CHỦ ĐỀ BÀI TẬP DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆP PHÂN (CÓ LỜI GIẢI CHI TIẾT)

Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân Mục lục Trang Mục lục 1 PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của chuyên đề …2 2. Mục đích chuyên đề …2 3. Đối tượng và khách thể áp dụng chuyên đề …2 4. Nhiệm vụ chuyên đề…………………………………………………………….2 5. Giới hạn áp dụng chuyên đề……………………………………………………3 6. Phương pháp thực hiện chuyên đề …3 PHẦN II: NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ I. Phân loại và phương pháp giải bài tập …3 1. Loại I: Điện phân có dương cực tan …3 2. Loại I I: Điện phân không có dương cực tan ………………………………….8 II: Kết quả áp dụng thực tiễn 10 PHẦN III: KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 1. Kết luận 11 2. Đề xuất 11 Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 1 Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Có nhiều tài liệu trình bày phương pháp giải các bài tập về dòng điện trong chất điện phân. Nhiều tác giả đã đề cập đến các bài tập về dạng này. Tuy nhên, cách trình bày của các tác giả còn chung chung, chưa thực sự đi sâu vào nghiên cứu, số lượng các bài tập ví dụ đưa ra còn ít. Trong sách bài tập vật lý 11 giành cho chương trình chuẩn và Nâng cao, số lượng bài tập về phần này cũng rất hạn chế về số lượng bài tập chưa đủ để hình thành cho học sinh phương pháp và kỹ năng để giải loại bài tập này. Việc đưa ra phương pháp giải các bài tập về dòng điện trong chất điện phân và hình thành cho học sinh kỹ năng chung để giải các bài tập về phần này là hết sức quan trọng đối với mỗi giáo viên. Xuất phát từ những lý do trên tôi đi đến quyết định chọn chuyên đề: “ Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chuyên đề này tôi xác định mục đích: 1. Giúp học sing củng cố và nắm vững hơn về định luật Fa ra đây. 2. Có phương pháp giải các bài tập về hiện tượng điện phân trong các bài tập cụ thể. 3. Rèn luyện kỹ năng giải các bài tập liên quan về dòng điện không đổi. 4. Học sinh nắm vững và vận dụng linh hoạt được các định luật Fa ra đây trong các bài tập cụ thể. 3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu Đối tượng của chuyên đề tôi lựa chọn là: “Bài tập về dòng điện trong chất điện phân”. Khách thể: Học sinh trường THPT Phước Bình – Bình Phước. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu Nhằm thực hiện mục đích trên chuyên đề, tôi tiến hành giải quyết các nhiệm vụ sau đây: Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 2 Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân 1. Nghiên cứu lý thuyết của phần dòng điện trong chất điện phân. 2. Nghiên cứu thực tiễn: thói quen giải các bài tập phần dòng điện trong chất điện phân của học sinh. 3. Đề xuất một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh, nắm vững được các bài tập về dòng điện trong chất điện phân. 5. Giới hạn áp dụng chuyên đề Giáo viên bộ môn Vật lý, học sinh các lớp 11TN1, 11A6, 11A8 của trường THPT Phước Bình – Bình Phước, sau đó mở rộng áp dụng đối với toàn bộ học sinh khối lớp 11 trong Nhà Trường. Thời gian nghiên cứu và thử nghiệm tác động là 2 tuần (Từ ngày 15/11/2010 đến ngày 27/11/2010). 6. Phương pháp nghiên cứu. - Phương pháp nghiên cứu tài liệu tham khảo. - Phương pháp điều tra: ra đề, coi thi và chấm điểm các bài kiểm tra của các lớp để thu thập thói quen làm bài tập của học sinh trong phân bài tập về dòng điện trong chất điện phân. - Phương pháp xử lý số liệu: + Hệ thống các bài kiểm tra được xử lý theo phương pháp thống kê toán học. + Tuyển chọn và loại những số liệu thu được không đáng tin cậy. Trong các phương pháp trên thì phương pháp điều tra là phương pháp chủ đạo. PHẦN II: NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ I. Phân loại và phương pháp giải các bài tập Trong phần này tôi chỉ trình bày hai dạng bài tập liên quan về hiện tượng điện phân. Trong đó loại bài tập thứ nhất giành cho cả ban Cơ bản và Nâng cao; loại thứ hai giành cho học sinh ban Tự nhiên và một số học sinh khá, giỏi ở ban Cơ bản. Trong hai loại bài tập này tôi chủ yếu tập trung nhiều ở loại bài tập thứ nhất. Cụ thể: LOẠI 1: ĐIỆN PHÂN CÓ DƯƠNG CỰC TAN Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 3 Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân 1. Phương pháp: - Sử dụng định luật Farađây: + Định luật I: tIkkqm == + Định luật II: n A F k 1 = Biểu thức định luật Fa ra đây tổng quát: q n A F m 1 = Hay: It n A F m 1 = Trong đó: k là đương lượng điện hóa của chất được giả phóng ra ở điện cực ( đơn vị g/C). F = 96 500 C/mol: là hằng số Farađây. n là hóa trị của chất thoát ra. A là khối lượng nguyên tử của chất được giải phóng ( đơn vị gam). q là điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân ( đơn vị C ). I là cường độ dòng điện qua bình điện phân. ( đơn vị A). t là thời gian điện phân ( đơn vị s). m là khối lượng chất được giải phóng ( đơn vị gam) Chú ý: - Đối với loại bài tập này ta coi bình điện phân như là một điện trở thuần, không có suất phản điện. - Trong các biểu thức trên học sinh thường sử dụng I là dòng điện qua toàn mạch, điều đó là không đúng, ở đây I chính là I p . 2. Bài tập mẫu: Bài 1: Một bình điện phân đựng dung dịch đồng sunfat ( C u SO 4 ) với a nốt bằng đồng (C u ). Điện trở của bình điện phân là R = 10 Ω . Hiệu điện thế đặt vào hai cực là U = 40V. a) Xác định cường độ dòng điện đi qua bình điện phân. b) Xác định lượng đồng bám vào cực âm sau 1 giờ 4 phút 20 giây. Cho biết đối với đồng A = 64 và n = 2. Hướng dẫn giải a) Cường độ dòng điện qua bình điện phân: Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 4 Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân Áp dụng định luật Ôm: A R U I 4 5 20 === . b) Khối lượng đồng bám vào cực âm: Áp dụng định luật Fa ra đây: It n A F m 1 = )(12,54 2 64 96500 1 g== Bài 2: Một bình điện phân đựng dung dịch bạc nitrat ( A g NO 3 ) với a nốt bằng bạc (A g ). Sau khi điện phân 30 phút có 5,04g bạc bám vào ca tốt. Xác định cường độ dòng điện đi qua bình điện phân. Cho biết đối với bạc A = 108 và n = 1. Hướng dẫn giải Cường độ dòng điện qua bình điện phân: Áp dụng định luật Fa ra đây: .5,2 1800.108 1.96500.04,5 . 1 A tA nFm IIt n A F m ===⇒= Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện động E= 9V, điện trở trong r = 2Ω, R 1 = 6Ω, R 2 = 9Ω. Bình điện phân đựng dung dịch đồng sunfat có điện cực bằng đồng, điện trở của bình điện phân là R p = 3Ω. Tính: a) Cường độ dòng điện qua mạch và qua các điện trở, bình điện phân. b) Khối lượng đồng bám vào ca tôt sau 32 phút 10 giây. Biết đối với đồng A = 64, n = 2. Hướng dẫn giải a) Cường độ dòng điện qua mạch, qua các điện trở và bình điện phân: Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch: r I + = N R E Mà: Ω= ++ + = + = 4 396 )39(6 . 21 21 p p N RR RR R Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 5 R 1 R p R 2 E,r Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân Nên: AI 5,1 24 9 = + = U N = I.R N = 1,5.4 = 6V = U 1 = U 2p Vậy: p p p p IIA R U IAI ====== 2 2 2 2 1 1 1 5,0;1 R U . b) Khối lượng đồng bám vào ca tôt: Áp dụng định luật Fa ra đây: It n A F m 1 = )(32,01930.5,0 2 64 96500 1 g== Bài 4: Chiều dày của lớp bạc phủ lên một tấm kim loại khi mạ bạc là d = 0,1mm sau khi điện phân 32 phút 10 giây. Diện tích của mặt phủ tấm kim loại là 41,14cm 2 . Xác định điện lượng dịch chuyển và cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân. Biết bạc có khối lượng riêng là D = 10,5 g/cm 3 . A = 108, n = 1. Hướng dẫn giải Điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân và cường độ dòng điện qua bình: Áp dụng định luật Farađây: q n A F m 1 = (1) Mà: m = D.V = D.S.d (2) Thế (2) vào (1): )(73,3859 108 1.96500.01,0.14,41.5,10 1 C A nFdSD qq n A F dSD ===⇒= Mà )(2 1930 73.3859 A t q I ≈== . 3. Một số bài tập đề nghị: I.1 Cho mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện động E = 16V, điện trở trong Ω= 8,0r , Ω=Ω=Ω=Ω= 4,4,2,0,12 321 p RRRR . R p là bình điện phân chứa dung dịch đồng sunfat có điện cực bằng đồng. Tính: a) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B. Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 6 E,r R p R 1 R 2 R 3 A B Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân b) Dòng điện qua bình điện phân. c) Lượng đồng được giải phóng ra ở ca tôt sau thời gian 32 phút 10 giây. I.2 Cho mạch điện như hình vẽ: Trong đó nguồn có suất điện động E = 2,5V, điện trở trong không đáng kể ( r = 0). .5,1,6,4 321 Ω=Ω=Ω= RRR Số chỉ của am pe kế bằng 0. Tính: a) R x ? b) Thay R x bằng một bình điện phân dung dịch A g NO 3 có điện cực bằng bạc. Số chỉ của am pe kế lúc này vẫn bằng 0. Tính lượng bạc được giải phóng ở ca tốt trong thời gian 32 phút 10giây. I.3. Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó bộ nguồn gồm n pin giống nhau có suất điện động là 1,5V và điện trở trong .5,0 Ω Mạch ngoài gồm các điện trở .4,9,2 321 Ω=Ω=Ω= RRR đèn Đ có ghi 3V – 3W. R p là một bình điện phân dung dịch bạc nitrat có dương cực tan. Am pe kế a 1 chỉ 0,6a, a 2 chỉ 0,4A. Hãy tính: a) Cường độ dòng điện qua bình điện phân và điện trở của bình điện phân. b) Số pin và công suất của bộ nguồn. c) Số chỉ vôn kế. d) khối lượng bạc được giải phóng sau 16 phút 5 giây. e) Đèn Đ sáng thế nào? I.4 Một kim loại đem mạ kền ( Ni ken) có diện tích 120cm 2 . tính bề dày của lớp kền mạ trên vật. Cho biết dòng điện qua bình điện phân có cường độ 0,3A, thời gian mạ kền là 5 giờ.Đối vời kền A = 58,7, n = 2 và D = 8,8g/cm 3 . I.5 Muốn mạ đồng một tấm sắt có diện tích tổng cộng 200cm 2 người ta dùng nó làm ca tốt của một bình điện phân chứa dung dịch CuSO 4 và a nốt là một thanh đồng nguyên chất rồi cho Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 7 A B A R 1 R 2 E,r R 3 R x C D a 1 a 2 V R 1 R 3 R p Đ R 2 Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân dòng điện có cường độ 10 A chạy qua trong thời gian 2 giờ 40 phút 50 giây. Tìm chiều đà của lớp đồng bám trên mặt tấm sắt. Biết rằng đối với đồng A = 64, n = 2, D = 8,9g/cm 3 LOẠI 2: ĐIỆN PHÂN KHÔNG CÓ DƯƠNG CỰC TAN 1. Phương pháp: - Bình điện phân được coi như một máy thu điện có suất phản điện E p và điện trở trong r p - Ta cũng sử dụng định luật Farađây: q n A F m 1 = Hay: It n A F m 1 = Trong đó: F = 96 500 C/mol: là hằng số Farađây. n là hóa trị của chất thoát ra. A là khối lượng nguyên tử của chất được giả phóng ( đơn vị gam). q là điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân ( đơn vị C ). I là cường độ dòng điện qua bình điện phân. ( đơn vị A). t là thời gian điện phân ( đơn vị s). m là khối lượng chất được giải phóng ( đơn vị gam) Chú ý: - Bình điện phân đã biến phần lớn năng lượng tiêu thụ thành hóa năng và nhiệt năng. 2. Bài tập mẫu: Một mạch điện kín gồm một nguồn điện có suất điện động E = 6V, điện trở trong Ω= 5,0r , cung cấp dòng điện cho bình điện phân dung dịch đồng sunfat với a nôt làm bằng chì. Biết suất phản điện của bình điện phân là E p = 2V, ,5,1 Ω= p r và lượng đồng bám trên ca tôt là 2,4g. Hãy tính: a) Điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân. b) Cường độ dòng điện qua bình điện phân. c) Thời gian điện phân. Hướng dẫn giải Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 8 Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân Ta có thể coi mạch điện như hình vẽ a) Điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân: Ta có: C A nFm qq n A F m 5,7237 1 ==⇒= b) Cường độ dòng điện qua bình điện phân: A rr EE I p p 2= + − = c) Thời gian điện phân: s I q t 75,3618== 3. Bài tập đề nghị: II.1 Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, các nguồn điện giống nhau, mỗi nguồn có suất điện động 4,5V và điện trở trong 0,5 Ω . R p là bình điện phân chứa dung dịch AgNO 3 với hai điện cực bằng đồng. Suất phản điện của bình điện phân là 3V và điện trở là 1 Ω . Các điện trở .9,6,4 321 Ω=Ω=Ω= RRR Hãy tính: a) Cường độ dòng điện qua bình điện phân và qua các điện trở. b) Tính lượng bạc bám vào ca tốt sau khi điện phân 1 giờ 4 phút 20 giây. c) Tính nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R 3 trong thời gian nói trên. II.2 Khi điện phân dung dịch muối ăn trong nước, người ta thu được khí hiđrô vào một bình có thể tích 1 lít. Hãy tính công thực hiện bởi dòng điện khi điện phân, biết rằng hiệu điện thế đặt vào hai đầu điện cực của bình là 50V, áp suất của khí hiđrô trong bình là 1,3atm và nhiệt độ của khí là 27 0 C. II. Thực tiễn áp dụng. Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 9 R 1 R 2 R p E,r R 3 E, r E p , r p A B Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân Kết quả nghiên cứu như sau: Sau khi cho học sinh làm các bài tập đề nghị về dòng điện trong chất điện phân tôi thu được bảng số liệu học sinh giải được và không giải được các bài tập như sau: LOẠI 1: LOẠI 2: Bài Lớp 11TN1 Lớp 11A6 Lớp 11A8 Giải được Không được Giải được Không được Giải được Không được 1 2 3 Nhận xét: Từ bảng số liệu điều tra được tôi thấy rằng: PHẦN III: KẾT LUẬN - ĐỀ XUẤT Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 10 [...]...Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân 1 Kết luận …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………… III TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lý 11 – Lê Văn Thông 2 Đêt học tốt Vật lý 11 – Lê Văn Thông 3 Bài tập về phương pháp dạy bài tập Vật lý – Phạm Hữu Tòng 4 SGK và Sách bài tập vật lý 11, Chuấn và Nâng cao Giáo viên thực hiện: Hoàng Văn Tuấn Trang 11 ... …………………………………………………………………………………………………… 2 Đề xuất …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… III TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lý . 1 Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Có nhiều tài liệu trình bày phương pháp giải các bài tập về dòng điện trong chất điện phân. Nhiều. r p A B Chuyên đề bài tập về dòng điện trong chất điện phân Kết quả nghiên cứu như sau: Sau khi cho học sinh làm các bài tập đề nghị về dòng điện trong chất điện phân tôi thu được bảng số liệu học sinh giải. phần dòng điện trong chất điện phân. 2. Nghiên cứu thực tiễn: thói quen giải các bài tập phần dòng điện trong chất điện phân của học sinh. 3. Đề xuất một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh,