Bài tập về định luật Faraday là một phần quan trọng trong chương trình học hóa học, đặc biệt là hóa học lớp 12. Để hiểu rõ hơn về định luật này và cách áp dụng nó vào các bài tập, bài viết này sẽ hướng dẫn bạn một cách chi tiết và dễ hiểu, cùng với các ví dụ minh họa.
Định Luật Faraday Là Gì?
Định luật Faraday về điện phân được phát biểu như sau:
- Khối lượng chất được giải phóng ở điện cực tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua dung dịch điện phân.
Hay nói cách khác, khối lượng chất được giải phóng ở điện cực phụ thuộc vào hai yếu tố chính:
- Cường độ dòng điện (I): Dòng điện càng mạnh, khối lượng chất được giải phóng càng nhiều.
- Thời gian điện phân (t): Thời gian điện phân càng dài, khối lượng chất được giải phóng càng nhiều.
Công Thức Tính Khối Lượng Chất Được Giải Phóng
Công thức tính khối lượng chất được giải phóng trong quá trình điện phân dựa trên định luật Faraday là:
m = k.I.tTrong đó:
- m: Khối lượng chất được giải phóng (g)
- k: Hằng số điện hóa của chất (g/C)
- I: Cường độ dòng điện (A)
- t: Thời gian điện phân (s)
Hằng số điện hóa (k) được xác định bởi:
k = M / (n.F)- M: Khối lượng mol của chất (g/mol)
- n: Số electron trao đổi trong phản ứng điện cực (mol)
- F: Hằng số Faraday (F = 96500 C/mol)
Các Loại Bài Tập Về Định Luật Faraday
Có hai loại bài tập chính về định luật Faraday:
1. Tính Khối Lượng Chất Được Giải Phóng
Bài tập này thường yêu cầu bạn tính khối lượng chất được giải phóng ở một điện cực khi biết cường độ dòng điện, thời gian điện phân và thông tin về chất điện phân.
Ví dụ:
Điện phân dung dịch CuSO4 bằng điện cực trơ với cường độ dòng điện 1,5A trong 2 giờ. Tính khối lượng đồng giải phóng ở catot.
Giải:
- Bước 1: Xác định n: CuSO4 → Cu2+ + SO42-
Cu2+ + 2e– → Cu
→ n = 2 - Bước 2: Tính k: k = M / (n.F) = 64 / (2 * 96500) = 0,000331 g/C
- Bước 3: Tính m: m = k.I.t = 0,000331 1,5 2 * 3600 = 3,58 g
2. Tính Cường Độ Dòng Điện Hoặc Thời Gian Điện Phân
Bài tập này thường yêu cầu bạn tính cường độ dòng điện hoặc thời gian điện phân cần thiết để giải phóng một khối lượng chất xác định.
Ví dụ:
Muốn thu được 1,6 g đồng bằng cách điện phân dung dịch CuSO4 bằng điện cực trơ, cần điện phân trong bao lâu với cường độ dòng điện 2A?
Giải:
- Bước 1: Tính k: k = M / (n.F) = 64 / (2 * 96500) = 0,000331 g/C
- Bước 2: Tính t: t = m / (k.I) = 1,6 / (0,000331 * 2) = 2418,73 s = 40,31 phút
Các Lưu Ý Khi Làm Bài Tập
- Chú ý đơn vị: Các đơn vị trong công thức phải thống nhất.
- Xác định n: Số electron trao đổi trong phản ứng điện cực.
- Dùng bảng tuần hoàn: Để tra cứu khối lượng mol của các chất.
- Kiểm tra kết quả: Kết quả phải phù hợp với thực tế.
Bài Tập Vận Dụng
Bài 1:
Điện phân dung dịch AgNO3 với cường độ dòng điện 1,5A trong 1 giờ. Tính khối lượng bạc giải phóng ở catot.
Bài 2:
Muốn thu được 5,4 g nhôm bằng cách điện phân dung dịch AlCl3 bằng điện cực trơ, cần điện phân trong bao lâu với cường độ dòng điện 2,5A?
Bài 3:
Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 0,5M với cường độ dòng điện 2A trong 1 giờ. Tính nồng độ mol/l của dung dịch CuSO4 sau điện phân.
Kết Luận
Bài viết này đã giới thiệu đến bạn định luật Faraday về điện phân và cách áp dụng nó vào các bài tập. Hi vọng những thông tin được cung cấp đã giúp bạn hiểu rõ hơn về định luật này và tự tin giải quyết các bài tập liên quan.
Ngoài ra, bạn có thể tìm kiếm thêm các bài tập vận dụng khác trên mạng hoặc trong sách giáo khoa để nâng cao kỹ năng giải quyết vấn đề.
Lưu ý: Bài viết này chỉ mang tính chất tham khảo và không thay thế cho giáo viên hoặc chuyên gia hóa học. Hãy trao đổi với giáo viên hoặc chuyên gia để được hỗ trợ thêm nếu cần.