Category Archives: Điện phân

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN


I – NHẮC LẠI LÍ THUYẾT

1) Điện phân chất điện li nóng chảy: áp dụng đối với MCln, M(OH)n và Al2O3 (M là kim loại nhóm IA và IIA)
2) Điện phân dung dịch chất điện li trong nước:
– Vai trò của nước: trước hết là dung môi hòa tan các chất điện phân, sau đó có thể tham gia trực tiếp vào quá trình điện phân:
+ Tại catot (cực âm) H2O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH
+ Tại anot (cực dương) H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e
– Tại catot (cực âm) xảy ra quá trình khử M+, H+ (axit), H2O theo quy tắc:
+ Các cation nhóm IA, IIA, Al3+ không bị khử (khi đó H2O bị khử)
+ Các ion H+ (axit) và cation kim loại khác bị khử theo thứ tự trong dãy thế điện cực chuẩn (ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị khử trước): Mn+ + ne → M
+ Các ion H+ (axit) dễ bị khử hơn các ion H+ (H2O)

image005.GIF

+ Ví dụ khi điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl3, CuCl2 và HCl thì thứ tự các ion bị khử là: Fe3+ + 1e → Fe2+ ; Cu2+ + 2e → Cu ; 2H+ + 2e → H2 ; Fe2+ + 2e → Fe
– Tại anot (cực dương) xảy ra quá trình oxi hóa anion gốc axit, OH (bazơ kiềm), H2O theo quy tắc:
+ Các anion gốc axit có oxi như NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–…không bị oxi hóa
+ Các trường hợp khác bị oxi hóa theo thứ tự: S2– > I > Br > Cl > RCOO > OH > H2O
3) Định luật Faraday

m = image006.gif

Trong đó:
+ m: khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam)
+ A: khối lượng mol của chất thu được ở điện cực
+ n: số electron trao đổi ở điện cực
+ I: cường độ dòng điện (A)
+ t: thời gian điện phân (s)
+ F: hằng số Faraday là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng cần thiết để 1 mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F = 1,602.10-19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1)

II – MỘT SỐ CƠ SỞ ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN

– Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào
– m (dung dịch sau điện phân) = m (dung dịch trước điện phân) – (m kết tủa + m khí)
– Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (m kết tủa + m khí)
– Khi điện phân các dung dịch:
+ Hiđroxit của kim loại hoạt động hóa học mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH)2,…)
+ Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…)
+ Muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm (KNO3, Na2SO4,…)
→ Thực tế là điện phân H2O để cho H2 (ở catot) và O2 (ở anot)
– Khi điện phân dung dịch với anot là một kim loại không trơ (không phải Pt hay điện cực than chì) thì tại anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa điện cực
– Có thể có các phản ứng phụ xảy ra giữa từng cặp: chất tạo thành ở điện cực, chất tan trong dung dịch, chất dùng làm điện cực. Ví dụ:
+ Điện phân nóng chảy Al2O3 (có Na3AlF6) với anot làm bằng than chì thì điện cực bị ăn mòn dần do chúng cháy trong oxi mới sinh
+ Điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo ra nước Gia–ven và có khí H2 thoát ra ở catot
+ Phản ứng giữa axit trong dung dịch với kim loại bám trên catot
– Viết phản ứng (thu hoặc nhường electron) xảy ra ở các điện cực theo đúng thứ tự, không cần viết phương trình điện phân tổng quát
– Viết phương trình điện phân tổng quát (như những phương trình hóa học thông thường) để tính toán khi cần thiết
– Từ công thức Faraday → số mol chất thu được ở điện cực image010.gif
– Nếu đề bài cho I và t thì trước hết tính số mol electron trao đổi ở từng điện cực (ne) theo công thức: neimage012.gif(*) (với F = 96500 khi t = giây và F = 26,8 khi t = giờ). Sau đó dựa vào thứ tự điện phân, so sánh tổng số mol electron nhường hoặc nhận với ne để biết mức độ điện phân xảy ra. Ví dụ để dự đoán xem cation kim loại có bị khử hết không hay nước có bị điện phân không và H2O có bị điện phân thì ở điện cực nào…
– Nếu đề bài cho lượng khí thoát ra ở điện cực hoặc sự thay đổi về khối lượng dung dịch, khối lượng điện cực, pH,…thì dựa vào các bán phản ứng để tính số mol electron thu hoặc nhường ở mỗi điện cực rồi thay vào công thức (*) để tính I hoặc t
– Nếu đề bài yêu cầu tính điên lượng cần cho quá trình điện phân thì áp dụng công thức: Q = I.t = ne.F
– Có thể tính thời gian t’ cần điện phân hết một lượng ion mà đề bài đã cho rồi so sánh với thời gian t trong đề bài. Nếu t’ < t thì lượng ion đó đã bị điện phân hết còn nếu t’ > t thì lượng ion đó chưa bị điện phân hết
– Khi điện phân các dung dịch trong các bình điện phân mắc nối tiếp thì cường độ dòng điện và thời gian điện phân ở mỗi bình là như nhau → sự thu hoặc nhường electron ở các điện cực cùng tên phải như nhau và các chất sinh ra ở các điện cực cùng tên tỉ lệ mol với nhau
– Trong nhiều trường hợp có thể dùng định luật bảo toàn mol electron (số mol electron thu được ở catot = số mol electron nhường ở anot) để giải cho nhanh

III – MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA

Ví dụ 1: Điện phân hòa toàn 2,22 gam muối clorua kim loại ở trạng thái nóng chảy thu được 448 ml khí (ở đktc) ở anot. Kim loại trong muối là:
A. Na                                     B. Ca C. K                                     D. Mg

Hướng dẫn: nCl2 = 0,02
Tại catot: Mn+ + ne → M Theo đlbt khối lượng mM = m(muối) – m(Cl2) = 2,22 – 0,02.71 = 0,8 gam
Tại anot: 2Cl → Cl2 + 2e Theo đlbt mol electron ta có nM = image015.gif→ M = 20.n → n = 2 và M là Ca
(hoặc có thể viết phương trình điện phân MCln image017.gifM + n/2Cl2 để tính) → đáp án B

Ví dụ 2: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến khi dung dịch NaOH trong bình có nồng độ 25 % thì ngừng điện phân. Thể tích khí (ở đktc) thoát ra ở anot và catot lần lượt là:
A. 149,3 lít và 74,7 lít                                              B. 156,8 lít và 78,4 lít
C. 78,4 lít và 156,8 lít                                              D. 74,7 lít và 149,3 lít

Hướng dẫn: mNaOH (trước điện phân) = 20 gam
Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước: H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) → NaOH không đổi → m (dung dịch sau điện phân) = 80 gam → m (H2O bị điện phân) = 200 – 80 = 120 gam → nH2O = 20/3 mol → VOimage019.gif = 74,7 lít và VHimage019.gif= 149,3 lít → đáp án D

Ví dụ 3: Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 ( d = 1,25 g/ml) với điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm 8 gam. Để làm kết tủa hết ion Cu2+ còn lại trong dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M. Nồng độ phần trăm của dung dịch CuSO4 ban đầu là:
A. 12,8 %                               B. 9,6 % C. 10,6 %                               D. 11,8 %

Hướng dẫn: nH2S = 0,05 mol
– Gọi x là số mol CuSO4 tham gia quá trình điện phân: CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 (1) → m (dung dịch giảm) = m Cu(catot) + m O2(anot) = 64x + 16x = 8 → x = 0,1 mol – CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 (2)
→ nH2S = nCuSO4 = 0,05 mol
– Từ (1) và (2) → nCuSO4 (ban đầu) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% = image022.gif
→ đáp án B

Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện 9,65A. Tính khối lượng Cu bám vào catot khi thời gian điện phân t1 = 200 s và t2 = 500 s. Biết hiệu suất điện phân là 100 %
A. 0,32 gam và 0,64 gam                                              B. 0,64 gam và 1,28 gam
C. 0,64 gam và 1,60 gam                                              D. 0,64 gam và 1,32 gam

Hướng dẫn: nCuSO4 = 0,02 = nCu2+
Thời gian cần thiết để điện phân hết Cu2+ là t = image024.gifs → t1 < t < t2 → Tại t1 có 1/2 số mol Cu2+ bị điện phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam và tại t2 Cu2+ đã bị điện phân hết → m2 = 1,28 gam → đáp án B

Ví dụ 5: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1A. Khi thấy ở catot bắt đầu có bọt khí thoát ra thì dừng điện phân. Để trung hòa dung dịch thu được sau khi điện phân cần dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,1M. Thời gian điện phân và nồng độ mol của dung dịch CuSO4 ban đầu là:
A. 965 s và 0,025 M B. 1930 s và 0,05 M
C. 965 s và 0,05 M                                                            D. 1930 s và 0,025 M

Hướng dẫn: nNaOH = 0,01 mol
– Khi ở catot bắt đầu có bọt khí (H2) thoát ra chứng tỏ CuSO4 đã bị điện phân hết theo phương trình:
CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4
– nNaOH = nOH = 0,01 mol → nH2SO4 = 0,5.nH+ = 0,5.nOH = 0,005 (mol) → nCu = nCuSO4 = 0,005 (mol) → image026.gif = 0,005 → t = 965 s và CM(CuSOimage028.gif)image030.gifM (hoặc có thể dựa vào các phản ứng thu hoặc nhường electron ở điện cực để tính) → đáp án A

Ví dụ 6: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M và Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ và cường độ dòng điện bằng 5A. Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khô thấy tăng m gam. Giá trị của m là:
A. 5,16 gam                      B. 1,72 gam                      C. 2,58 gam                      D. 3,44 gam

Hướng dẫn: nAg+ = 0,02 mol ; nCu2+ = 0,04 mol
– Ta có neimage032.gifmol
– Thứ tự các ion bị khử tại catot:
Ag+ + 1e → Ag (1) → sau (1) còn 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron
0,02   0,02     0,02
Cu2+ + 2e → Cu (2) → sau (2) còn dư 0,02 mol Cu2+
0,02    0,04      0,02
m (catot tăng) = m (kim loại bám vào) = 0,02.(108 + 64) = 3,44 gam → đáp án D

Ví dụ 7: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu được dung dịch X. Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện 1,34A trong 4 giờ. Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (ở đktc) lần lượt là (Biết hiệu suất điện phân là 100 %):
A. 6,4 gam và 1,792 lít B. 10,8 gam và 1,344 lít
C. 6,4 gam và 2,016 lít                                                      D. 9,6 gam và 1,792 lít

Hướng dẫn: nCuSO4.5H2O = nCuSO4 = 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol
– Ta có ne image034.gif= mol
– Thứ tự điện phân tại catot và anot là:
Tại catot: Cu2+ + 2e → Cu → Cu2+ chưa bị điện phân hết → m (kim loại ở catot) = 0,1.64 = 6,4 gam
0,1       0,2       0,1
Tại anot:
2Cl → Cl2 + 2e → ne (do Cl nhường) = 0,12 < 0,2 mol → tại anot Cl đã bị điện phân hết và
0,12     0,06  0,12             đến nước bị điện phân → ne (do H2O nhường) = 0,2 – 0,12 = 0,08 mol
2H2O → O2 + 4H+ + 4e
0,02          0,08
V (khí thoát ra ở anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → đáp án A

Ví dụ 8: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 và AgNO3, để điện phân hết ion kim loại trong dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A trong 4 giờ. Sau khi điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám ở catot. Nồng độ mol của Cu(NO3)2 và AgNO3 trong hỗn hợp đầu lần lượt là:
A. 0,2 M và 0,1 M                                                             B. 0,1 M và 0,2 M
C. 0,2 M và 0,2 M                                                             D. 0,1 M và 0,1 M

Hướng dẫn:
– Ta có neimage036.gifmol
– Tại catot: Ag+ + 1e → Ag                      Ta có hệ phương trình:
x                  x (mol)               image038.gif
Cu2+ + 2e → Cu                → CM Cu(NO3)2 = CM AgNO3 = 0,1 M  → đáp án D
y                   y (mol)

