Bài 14.9 trang 36 Sách bài tập [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 ?
Trả lời:
Áp dụng công thức Fa-ra-đây về điện phân, ta xác định được khoảng thời gian điện phân nhôm :
\[m = {1 \over F}.{A \over n}.It\]
Thay số, ta có :
\[t = {{{{96500.1.10}^6}.3} \over {{{27.20.10}^3}}} \approx 149h\]
Điện năng tiêu thụ :
W = UIt = 5.20.103. 149.3600 = 5,364.1010 J
Bài 14.10* trang 36 Sách bài tập [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.
Trả lời:
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 I2 = 0,05.60 = 3,0 A. Do đó, điện lượng chuyển qua dung dịch đồng sunphat có giá trị trung bình bằng :
\[{q_{tb}} = {I_{tb}}.t = {{{I_1} + {I_2}} \over 2}.t = {{0 + 3,0} \over 2}.60 = 90C\]
Áp dụng công thức Fa-ra-đây về điện phân, ta xác định được khối lượng đồng bám vào catôt của bình điện phân :
\[m = {1 \over {96500}}.{A \over n}.{q_{tb}} = {1 \over {96500}}.{{63,5} \over 2}.90 \approx 29,6mg\]
Bài 14.11 trang 36 Sách bài tập [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.
Trả lời:
Theo định luật II Fa-ra-đây về điện phân
\[m = {1 \over F}.{A \over n}.q\]
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 :
\[{q_0} = {q \over {{N_A}}} = {F \over {{N_A}}} = {{96500} \over {{{6,02.10}^{23}}}} \approx {1,6.10^{ - 19}}C\]
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 Sách bài tập [SBT] Vật Lí 11
Khi điện phân dung dịch muối ăn NaCl trong binh 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.
Trả lời:
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 = 96500 C 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 = 10.10.60 = 6000C
Như vậy, thể tích của khí clo hoặc hidro thu được ở mỗi điện cực sẽ bằng:
\[V = {{6000} \over {96500}}.11200 \approx 696c{m^3}\]