Bản chất dòng điện trong chất điện phân

Vật lý 11.III Dòng điện trong các môi trường vatlypt.com 27/9/16 37,380 0
  1. Dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển có hướng của các điện tích (ion âm, ion dương) bên trong chất điện phân khi có sự trênh lệch điện thế giữa hai cực của bình điện phân.
    1/ Bản chất dòng điện trong chất điện phân
    Thí nghiệm:
    Trường hợp 1:
    Đèn không sáng khi hai thanh kim loại nối với hai cực của nguồn điện nhúng vào trong dung dịch chất lỏng là nước nguyên chất H2O (còn gọi là nước cất) => không có dòng điện chạy trong mạch
    [​IMG]
    Hai thanh kim loại được nhúng vào trong dung dịch chất lỏng là nước nguyên chất, đồng thời nối với bóng đèn và một nguồn điện
    Kết luận: nước nguyên chất (nước cất: H2O) là chất lỏng không dẫn điện
    Trong thực tế hầu hết các loại nước bạn đang dùng đều là nước có tạp chất (muối khoáng, đường ...) nên bạn luôn được khuyến cáo tránh tiếp xúc với nước khi xảy ra hiện tượng dò điện trong môi trường nước vì lúc này nước trở thành môi trường dẫn điện.
    Trường hợp 2: Khi hòa tan dung dịch muối ăn vào trong dung dịch nước cất quan sát thí nghiệm ta thấy đèn sáng lên => chứng tỏ có dòng điện chạy trong mạch
    [​IMG]
    Đèn sáng chứng tỏ có dòng điện đi qua dung dịch nước mối​
    Chi tiết video thí nghiệm vật lý trên

    Giải thích hiện tượng vật lý trong thí nghiệm trên:
    Khi dung dịch chất lỏng là nước cất, các phân tử H2 liên kết chặt chẽ với O tạo thành phân tử H2O trung hòa về điện dẫn tới bên trong môi trường dung dịch nước cất không có các điện tích dịch chuyển thành dòng nên không có dòng điện.

    Khi hòa tan muối NaCl vào trong nước cất, theo thuyết điện li sau khi tan vào trong dung dịch nước tạo thành dung dịch nước muối, các phân tử NaCl sẽ bị phân li thành các ion dương Na$^{+}$ và ion âm Cl$^{-}$
    NaCl → Na$^{+}$ + Cl$^{ -}$​
    Sự trênh lệch điện thế giữa hai bản cực kim loại làm cho dòng các ion âm Cl$^{-}$ dịch chuyển có hướng về bản kim loại nối với cực dương, và các ion dương Na$^{+}$ dịch chuyển theo chiều ngược lại tạo nên dòng điện trong dung dịch nước muối (dung dịch NaCl)
    [​IMG]
    Dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển của các ion âm và dương ngược chiều nhau trong điện trường
    • Các chất (Muối, axít, bazơ) có thể phân li thành các ion âm và ion dương được gọi là chất điện phân, dung dịch hòa tan chất điện phân được gọi là dung dịch điện phân
    • Bình đựng dung dịch chất điện phân được gọi là bình điện phân, dòng điện được tạo ra trong bình điện phân được gọi là dòng điện trong chất điện phân.
    • Bản cực kim loại của bình điện phân nối với cực âm của nguồn điện được gọi là Cathode (ca-tốt)
    • Bản cực kim loại của bình điện phân nối với cực dương của nguồn điện được gọi là Anode (a-nốt)
    Kết luận: Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển có hướng của các ion âm và ion dương khi có sự trênh lệch điện thế giữa hai cực của bình điện phân.
    2/ Các hiện tượng diễn ra ở điện cực của bình điện phân
    a/ Hiện tượng dương cực tan

