Mở đầu
Dòng điện cho biết điện lượng đi qua mạch; phương trình điện cực cho biết cần bao nhiêu electron để tạo một lượng sản phẩm. Ta nối hai dữ kiện này qua số mol electron.
Phần bổ trợ cho bài tính
SGK tập trung vào nguyên tắc, thí nghiệm và ứng dụng điện phân. Công thức Faraday dưới đây là kiến thức bổ sung trong SGV, dùng để xử lí các bài toán có cường độ dòng điện và thời gian.
Điện lượng và hằng số Faraday
$$Q=It,\qquad n_e=\frac{Q}{F},$$
trong đó I tính bằng ampere, t tính bằng giây và $F\approx96\,500$ C/mol electron.
Kim loại $\mathrm{M^{z+}+ze^-\rightarrow M}$:
$$m=\frac{MIt}{zF}.$$
Nếu hiệu suất dòng điện H, nhân lượng lí thuyết với H ở dạng thập phân.
Kiểm tra nhanh
Dòng điện 2,0 A chạy trong 500 s truyền điện lượng bao nhiêu?
Đã chia I cho t.
Chỉ lấy thời gian.
$Q=It=2{,}0\times500=1000$ C.
Đây là gần một hằng số Faraday.
Lời giải
**Cách làm**
$Q=2{,}0\times500=1000$ C.
Ví dụ mẫu: Ví dụ tính khối lượng kim loại
Điện phân Cu²⁺ với I = 2,00 A trong 1930 s, hiệu suất 100%:
$$
\begin{aligned}
Q&=3860\ \mathrm C,\\
n_e&=3860/96500\\
&=0{,}0400\ \mathrm{mol}.
\end{aligned}
$$
Vì $\mathrm{Cu^{2+}+2e^-\rightarrow Cu}$:
$$
\begin{aligned}
n_{Cu}&=0{,}0200\ \mathrm{mol},\\
m&=0{,}0200\times64\\
&=1{,}28\ \mathrm g.
\end{aligned}
$$
Hệ số 2 electron không được bỏ qua.
Tính khí ở điện cực
Các bán phản ứng thường gặp:
$$2\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow\mathrm{H_2}+2\mathrm{OH^-},$$
$$2\mathrm{H_2O}\rightarrow\mathrm{O_2}+4\mathrm{H^+}+4e^-.$$
Do đó 2 mol electron tạo 1 mol H₂; 4 mol electron ứng với 1 mol O₂. Sau khi có số mol khí, chỉ đổi sang thể tích bằng thể tích mol đúng điều kiện đề cho.
Luyện tập
0,20 mol electron tham gia tạo O₂ theo bán phản ứng nước. Số mol O₂ là bao nhiêu?
Đã chia cho 8.
4 mol electron ứng với 1 mol O₂: $0{,}20/4=0{,}050$.
Đã dùng tỉ lệ của H₂.
Đã dùng tỉ lệ 1 : 1.
Lời giải
**Cách làm**
$n_{O_2}=n_e/4=0{,}20/4=0{,}050$ mol.
Quy trình giải
Đổi thời gian sang giây → tính Q → tính mol electron → dùng bán phản ứng → xét hiệu suất → đổi sang khối lượng/thể tích. Nếu nhiều sản phẩm cùng điện cực, phải chia electron theo dữ kiện chứ không dùng toàn bộ Q cho từng sản phẩm.
Ghi nhớ
- Bài tính điện phân có dòng điện được giải theo mạch Q = It → số mol electron → số mol sản phẩm.
- Cần kiểm tra đơn vị thời gian, hệ số electron, hiệu suất và điều kiện tính thể tích khí.
Đang học