bài tập chuyên đề điện phân

BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN PHÂN Lê Thanh Phong Lớp 2010A - Khoa Hóa - ĐHSP Huế I. Định nghĩa : Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch các chất điện li ; bao gồm điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch chất điện li trong nước ( điện phân dung dịch ) II. Quá trình điện phân dung dịch : 1. Nguyên tắc cạnh tranh : 1.1 Ở catot (-) : nếu có nhiều chất oxi hóa thì chất nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ tham gia nhận e trước. Thứ tự nhận e ở catot ( theo chiều tăng dần tính oxi hóa ) : K + , Ba 2+ , Ca 2+ , Na + , Mg 2+ , Al 3+ ( kim loại nhẹ ) H 2 O, Zn 2+ , Fe 2+ , Cd 2+ , Ni 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ , H + , Cu 2+ , Fe 3+ , Hg 2+ , Ag + , Pt 2+ , Au 3+ ( kim loại nặng )  Các cation kim loại nặng bị điện phân theo thứ tự từ phải qua trái : M n+ + ne → M . Đặc biệt H + của axit bị điện phân : 2H + + 2e → H 2 .  H + của nước bị điện phân : 2H 2 O + 2e → 2OH - + H 2  Các cation kim loại nhẹ không bị điện phân mà thay vào đó là sự điện phân H + của nước 1.2 Ở anot (+): nếu có nhiều chất khử thì chất nào có tính khử mạnh hơn sẽ tham gia nhường e trước. Thứ tự nhường e ở anot ( theo chiều tính khử tăng dần ):NO 3 - , SO 4 2- , PO 4 3- , ClO 4 - , F - , H 2 O, RCOO - , Cl - , Br - , I - , S 2- .  Các anion gốc axit không chứa oxi bị điện phân theo thứ tự từ phải sang trái : S 2- → S + 2e 2X - → X 2 + 2e (halogen ) Kế tiếp là : RCOO- → R-R + 2CO 2 + 2e  OH - của bazơ : 4OH - → 2H 2 O + O 2 + 4e  OH - của nước : 2H 2 O → 4H + + O 2 + 4e  Các anion gốc axit có chứa oxi ( trừ RCOO- ) không bị điện phân mà thay vào đó là OH - của nước sẽ bị điện phân 2. Nguyên tắc bảo toàn : tổng số mol e nhường ở anot bằng tổng số mol e nhận ở catot. III. Định luật Faraday và một số lưu ý : 1. Công thức Faraday : m = nF AIt => hệ quả - số mol e trao đổi :n e = 96500 It ( * ) với t có đơn vị là s 2. Một số lưu ý : - Khối lượng dung dịch trước và sau điện phân : m dd sau = ∑m dd đầu - m kết tủa - m khí - Chất rắn thoát ra có thể là kim loại (có thể là kết tủa của một kim loại hoặc có cả hai ). - Chất khí thoát ra sau điện phân gồm cả khí thoát ra ở anot và catot ( trừ khí gây ra phản ứng phụ, tạo sản phẩm tan trong dung dịch ). - Điện phân dung dịch một muối cho đến khi catot bắt đầu có khí thoát ra nghĩa là điện phân dung dịch muối hoàn toàn. - Nếu đề bài cho 2 yêu tố cường độ dòng điện và thời gian điện phân thì ta áp dụng công thức (*) thay cho công thức Faraday, rồi biện luận tiếp trật tự điện phân để đi đến kết quả bài toán II. BÀI TẬP VÍ DỤ : Ví dụ 1 : Viết phương trình điện phân dung dịch AgNO 3 . Catot(-) [ Ag + , H 2 O ] Anot(+) [ NO 3 - , H 2 O ] Ag + + e → Ag 2H 2 O → 4H + + O 2 + 4e => Phương