Ví dụ 9: Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H2O vào nước được dung dịch X. Điện phân dung dịch X với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1,93A. Nếu thời gian điện phân là t (s) thì thu được kim loại M ở catot và 156,8 ml khí tại anot. Nếu thời gian điện phân là 2t (s) thì thu được 537,6 ml khí . Biết thể tích các khí đo ở đktc. Kim loại M và thời gian t lần lượt là:
A. Ni và 1400 s                                                 B. Cu và 2800 s
C. Ni và 2800 s                                                 D. Cu và 1400 s

Hướng dẫn: Gọi nMSO4 = nM2+ = x mol
image040.GIF
Ví dụ 10: Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl2 và bình (2) chứa dung dịch AgNO3. Sau 3 phút 13 giây thì ở catot bình (1) thu được 1,6 gam kim loại còn ở catot bình (2) thu được 5,4 gam kim loại. Cả hai bình đều không thấy khí ở catot thoát ra. Kim loại M là:
A. Zn                            B. Cu C. Ni                            D. Pb

Hướng dẫn: – Do hai bình mắc nối tiếp nên ta có:
Q = I.t = image043.gif→ M = 64 → Cu → đáp án B

Ví dụ 11: Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100 %) thu được m kg Al ở catot và 67,2 m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 16. Lấy 2,24 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa. Giá trị của m là:
A. 54,0 kg                             B. 75,6 kg                          C. 67,5 kg                             D. 108,0 kg

Hướng dẫn: 2Al2O3 image017.gif4Al + 3O2 (1) ; C + O2 image045.gif CO2 (2) ; 2C + O2 image045.gif 2CO (3)
– Do image048.gifX = 32 → hỗn hợp X có CO2 ; CO (x mol) và O2 dư (y mol)
– 2,24 lít X + Ca(OH)2 dư → 0,02 mol kết tủa = nCO2 → trong 67,2 m3 X có 0,6 CO2
– Ta có hệ phương trình: image050.gif và 0,6 + x + y = 3 → x = 1,8 và y = 0,6
Từ (1) ; (2) ; (3) → mAl = image052.gifkg → đáp án B

 

  • Biên soạn Hồ Chí Tuấn – ĐH Y Hà Nội

 

Advertisements

BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN – ĂN MÒN KIM LOẠI


Câu 1 (A-07): Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau một thời gian thu được 0,32 gam Cu ở catôt và một lượng khí X ở anôt. Hấp thụ hoàn toàn lượng khí X trên vào dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường). Sau phản ứng, nồng độ của NaOH còn lại là 0,05M. Giá thiêt sthể tích dung dịch không thay đổi. Nồng độ ban đầu của dung dịch NaOH là

A. 0,15M.                    B. 0,05M.                                C. 0,2M.                      D. 0,1M.

Câu 2 (B-07): điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 và b mol NaCl (với điẹn cực trơ, có màng ngăn xốp). Để dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng thì điều kiện của a và b là

A. 2b = a.                    B. b < 2a.                                C. b = 2a.                    D. b > 2a.

Câu 3 (B-07): Có 4 dung dịch riêng biệt: A (HCl), B (CuCl2), C (FeCl3), D (HCl có lẫn CuCl2). Nhúng vào mỗi dung dịch một thanh sắt nguyên chất. Số trường hợp ăn mòn điện hoá là

A. 1.                            B. 2.                                        C. 3.                            D. 0.

Cõu 4: Điện phân muối clorua kim loại kiềm nóng chảy thỡ thu được 0,896 lít khí (đktc) ở anot và 3,12 gam kim loại ở catot. Công thức muối clorua đó là

A. KCl.                       B. NaCl.                                  C. LiCl.                       D. RbCl.

Cõu 5: Khi điện phân dung dịch KCl có màng ngăn thỡ ở catot thu được

A. Cl2.             B. H2.                          C. KOH và H2.           D.  Cl2 và H2.

Cõu 6: Khi hoà tan Al bằng dung dịch H2SO4 loóng, nếu thờm vài giọt HgSO4 vào thỡ quỏ trỡnh hoà tan Al sẽ