    Hiện tượng dương cực tan: xảy ra khi tên kim loại dùng làm cực dương của bình điện phân (anốt) trùng với tên kim loại của muối làm dung dịch điện phân
    [​IMG]
    Bình điện phân dung dịch CuSO4, Cực dương của bình điện phân bằng Cu, cực âm nối với một kim loại khác (đinh sắt)
    [​IMG]
    Dòng điện trong chất điện phân đã làm cho cực dương bằng đồng tan dần vào trong dung dịch điện phân sau đó đồng trong dung dịch điện phân đến bám vào cực âm hình thành nên lớp đồng bao ngoài đinh sắt
    Giải thích hiện tượng dương cực tan:
    Dung dịch điện phân CuSO4 → Cu$^{2+}$ + SO4$^{2-}$
    Dòng ion dương Cu$^{2+ }$trong dung dịch điện phân chuyển dời có hướng về phía cực âm của bình điện phân tạo thành dòng điện trong chất điện phân, đồng thời Cu$^{2+ }$trong dung dịch chất điện phân bám vào cực âm hình thành nên lớp đồng bao phủ bên ngoài đinh sắt.

    Các ion âm SO4$^{2-}$ dịch chuyển về phía cực dương của bình điện phân tạo thành dòng điện trong chất điện phân, ion SO4$^{2-}$ làm tan dần lớp đồng bên ngoài của cực dương vào trong dung dịch.

    Khối lượng đồng ở cực dương tan vào trong dung dịch muối đồng=khối lượng ion đồng đến bám vào cực âm của bình điện phân.

    Ứng dụng hiện tượng dương cực tan:
    Trong công nghiệp mạ điện, ví dụ muốn mạ bạc một tấm huy chương bạn có thể để cực dương là kim loại Bạc (Ag) nhúng vào trong dung dịch điện phân là muối bạc (AgNO3) cực âm là tấm huy chương cần mạ. Nối hai cực của bình điện phân với dòng điện không đổi khi đó Bạc từ cực dương sẽ tan vào trong dung dịch điện phân, ion bạc trong dung dịch điện phân sẽ dịch chuyển đến bám vào bên ngoài tấm huy chương cần mạ.

    b/ Hiện tượng giải phóng khí H2 và O2 ở hai điện cực
    Điều kiện: dung dịch chất điện phân là H2SO4, các điện cực được làm bằng Cácbon hoặc inox.
    Dung dịch chất điện phân: H2SO4 → H$^{+}$ + (SO4)$^{2-}$.
    Cực dương dẫn điện nhưng không thể tan vào trong dung dịch điện phân nên các hiện tượng vật lý và hóa học diễn ra ở điện cực phức tạp hơn. Kết quả cuối cùng nước trong dung dịch điện phân bị tách thành H2 và O$_{2 }$dịch chuyển về hai đầu điện cực.
    Ứng dụng của phương pháp trên dùng để điện phân nước biển tạo ra H2 và O2 dùng trong các tàu ngầm hoạt động lâu dưới đáy biển.

    3/ Các Định luật Faraday:
    Định luật I Faraday: Trong hiện tượng dương cực tan khối lượng vật chất ở cực dương tan vào trong dung dịch chất điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng dịch chuyển trong bình điện phân đó
    m=k.q (1)​
    Trong đó:
    • m: khối lượng chất giải phóng ra ở điện cực (g)
    • k: đương lượng điện hóa (g/C)
    • q: điện lượng (C)
    Định luật II Faraday: đương lượng điện hóa k của một chất được xác định thông qua biểu thức
    \[k=\dfrac{1}{96500}\dfrac{A}{n}\] (2)​
    Trong đó:
    • A: khối lượng mol nguyên tử của kim loại làm cực dương (g)
    • n: hóa trị của kim loại làm cực dương

    Công thức Faraday:
    Từ (1) và (2) ta có
    \[m=\dfrac{1}{96500}\dfrac{A}{n}q\]
    \[m=\dfrac{1}{96500}\dfrac{A}{n}.It\]​
    Trong đó:
    • I: cường độ dòng điện trong chất điện phân (A)
    • t: thời gian dòng điện chay qua bình điện phân (s)

    nguồn vật lý phổ thông
Share Share

BÌNH LUẬN BẰNG FACEBOOK