Bài 14. Dòng điện trong chất điện phân

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG THÁP
TRƯỜNG THPT HỒNG NGỰ 1
Bộ môn: Vật lý
Câu 1. Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của
a. các hạt mang điện.
b. ion dương và electron.
c. ion âm và Ion dương.
d. các electron tự do.
Nêu bản chất của dòng điện trong kim loại ?
KIỂM TRA BÀI CŨ
Trả lời:
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.
Dẫn điện
Bài 14: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN
A
Hiện tượng xảy ra như thế nào khi đóng khoá K?
Quan sát kim ampe kế!
Từ thí nghiệm, có nhận xét gì về sự dẫn điện của muối khan?
K
Mu?i khan CuSO4
A
Nước cất
H2O
Hiện tượng xảy ra như thế nào khi đóng khoá K?
Quan sát kim ampe kế!
Từ thí nghiệm, có nhận xét gì về sự dẫn điện của nước cất?
K
Nếu hoà thêm muối vào nước cất thì hiện tượng xảy ra như thế nào?
A
Hiện tượng xảy ra như thế nào khi đóng khoá K?
Quan sát kim ampe kế!
Hiện tượng cũng xảy ra tương tự với các dung dịch axit, bazơ, muối khác. Nhận xét về sự dẫn điện của các dung dịch axít, bazơ và muối; trong các dung dịch đó chứa hạt tải điện nào ?
K
CuSO4
-
+
Dung dịch CuSO4
-
+
I. Thuyết điện ly
Trong dung dịch các hợp chất hoá 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.
* Axít ? ion dương H+ + ion âm (gốc axit)-
Ví dụ:
H2SO4
H+ + SO42-
* Bazơ ? ion dương kim loại + ion âm OH-
* Muối ?ion dương kim loại+ion âm gốc axit
Ví dụ:
NaOH
Na+ + OH-
Ví dụ:
CuSO4
Cu2+ + SO42-
*Một số bazơ như nước amôniac (NH4)OH hoặc muối như phân đạm amôni clorua (NH4)Cl không chứa ion kim loại. Trong dung dịch, cũng bị phân li thành các ion (OH)-, Cl- và (NH4)+.
Vì sao axít, bazơ và muối khi tan vào nước lại bị phân li thành các ion dương và ion âm ?
Các ion dương và âm vốn đã có sẵn trong các phân tử axít, bazơ và muối. Chúng liên kết chặt chẽ với nhau bằng lực hút Cu-lông. Khi tan vào nước hoặc một dung môi khác, lực hút Cu-lông yếu đi, liên kết trở nên lỏng lẻo. Một số phân tử chuyển động nhiệt tách thành các ion tự do.
Phải chăng chỉ có dung dịch axit, bazơ và muối mới có thể phân li thành các ion?
Chuyển động nhiệt mạnh trong muối hoặc bazơ nóng chảy cũng làm các phân tử này phân li thành các ion tự do như các dung dịch.
Dung dịch và các chất nóng chảy như trên gọi là chất điện phân. Vậy chất điện phân là gì ?
Các dung dịch muối, axít và bazơ hoặc muối, bazơ nóng chảy được gọi là chất điện phân.
Quan sát thí nghiệm với dung dịch CuSO4

A
Dung dịch CuSO4
K
A
K
Vậy bản chất sự dẫn điện đó là gì?
II. Bản chất dòng điện trong chất điện phân
Cu2+
SO42-
Cu2+
Cu2+
Cu2+
SO42-
SO42-
SO42-
Khi không có điện trường
Cu2+
Cu2+
SO42-
SO42-
Khi có điện trường
Cu2+
SO42-
SO42-
Cu2+
Dòng điện trong lòng chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau dưới tác dụng của điện trường.
Vì sao chất điện phân dẫn điện không tốt bằng kim loại ?
Mật độ các ion trong chất điện phân thường nhỏ hơn mật độ electron tự do trong kim loại. Khối lượng và kích thước của ion lớn hơn khối lượng và kích thước của electron nên tốc độ chuyển dời có hướng của chúng nhỏ hơn. Môi trường dung dịch lại rất mất trật tự nên cản trở mạnh chuyển động của các ion. Vì thế, chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại.
Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất (theo nghĩa hẹp) đi theo. Tới điện cực chỉ có electron 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 cực dương tan
Xét dung dịch điện phân là đồng sunphát CuSO4, anốt bằng đồng Cu, catôt là một kim loại nào đó(Ví dụ: Pb).
