Công thức tính khối lượng vật được giải phóng trong điện cực

Ảnh minh họa

Chào bạn! Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về công thức tính khối lượng vật được giải phóng trong điện cực. Bài viết được thiết kế dựa trên loạt bài Công thức tính khối lượng vật được giải phóng trong môn Vật Lý lớp 11. Hy vọng rằng thông qua bài viết này, bạn sẽ nắm vững công thức và có thể ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong bài thi môn Vật Lý 11.

Định nghĩa

Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch. Ví dụ, xét trường hợp bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 với cực dương là đồng. Khi có dòng điện chạy qua, cation Cu2+ chạy về catôt và nhận electron trở thành nguyên tử Cu bám vào điện cực. Ở anôt, electron bị kéo về cực dương của nguồn điện, tạo điều kiện hình thành ion Cu2+ trên bề mặt tiếp xúc với dung dịch. Khi anion (SO4)2- chạy về anôt, nó kéo ion Cu2+ vào dung dịch. Đó là hiện tượng dương cực tan. Khi xảy ra hiện tượng dương cực tan, khối lượng chất giải phóng ở điện cực sẽ tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình điện phân, tỉ lệ thuận với khối lượng của ion và tỉ lệ nghịch với điện tích của ion.

Công thức - đơn vị đo

Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó. Công thức tính khối lượng vật chất là:

m = k.q

Trong đó:

• m là khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực, có đơn vị gam (g).
• k là đương lượng điện hoá của chất được giải phóng ở điện cực.
• q là điện lượng chạy qua bình điện phân, có đơn vị Culong.

Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố được xác định bởi công thức:

k = (F * A) / (n)

Trong đó:

• F là số Fa-ra-đây, thường lấy chắn là 96500 C/mol.
• A là khối lượng mol nguyên tử của nguyên tố tạo nên ion, có đơn vị gam.
• n là hóa trị của nguyên tố tạo ra ion.

Kết hợp hai công thức trên, ta có công thức Fa-ra-đây xác định chất giải phóng ở điện cực:

m = (k * I * t) / F

Trong đó:

• I là cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân, có đơn vị ampe (A).
• t là thời gian dòng điện chạy qua bình điện phân, có đơn vị giây (s).

Mở rộng

Khối lượng vật chất giải phóng ở điện cực dương cũng bằng khối lượng vật chất bám vào cực âm. Vì vậy, nhiều bài toán không chỉ quan tâm đến khối lượng chất giải phóng ở điện cực mà còn quan tâm đến khối lượng chất bám vào điện cực âm. Để tính toán khối lượng chất bám vào điện cực âm, ta vẫn sử dụng công thức m = k.q hoặc công thức m = (k * I * t) / F.

Ví dụ:

Bài 1: Chiều dày của lớp Niken phủ lên một tấm kim loại là d = 0,1 mm sau khi điện phân trong 30 phút. Diện tích mặt phủ của tấm kim loại là 30 cm2. Cho biết Niken có khối lượng riêng là D = 8,9 * 10^3 kg/m3, nguyên tử khối A = 58 và hoá trị n = 2. Hãy tính cường độ dòng điện qua bình điện phân.

Bài giải: Khối lượng lớp mạ là: m = D*S*d = 8,9 * 10^3 * 30 * 10^-4 * 0,1 * 10^-3 = 2,67 g Áp dụng định luật Faraday: m = (k * I * t) / F Suy ra: I = (m * F) / (k * t) = (2,67 * 10^-3 * 96500) / (k * 30 * 60)

Bài 2: Một bình điện phân đựng dung dịch bạc nitrat với anốt bằng bạc. Điện trở của bình điện phân là R = 2 Ω. Hiệu điện thế đặt vào hai cực là U = 10 V. Cho A = 108 và n = 1. Hãy tính khối lượng bạc giải phóng ở cực dương sau 2 giờ.

Bài giải: Cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân là: I = U / R = 10 / 2 = 5 A Khối lượng bạc giải phóng ở cực dương sau 2 giờ là: m = (k * I * t) / F = (A * I * 2 * 60 * 60) / F = (108 * 5 * 2 * 60 * 60) / 96500 = 40,3 g

Qua bài viết này, hy vọng bạn đã hiểu rõ hơn về công thức tính khối lượng vật được giải phóng trong điện cực. Đừng quên ôn tập và áp dụng công thức này để đạt kết quả cao trong bài thi môn Vật Lý. Chúc bạn thành công!

Ảnh minh họa

Ảnh minh họa

Bài tập minh họa

Bài 1: Chiều dày của lớp Niken phủ lên một tấm kim loại là d = 0,1 mm sau khi điện phân trong 30 phút. Diện tích mặt phủ của tấm kim loại là 30 cm2. Cho biết Niken có khối lượng riêng là D = 8,9.10^3 kg/m3, nguyên tử khối A = 58 và hoá trị n = 2. Hãy tính cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân.

Bài giải: Khối lượng lớp mạ là: m = D*S*d = 8,9.10^3 * 30 * 10^-4 * 0,1 * 10^-3 = 2,67.10^-4 (kg) = 2,67 (g) Áp dụng định luật Faraday: m = (k * I * t) / F Suy ra: I = (m * F) / (k * t)

Bài 2: Một bình điện phân đựng dung dịch bạc nitrat với anốt bằng bạc. Điện trở của bình điện phân là R = 2 Ω. Hiệu điện thế đặt vào hai cực là U = 10 V. Cho A = 108 và n = 1. Hãy tính khối lượng bạc giải phóng ở cực dương sau 2 giờ.

Bài giải: Cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân là: I = U / R Khối lượng bạc giải phóng ở cực dương sau 2 giờ là: m = (k * I * t) / F

Hy vọng qua các ví dụ trên, bạn đã nắm vững và hiểu rõ hơn về cách tính khối lượng vật được giải phóng trong điện cực. Chúc bạn ôn tập tốt và đạt kết quả cao trong bài thi!