Bài 14.12* trang 36 SBT Vật Lí 11

Đề bài

Khi điện phân dung dịch muối ăn NaCl trong bình điện phân có điện cực anôt bằng graphit, người ta thu được khí clo ở anôt và khí hiđrô ở catôt.

a) Giải thích kết quả của quá trình điện phân này dựa theo thuyết điện li.

b) Xác định thể tích của các khí thu được ở điều kiện chuẩn khi điện phân trong khoảng thời gian t = 10 phút với cường độ dòng điện I = 10 A.

Lời giải chi tiết

a) Trong dung dịch muối ăn, các phân tử NaCl bị phân li thành các ion dương Na⁺và các ion âm  \(C{l^ - }\) :

NaCl --> Na⁺ + \(C{l^ - }\)

- Các ion  \(C{l^ - }\) chuyển động ngược chiều điện trường về anôt, nhường êlectron cho anôt trở thành các nguyên tử C1 và kết hợp với nhau tạo ra các phân tử Cl₂ bay lên :

2 \(C{l^ - }\)  --> 2 \({e^ - }\)  + Cl₂ \( \uparrow \)

- Các ion Na⁺ chuyển động cùng chiều điện trường về catôt, tại đó chúng tác dụng với các phân tử H₂O để tạo ra các phân tử NaOH và các ion H⁺. Những ion này thu êlectron ở catôt trở thành các nguyên tử H và kết hợp với nhau tạo ra các phân tử H₂ bay lên :

2Na⁺ + 2H₂O --> NaOH + 2 H⁺

H⁺ + 2\({e^ - }\) -> H_{2 \( \uparrow \)}

b) Theo Bài tập 14.11*, muốn có một khối.lượng mol khí hoá trị n = 1 như clo hoặc hiđrô giải phóng ra ở mỗi điện cực thì cần có một điện lượng \(q = F = 96500 C\) chuyển qua bình điện phân.

Mặt khác, theo các phản ứng trong câu a) nêu trên, ta thấy mỗi khối lượng mol nguyên tử của khí clo hoặc hidro sẽ cho 1/2 mol khí ứng với thể tích trong điều kiện chuẩn là 22,4/2 (lit/mol) = 11200cm³/mol.

Theo đề bài, điện lượng chuyển qua bình điện phân bằng:

\(Q = It = 10.10.60 = 6000C\)

Như vậy, thể tích của khí clo hoặc hidro thu được ở mỗi điện cực sẽ bằng:

\(V = \dfrac{6000}{96500}.11200 \approx 696c{m^3}\)