A. xảy ra chậm hơn.                                        B. xảy ra nhanh hơn.

C. không thay đổi.                                                      D. không xác định được.

Cõu 7: Khi cho hỗn hợp gồm Zn và Fe ngâm trong nước biển thỡ

A. Zn bị ăn mũn hoỏ học.                                           B. Zn bị ăn mũn điện hoá.

C. Zn và Fe bị ăn mũn điện hoá.                     D. Zn và Fe bị ăn mũn hoỏ học.

Cõu 8: Điện phân 2 lít dung dịch CuSO4 (với điện cực trơ) đến khi khí thoát ra ở cả 2 điện cực đều là 0,02 mol thỡ dừng lại. Coi thể tớch dung dịch khụng đổi. Giá trị pH của dung dịch sau điện phân là

A. 2,0.             B. 1,7.                         C. 1,4.             D. 1,2.

Cõu 9: Cho dũng điện một chiều có cường độ 2A qua dung dịch NiSO4 một thời gian, thấy khối lượng catot tăng 2,4 gam, hiệu suất điện phân là 80%. Thời gian điện phân là

A. 1giờ 22 phỳt.          B. 224 phỳt.                            C. 2 giờ.                      D. 1 giờ 45 phỳt.

Cõu 10: Điện phân 100ml dung dịch AgNO3 1M với điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100% với cường độ dũng điện là 9,65A đến khi ở catot bắt đầu toát khí thỡ thời gian điện phân là

A. 1000giây.              B. 1500giây.                           C. 2000giây.               D. 2500giây.

Câu 11: Khi điện phân (với cực điện trơ, màng ngăn xốp) dung dịch chứa a mol CuSO4 và 1,5a mol NaCl đến khi nước bắt đầu bị điện phân trên cả 2 điện cực thì pH của dung dịch

A. mới đầu không đổi, sau đó tăng.                B. mới đầu không đổi, sau đó giảm.

C. mới đầu tăng, sau đó không đổi.                D. mới đầu giảm, sau đó không đổi.

Câu 12: Phương pháp điện phân nóng chảy dùng để điều chế các kim loại

A. đứng sau hiđro trong dãy điện hoá.                       B. kiềm, kiểm thổ và nhôm.

C. đứng trước hiđro trong dãy điện hoá.        D. kiềm và nhôm.

Câu 13: Điện phân dung dịch AgNO3 (với điện cực trơ). Nếu dung dịch sau khi điện phân có pH = 1, hiệu suất điện phân là 80 %, thể tích của dung dịch được coi như không đổi (100ml) thì nồng độ AgNO3 trong dung dịch ban đầu là

A. 0,08.                       B. 0,1.                         C. 0,325.                     D. 0,125.

Câu 14: Tiến hành điện phân 200ml dung dịch gồm HCl 0,6M và CuSO4 1M với cường độ dòng điện 1,34 A trong thời gian 4 giờ. Biết hiệu suất điện phân là 100%. Thể tích khí (đktc)

thoát ra trên anot là

A. 1,344 lít.                 B. 1,568 lít.                             C. 1,792 lít.                 D. 2,016 lít.

Dùng cho câu 15, 16: Điện phân 200ml dung dịch X gồm NiCl2 0,1M; CuSO4 0,05M và KCl 0,3M với cường độ dòng điện 3A trong thời gian 1930 giây với điện cực trơ, có màng ngăn và hiệu suất điện phân là 100%. Thể tích dung dịch coi như không đổi.

Câu 15: Tổng nồng độ mol/lít của các chất trong dung dịch thu được sau điện phân là

A. 0,2M.                      B. 0,25M.                                C. 0,3M.                      D. 0,35M.

Câu 16: Khối lượng kim loại thoát ra trên catôt là

A. 0,64 gam.               B. 1,23 gam.                            C. 1,82 gam.                D. 1,50 gam.

Câu 17: Điện phân 200ml dung dịch Y gồm KCl 0,1M và Cu(NO3)2 0,2M với cường độ dòng điện 5A trong thời gian 1158 giây, điện cực trơ, màng ngăn xốp. Giả sử nước bay hơi không đáng kể. Độ giảm khối lượng của dung dịch sau khi điện phân là

A. 3,59 gam.   B. 2,31 gam.                            C. 1,67 gam.                D. 2,95 gam.

Dùng cho câu 18, 19: Điện phân 200ml dung dịch chứa Cu(NO3)2 0,2M và AgNO3 0,1M với anôt bằng Cu, cường độ dòng điện 5A, sau một thời gian thấy khối lượng anôt giảm 1,28 gam.