trình điện phân : 4AgNO 3 + 2H 2 O  → −cmndp 4Ag + 4HNO 3 + O 2 Ví dụ 2 : Điện phân 100 ml dung dịch CuSO 4 dùng hai điện cực trơ và dòng điện 1 chiều cường độ I = 1A đến khi ở catot bắt đầu có bọt khí thoát ra thì dừng lại. Dung dịch sau điện phân có pH =1. Biết hiệu suất phản ứng điện phân là 100%. Tính thời gian điện phân và nồng độ mol của dung dịch CuSO 4 . Hướng dẫn giải : Vì điện phân đến khi catot bắt đầu có bọt khí thoát ra nên Cu 2+ đã điện phân xong. pH = 1 ⇒ [H + ] = 0,1M ⇒ n H+ = 0,01 mol. Catot : Cu 2+ +2e → Cu 0,005 ← 0,01 Anot : 2H 2 O → 4H + + O 2 + 4e 0,01 → 0,01 Ta có : n e = (1.t)/96500 => t = 965 (s) n Cu2+ = 0,005 mol ⇒ C M(CuSO4) = 0,05M III. BÀI TẬP: Câu 1 : Điện phân 500 ml dung dịch CaCl 2 với điện cực platin có màng ngăn thu được 123 m khí (27 o C và 1atm) ở anot. Tính pH của dung dịch sau điện phân, coi thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể ( Đ/s : pH = 12,3 ) - 1 - Câu 2 : Điện phân 200 ml dung dịch Cu(NO 3 ) 2 aM đến khi bắt đầu có khí thoát ra ở catot thì dừng lại. Để yên dung dịch sau điện phân đến khi khối lượng của catot không đổi thì thấy có 3,2 gam kim loại bám vào catot. Tính a. ( Đ/s : 1M ) Câu 3 : Điện phân dung dịch có chứa Fe(NO 3 ) 3 và Cu(NO 3 ) 2 sau một thời gian ngừng điện phân khi dung dịch vừa hết màu xanh thu được 0,168 lit khí (đktc) tại anot, khối lượng dung dịch giảm 0,88 gam. Tính khối lượng từng muối có trong dung dịch trước điện phân. Câu 4 :Điện phân 100ml dung dịch Fe 2 (SO 4 ) 3 1M (điện cực trơ), với cường độ dòng điện I = 2,68A trong thời gian t giờ thì bắt đầu có khí thoát ra ở catot (hiệu suất của quá trình điện phân là 100%). Giá trị của t là bao nhiêu ? Câu 5: Điện phân với điện cực trơ dung dịch hỗn hợp chứ HCl và 7,8 gam MCl 2 đến khi hết M 2+ thấy ở anot có 2,464 lit khí Cl 2 và ở catot lúc đầu có 1,12 lit khí H 2 thoát ra, sau đó đến kim loại M thoát ra. Hiệu suất phản ứng điện phân là 100%. Công thức của muối là : A. FeCl 2 B. ZnCl 2 C. CdCl 2 D. NiCl 2 Câu 6: Điện phân dung dịch hỗn hợp hai muối CuCl 2 và FeCl 2 với cường độ dòng điện không đổi I = 2A trong 48 phút 15 giây, ở catot thấy thoát ra 1,752 gam kim loại. Khối lượng Cu thoát ra là bao nhiêu gam : A. 0,576 B. 0,408 C. 1,344 D. 1,176 Câu 7 : Chất rắn B gồm 0,84 gam Fe và 1,92 gam Cu tác dụng hết với Cl 2 dư sau đó lấy sản phẩm hòa tan trong nước được dung dịch E. Điện phân E với điện cực trơ tới khi ở anot thu được 504 ml khí (đktc). H = 100%. Khối lượng catot tăng lên bao nhiêu gam : A. 1,41 B. 0,96 C. 1,14 D. 0,84 Câu 8 : Điện phân dung dịch chứa 0,02 mol FeSO 4 và 0,06 mol HCl với I = 1,34A trong 2h (điện cực trơ, màng ngăn). Bỏ qua sự hòa tan của khí clo trong nước, coi hiệu suất điện phân là 100%. Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí (đktc) thoát ra ở anot là : A. 11,2 gam và 8,96 lit B. 1,12 gam và 0,896 lit C. 5,6 gam và 4,48 lit D. 0,56 gam và 0,448lit Câu 9 : Dung dịch X chứa HCl, CuSO 4 và Fe 2 (SO 4 ) 3 . Lấy 400ml dung dịch X đem điện phân (điện cực trơ) với I = 7,72A đến khi ở catot được 0,08 mol Cu thì dừng lại. Khi đó ở anot có 0,1 mol một chất khí bay ra. Thời gian điện phân và nồng độ mol/lit của Fe 2+ lần lượt là : A. 2300s và 0,10M B. 2500s và 0,10M C. 2300s và 0,15M D. 2500s và 0,15M Câu 10 : Điện phân dung dịch CuCl 2 với điện cực trơ, sau một thời gian thu được 0,32 gam Cu ở catot và một lượng khí X ở anot. Hấp thụ hoàn toàn lượng khí X trên vào 200 ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường). Sau phản ứng nồng độ NaOH còn lại là 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể). Nồng độ ban đầu của dung dịch NaOH là : A. 0,15M B. 0,20M C. 0,10M D. 0,05M Câu 11 : Điện phân 100ml dung dịch chứa NaCl với điện cực trơ, có màng ngăn với I = 1,93A. Thể tích dung dịch sau điện phân xem như không đổi và hiệu suất phản ứng điện phân 100%. Thời gian điện phân để được dung dịch có pH = 12 là : A. 50s B. 100s C. 150s D. 200s Câu 12 : Điện phân 200 ml dung dịch gồm AgNO 3 0,1M và Cu(NO 3 ) 2 0,2 M với điện cực trơ, cường độ dòng điện I = 5 A, trong thời gian 19 phút 18 giây. Khối lượng dung dịch sau điện phân giảm m gam. Tính m, biết hiệu suất điện phân là 80 % , bỏ qua sự bay hơi của nước. A. 3,92g B. 3,056g C. 6,76g D. 3,44g Câu 13 : Điện phân 100ml dung dịch chứa AgNO 3 0,2M và Cu(NO 3 ) 2 0,1M với I=2A . Tính thời gian (t) điện phân để kết tủa hết Cu . A. 490s B. 965s C. 1505s D. 1930s Câu 14 : Điện phân 200 ml dung dịch CuSO 4 0,50M và Na 2 SO 4 0,10M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ 10A trong 35 phút 23 giây. Dung dịch sau điện phân có khả năng hoà tan m gam Fe 3 O 4 . Giá trị lớn nhất của m là : A. 5,800 B. 6,380 C. 6,960 D. 6,496 Câu 15 : Tiến hành điện phân có màng ngăn xốp 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp HCl 0,02 M và NaCl 0,2 M sau khi ở anot giải phóng 0,448lít khí đktc. Cần bao nhiêu ml dd HNO 3 để trung hòa hết dung dịch sau điện phân : A. 200 B. 250 C. 400 D. 300 Câu 16 : Mắc nối tiếp 2 bình điện phân : bình (1) chứa dung dịch MCl 2 và bình (2) chứa dung dịch AgNO 3 . Sau 3 phút 13 giây thì ở catôt bình (1) thu được 1,6 gam kim loại còn ở catôt bình (2) thu được 5,4 gam kim loại. Cả hai bình đều không thấy khí ở catôt thoát ra. Kim loại M là : A. Zn B. Cu C. Ni D. Pb - 2 - . BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN PHÂN Lê Thanh Phong Lớp 2010A - Khoa Hóa - ĐHSP Huế I. Định nghĩa : Sự điện phân là quá trình oxi hóa. mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch các chất điện li ; bao gồm điện phân nóng chảy và điện phân dung