Bài toán điện phân


I- CÁC TRƯỜNG HỢP ĐIỆN PHÂN

1. Điện phân nóng chảy

Phương pháp điện phân nóng chảy chỉ áp dụng điều chế các kim loại hoạt động rất mạnh như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al

a) Điện phân nóng chảy oxit: chỉ dụng điều chế A

* Tác dụng của Na3AlF6 (criolit):

+ Hạ nhiệt cho phản ứng

+ Tăng khả năng dẫn điện cho Al

+ Ngăn chặn sự tiếp xỳc của oxi khụng khớ với Al

Qúa trình điện phân:

+ Catot (-):

+ Anot (+)

Do điện cực làm bằng graphit (than chì) nên bị khí sinh ra ở anot ăn mòn.

6O2- -6e →3O2

2C + O2 → 2CO↑

2CO + O2 → 2CO2

Phương trình phản ứng điện phân cho cả 2 cực là:

2Al2O3 →4Al +3O2

Al2O3 + 3C → 2Al + 3CO↑

2Al2O3 +3C →4Al + 3CO2

Khí ở anot sinh ra thường là hỗn hợp khí CO, CO2 và O2. Để đơn giản người ta thường chỉ xét phương trình:

b) Điện phân nóng chảy hiđroxit     (Chỉ áp dụng để điều chế các kim loại kiềm: Na, K)

Tổng quát: 

Catot (-): 2M+ +2e 2M

Anot (+): 2OH- -2e

c) Điện phân nóng chảy muối clorua (Chỉ áp dụng để điều chế kim loại kiềm và kiềm thổ)

Tổng quát:

2. Điện phân dung dịch

- Áp dụng để điều chế các kim loại trung bình, yếu.

- Trong điện phân dung dịch nước giữ một vai trò quan trọng.

+ Là môi trường để các cation và anion di chuyển về 2 cực.

+ Đôi khi nước tham gia vào quá trình điện phân.

Catot:

2H+ +2e →H2

Anot:

2OH- -2e →1/2 O2↑ +H2O

Về bản chất nước nguyên chất không bị điện phân do điện ở quá lớn ( I=0). Do vậy muốn điện phân nước cần hoà thêm các chất điện ly mạnh như: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh…

Để viết được các phương trình điện ly một cách đầy đủ cà chính xác, chúng ta cần lưu ý một số quy tắc kinh nghiệm sau đây:

Quy tắc 1: Quá trình khử xảy ra ở catot

+ Các ion kim loại từ Al trở về đầu dãy thực tế không bị khử thành ion kim loại khi điện phân dung dịch

+ Các ion sau Al thì bị khử thành kim loại, với thứ tự ưu tiên ngược từ dưới lên.

Trong đó đặc biệt chú ý ion H+ luôn bị khử cuối cùng trong dãy ưu tiên trên.

Quy tắc 2: Quá trình oxi hoá ở anot

Ưu tiên 1: Đó là các kim loại trung bình và yếu.

Ưu tiên 2:

- Nếu khi điện phân ở anot chứa đồng thời kim loại và anion (ion âm) thì anion không bị điện phân.

- Các anion chưa oxi như: … coi như không điện phân.

II – ĐỊNH LUẬT ĐIỆN PHÂN

Trong đó:

+ m: số gam dạng sảm phẩm sinh ra trên điện cực

+ n: số electron trao đổi

+ Q = It: điện lượng đi qua dung dịch với cường độ dònh điện là I, thời gian t và có đơn vị là culong; I (A); t(giây)

+ F: hằng số Faraday; 1F = 96487 C 96500C

+A/n : gọi là đương lượng điện hoá, gọi tắt là đương lượng, kí hiệu là Đ.

*** Ứng dụng của phương pháp điện phân:

1. Điều chế một số kim loại:

2. Điều chế một số phi kim: H2; O2; F2; Cl2

3. Điều chế một số hợp chất: KmnO4; NaOH; H2O2, nước Giaven…

4. Tinh chế một số kim loại: Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au…

5. Mạ điện:

Điện phân với anot tan được dùng trong kĩ thuật mạ điện, nhằm bảo vệ kim loạikhỏi bị ăn mòn và tạo vẻ đẹp cho vật mạ. Trong mạ điện, anot là kim loại dùng để mạ như: Cu, Ag, Au, Cr, Ni.. catot là vật cần được mạ. Lớp mạ rất mỏng thường có độ dày từ: 5.10-5 đến 1.10-3 cm.

III – VẬN DỤNG

A – BÀI TẬP MẪU

Bài 1: Điện phân dung dịch KCl

Phương trình điện li:              

+ catot: (-): K+; H+, trong đó K+ không bị điện phân (theo quy tắc 1)

2H+ +2e →H2

K+→ K+

+ anot (-): ; thì thứ tự điện phân là: >  (theo quy tắc 2 – ưu tiên 2)

2Cl- -2e →Cl2

Do đó phương trình điện phân là:

2KCl + 2H2O  →2KOH + H2 + Cl2

Nếu  hết thì đến H2O lượt  tham gia quá trình điện phân:

Như vậy, đến đây nước điện phân và KOH đóng vai trò xúc tác:

Bài 2: Điện phân dung dịch CuSO4

+ catot: (-): Cu2+; H+: Cu2+ +2e Cu

+ anot (-): ; :

Do đó phương trình điện phân là: CuSO4 + H2O  Cu + H2SO4 +

Bài 3: Điện phân dung dịch CuSO4 với anôt là Cu

+ catot: (-): Cu2+; H+: Cu2+ +2e Cu

+ anot (-): Cu; : Cu – 2e  Cu2+

Như vậy, ở catot Cu sinh ra bao nhiêu thì ở anot bị tan ra bấy nhiêu; trước và sau điện phân lượng CuSO4 không đổi. Quá trình này dùng để mạ và tinh luyện kim loại nguyên chất.

