Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương về catốt và ion âm về anốt.. Nếu mg thì F = 96500 C/mol mkg thì F = 9,65.107 C/mol Trong hiện tượng cực
Trang 1I – TÓM TẮT KIẾN THỨC
1 Chất điện phân là các dung dịch axit, bazơ, muối hoặc các hợp chất này nóng chảy
Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương (về catốt) và ion âm (về anốt) Các ion trong chất điện phân xuất hiện là do sự phân li của các phân tử chất tan trong dung môi
Lượng chất giải phóng ra ở các điện cực tuân theo định luật Faraday
96500 n
trong đó : m là đơn vị g
A : Nguyên tử lượng chất được giải phóng ra (đơn vị g)
N : hóa trị của chất được giải phóng
Khi xảy ra hiện tượng cực dương tan thì dòng điện tuân theo định luật Ôm
II – MỘT SỐ LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TẬP
Bài tập chủ yếu trong phần này là sử dụng công thức của định luật Fa-ra-day để tính khối lượng chất được giải phóng ra ở điện cực Trong đó chú ý giá trị của hằng số F Nếu m(g) thì F = 96500 C/mol
m(kg) thì F = 9,65.107 C/mol
Trong hiện tượng cực dương tan thì dòng điện trong chất điện phân tuân theo định luật Ôm nên có thể sử dụng công thức của định luật này để tính giá trị cường độ dòng điện qua bình điện phân
II – BÀI TẬP
1 Bài tập mẫu
Bài 1 Chiều dày của lớp Niken phủ lên một tấm kim loại là d = 0,05mm sau khi điện
phân trong 30 phút Diện tích mặt phủ của tấm kim loại là 30cm2 Xác định
TÓM TẮT LÝ THUYẾT VÀ VI DỤ VỀ DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN
Trang 2cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân Cho biết niken có khố lượng riêng
D 8, 9.10 kg / m ; nguyên tử khối A = 58 và hóa trị n = 2
Tóm tắt :
d = 0,05mm = 0,05.103m
t = 30phút =1800s
S = 30cm2 = 30.104m2
D 8, 9.10 kg / m ; A = 58 ; n = 2
I = ?
Bài giải
Khối lượng niken phủ lên tấm kim loại là
m = DSd = 13,35.104kg =1,335g
Áp dụng công thức m 1 AIt
F n
Cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân
I mFn 1,335.96500.2 2, 47A.
A.t 58.1800
2 Bài tập ôn luyện
Bài 1 Một vật kim loại đen mạ kền có diện tích S =120cm2 Tính bề dày h của lớp kền
mạ trên vật Cho biết dòng điện qua bình điện phân có cường độ I = 0,3A ; thời gian mạ t = 5h ; nguyên tử lượng, hóa trị và khối lượng riêng của kền lần lượt là
A = 58,7 ; n = 2 và D 8,8.10 kg / m 3 3
Bài 2 Điện phân H2SO4 với các điện cực platin, ta thu được khí hiđrô và ôxi ở các điện cực Tính thể tích khí thu được ở mỗi điện cực (ở điều kiện chuẩn) nếu dòng điện qua bình điện phân có cường độ I = 5A trong thời gian = 32phút 10 giây
Trang 3Bài 3 Khi điện phân dung dịch muối ăn trong nước người ta thu được khí hiđrô ở
catốt Khí thu được có thể tích V 1 lít ở nhiệt độ t = 27oC, áp suất p = 1atm
IV HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ ĐÁP SỐ
Bài 1 Tóm tắt :
S =120cm2 = 120.104m2
I = 0,3A
t = 5h = 18000s h = ?
A = 58,7 ; D 8,8.10 kg / m3 3 ; n =2
Bài giải
Khối lượng kền phủ lên mặt tấm kim loại là
3
1 A
m It 1, 64g 1, 64.10 kg
F n
Lớp kền này có bề dày là
3
h
h =1,55.105m
Bài 2 Tóm tắt :
I = 5A
t = 32 phút 10 giây = 1930s VH2? VO2? (đktc)
Bài giải
Khối lượng hiđrô thu được ở điện cực âm là
2 2
2
H
H
H
A
1
F n
2
H
96500 1
Trang 4-> Số mol khí hiđrô là nH2 0,1 0, 05mol.
2
Vậy ở điều kiện tiêu chuẩn, thể tích khí hiđrô là
V n 2, 241,12l
Tương tự : Thể tích khí oxi thu được ở điện cực dương (ở điều kiện tiêu chuẩn) là :
2 2
2
O
O
O
A
2
O
16.5.1930.22, 4
96500.2.32
Bài 3 Tóm tắt :
V = 1l ; t = 27oC
T = 300K ; p = 1 atm
q = ?
Bài giải
Xét lượng khí hiđrô giải phóng ra ở catốt trong điều kiện tiêu chuẩn
Áp suất p0 =1 atm
Nhiệt độ T0 = 273K
Thể tích V0
Áp dụng phương trình trạng thái
0
Vậy số mol của khí hiđrô thu được là V 0
22,4
Khối lượng hiđrô giải phóng ra ở điện cực m = n2 = 0,082g
Vậy điện lượng chuyển qua bình điện phân
Trang 5Áp dụng công thức m 1 1q
96500 1
1
Chủ đề 2 dòng điện trong các môi trường khác
I TÓM TẮT KIẾN THỨC
1 Môi trường kim loại
Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các êlectron tự do
Trong chuyển động, các êlectron tự do luôn va chạm với các ion ở nút mạng và truyền một phần động năng cho chúng Sự va chạm này là nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại
Cường độ dòng điện chạy qua một dây dẫn I = neSv
trong đó n : mật độ êlectron tự do
e : điện tích nguyên tốc ( = 1,6.1019
C)
v: vận tốc trung bình của chuyển động có hướng của các e
S : tiết diện dây dẫn
Điện trở dây dẫn :
e
1 l
ne S S
l
trong đó e là độ linh động của êlectron tự do trong kim loại làm dây dẫn
: điện trở suất của kim loại (đơn vị m)
+ Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất
0 1 (t t )0
là hệ số nhiệt điện trở (đơn vị k1)
2 Môi trường khí
Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương về catốt, ion âm và êlectron về anốt
Trang 6 Khi cường độ điện trường trong chất khí đủ mạnh thì xảy ra sự ion hóa do va chạm cho số điện tích tự do (ion và êlectron) trong chất khí tăng lên rất nhanh
Tia lửa điện và hồ quang điện là hai dạng phóng điện trong không khí ở điều kiện thường Cơ chế của tia lửa điện là sự ion hóa do va chạm khi cường độ điện trường trong không khí lớn hơn 3.105
V/m
Khi áp suất trong chất khí giảm dưới 103 mmHg thì trong ống phóng điện có tia catốt Đó là dòng êlectron phát ra từ catôt
3 Môi trường chân không
Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron bứt ra
từ catốt bị nung nóng
Dòng điện trong chân không chỉ chạy theo một chiều nhất định từ anốt (cực dương) sang catôt (cực âm)
4 Môi trường bán dẫn
Dòng điện trong bán dẫn tinh khiết là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron tự
do và lỗ trống
Có thể pha thêm tạp chất vào bán dẫn tinh khiết để tạo thành bán dẫn loại n (hạt mang điện cơ bản là lỗ trống)
Lớp tiếp xúc giữa hai loại bán dẫn p và n (lớp tiếp xúc p – n) có tính dẫn điện chủ yếu theo một chiều nhất định từ p sang n
II MỘT SỐ LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TẬP
III BÀI TẬP
1 Bài tập mẫu
Bài 1 Một dây dẫn bằng đồng, đường kính tiết diện là d = 1mm, có dòng điện cường
độ I = 2A chạy qua Cho biết mật độ êlectron tự do là n = 8,45.1028
êlectron/m3
Trang 7Hãy tính vận tốc trung bình của các êlectron trong chuyển động có hướng của chúng
Tóm tắt :
d = 1mm = 103m
I = 2A ; e = 1,6.1019C v ?
n = 8,45.1028 êlectron/m3
Bài giải
Ta có cường độ dòng điện I nSve
2 0
v
4
4
1, 9.10 m / s.
2 Bài tập ôn luyện
Bài 1 Đồng có nguyên tử khối 63,5 ; khối lượng riêng 8,9 g/cm3 và điện trở suất 1,6.108 Hãy tính
a) Mật độ êlectron tự do của đồng (coi mỗi nguyên tử đồng giải phóng một êlectron tự do)
b) Độ linh động của êlectron tự do trong kim loại đồng
Bài 2 Cho biết quãng đường tự do trung bình của một êlectron trong không khí ở áp
suất thường là 6
5.10 m.
Xác định cường độ điện trường trong đó có thể xảy
ra sự ion hóa do va chạm Biết rằng muốn thực hiện được sự ion hóa do va chạm thì êlectron phải có năng lượng khoảng 2,4.1020J Điện tích của êlectron
19 e
q 1, 6.10 C.
Bài 3 Một dây đồng có điện trở ở 50oC Hỏi điện trở dây ở nhiệt độ 100oC là bao nhiêu Biết hệ số nhiệt điện trở của đồng là 0,004K1
Trang 8
IV HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ ĐÁP SỐ
Bài 1 Tóm tắt :
A = 63,5 ; =1,6.108 m a) n = ?
D = 8,9 g/cm3 = 8,9.106 g/cm3 b) e ?
Bài giải
Xét 1 mol nguyên tử đồng có NA = 6,022.1023 nguyên tử và khối lượng m = 63,5 g
Thể tích của 1 mol nguyên tử là V m.
D
6 3 6
63,5
8, 9.10
Nếu mỗi nguyên tử đồng giải phóng một êlectron tự do thì mật độ êlectron tự do của
6, 022.10 ª lectron
.
Từ công thức
e
1 ne
Độ linh động của êlectron tự do trong kim loại đồng
ne 1, 6.10 8,5.10 1, 6.10
3
4, 6.10
Bài 2 Tóm tắt :
6
5.10 m
; W=2,4.1020J ; q 1, 6.1019C.
E = ?
Bài giải
Khi êlectron chuyển động trong điện trường thì dưới tác dụng của lực điện trường, êlectron sẽ nhận năng lượng có giá trị bằng W q Es.
Giữa hai lần va chạm, êlectron chuyển động được quãng đường
Trang 9s 20 5
Bài 3 Tóm tắt :
o
R 37 ;t 50 C R = ?
t 100 C ; 0, 004K
Bài giải
Có R
S
l ; khi nhiệt độ tăng điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất nên điện trở kim loại cũng tăng theo quy luật
)) (
0 1 α t t
R
Vậy R = 37(1+0,004(10050)) = 44,4