, t = 30 phút = 1800 giây và m = 1,143 g. ta tìm được cường độ dòng điện chạy qua dung dịch điện phân :

$I=\frac{96500.nm}{At}=\frac{\mathrm{96500.2.1},143}{63,\mathrm{5.30.60}}=1,93A$

Chọn đáp án: B

Bài 14.5 trang 35 SBT Vật Lí 11: Một bình điện phân chứa dung dịch bạc nitrat (AgN03) có anôt bằng bạc và điện trở là 2,5 Ω. Hiệu điện thế giữa hai điện cực của bình này là 10 V. Bạc (Ag) có khối lượng mol là A = 108 g/mol và hoá trị n = 1. Xác định khối lượng bạc bám vào catôt sau 16 phút 5 giây.

A. 4,32 g.                            B. 4,32 kg.

C.2,16g.                              D. 2,16 kg.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức Fa-ra-đây về điện phân dung dịch bạc nitrat :$m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It$

Lời giải:

Áp dụng công thức Fa-ra-đây về điện phân dung dịch bạc nitrat (AgNO3) có anôt bằng bạc (Ag), ta có :

$m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It=\frac{1}{96500}.\frac{A}{n}.It$

trong đó A = 108 g/mol, n = 1, t = 16 phút 5 giây = 965 giây và cường độ dòng điện chạy qua dung dịch điện phân có cường độ :

$I=\frac{U}{R}=\frac{10}{2,5}=4A$

Thay số, ta tìm được:  

$m=\frac{1}{96500}.\frac{108}{1}.4.965=4,32g.$

Chọn đáp án: A

Bài 14.6 trang 35 SBT Vật Lí 11: Mắc nối tiếp một bình điện phân chứa dung dịch đồng sunphat (CuS04) có anôt bằng đồng (Cu) với một bình điện phân chứa dung dịch bạc nitrat (AgN03) có anôt bằng bạc (Ag). Sau môt khoảng thời gian có dòng điện không đổi chạy qua hai bình này, thì khối lượng anôt của bình chứa dung dịch CUSO4 bị giảm bớt 2,3 g. Xác định khối lượng bạc tới bám vào catôt của bình chứa dung dịch AgN03. Đồng có khối lượng mol là A1 = 63,5 g/mol và hoá trị n1 =  2, bạc có khối lượng mol là A2 = 108 g/mol và hoá trị n2 = 1.

A. 0,67g    B. 1,95g    C. 2,66g    D. 7,82g

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức Fa-ra-đây :$m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It$

Lời giải:

Hai bình điện phân đều chứa dung dịch muối của kim loại dùng làm anốt và được mắc nối tiếp, nên cường độ dòng điện chạy qua chúng và thời gian điện phân là như nhau. Khi đó trong hai bình.đều xảy ra hiện tượng điện phân có dương cực tan. Kết quả là : khối lượng kim loại tan ra ở anôt được tải sang bám vào catôt trong mỗi bình điện phân.

Như vậy, khối lượng đồng m1 tan ở anôt trong bình chứa dung dịch CuSO4 và khối lượng bạc m2 bám vào catôt trong bình chứa dung dịch AgNO3 được tính theo công thức Fa-ra-đây :

$\begin{array}{rl}& m_1=\frac{1}{F}.\frac{A_1}{n_1}.It;\\ & m_2=\frac{1}{F}.\frac{A_2}{n_2}.It\end{array}$

Từ đó ta suy ra:

$\frac{m_2}{m_1}=\frac{A_2}{A_1}.\frac{n_1}{n_2}$

Hay  

$m_2=m_1.\frac{A_2}{A_1}\frac{n_1}{n_2}=2,3.\frac{108}{63,5}.\frac{2}{1}\approx 7,8g$

Chọn D.

Bài 14.7 trang 35 SBT Vật Lí 11: Một vật kim loại diện tích 120 cm2 được mạ niken. Dòng điện chạy qua bình điện phân có cường độ 0,30 A và thời gian mạ là 5 giờ. Xác định độ dày của lớp niken phủ đều trên mặt vật kim loại. Niken (Ni) có khối lượng mol là A = 58,7 g/mol, hoá trị n = 2 và khối lượng riêng D = 8,8.103 kg/m3,lấy số Fa-ra-đây F = 96500 C/mol. Độ dày của lớp niken phủ đều trên mặt vật kim loại là

A. 15,6μm.    B. 1,56mm    C. 1,56μm    D. 0,156mm

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức định luật Fa-ra-đây: $m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It$

Lời giải:

Khối lượng niken được giải phóng ra ở catôt được tính theo công thức Fa-ra-đây :

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

Thay $m=DV=DSh$ ta tìm được độ dày của lớp niken phủ trên mặt vật mạ:

$\begin{array}{rl}& h=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.\frac{It}{DS}\\ & h=\frac{1}{96500}.\frac{{58,7.10}^{-3}}{2}.\frac{0,\mathrm{30.5.3600}}{{8,8.10}^3{.120.10}^{-4}}\approx 15,6\mu m\end{array}$

Chọn A.

Bài 14.8 trang 36 SBT Vật Lí 11: Một ampe kế được mắc nối tiếp với bình điện phân chứa dung dịch bạc nitrat (AgN03) và số chi của nó là 0,90 A. Số chỉ này có đúng không, nếu dòng điện chạy qua bình điện phân trong khoảng thời gian 5,0 phút đã giải phóng 316 mg bạc tới bám vào catôt của bình này. Đương lượng điện hoá của bạc (Ag) là 1,118 mg/C.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức định luật Fa-ra-đây về điện phân, khối lượng bạc tới bám vào catôt: $m=kIt$

Lời giải:

Theo định luật I của Fa-ra-đây về điện phân, khối lượng bạc tới bám vào catôt tính bằng :

$m=kIt$

Từ đó suy ra dòng điện chạy qua bình điện phân phải có cường độ :

$\begin{array}{c}I=\frac{m}{kt}=\frac{{316.10}^{-3}}{1,{118.10}^{-3}.5.60}\\ =0,942A\end{array}$

 là chưa đúng và kết quả đo của ampe kế có sai số tỉ đối bằng : 

$\frac{\mathrm{\Delta }I}{I}=\frac{\left|I-I^{\prime }\right|}{I}=\frac{0,942-0,900}{0,942}\approx 4,5\mathrm{\%}$

Bài 14.9 trang 36 SBT Vật Lí 11: Khi điện phân dung dịch nhôm ôxit Al2O3 nóng chảy, người ta cho dòng điện cường độ 20 kA chạy qua dung dịch này tương ứng với hiệu điện thế giữa các điện cực là 5,0 V. Nhôm có khối lượng mol là A = 27 g/mol và hoá trị n = 3. Xác định khoảng thời gian điện phân để thu được 1 tấn nhôm và lượng điện năng đã tiêu thụ trong quá trình điện phân này bằng bao nhiêu ?

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức Fa-ra-đây về điện phân : $m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.It$

Lời giải:

Áp dụng công thức Fa-ra-đây về điện phân, ta xác định được khoảng thời gian điện phân nhôm :

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

Thay số, ta có :

$t=\frac{{\mathrm{96500.1.10}}^6.3}{{\mathrm{27.20.10}}^3}\approx 149h$

Điện năng tiêu thụ :

$W=UIt={\mathrm{5.20.10}}^3.149.3600=5,{364.10}^{10}J$

Bài 14.10* trang 36 SBT Vật Lí 11: Xác định khối lượng đồng bám vào catôt của bình điện phân chứa dung dịch đồng sunphat (CuSO4) khi dòng điện chạy qua bình này trong 1 phút và có cường độ thay đổi theo thời gian với quy luật I = 0,05.t (A).  Đồng có khối lượng mol là A = 63,5 g/mol và hoá trị n = 2.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức Fa-ra-đây về điện phân: $m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.q$

Lời giải:

Cường độ dòng điện $I=0,05.t(A)$ thay đổi tăng dần đều trong khoảng thời gian từ t1 = 0 đến t2 = 1 phút = 60 s ứng với các giá trị cường độ dòng điện và $I_2=0,05.60=3,0A$. Do đó, điện lượng chuyển qua dung dịch đồng sunphat có giá trị trung bình bằng :

$q_{tb}=I_{tb}.t=\frac{I_1+I_2}{2}.t=\frac{0+3,0}{2}.60=90C$

Áp dụng công thức Fa-ra-đây về điện phân, ta xác định được khối lượng đồng bám vào catôt của bình điện phân :

$m=\frac{1}{96500}.\frac{A}{n}.q_{tb}=\frac{1}{96500}.\frac{63,5}{2}.90\approx 29,6mg$

Bài 14.11 trang 36 SBT Vật Lí 11: Xác định điện tích nguyên tố e bằng cách dựa vào định luật II Fa-ra-đây về điện phân. Cho biết số Fa-ra-đây F = 96500 C/mol.

Phương pháp giải:

Sử dụng định luật II Fa-ra-đây về điện phân: $m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}.q$

Lời giải:

Theo định luật II Fa-ra-đây về điện phân

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

Muốn có một đương lượng gam A/n của một chất giải phóng ra ở mồi điện cực của bình điện phân thì cần phải có một điện lượng q = F culông chuyển qua bình điện phân. Điện lượng này đúng bằng tổng điện tích của các ion có trong một đương lượng gam A/n của chất đó chuyển qua bình điện phân.

Vì số nguyên tử có trong mỗi khối lượng mol nguyên tử A của một nguyên tố đúng bằng số Avô-ga-đrô NA = 6,023.1023 nguyên tử/mol, nên suy ra mỗi ion hoá trị n = 1 sẽ có điện tích q0 tính bằng :

$q_0=\frac{q}{N_A}=\frac{F}{N_A}=\frac{96500}{6,{02.10}^{23}}\approx 1,{6.10}^{-19}C$

Đại lượng e = 1,6.10-19C chính là điện tích nguyên tố. Như vậy điện tích của ion hóa trị n = 2 sẽ bằng 2e, của ion hoá trị n = 3 là 3e,…

Bài 14.12* trang 36 SBT Vật Lí 11: Khi điện phân dung dịch muối ăn NaCl trong bình điện phân có điện cực anôt bằng graphit, người ta thu được khí clo ở anôt và khí hiđrô ở catôt.

a) Giải thích kết quả của quá trình điện phân này dựa theo thuyết điện li.

b) Xác định thể tích của các khí thu được ở điều kiện chuẩn khi điện phân trong khoảng thời gian t = 10 phút với cường độ dòng điện I = 10 A.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính điện lượng: $Q=It$

Lời giải:

a) Trong dung dịch muối ăn, các phân tử NaCl bị phân li thành các ion dương Na+và các ion âm  $C{l}^{-}$ :

NaCl –> Na+ + $C{l}^{-}$

– Các ion  $C{l}^{-}$ chuyển động ngược chiều điện trường về anôt, nhường êlectron cho anôt trở thành các nguyên tử C1 và kết hợp với nhau tạo ra các phân tử Cl2 bay lên :

2 $C{l}^{-}$  –> 2 $e^{-}$  + Cl2 $\uparrow$

– Các ion Na+ chuyển động cùng chiều điện trường về catôt, tại đó chúng tác dụng với các phân tử H2O để tạo ra các phân tử NaOH và các ion H+. Những ion này thu êlectron ở catôt trở thành các nguyên tử H và kết hợp với nhau tạo ra các phân tử H2 bay lên :

2Na+ + 2H2O –> NaOH + 2 H+

H+ + 2$e^{-}$ -> H2 $\uparrow$

b) Theo Bài tập 14.11*, muốn có một khối.lượng mol khí hoá trị n = 1 như clo hoặc hiđrô giải phóng ra ở mỗi điện cực thì cần có một điện lượng $q=F=96500C$ chuyển qua bình điện phân.

Mặt khác, theo các phản ứng trong câu a) nêu trên, ta thấy mỗi khối lượng mol nguyên tử của khí clo hoặc hidro sẽ cho 1/2 mol khí ứng với thể tích trong điều kiện chuẩn là 22,4/2 (lit/mol) = 11200cm3/mol.

Theo đề bài, điện lượng chuyển qua bình điện phân bằng:

$Q=It=\mathrm{10.10.60}=6000C$

Như vậy, thể tích của khí clo hoặc hidro thu được ở mỗi điện cực sẽ bằng:

$V=\frac{6000}{96500}.11200\approx 696c{m}^3$