Bài 14. Dòng điện trong chất điện phân

Dòng điện trong chất điện phân
Nhóm thuyết trình: Tổ 2
Nội dung bài học
Dòng điện trong chất điện phân
I. Thuyết Điện Li
Thí nghiệm
Cho nước tinh khiết vào một cốc có hai điện cực kim loại nối với một bộ pin. Thấy dòng điện chạy qua rất nhỏ
Trong nước có rất ít hạt tải điện
I ≈ 0
Thí nghiệm
Thêm vào trong nước một lượng nhỏ axit hoặc bazơ, hoặc muối thấy dòng điện tăng mạnh
Mật độ hạt tải điện tăng lên
I >> 0
Thuyết điện li
Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazo, và muối bị phân li (một phần hoặc toàn bộ) thành các nguyên tử (hoặc nhóm nguyên tử mang điện) gọi là ion; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện
Axit
Bazo
Muối
Thuyết điện li
Mỗi ion mang một số điện tích nguyên tố. Khi ion là nguyên tử tích điện, số điện tích nguyên tố của ion là hóa trị của nguyên tố đấy
Các ion dương và âm đã tồn tại sẵn trong các phân tử axit, bazo, muối. Liên kết với nhau bằng lực hút Cu-long. Khi tan vào nước hoặc dung môi khác, lực hút yếu dần và liên kết trở nên lỏng lẻo. Một số phân tử bị chuyển động nhiệt tách thành các ion tự do
Chuyển động nhiệt mạnh trong các muối hay bazo nóng chảy cũng làm các phân tử chất này phân li thành các ion tự do như các dung dịch
Ta gọi chung những dung dịch và những chất nóng chảy như trên là chất điện phân
II. Bản chất dòng điện trong chất điện phân
Thí Nghiệm
Lấy một bình đựng chất điện phân (CuSO4) và cắm vào đó hai điện cực dẫn điện (Cu). Ta được một bình điện phân
Nối hai điện cực với nguồn điện (pin hoặc ắc quy) qua 1 điện trở và 1 ampe kế và 1 bóng đèn
Điện cực nối với cực Dương (anot) với cực âm gọi là catot. Trong mạch có dòng điện chạy qua (Đèn sáng)
Thí Nghiệm
Bản chất dòng diện trong chất điện phân
Dòng điện trong long các chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển điện có hướng theo hai chiều ngược nhau
Ion Dương chạy về phía catot gọi là cation
Ion âm chạy về phía anot gọi là anion
Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại
Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện mà còn tải cả vật chất
III. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực, hiện tượng Dương cực tan
III. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực, hiện tượng Dương cực tan
Xét những gì xảy ra ở điện cực bình điện phân ở hình bên
Khi có dung điện chạy qua. Cu2+ chạy về catot và nhận electron từ nguồn điện đi tới
Cu2+ + 2e- ------> Cu
Đồng hình thành ở catot sẽ bám vào cực này
Ở anot, e bị kéo về cực Dương của nguồn điện, tạo điều kiện hình thành ion Cu2+ trên bề mặt tiếp xúc với dung dịch
Cu ------> Cu2+ + 2e-

III. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực, hiện tượng Dương cực tan
Khi anion (SO4)2- chạy về anot, kéo Cu2+ vào dung dịch. Như vậy Cu ở anot sẽ tan dần vào dung dịch. Đó là hiện tượng Dương cực tan
Các hiện tượng diễn ra ở anot và catot trong bình điện phân là cùng một phản ứng cân bằng xảy ra theo 2 chiều khác nhau
Cu2+ + 2e- <------> Cu
Nếu phản ứng diễn ra theo chiều nay thu năng lượng, thì phản ứng diễn ra theo chiều ngược lại tỏa năng lượng, nên tổng cộng điện năng chỉ bị tiêu hao vì tỏa nhiệt. Bình điện phân như một điện trở
III. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực, hiện tượng Dương cực tan
Xét bình điện phân ở hình bên
Kết quả: Chỉ có nước bị phân tách thành hidro và oxi. Hidro bay ra ở catot, còn oxi bay ra ở anot
Năng lượng W được dung để phân tách lấy từ năng lượng của dung điện. Tỉ lệ với điện lượng chạy qua bình điện phân.
W=EpIt
Ep đo bằng vôn là suất phản diện phụ thuộc vào bản chất của điện cực và chất điện phân.
IV. Các định luật Fa-ra-đây
Do dòng điện trong chất điện phân tải điện lượng cùng với vật chất (theo nghĩa hẹp) nên khối lượng chất đi đến điện cực
Tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình điện phân
Tỉ lệ thuận với khối lượng của ion (Khối lượng mol nguyên tử A của nguyên tố tạo nên ion ấy)
Tỉ lệ nghịch với điện tích của ion (Hay khóa trị n của nguyên tố tạo ra ion ấy)
Định luật Fa-ra-đây thứ nhất
Khối lượng vận chất được giải phóng ở điện cực của mình điệnphân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó
 
k: đương lượng điện hóa của chất được giải phóng điện cực
Định luật Fa-ra-đây thứ hai
 
F là số Fa-ra-đây nếu I tính bằng ampe, t tính bằng giây thì F= 96494C/mol (≈96500C/mol)
 
Kết hợp 2 định luật Fa-ra-đây ta được công thức Fa-ra-đây
m là khối lượng của chất được giải phóng ở ddiaeejn cực (g)
 
Ứng dụng của hiện tượng điện phân
Luyện nhôm
Mạ điện, đúc điện
Tinh luyện đồng
Điều chế Clo, xút
Luyện nhôm
Mạ điện
Mục đích: Tăng vẻ đẹp và chống gỉ cho các đồ dung
Mạ lên đồ vật một lớp kim loại trơ
Bể điện phân (bể mạ) có anot: Tấm kim loại dung để mạ và catot là vật cần mạ
Chất điện phân: Dung dịch muối kim loại để mạ
Một số đồ vật được mạ
Mạ bạc