Bài 4: Điện phân dung dịch hỗn hợp CuSO4 a mol và KBr b mol.

+Catot (-):  thứ tự điện phân là còn K+ không bị điện phân

hết  thì

+ Anot (+): thứ tự điện phân là: ; còn  không bị điện phân.

hết Br- thì

Phương trình điện phân:

+ Nếu: b > 2a thì KBr dư :

+ Nếu: b < 2a thì CuSO4 dư:        CuSO4 + H2O  Cu + H2SO4 +

+ Nếu b = 2a

Bài 5: Điện phân dung dịch CuCl2, điện cực trơ bằng dòng điện  5A trong 45 phút 20 giây.Tính khối lượng kim loại sinh ra trên catot và khí sinh ra ở anot (ở đktc).

PT điện phân:

Áp dụng công thức có:

B – BÀI TẬP TỰ GIẢI

Bài 1: Tiến hành điện phân điện cực trơ, có màng ngăn 1 dung dịch chứa m(g) hỗn hợp CuSO4, NaCl cho tới khi nước bắt đầu điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng lại. ở anot thu được 0,448 lít khí (đktc), dung dịch sau phản ứng có thể hoà tan tối đa 0,68g Al2O3.

1. Tính m

2. Tính khối lượng catot đã tăng trong quá trình điện phân

3. Tính khối lượng dung dịch giảm đI sau quá trình điện phân. (Gs nước bay hơi không đáng kể)

Bài 2: Hoà tan 12,5g CuSO4.5H2O vào dung dịch chứa a(g) HCl được 100ml dung dịch X. Điện phân dung dịch X với điện cực trơ, dòng điện 1 chiều 5A trong 386 giây.

1. Viết các PTHH có thể xảy ra khi điện phân.

2. Tính nồng độ mol/l các chất tan trong dung dịch sau điện phân

3. Sau điện phân lấy điện cực ra rồi cho vào phần dung dịch 5,9g 1 kim loại M (đứng sau Mg trong dãy điện hoá). Khi phản ứng kết thúc, người ta thu được 0,672 lít khí (1,6atm và 54,60C) và lọc dung dịch thu được 3,26g chất rắn. Xác đụnh m và tính a.

4. Nếu không cho M mà tiếp tục điện phân , về nguyên tắc phải điện phân  bao lâu mới thấy khí thoát ra ở K.

Bài 3: Nung hoàn toàn 45,6g hỗn hợp 2 muối hiđrocacbonat của kim loại R và R’ thu được hỗn hợp chất rắn A và hỗn hợp khí B. Cho B hấp thụ hết vào 2 lít dung dịch Ba(OH)2 0,3M (d=1,2) thu được 102,44g kết tủa.

Sau phản ứng khối lượng dung dịch còn 2325,48g và dung dịch vẫn có tính bazơ. Hoà tan hết chất rắn A cần 500ml dung dịch HCl 3,65% thì thu được 2 muối clorua của R và R’

Nếu đem điện phân nóng chảy muối clorua của R’ trong A thì cần thời gian t(giây) với cường độ I = 10A. Trong khi đó, cũng với thời gian và cường độ như trên đem điện phân nóng chảy muối clorua của R trong A thì được 11,04g R.

a. Hãy xác định R, R’

b. Tính D của dung dịch HCl đã dùng.

Bài 4: Trong 500ml dung dịch A chứa 0,4925g một hỗn hợp gồm muối clorua và hiđroxit của kim loại kiềm. Dung dịch A có pH =12. Khi điện phân 1/10 dung dịch A cho đến khi hết clo thì thu được 11,2ml khí clo (2730C và 1atm).

a) Xác định kim loại

b) 1/10 A tác dụng vừa đủ với 25ml dung dịch CuCl2. Tìm nồng độ mol của dd CuCl2

c) Hỏi phải điện phân 1/10A trong bao lâu với I = 96,5A để được dung dịch có 1 chất tan với pH=13.

Bài 5: Tiến hành điện phân dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,01M + CuCl2 0,1M + NaCl 0,1M, điện cực trơ, màng ngăn xốp. Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến thiên pH của dung dịch theo quá trình điện phân.

Bài 6: Điện phân 100ml dung dịch chứa Cu2+, Na+; H+;  có pH = 1, điện cực trơ. Sau một thời gian điện phân, rút điện cực ra khỏi dung dịch, thấy khối lượng trong dung dịch giảm 0,64 gam và dung dịch có màu xanh nhạt, thể tích dung dịch không đổi.

1.Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân.

2. Tính nồng độ H+ có trong dung dịch sau khi điện phân.

Bài 7: M là kim loại có tổng số hạt cơ bản là 87, X là halogenua. Điện phân dung dịch MXa bằng dòng điện 5A, điện cực trơ, sau 21 phút 27 giây ngừng điện phân, thấy trên catot sinh ra 1,9575 gam kimloại M. Xác định tên kimloại M và nguyên tố X biết MXa có khối lượng phân tử là 218,7

Bài 8: Nêu phương pháp tách từng chất sau ra khỏi hỗn hợp: KCl; BaCl2; MgCl2

Bài 9: Điều chế các kimloại từ hỗn hợp sau:NaCl; BaCl­; AlCl3; CuCl2

Bài 10: Những quá trình nào xảy ra khi điện phân dung dịch Cu(NO3)2 bằng than chì? Sau đó nếu đổi chiều dòng điện thì điều gì sẽ xảy ra?

About these ads

Posted on 01/07/2010, in Điện phân. Bookmark the permalink. Để lại phản hồi.

Gửi phản hồi

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: