Máy tính định luật Faraday điện phân online (m = AIt/nF)

Máy tính định luật Faraday điện phân online — tính khối lượng chất thoát ra ở điện cực từ cường độ dòng điện, thời gian, đương lượng. Công thức m = AIt/(nF). Hỗ trợ tính hiệu suất điện phân H% < 100%. Dành cho học sinh THPT, sinh viên hoá-vật lý.

Máy tính

Định luật Faraday I — khối lượng chất giải phóng ở điện cực: m = (A·I·t) / (n·F). Với F = 96 500 C/mol e. Để trống đúng 1 trong 4 đại lượng m, I, t, A (số mol e thường gấp số e nhận).

Công thức & ví dụ

Định luật Faraday I (electrolysis):

m = A·I·t / (n·F)

hoặc cùng đơn vị:

m = A·Q / (n·F) = A·I·t / (n·F)

Trong đó:

  • m: khối lượng chất thoát ra ở điện cực (g)
  • A: khối lượng mol (g/mol)
  • I: cường độ dòng điện (A)
  • t: thời gian (giây)
  • n: số electron trao đổi (vd Cu²⁺ + 2e → Cu thì n = 2)
  • F = 96,500 C/mol: hằng số Faraday (= điện tích của 1 mol electron)

Có hiệu suất H% (do mất nhiệt, phản ứng phụ):

m_thực = m_lý × H% / 100

Ví dụ 1: Điện phân CuSO4 với I = 5A trong 30 phút. Tính m_Cu thu được.

  • A_Cu = 64, n = 2, t = 30×60 = 1800s
  • m = 64 × 5 × 1800 / (2 × 96500) = 576000 / 193000 ≈ 2.98 g

Ví dụ 2 — Điện phân nước: tính thời gian để thu 11.2 L O2 đktc với I = 10A.

  • 2H2O → 2H2 + O2; n_O = 4 e
  • n_O2 = 11.2/22.4 = 0.5 mol → m_O2 = 16 g
  • t = m·n·F / (A·I) = 16 × 4 × 96500 / (32 × 10) = 6,176,000 / 320 = 19,300s ≈ 5h 22min

Hướng dẫn sử dụng

  1. Để trống 1 trong 4 ô: m (khối lượng), A (khối lượng mol), I (cường độ), t (thời gian).
  2. Nhập n: số electron trao đổi (số oxi hoá thay đổi).
  3. (Tuỳ chọn) nhập H% hiệu suất điện phân (mặc định 100%).
  4. Chọn đơn vị t: giây / phút / giờ.
  5. Nhấn “Tính”. Kết quả: ô bỏ trống.

Lưu ý: Hằng số Faraday F = 96,500 C/mol. Đơn vị I là Ampe (A), t là giây (s), m là gam (g). Đối với khí thoát (H2, O2, Cl2), m = AIt/(nF) tính bằng gam → quy đổi sang thể tích đktc bằng V = m·22.4/A.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao hằng số Faraday = 96,500?

Vì 1 mol electron có điện tích = số Avogadro × điện tích của 1 electron = 6.022×10²³ × 1.602×10⁻¹⁹ C ≈ 96,485 C/mol (làm tròn 96,500 cho dễ tính). Đây là điện tích cần để giải phóng 1 mol kim loại hoá trị I (Na, K, Ag) hoặc 1/2 mol kim loại hoá trị II (Cu, Zn).

Điện phân dung dịch và điện phân nóng chảy khác gì?

Điện phân dung dịch (vd CuSO4 + H2O): cả cation kim loại và H2O có thể bị khử ở catot, dùng cho kim loại đứng sau Al. Điện phân nóng chảy (vd NaCl nóng chảy): chỉ có ion của muối, dùng cho kim loại đứng trước Al (Na, K, Mg, Al — không thể điện phân từ dung dịch vì H2O bị khử trước).

Vì sao điện phân H2O cần thêm acid hoặc baz?

Nước nguyên chất dẫn điện kém (10⁻⁷ S/cm). Thêm H2SO4 hoặc NaOH làm tăng số ion → tăng độ dẫn → điện phân nhanh. Sản phẩm vẫn là H2 + O2 + H2SO4 (hoặc NaOH) không đổi — chỉ vai trò "chất điện ly hỗ trợ".

Hiệu suất điện phân thực tế bao nhiêu?

Phòng thí nghiệm 95-99%. Công nghiệp 85-95% do: (1) Phản ứng phụ ở điện cực. (2) Mất nhiệt khi qua điện trở. (3) Khí thoát mang theo dung dịch. Sản xuất nhôm điện phân Al2O3 nóng chảy có H% ~90% — vẫn rất tốt vì khối lượng sản phẩm lớn.