3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.3. Các bộthí nghiệm điện phân dung dịch đã có
2.3.2. Bộthí nghiệm dòng điện trong chất điện phân với điện cực than
Hình 2. Bộ thí nghiệm dòng điện trong chất điện phân với điện cực than
Nguyên tắc hoạt đông:
Bộ thí nghiệm khảo sát dòng điện trong chất điện phân với điện cực than tại phòng thí nghiệm vật lí phổ thông của trường đại học Hùng Vương là bộ thiết bị điện phân dung dịch đồng sunfat Cu . Hai điện cực là hai điện cực than hình trụ với tiết diện Ø 2 (mm), dài 50 (mm). Lắp bộ chân giá như (Hình 2) vào nắp nhựa rồi nhúng vào bình điện phân. Nối nguồn điện vào bình điện phân. Đổ vào cốc đốt độ 120 (ml) nước cất. nếu không
có nước cất thì dung nước sạch. Yêu cầu học sinh quan sát kim điện kế. Sau đó đổ 50g Cu từng ít một vào cốc rồi dung que khuấy cho đến khi tan hết. Yêu cầu học sinh quan sát kim của điện kế.
Lại đặt hai điện cực vào vị trí như cũ và đổi chiều dòng điện qua bình điện phân . Lúc này điện cực có đồng là cực dương. Sau một khoảng thời gian nhấc điện cực lên cho học sinh quan sát.
Ưu điểm:
Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh, sinh viên.
Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, giá thành rẻ có thể sử dụng rộng rãi ở các trường phổ thông.
Kết quả thí nghiệm dễ xử lí để đưa ra kết luận cho bài học.
Nhược điểm:
Thao tác tiến hành đối với bộ thí nghiệm dòng điện trong chất điện phân mất khá nhiều thời gian mới thu được kết quả nguyên nhân là do điện cực than có kích thước và diện tích tiếp xúc với dung dịch khá nhỏ.
Trong quá trình tiến hành thí nghiệm với dung dịch điện phân là Cu nồng độ Cu giảm dần khi có dòng điện chạy qua do đó không có tính lặp lại và chỉ thường sử dụng nghiên cứu về mặt định tính.
Lượng đồng bám vào cực âm của catot khá ít, và khó nhận biết bằng mắt thường.
Bình điện phân có kích thước nhỏ, khó khăn trong việc cho Cu và vệ sinh sau khi tiến hành thí nghiệm.
Bảng 2.2Kết quả thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc cường độ dòng điện vào khối lượng CuS (nồng độ).
Thứ tự Khối lượng CuS Cường độ dòng I (A)
1 50g 0,13 (A)
2 100 g 0,22 (A)
3 150g 0,28 (A)
4 200g 0,31 (A)
5 250g 0,34 (A)
Hình 3. Đồ thị sự phụ thuộc của dòng điện vào nồng độ CuS
Nhận xét: Độ lớn của cường độ dòng điện trong mạch phụ thuộc vào khối lượng CuS cho thêm vào dung dịch điện phân.
2.3.3. Bộ thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng điện phân với bình
Hốp – Man.
Hình 4. Bộ thí nghiệm điện phân Hốp – Man tại trường đại học.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 50 100 150 200 250 300 Nồng độ I (A)
Nguyên tắc hoạt động:
Thiết bị thí nghiệm điện phân nước bằng bình Hốp –Man. Chất điện phân là dung dịch với hai điện cực Platin 10% thì chất khí thoát ra ở hai điện cực là hidro và oxi.
Chất khí được giải phóng bên catot là hidro. Theo phương trình Mendeleep – Claperon đối với chất khí ở điều kiện chuẩn ( , , ). Tiến hành ta cho dung dịch axit sunfuaric vào bình (điều chỉnh nhánh B và mở các khóa C, D để không còn khí trong nhánh này, sau đó khóa lại). Đóng mạch điện, chỉnh dòng điện đạt 0,5 (A) dữ dòng điện không đổi đồng thời đo thời gian dòng điện chạy qua bình Hốp – Man. Ngắt dòng điện khi lượng khí thoát ra ở một nhánh 100 ( ).
Ưu điểm:
Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh, sinh viên.
Bộ thí nghiệm tiến hành khảo sát hiện tượng điện phân dựa trên số phân tử Hidro thoát ra ở catot nên có độ chính xác cao.
Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt, vệ sinh có thể sử dụng rộng rãi ở các trường đại học và cao đẳng.
Kết quả thí nghiệm dễ xử lí để đưa ra kết luận cho bài học.
Nhược điểm:
Bộ thí nghiệm điện phân sử dụng với dung dịch axit sunfuaric ( ) có tác hại tiêu cực đối với cơ thể con người nên bộ thí nghiệm thường được sử dụng ở các trường đại học và cao đẳng dưới sự quản lí của giảng viên có kinh nghiệm.
Trong dung dịch điện phân có sự tồn tại của các khí bị hòa tan, các bọt khí dính vào thành bình, sự tăng nhiệt độ của chất điện phân và khí phụ thuộc vào dòng lưu lượng ảnh hưởng tới sai số của phép đo.
Một phần nguyên tử oxy bị lắng đọng trong suốt quá trình điện phân, phản ứng ra axit sunfuric. Vì thế, lượng oxy phản ứng nhỏ hơn lượng oxy tự do.
Bộ thí nghiệm cấu tạo cơ bản bởi các ống thủy tinh mỏng, dễ vỡ nên hạn chế trong quá trình di chuyển.