DẠNG 3 BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN A Lý thuyết ngắn gọn a/ Khái niệm sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra trên bề mặt các điện cực, khi cho dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hoặc chất[.]
DẠNG 3: BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN A Lý thuyết ngắn gọn a/ Khái niệm : điện phân trình oxi hóa – khử xảy bề mặt điện cực, cho dòng điện chiều qua dung dịch chất điện li chất điện li nóng chảy b/ Các q trình oxi hóa – khử xảy điện cực : Tại catot (cực âm) : xảy trình khử (quá trình nhận e) K+ Na+ Al3+ | H2O Mn2+ Fe2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ Hg2+ | Không bị điện phân khả nhận e tăng dần 2H2O + 2e → H2 + 2OH– 2H+ + 2e → H2 Mn+ + ne → M Thứ tự sản phẩm tạo thành Ví dụ : điện phân dung dịch chứa ion sau : Cu2+ , Fe2+, Fe3+ , Ag+ , H+ Thứ tự điện phân xảy sau : Ag+ + 1e → Ag ; Fe3+ + 1e → Fe2+ ; Cu2+ + 2e → Cu ; 2H+ + 2e → H2 ; Fe2+ + 2e → Fe 2H2O + 2e → 2OH– + H2 Tại anot (cực dương) : xảy trình oxi hóa (q trình nhường e) I– Br– Cl– S2– OH– H2O Khả nhường e tăng 2Cl– → Cl2 + 2e | NO3– SO42– CO32– PO43– khơng bị oxi hóa (khơng điện phân) 2OH– → ½ O2 + H2O + 2e H2O → ½ O2 + 2H+ + 2e c/ Cơng thức Faraday : tính khối lượng chất thu điện cực ne It F Trong : m khối lượng chất thu điện cực (gam) A khối lượng mol nguyên tử thu điện cực (gam) n số e mà nguyên tử ion cho nhận I cường độ dòng điện (ampe) t thời gian điện phân (giây) F số Faraday (F = 96500) / ne số mol e d/ Phương pháp điều chế : Điện phân nóng chảy : dùng điều chế kim loại mạnh IA , IIA , Al Điều chế kim loại nhóm IA : điện phân nóng chảy muối clorua hidroxit Ví dụ : Điều chế K cách điện phân nóng chảy KCl Catot ( – ) ← KCl → Anot (+) 2Cl– → Cl2 + 2e K+ + e → K Phương trình điều chế : 2KCl đpnc 2K + Cl2 Ví dụ :Điều chế Na cách điện phân nóng chảy NaOH ← NaOH → Anot (+) Catot (–) 2OH– → ½ O2 + H2O + 2e Na+ + e → Na Phương trình điều chế : Tổng quát : 2NaOH đpnc 2Na + ½ O2 + H2O dpnc 2MOH M O2 H 2O Điều chế kim loại nhóm IIA : điện phân nóng chảy muối clorua Ví dụ : điều chế Mg cách điện phân nóng chảy MgCl2 Catot (–) ← MgCl2 → Anot (+) 2Cl– → Cl2 + 2e Mg2+ + 2e → Mg Phương trình điều chế : MgCl2 đpnc Mg + Cl2 dpnc MX n M + Tổng quát : n X2 Điều chế Al : điện phân nóng chảy Al2O3 Catot (–) Al3+ + 3e → Al Phương trình điều chế : ← Al2O3 → Anot (+) 2O2– → O2 + 4e 4Al + 3O2 2Al2O3 đpnc Điện phân dung dịch : dùng điều chế kim loại trung bình yếu (sau Al) cách điện phân dung dịch muối chúng Ví dụ : Điện phân dung dịch AgNO3 để điều chế kim loại Ag Catot ( – ) ← AgNO3 → NO3– , H2O Ag+ , H2O Ag+ + e → Ag Phương trình điều chế : Anot (+) H2O → 2H+ + ½ O2 + 2e 2AgNO3 + H2O đpdd 2Ag + ½ O2 + 2HNO3 Ví dụ : điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế Cu Catot ( – ) ← CuCl2 → Anot (+) Cu2+ , H2O Cl– , H2O Cu2+ + 2e → Cu 2Cl– → Cl2 + 2e Phương trình điều chế : CuCl2 đpdd Cu + Cl2 Chú ý: Khi điện phân dung dịch sau: + Hidroxit kim loại hoạt động mạnh: KOH, NaOH, Ba(OH)2, + Axit có oxi: HNO3, H2SO4, HClO4,… + Muối tạo axit có oxi bazơ kiềm: KNO3, Na2SO4,… → Thực tế điện phân H2O sinh khí H2 (catot) khí O2 (anot) B Phương pháp giải Công thức Faraday: m AIt nF Bước 1: Tính ne trao đổi: n e trao doi It F Bước 2:Viết trình điện phân Bước 3: Tính lượng chất điện phân lượng chất thu sau điện phân Chú ý: Vkhí = Vkhí (anot) + Vkhí (catot) mdung dịch giảm = mkim loại + mkhí mcatot = mkim loại (catot) Chú ý: Nếu biết catot bắt đầu khí → khí hai điện cực Khi nước bắt đầu điện phân catot 2H2O + 2e → 2OH– + H2 C Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 1M với điện cực trơ, cường độ dòng điện 5A thời gian 25 phút 44 giây dừng lại Khối lượng dung dịch giảm sau điện phân A 2,88 gam B 3,84 gam C 2,56 gam D 3,20 gam Lời giải chi tiết Đổi 25 phút 44 giây = 25.60 + 44 = 1544 giây Theo hệ công thức Faraday: n e trao doi It 5.1544 0,08 mol F 96500 Quá trình điện phân: Ở catot (–): Cu2+ + 2e → Cu 0,08 → 0,04 mol Ở anot (+): 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 0,02 ← 0,08 mol m Cu 0,04.64 2,56g m O2 0,02.32 0,64g Ta có: mdung dịch giảm = mCu + mO2 → mdung dịch giảm = 2,56 + 0,64 = 3,2 gam Chọn D Ví dụ 2: Điện phân 200 ml dung dịch AgNO3 0,4M với điện cực trơ, I = 5A Sau 19 phút 18 giây, khối lượng Ag thu catot A 7,56 gam B 4,32 gam C 8,64 gam D 6,48 gam Lời giải chi tiết Đổi 19 phút 18 giây = 19.60 + 18 = 1158 giây Theo công thức Faraday: mAg m Ag AIt nF 108.5.1158 1.96500 → mAg = 6,48 gam Chọn D Ví dụ 3: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2M AgNO3 0,1M với cường độ dòng điện I = 3,86A Sau t giây, khối lượng kim loại bám catot 1,72 gam Giá trị t A 250 B 1000 C 500 D 750 Lời giải chi tiết n CuSO4 0,2.0,1 0,02 mol;n AgNO3 0,1.0,1 0,01 mol n Cu 2 0,02 mol;n Ag 0,01 mol Ở catot (–): Ag+ + 1e → Ag (1) Cu2+ + 2e → Cu (2) Nếu Ag+ điện phân hết, Cu2+ chưa điện phân: mkim loại = mAg = 0,01.108 = 1,08 gam Nếu Ag+ Cu2+ điện phân hết: mkim loại = mAg + mCu = 0,01.108 + 0,02.64 = 2,36 gam Ta thấy: 1,08 < 1,72 < 2,36 → Ag+ điện phân hết, Cu2+ điện phân phần Ta có: mCu = mkim loại – mAg = 1,72 – 1,08 = 0,64 gam → nCu = 0,01 mol Theo (1) (2): ne trao đổi = nAg + 2nCu = 0,01 + 2.0,01 = 0,03 mol t n e F 0,03.96500 750s I 3,86 Chọn D C Bài tập tự luyện Câu 1: Điện phân 500 ml dung dịch CuSO4 0,1M (điện cực trơ) với cường độ dòng điện 10A, thời gian điện phân 32 phút 10 giây Tổng thể tích khí (đktc) sinh catot anot A 1,12 lít B 0,56 lít C 3,36 lít D 2,24 lít Câu 2: Điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 KCl điện cực trơ, màng ngăn xốp với cường độ dịng điện khơng đổi Sau thời gian t giây, anot 2,688 lít hỗn hợp khí (đktc) Nếu thời gian điện phân 2t giây, thể tích khí anot gấp lần thể tích khí catot (đo điều kiện), đồng thời khối lượng catot tang 18,56 gam Giá trị m A 55,34 B 63,46 C 53,42 D 69,87 Câu 3: Điện phân với điện cực trơ dung dịch chứa 0,2 mol Cu(NO3)2, cường độ dòng điện 2,68A, thời gian t giờ, thu dung dịch X Cho 14,4 gam bột Fe vào X, thu khí NO (sản phẩm khử N+5) 13,5 gam chất rắn Biết phản ứng xảy hoàn toàn hiệu suất trình điện phân 100% Giá trị t A 1,00 B 1,20 C 0,50 D 0,25 Câu 4: Điện phân nóng chảy muối MCln với điện cực trơ Khi catot thu 16 gam kim loại M anot thu 5,6 lít khí Cl2 (đktc) Kim loại M A Mg B Fe C Cu D Ca Câu 5: Điện phân đến hết 0,2 mol Cu(NO3)2 dung dịch với điện cực trơ, sau điện phân khối lượng dung dịch giảm gam? A 3,2 gam B 12,8 gam C 16,0 gam D 20,0 gam Câu 6: Điện phân 500 ml dung dịch CuSO4 0,4M (điện cực trơ) catot thu 9,6 gam kim loại thể tích khí (đktc) thu anot A 4,48 lít B 2,24 lít C 1,12 lít D 1,68 lít Câu 7: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 14,9 gam KCl 28,2 gam Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khối lượng dung dịch giảm 15,1 gam ngừng điện phân (giả thiết lượng nước bay không đáng kể) Khối lượng kim loại thu catot A 15,1 gam B 6,4 gam C 7,68 gam D 9,6 gam Câu 8: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ dòng điện chiều I = 9,65A Khi thể tích khí hai điện cực 1,12 lít (đktc) dừng điện phân Khối lượng kim loại sinh catot thời gian điện phân A 3,2 gam 2000s B 2,2 gam 800s C 6,4 gam 3600s D 5,4 gam 800s Câu 9: Điện phân dùng điện cực trơ dung dịch muối sunfat kim loại hóa trị II với cường độ dòng điện 3A Sau 1930 giây thấy khối lượng catot tăng 1,95 gam Muối sunfat điện phân A CuSO4 B NiSO4 C MgSO4 D ZnSO4 Câu 10: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất 100%) với cường độ dòng điện 5A 3860 giây Dung dịch thu sau điện phân có khả hịa tan m gam Al Giá trị lớn m A 4,05 B 2,70 C 1,35 D 5,40 ĐÁP ÁN Câu D Câu B Câu A Câu C Câu C Câu D Câu C Câu A Câu D Câu 10 B ... điện phân: mkim loại = mAg = 0,01.108 = 1,08 gam Nếu Ag+ Cu2+ điện phân hết: mkim loại = mAg + mCu = 0,01.108 + 0,02.64 = 2,36 gam Ta thấy: 1,08 < 1,72 < 2,36 → Ag+ điện phân hết, Cu2+ điện phân. .. loại – mAg = 1,72 – 1,08 = 0,64 gam → nCu = 0,01 mol Theo (1) (2): ne trao đổi = nAg + 2nCu = 0,01 + 2.0,01 = 0,03 mol t n e F 0,03.9 6500 750s I 3,86 Chọn D C Bài tập tự luyện Câu 1: Điện phân. .. Cu(NO3)2 dung dịch với điện cực trơ, sau điện phân khối lượng dung dịch giảm gam? A 3,2 gam B 12, 8 gam C 16,0 gam D 20,0 gam Câu 6: Điện phân 500 ml dung dịch CuSO4 0,4M (điện cực trơ) catot thu