Tài liệu Một số bài tập phân tích điện phân docx

Một số bài tập phân tích điện phânCâu 1: Điện phân dung dịch NaCl dùng điện cực catot là hỗn hống Hg dòng chảy đều và dùng cực titan Ti bọc ruteni Ru và rodi Rd làm anot.. Viết các phươn

Một số bài tập phân tích điện phân

Câu 1: Điện phân dung dịch NaCl dùng điện cực catot là hỗn hống Hg

dòng chảy đều và dùng cực titan (Ti) bọc ruteni (Ru) và rodi (Rd) làm anot Khoảng cách giữa catot và anot khoảng vài milimet

1 Viết các phương trình phản ứng xảy ra tại các điện cực khi mới bắt đầu điện phân (pH =7) Tín các giá trị thế điện cực và thế phân giải

2 Sau một thời gian pH tăng lên 11 Giải thích tại sao? Viết các phương trình phản ứng tại pH đó?

3 Tính thế điện cực và thế phân giải

Cho:

2 2 2

2

O / H O

Na / Na 2 H / H

Na / Na(Hg)

Cl / 2Cl

H (tr ªn Hg) O (tr ªn Ru/Rd)

E 1,78V víi NaCl 25% vµ 0,2% Na trong hçn hèng

E 1,34V cho dung dÞch NaCl 25% (vÒ khèi l îng)









(Theo đề thi Olympic Hoá học tại Áo 1996)

Giải:

1 Trong dung dịch NaCl có

NaCl → Na+ + Cl-

H2O  H+ + OH-

Khi điện phân:

Ở catot:

H2O  H+ + OH- | x2

2H+ + 2e → H2

2H2O + 2e  H2 + 2OH- (2)

Ở anot:

2Cl-  Cl2 + 2e (4H)

Na / Na(Hg)

E  1,78V

2

7 2H / H

E  0, 00 0, 059 log10 0, 413V



2

'

H 2H / H 2H / H

E  E    0, 413 1,3 1,713V

+

2

vậy khi mới bắt đầu điện phõn ở catot quỏ trỡnh xảy ra sẽ là quỏ trỡnh (2),

cú H2 giải phúng ra ở catot

Ở anot: Từ (3) ta cú:

O /H O O /H O

E = E + 0,059 log[H ] 1,23 0,059log10 0,817V

'

O /H O O /H O O

E = E +  0,817 0,80 1,617V 

2 2 2

'

O / H O

Cl / 2Cl

Từ đó ta có: E  ( 1,34V) E ( 1,671V) nờn ở anot xảy ra quỏ trỡnh (4H), cú Cl2 thoỏt ra

Vậy phản ứng điện phõn xảy ra là

Ở catot: 2H2O +2e  H2 + 2OH-

Ở anot: 2Cl-  Cl2 + 2e

2Cl- + 2H2O  H2 + Cl2 + 2OH- Thế phõn giải:

' '

VE  E 1,341,713 3, 053V

2 Sau thời gian điện phõn, nồng độ OH- tăng lờn nờn pH tăng, đạt tới 11

Ở pH = 11, phản ứng điện phõn xảy ra:

Ở catot:pH = 11, [H ] =10-11M

2

11 2H / H

E  0, 00 0, 059 log10 0,649V



'

H 2H / H 2H / H

E  E    0,649 1,31,949V

+

2

E ( 1,78V) E  ( 1,949V) E  ( 2,71V)

vậy nờn ở catot cú quỏ trỡnh (1) xảy ra: Na+ + Hg + e 

Na(Hg)

Ở anot

O /H O O /H O

E = E + 0,059 log[H ] 1,23 0,059log10 0,581V

'

O /H O O /H O O

E = E +  0,581 0,80 1,3811V 

2 2 2

'

O / H O

Cl / 2Cl

Từ đó ta có: E  ( 1,34V) E ( 1,381V) nờn ở anot vẫn cú Cl2 thoỏt ra:

Quỏ trỡnh điện phõn:

2x | Na+ +Hg +e  Na(Hg)

2Cl-  Cl2 + 2e 2Na+ + 2Cl- + 2Hg  Cl2 + 2Na(Hg)

Thế phõn giải:

V = E’ a – E ’ c = 1,34H + 1,78 = 3,12V

Cõu 2: Điện phõn dung dịch NiSO4H 0,100M cú pH = 2,00 dựng điện cực Pt.