Câu 18: Khối lượng kim loại thoát ra trên catôt là

A. 2,8 gam.                 B. 4,72 gam.                            C. 2,16 gam.                D. 3,44 gam.

Câu 19: Thời gian điện phân là

A. 386 giây.                B. 1158 giây.               C. 772 giây.                 D. 965 giây.

Câu 20: Điện phân dung dịch B gồm 0,04 mol CuSO4 và 0,04 mol Ag2SO4 trong thời gian 38 phút 36 giây với điện cực trơ, cường độ dòng điện 5A. Khối lượng kim loại thoát ra ở catôt là

A. 9,92 gam.   B. 8,64 gam.                            C. 11,20 gam.  D. 10,56 gam

Câu 21: Hoà tan a mol Fe3O4 bằng dung dịch H2SO4 vừa đủ, thu được dung dịch X. Điện phân X với 2 điện cực trơ bằng dòng điện cường độ 9,65A. Sau1000 giây thì kết thúc điện phân và khi đó trên catot bắt đầu thoát ra bọt khí. Giá trị của a là

A. 0,0125.                   B. 0,050.                                 C. 0,025.                     D. 0,075.

Câu 22: Tiến hành điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp) 1 dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl cho tới khi nước bắt đầu bị điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng lại, thu được 0,448 lít khí (đktc). Dung dịch sau điện phân có môi trường axit và có thể hoà tan tối đa 0,68 gam Al2O3. Giá trị của m là

A. 4,955 gam.                   B. 5,385.                                 C. 4,370.                     D. 5,970 gam.

Câu 23: Nhúng thanh kẽm trong dung dịch HCl 1M (thí nghiệm 1), nhúng thanh kẽm trong dung dịch HCl 1M có nhỏ vài giọt CuSO4(thí nghiệm 2), nhúng hợp kim kẽm và sắt trong dung dịch HCl 1M (thí nghiệm 3). Thí nghiệm có tốc độ thoát khí hiđro nhanh nhất là

A. thí nghiệm 1.          B. thí nghiệm 2.                      C. thí nghiệm 3.          D. không xác định được.

Câu 24: Quá trình ăn mòn vỏ mạn tàu thuỷ (chế tạo từ thép cacbon) ở khu vực mạn tàu tiếp xúc với nước biển và không khí là quá trình

A. ăn mòn kim loại.                                         B. ăn mòn hoá học.

C. ăn mòn điện hoá.                                        D. ăn mòn hoá học và điện hoá.

Câu 25: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm HCl, NaCl, CuCl2, FeCl3. Thứ tự các quá trình nhận electron trên catôt là

A. Cu2+ →Fe3+ → H+ → Na+ → H2O.                      B. Fe3+ → Cu2+ → H+ → Fe2+ → H2O.

C. Fe3+ → Cu2+ → H+ → Na+ → H2O.                      D. Cu2+ → Fe3+ → Fe2+ → H+ → H2O.

Câu 26: Khi điện phân dung dịch CuSO4 người ta thấy khối lượng catôt tăng đúng bằng khối lượng anôt giảm. Điều đó chứng tỏ người ta dùng

A. catôt Cu.                B. catôt trơ.                             C. anôt Cu.                  D. anôt trơ.

Câu 27: Điện phân dung dịch X chứa 0,4 mol M(NO3)2 và NaNO3 (với điện cực trơ) trong thời gian 48 phút 15 giây, thu được 11,52 gam kimloại M tại catôt và 2,016 lít khí (đktc) tại anôt. Kim loại M là

A. Fe.                          B. Zn.                                      C. Ni.                          D. Cu.

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?

%d bloggers like this: