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.
Phương pháp giải - Xem chi tiết
Sử dụng biểu thức tính điện lượng: \[Q=It\]
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 Cl2bay 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 H2bay lên :
2Na++ 2H2O --> NaOH + 2 H+
H++ 2\[{e^ - }\] -> H2\[ \uparrow \]
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:
\[V = \dfrac{6000}{96500}.11200 \approx 696c{m^3}\]