Mục lục bài họcĐang ở d08-b4
Electrolysis, Faraday's Law and Nonstandard Cells
Quantitative electrolysis
Electrolysis forces a non-spontaneous reaction with an external supply. The amount of product is fixed by the charge that passed:
$$q=It,\qquad n_{e^-}=\frac{q}{F},\qquad F=96\,485\ \text{C/mol}$$Then the half-reaction converts moles of electrons into moles of substance. The chain is always the same: current and time → coulombs → moles of electrons → moles of substance → grams.
The charge on the ion matters: one mole of electrons deposits one mole of $\text{Ag}$ from $\text{Ag}^+$, but only half a mole of $\text{Cu}$ from $\text{Cu}^{2+}$.
Cells away from standard conditions
Standard potentials assume $1$ M solutions and $1$ atm. When concentrations differ, use $Q$ and Le Chatelier reasoning:
- More reactant (or less product) shifts right, so $E$ rises above $E^\circ$.
- More product shifts left and $E$ falls.
- As a cell discharges, $Q$ climbs toward $K$ and $E$ falls; when $E=0$ the cell is dead and the reaction has reached equilibrium.
A dead battery is not an empty battery — it is a battery at equilibrium.
Điện phân dùng nguồn ngoài ép một phản ứng không tự diễn biến chạy. Lượng sản phẩm thu được do điện lượng đã đi qua quyết định:
$$q=It,\qquad n_{e^-}=\frac{q}{F},\qquad F=96\,485\ \text{C/mol}$$Chuỗi quy đổi luôn giống nhau, học thuộc chuỗi này là làm được mọi bài: cường độ và thời gian → culông → mol electron → mol chất → gam.
Điện tích của ion là mấu chốt: một mol electron giải phóng một mol $\text{Ag}$ từ $\text{Ag}^+$, nhưng chỉ nửa mol $\text{Cu}$ từ $\text{Cu}^{2+}$, và một phần ba mol $\text{Al}$ từ $\text{Al}^{3+}$. Quên chia cho số electron của nửa phản ứng là lỗi mất điểm phổ biến nhất ở dạng này.
Nhớ đổi thời gian ra giây trước khi nhân với cường độ, vì culông là ampe nhân giây.
Pin ở điều kiện không chuẩn: thế chuẩn giả định mọi dung dịch $1$ M và khí $1$ atm. Khi nồng độ khác đi, lập luận bằng $Q$ và Le Chatelier:
- Tăng chất đầu (hoặc giảm sản phẩm) đẩy cân bằng sang phải, $E$ lớn hơn $E^\circ$.
- Tăng sản phẩm đẩy sang trái, $E$ nhỏ hơn $E^\circ$.
- Pin chạy thì $Q$ tăng dần về phía $K$ và $E$ giảm dần; khi $E=0$ thì pin hết.
Một ý hay bị hỏi: pin hết không phải là pin “cạn” chất, mà là pin đã đạt cân bằng — lúc đó $Q=K$, $\Delta G=0$ và không còn chênh lệch nào để sinh công.
Điện phân dung dịch $\text{CuSO}_4$ với dòng $2{,}00$ A trong $30{,}0$ phút. Tính khối lượng đồng bám ở catot. Cho $M_{\text{Cu}}=63{,}5$ g/mol.
Đổi thời gian ra giây: $30{,}0$ phút $=1800$ s.
Điện lượng: $q=It=2{,}00\times1800=3600$ C.
Mol electron:
$n_{e^-}=\dfrac{3600}{96\,485}=3{,}73\times10^{-2}$ mol
Nửa phản ứng ở catot: $\text{Cu}^{2+}+2e^-\to\text{Cu}$ — cần $2$ electron cho mỗi nguyên tử đồng, nên
$n_{\text{Cu}}=\dfrac{3{,}73\times10^{-2}}{2}=1{,}87\times10^{-2}$ mol
Khối lượng: $m=1{,}87\times10^{-2}\times63{,}5=1{,}19$ g.
Nếu đề đổi sang $\text{AgNO}_3$ với cùng dòng và thời gian: bạc chỉ cần $1$ electron nên số mol kim loại gấp đôi, và khối lượng là $3{,}73\times10^{-2}\times108=4{,}03$ g. Cùng điện lượng, hai kim loại cho hai khối lượng rất khác nhau.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Unit 9 — Applications of Thermodynamics gồm 14 câu trắc nghiệm và 2 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.