Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân - Trường THPT Hồng Ngự

SễÛ GIAÙO DUẽC VAỉ ẹAỉO TAẽO ẹOÀNG THAÙP 
TRệễỉNG THPT HOÀNG NGệẽ 1 
Boọ moõn: Vaọt lyự 
Cõu 1. Dũng điện trong kim loại là dũng chuyển dời cú hướng của 
 a. cỏc hạt mang điện . 
 b. ion dương và electron. 
 c. ion õm và Ion dương . 
 d. cỏc electron tự do. 
Nờu bản chất của dũng điện trong kim loại ? 
KIỂM TRA BÀI CŨ 
Trả lời : 
	 Dũng điện trong kim loại là dũng chuyển dời cú hướng của cỏc electron tự do dưới tỏc dụng của điện trường . 
Chất lỏng 
Đ èn 
Kim loại 
Chất lỏng 
Đ èn 
Dẫn điện 
Kim loại 
Bài 14: DềNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN 
Quy ước : Khi quan sỏt thấy hỡnh thỡ ghi bài vào vở 
 
+ 
 O 
 A 
Hiện tượng xảy ra nh ư thế nào khi đ óng kho á K? 
Quan sát kim ampe kế ! 
Từ thí nghiệm , có nhận xét gì về sự dẫn đ iện của muối khan? 
K 
M uối khan CuSO 4 
+ 
 O 
 A 
Nước cất 
 H 2 O 
Hiện tượng xảy ra nh ư thế nào khi đ óng kho á K? 
Quan sát kim ampe kế ! 
Từ thí nghiệm , có nhận xét gì về sự dẫn đ iện của nước cất ? 
K 
Nếu hoà thêm muối vào nước cất th ì hiện tượng xảy ra nh ư thế nào ? 
+ 
 O 
 A 
Hiện tượng xảy ra nh ư thế nào khi đ óng kho á K? 
Quan sát kim ampe kế ! 
Hiện tượng cũng xảy ra tương tự với các dung dịch axit , baz ơ, muối khác . Nhận xét về sự dẫn đ iện của các dung dịch axít , baz ơ và muối ; trong các dung dịch đ ó chứa hạt tải đ iện nào ? 
K 
 CuSO 4 
- 
+ 
Dung dịch CuSO 4 
- 
+ 
I. Thuyết đ iện ly 
Trong dung dịch các hợp chất hoá học nh ư axit , baz ơ và muối bị phân li ( một phần hoặc toàn bộ ) thành các nguyên tử ( hoặc nhóm nguyên tử ) tích đ iện gọi là ion; ion có thể chuyển đ ộng tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải đ iện . 
 * Axít → ion dương H + + ion âm ( gốc axit ) - 
Ví dụ : 
H 2 SO 4 
H + + SO 4 2- 
 * Baz ơ → ion dương kim loại + i on âm OH - 
 * Muối → ion dương kim loại+ion âm gốc axit 
Ví dụ : 
NaOH 
Na + + OH - 
Ví dụ : 
CuSO 4 
Cu 2+ + SO 4 2- 
 * Một số baz ơ nh ư nước amôniac (NH 4 )OH hoặc muối nh ư phân đạm amôni clorua (NH 4 )Cl không chứa ion kim loại. Trong dung dịch , cũng bị phân li thành các ion (OH) - , Cl - và (NH 4 ) + . 
Vì sao axít , baz ơ 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 , baz ơ 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 đ ộng nhiệt tách thành các ion tự do. 
Phải chăng chỉ có dung dịch axit , baz ơ và muối mới có thể phân li thành các ion? 
Chuyển đ ộng nhiệt mạnh trong muối hoặc baz ơ nóng chảy cũng làm các phân tử này phân li thành các ion tự do nh ư các dung dịch . 
Dung dịch và các chất nóng chảy nh ư trên gọi là chất đ iện phân . Vậy chất đ iện phân là gì ? 
Các dung dịch muối , axít và baz ơ hoặc muối , baz ơ nóng chảy đư ợc gọi là chất đ iện phân . 
Quan sát thí nghiệm với dung dịch CuSO 4 
+ 
 O 
 A 
 Dung dịch CuSO 4 
K 
A 
K 
Vậy bản chất sự dẫn đ iện đ ó là gì? 
II. Bản chất dòng đ iện trong chất đ iện phân 
Cu 2+ 
SO 4 2- 
Cu 2+ 
Cu 2+ 
Cu 2+ 
SO 4 2- 
SO 4 2- 
SO 4 2- 
 Khi không có đ iện trường 
Cu 2+ 
Cu 2+ 
SO 4 2- 
SO 4 2- 
A 
 + 
K 
- 
Khi có đ iện trường 
Cu 2+ 
SO 4 2- 
SO 4 2- 
Cu 2+ 
Dũng điện trong lũng chất điện phõn là dũng ion dương và ion õm chuyển động cú hướng theo hai chiều ngược nhau dưới tỏc dụng của điện trường . 
Vì sao chất đ iện phân dẫn đ iện không tốt bằng kim loại ? 
	 Mật độ các ion trong chất đ iện 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 đ ộng của các ion. Vì thế , chất đ iện phân không dẫn đ iện tốt bằng kim loại. 
	 Dòng đ iện trong chất đ iện phân không chỉ tải đ iện lượng mà còn tải cả vật chất ( theo nghĩa hẹp ) đi theo . Tới đ iện cực chỉ có electron đi tiếp còn lượng vật chất đ ọng lại ở đ iện cực , gây ra hiện tượng đ iện phân . 
 III. Các hiện tượng diễn ra ở đ iện cực . Hiện tượng cực dương tan 
 Xét dung dịch đ iện phân là đ ồng sunphát CuSO 4 , anốt bằng đ ồng Cu, catôt là một kim loại nào đ ó(Ví dụ : Pb ). 
 + - 
K 
Vì sao cực dương lại bị ăn mòn còn cực âm lại đư ợc bao quanh bởi nguyên tử đ ồng ? 
A 
 B 
Cu 
Pb 
Dung dịch 
CuSO 4 
A 
* Tại catôt : 
, Đ ồng bám vào catôt 
* Tại anôt : 
 , SO 4 tác dụng với một nguyên tử đ ồng từ anôt tạo thành CuSO 4 tan vào dung dịch . 
 * Kết qu ả: Anốt bị mòn dần , ở catôt lại có đ ồng bám vào . Đ ó chính là hiện tượng dương cực tan. 
Khi có dòng đ iện chạy qua 
	 Cỏc ion chuyển động về cỏc điện cực cú thể tỏc dụng với chất làm điện cực hoặc với dung mụi tạo nờn cỏc phản ứng húa học gọi là phản ứng phụ trong hiện tượng điện phõn . 
	 Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi cỏc anion đi tới anụt kộo cỏc ion kim loại của điện cực tan dần vào trong dung dịch khi đ iện phân dung dịch muối của kim loại dùng làm catôt . 
 Vậy tại catốt , anốt trong bình đ iện phân này là cùng một phản ứng cân bằng nhưng xảy ra hai chiều ngược nhau : 
	Cu + + 2e - Cu 
Trong trường hợp này bình đ iện phân có tiêu thụ năng lượng hay không ? 
	 Nếu phản ứng diễn ra theo chiều này thu năng lượng , th ì phản ứng diễn ra theo chiều ngược lại toả năng lượng , nên tổng cộng lại đ iện năng không bị tiêu hao trong qu á trình phân tích các chất mà chỉ tiêu hao dưới dạng nhiệt . Bình đ iện phân đư ợc coi là một đ iện trở . 
Xét trường hợp khi chất đ iện phân là dung dịch axít H 2 SO 4 , hai đ iện cực đ ều bằng Graphit (than ch ì). 
Trong trường hợp này cực dương có bị tan không ? 
+ - 
K 
A 
K 
C 
C 
O 2 
H 2 
Vì sao ở hai đ iện cực lại xuất hiện khí oxi và khí hiđr ô? 
 Dung dịch H 2 SO 4 
G 
Năng lượng để tách phân tử nước thành ion dương H + và ion âm (OH) - tỷ lệ thế nào so với đ iện lượng qua bình đ iện phân ? 
Ta có thể viết : 
 Trong đ ó gọi là suất phản đ iện của bình đ iện 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 đ iện lượng qua bình đ iện phân . 
IV. CÁC ĐỊNH LUẬT FA-RA-ĐÂY 
Tỉ lệ với điện lượng chạy qua bỡnh điện phõn 
Tỉ lệ thuận với khối lượng của ion (hay khối lượng mol nguyờn tử A của nguyờn tố tạo nờn ion ấy ) 
Tỉ lệ nghịch với điện tớch của ion (hay húa trị n của nguyờn tố tạo ra ion ấy ) 
 Định luật FA-RA-ĐÂY thứ nhất 
Khối lượng vật chất được giải phúng ở điện cực của bỡnh điện phõn tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bỡnh đú . 
m = kq 
 Định luật FA-RA-ĐÂY thứ hai 
Đương lượng điện húa k của một nguyờn tố tỉ lệ với đương lượng gam A/n của nguyờn tố đú . Hệ số tỉ lệ là 1/F, trong đú F gọi là số Fa-ra-đõy 
Với F = 96500C/mol 
IV. CÁC ĐỊNH LUẬT FA-RA-ĐÂY 
Kết hợp hai định luật Fa-ra-đõy , ta được cụng thức Fa-ra-đõy 
m là khối lượng chất bỏm vào điện cực , tớnh bằng gam (g) 
Michael Faraday  Nhaứ baực hoùc Anh 1791 - 1867 
Haống soỏ Faraday F = 96500 (C/mol) 
Khoỏi lửụùng chaỏt ủửụùc giaỷi phoựng (g) 
Khoỏi lửụùng mol (g) 
Hoaự trũ 
Cửụứng ủoọ doứng ủieọn (A) 
Thụứi gian ủieọn phaõn (s) 
III. ệÙng duùng cuỷa hieọn tửụùng ủieọn phaõn : 
2. Maù ủieọn : ửựng duùng hieọn tửụùng ủieọn phaõn ủeồ phuỷ moọt lụựp kim loaùi leõn ủoà vaọt . 
1. Luyện nhụm : Quặng nhụm phổ biến là bụxit giàu nhụm Al 2 O 3 
HEÁT 
Chỳc quớ thầy cụ vui, khỏe 
chỳc cỏc em chăm ngoan học tốt 
Baứi taọp aựp duùng 1: 
Traỷ lụứi : 
Khoỏi lửụùng Ag baựm vaứo cửùc aõm laứ : 
	 Một bỡnh điện phõn cú anốt bằng bạc , dung dịch điện phõn bạc nitrat (AgNO 3 ) cho A = 108, n = 1. Dũng điện chạy qua bỡnh 5A. Xỏc định khối lượng bạc bỏm vào điện cực trong khoảng thời gian 10 phỳt . 
Baứi taọp aựp duùng 2: 
Traỷ lụứi : 
Khoỏi lửụùng đồng baựm vaứo cửùc aõm laứ : 
	 Một bỡnh điện phõn cú anốt bằng đồng , dung dịch điện phõn đồng sunphat (CuSO 4 ) cho A = 64, n = 2 Dũng điện chạy qua bỡnh 2A. Xỏc định khối lượng đồng bỏm vào điện cực trong khoảng thời gian 16 phỳt 5 giõy .