+ -
K
Vì sao cực dương lại bị ăn mòn còn cực âm lại được bao quanh bởi nguyên tử đồng?
A
B
Cu
Pb
Dung dịch
CuSO4
A
* Tại catôt:
, Đồng bám vào catôt
* Tại anôt:
, SO4 tác dụng với một nguyên tử đồng từ anôt tạo thành CuSO4 tan vào dung dịch.
* Kết quả: Anốt bị mòn dần, ở catôt lại có đồng bám vào. Đó chính là hiện tượng dương cực tan.
Khi có dòng điện chạy qua
Các ion chuyển động về các điện cực có thể tác dụng với chất làm điện cực hoặc với dung môi tạo nên các phản ứng hóa học gọi là phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân.
Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của điện cực tan dần vào trong dung dịch khi ®iÖn ph©n dung dÞch muèi cña kim lo¹i dïng lµm cat«t.
Vậy tại catốt, anốt trong bình điện phân này là cùng một phản ứng cân bằng nhưng xảy ra hai chiều ngược nhau:
Cu+ + 2e- Cu
Trong trường hợp này bình điện phân có tiêu thụ năng lượng hay không?
Nếu phản ứng diễn ra theo chiều này thu năng lượng, thì phản ứng diễn ra theo chiều ngược lại toả năng lượng, nên tổng cộng lại điện năng không bị tiêu hao trong quá trình phân tích các chất mà chỉ tiêu hao dưới dạng nhiệt. Bình điện phân được coi là một điện trở.
Xét trường hợp khi chất điện phân là dung dịch axít H2SO4, hai điện cực đều bằng Graphit (than chì).
Trong trường hợp này cực dương có bị tan không?
+ -
K
A
K
C
C
Vì sao ở hai điện cực lại xuất hiện khí oxi và khí hiđrô?
Dung dịch H2SO4
G
Năng lượng để tách phân tử nước thành ion dương H+ và ion âm (OH)- tỷ lệ thế nào so với điện lượng qua bình điện phân?
Ta có thể viết:
Trong đó gọi là suất phản điện của bình điện phân; đơn vị vôn (V)
Năng lượng W dùng để phân tách nước thành ion dương H+ và ion âm (OH)- tỷ lệ thuận với điện lượng qua bình điện phân.
IV. CÁC ĐỊNH LUẬT FA-RA-ĐÂY
Tỉ lệ với điện lượng chạy qua bình điện phân
Tỉ lệ thuận với khối lượng của ion (hay khối lượng mol nguyên tử A của nguyên tố tạo nên ion ấy)
Tỉ lệ nghịch với điện tích của ion (hay hóa trị n của nguyên tố tạo ra ion ấy)
D?nh lu?t FA-RA-D�Y th? nh?t
Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó.
m = kq
D?nh lu?t FA-RA-D�Y th? hai
Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A/n của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là 1/F, trong đó F gọi là số Fa-ra-đây
V?i F = 96500C/mol
IV. CÁC ĐỊNH LUẬT FA-RA-ĐÂY
Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây
m là khối lượng chất bám vào điện cực, tính bằng gam (g)
Michael Faraday
Nhà bác học Anh
1791 - 1867
Hằng số Faraday F = 96500 (C/mol)
Khối lượng chất được giải phóng (g)
Khối lượng mol (g)
Hoá trị
Cường độ dòng điện (A)
Thời gian điện phân (s)
III. Ứng dụng của hiện tượng điện phân :
2. Mạ điện : ứng dụng hiện tượng điện phân để phủ một lớp kim loại lên đồ vật.
1. Luyện nhôm: Quặng nhôm phổ biến là bôxit giàu nhôm Al2O3
HẾT
Chúc quí thầy cô vui, khỏe
chúc các em chăm ngoan học tốt
Bài tập áp dụng 1:
Trả lời :
Khối lượng Ag bám vào cực âm là :
Một bình điện phân có anốt bằng bạc, dung dịch điện phân bạc nitrat (AgNO3) cho A = 108, n = 1. Dòng điện chạy qua bình 5A. Xác định khối lượng bạc bám vào điện cực trong khoảng thời gian 10 phút.
Bài tập áp dụng 2:
Trả lời :
Khối lượng d?ng bám vào cực âm là :
Một bình điện phân có anốt bằng đồng, dung dịch điện phân đồng sunphat (CuSO4) cho A = 64, n = 2 Dòng điện chạy qua bình 2A. Xác định khối lượng đồng bám vào điện cực trong khoảng thời gian 16 phút 5 giây.