1 Tớnh thế catot cần thiết để cú kết tủa Ni ở catot

2 Tớnh điện ỏp cần tỏc dụng để cú quỏ trỡnh điện phõn đầu tiờn

3 Tớnh điện ỏp phải tỏc dụng để [Ni2+] cũn lại bằng 1,0.10-4H M

2

Ni / Ni

Cho E  0,230V; E 1,23V;  0,80V

Điện trở bỡnh điện phõn: R = 3,15 ; I =1,10A

Giải:

1 Để cú kết tủa Ni ở catot thỡ thế catot Ec < ENi 2  / Ni (Ni2+ +2e  Ni)

Mà ENi 2  / Ni= 2

0

Ni / Ni

E  + 0, 059log

2 [Ni2+]

= ─ 0,230+ 0, 059log

2 10-1 = ─0,2595V Vậy để có kết tủa Ni xuất hiện ở catot thì thế catot Ec < ─0,2595V

2 Các quá trình phản ứng điện cực:

Ở catot: có các quá trình:

Ni2+ + 2e  Ni (1) 2

Ni / Ni

E  = ─0,2595V

2H+ + 2e  H2 (2)

2

2H / H

E  =

2

0 2H / H

E  + 0,059log [H ]

= 0,00 + 0,059log 10-2 = ─0,118V > ENi 2  / Ni

 Khi bắt đầu điện phân sẽ xảy ra quá trình (2)

Ở anot:

2H2O  O2 + 4HH+ + 4He

O /H O O /H O

E = E + 0,059 log[H ] 1,23 0,059log10 1,112V

Ta có: Điện áp tối thiểu cần đặt vào để quá trình điện phân bắt đầu xảy ra là:

V = (Ea + a) – (Ec + c) + IR

 V = (1,112 + 0,80) –(─ 0,118+0,00) + 1,10 3,15 = 5,4H95V

Vậy khi đặt vào một điện áp tối thiểu là 5,4H95V thì quá trình điện phân bắt đầu xảy ra

3 Để [Ni2+] còn 1,0.10- 4HM thì lúc đó thế catot:

Ec = ENi 2  / Ni = ─0,230 + 0, 059log

2 10-4H = ─0,34H8V Khi đó điện áp phải tác dụng là:

V = (Ea + a) – (Ec + c) + IR

 V = (1,112 + 0,80) –(─ 0,34H8+0,00) + 1,10 3,15 = 5,725V

Vậy phải đặt vào một điện áp bằng 5,725 để nồng độ Ni2+ còn lại sau quá trình điện phân là 1,0.10-4HM

Câu 3: Điện phân dung dịch Co2+ 0,100M và Cd2+ 0,0500M

1 Tính nồng độ Co2+ khi Cd2+ bắt đầu bị điện phân

2 Tính thế catot cần để làm giảm nồng độ ion Co2+ xuống còn 1,0.10-6 M

Để Cd2+ bắt đầu điện phân: Cd2+ + 2e  Cd

Co / Co Cd / Cd

Cho E 0,280V; E 0, 402V

Giải:

1 Tính nồng độ Co để Cd2+ bắt đầu bị điện phân

Các phản ứng điện cực ở catot:

Co2+ + 2e  Co

Cd2+ + 2e  Cd

Để Cd bắt đầu bị điện phân thì thế catot

c Cd / Cd Cd / Cd

0,059

2

 Ec = ─ 0,4H02 + 0, 059log

2 0,0500= ─ 0,4H4H0V

c

Co / Co Co / Co

0,059

2

0

c Co2 / Co

[Co ] = 10







2*(-0,4H4H 0,28)

3 0,059







Như vậy ta không thể tách hoàn toàn Co ra khỏi Cd

2 Tính thế catot để nồng độ Co2+ giảm xuống còn 1,0.10-6 M

Ta có: 2+ 2+

c Co / Co Co / Co

0,059

2

= ─ 0,280 + 0, 059log

2 10-6 = ─ 0,4H57V Vậy khi thế catot còn ─ 0,4H57V thì nồng độ Co2+ chỉ còn 1,0.10-6M (Co2+ xem như đã tách hoàn toàn ra khỏi dung dịch điện phân)

Câu 4: Tính thời gian cần thiết khi điện phân dung dịch Co(II) để làm kết

tủa được

1 0,500 gam Co kim loại lên catot

2 0,602 gam Co3O4H lên anot

Biết cường độ dòng điện phân là 1,00A; 2+

0

Co / Co

Giải:

1 Tính thời gian điện phân để kết tủa được 0,500 gam Co kim loại lên catot

Phản ứng điện cực ở catot: Co2+ + 2e  Co

Áp dụng định luật Micheal Faraday ta có:

1 A n.F.m 2.96500.5,00

Như vậy, để kết tủa được 0,500 gam Co thì phải tiến hành điện phân với

cường độ dòng điện 1A trong thời gian là 4H,54H giờ

2 Tính thời gian điện phân để kết tủa được 0,602 gam Co3O4H lên catot

Ở catot: 3Co2+ + 4HH2O + 6e  Co3O4H + 4HH2

n.F.m 6.96500.0,602

Như vậy, để kết tủa được 0,602g Co3O4H thì phải tiến hành điện phân với cường độ dòng điện 1A trong thời gian là 4H giờ

Câu 5: Tiến hành điện phân một muối clorua kim loại nóng chảy, thu được

7,8 gam kim loại ở anot và 2,24H lít khí (đktc) ở anot Xác định muối đem

điện phân

Giải:

Các phản ứng điện cực:

Ở catot: Mn+ + ne  M

Ở anot: 2Cl-  Cl2 + 2e

Phản ứng: 2MCln ®pnc

   2M + nCl2

2

Cl

2 2.2,24H 0,2

M

7,8.n

39n 0,2

m

M =

(K)

78 (loại)

117 (loại) Vậy muối đã cho là K

Câu 6: Tiến hành điện phân 100 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 0,15 M và AgNO3 0,1 M (điện cực trơ) với cường độ dòng điện là 1A Tính khối lượng các chất thu được ở anot và catot khi thời gian điện phân là:

a) 16 phút 5 giây; b) 32 phút 10 giây; c) 64H phút 20 giây

Giải:

Theo bài ra ta có: nCu 2  0,1.0,1 0,01mol; nAg + 0,15.0,1 0,015mol

Các phản ứng điện cực:

Ở catot: Ag + e → Ag

2

Cu  + 2e → Cu

Ở anot: 2H2O  O2 + 4HH+ + 4He

Thời gian điện phân hết Ag là:

Ag

Thời gian để điện phân hếtCu2 :

2

Cu



Như vậy, sau 16phút 5giây + 4H8 phút 15giây = 64Hphút 20giây thì cả Cu2+ và

Ag+ đều bị điện phân hết

a) Sau 16phút 5 giây

Ở catot: Cu2+ chưa bị điện phân; Ag+ điện phân hết

Lúc đó: nAg nAg 0,01mol

 mAg = 0,01.108 = 1,08g

Ở anot:

2

O

m I.t 1.(16.60 5) 0,08g

F n 96500 4H

b) Sau 32phút 10giây:

Ở catot: Ag+ đã bị điện phân hết:

 mAg = 1,08g

Thời gian điện phân Cu2+ là: t = 32phút 10giây – 16phút 5giây = 16phút 5 giây

Cu

m I.t 1.(16.60 5) 0,32g

Ở catot:

2

O

m I.t 1.(32.60 10) 0,16g

F n 96500 4H

c) Sau 64phút 20 giây:

Ở catot: Ag+ và Cu2+ đều bị điện phân hết vừa hết

 mAg = 1,08g

2

Cu Cu

n n  0,015mol  mCu 0,015.64H 0,96g

Ở anot:

2

O

m I.t 1.(64H.60 20) 0,32g

F n 96500 4H

Câu 7: Tiến hành điện phân 3 bình điện phân mắc nối tiếp (điện cực trơ):

bình 1 đựng dung dịch CuSO4H; bình 2 đựng dung dịch NaCl (có màng ngăn giữa 2 điện cực); bình 3 đựng dung dịch AgNO3 Hỏi khi ở catot bình 1 thoát

ra 1,6 gam kim loại thì ở các điện cực còn lại thoát ra những chất gì? bao nhiêu gam? Biết các chất ban đầu trong các bình điện phân chưa hết.

(Hoá Lí tập IV - Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế)

Giải:

Các phản ứng điện phân ở điện cực catot trong các bình điện phân:

Bình 1: Cu2+ + 2e  Cu

Bình 2: H2O + 2e  H2 + OH-

Bình 3: Ag+ + e  Ag

Cách 1: Ở catot bình 1 thoát ra 1,6g kim loại  số đương lương đồng thoát

ra ở catot là:

Cu

1,6

n 2 0,05

64H

Theo định luật bảo toàn đương lượng ta có

2

n  n  n  0,05

 Ở bình 2: 0,05.2 0,05g

2

2

H

Ở bình 3: 0,05.108 5,4Hg

1 Ag

Cách 2: Áp dụng công thức Fraday:

1 A I.t m.n 1,6.2

Do đó ta có:

2

H H

A

m It 0,05 0,05g

Ag

A

Câu 8: Người ta mạ niken lên mẫu vật kim loại bằng phương pháp mạ điện

trong bể mạ chứa dung dịch niken sunfat Điện áp được đặt lên điện cực của

bể mạ là 2,5 V Cần mạ 10 mẫu vật kim loại hình trụ; mỗi mẫu có bán kính 2,5cm, cao 20cm Người ta phủ lên mỗi mẫu một lớp niken dày 0,4H mm Hãy:

1 Viết phương trình các phản ứng xảy ra trên các điện cực của bể mạ điện

2 Tính điện năng (theo kWh) phải tiêu thụ

Cho biết: Niken có khối lượng riêng D = 8,9 g/cm3; khối lượng mol nguyên tử là 58,7(g/mol); hiệu suất dòng bằng 90% ; 1 kWh = 3,6.106J

(Đề thi HSG QG 2005-2006)

Giải:

1 Phản ứng điện cực:

Ở catot: Ni2+ + 2e  Ni

Ở anot: 2H2O  4HH+ + O2 + 4He

2 Tính P

- Diện tích bề mặt ống trụ là:

S = 2rh = 2.3,14H.2,5.20 = 314Hcm2.

- Thể tích Ni cần phải mạ cho mỗi ống là:

V = S.d = 314H.0,04H = 12,56cm3

- Khối lượng Ni cần mạ ở 10 ống trụ là:

m = V.D = 12,56.8,9.10 = 1117,84Hg

- Từ công thức Faraday: m 1 A

F n Q

 ta có: Nếu hiệu suất dòng 100% thì điện lượng cần phải tiêu thụ để mạ 10 ống trụ là:

1117,84H.2.96500

3675351,3C 58,7

m.n.F

Q =

Vì hiệu suất dòng chỉ đạt 90% nên điện lượng cần dùng là:

100

Q = 3675351,3

90 4H,084H.106C Vậy điện năng tiêu thụ khi mạ điện là:

P = V.I.t = Q.V = 4H,084H.106.2,5 ≈ 10,21.106 (J) ≈ 2,8kWh

Vậy để mạ được 6 ống trụ trên thì phải tiêu thụ một điện năng là 2,8kWh

Câu 9: Một mẫu đồng thau chứa Cu và Pb Hoà tan 1,581 gam mẫu trong

axit và tiến hành điện phân ở điều kiện thích hợp thì thu được 1,003 gam Cu

ở catot và 0,0750 gam PbO2 ở anot Viết các phương trình phản ứng điện

phân

Tính hàm lượng % Cu và Pb trong mẫu

Giải:

Quá trình điện phân:

Ở catot: Cu2+ + 2e  Cu

2H+ + 2e  H2

Pb2+ +O2 + 2e  PbO2

Ở anot: 2H2O  4HH+ + O2 + 4He

Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:

mCu trong mẫu = mCu sau điện phân = 1,003g

 %Cu 1, 003 63, 44%

1,581

Pb sau ®iÖn ph©n

Pb trong mÉu

0.0750

 %Pb 1, 003 4,11%

1,581

Câu 10: Để định lượng H2S trong nước người ta lấy 100,0 ml nước cho vào

bình điện phân, thêm KI dư Ở đây I- bị oxi hoá ở anot, I3- tạo ra sẽ oxi hoá H2S Điểm kết thúc điện phân xác định dựa vào sự tạo thành màu xanh của iot - hồ tinh bột Hãy tính số ppm H2S trong nước nếu điện phân với cường

độ dòng không đổi là 36,12mA trong 10phút 25giây

Giải:

Các phản ứng ở điện cực anot:

3 3I   I 2e (1)

2 3

I S       S3I (2)

Khi hết S2- thì I3      I I2 I2 sinh ra sẽ làm xanh hồ tinh bột

Áp dụng công thức Faraday ta có:

3

3

3

3

I

I

m 1 I.t 1 36,12.10 (10.60 25)













Theo (2) 2

3

4

H S I

n n  1,17.10 mol





2

H S

m 1,17.10 34 4.10 g 4.10 g

3 6

H S

4.10 10

100



Vậy hàm lượng H2S trong nước là 4H0ppm

Câu 11: Cho dòng điện 0,5A đi qua dung dịch muối của một axit hữu cơ

trong 2 giờ Kết quả sau quá trình điện phân là trên catot tạo ra m gam một

kim loại và trên anot có khí etan và khí cacbonic thoát ra (Biết rằng ở catot chưa có khí thoát ra)

1 Cho biết muối của kim loại nào bị điện phân? Giá trị của m là bao

nhiêu? Biết rằng 5,18 gam của kim loại đó đẩy được 1,59 gam Cu từ

dung dịch đồng sunfat

2 Cho biết muối của axit hữu cơ nào bị điện phân? Viết các phương trình phản ứng xảy ra trên các điện cực

(Đề thi HSG QG 2001-2002)

Giải:

1 Phương trình phản ứng xảy ra khi nhúng thanh kim loại vào dung dịch CuSO4H:

2M + nCu2+ → 2Mn+ + nCu

 2 1,59 0,05

mol

n 63,5 n

2

n = n

5,18

0,05

(loại)

207,2

(Pb)

310,8 (loại) Vậy muối đã cho là muối của Pb2+

Áp dụng công thức Faraday: m 1 A It 1 2070,5.2 3,86g

2 Muối hữu cơ điện phân được etan khí cacbonic và Pb:

 Muối đó là (CH3 – CH2 – COO)2Pb (Chì propionat)

Quá trình điện phân:

Ở catot: Pb2+ +2e  Pb





( ) 2





       2H2O  4HH+ + O2 + 4He