Phuơng pháp giải bài tập điện phân

Ph ng pháp gi i bài t p v đi n phânươ ả ậ ề ệ 0 Comment Size- Size+ 07/7/2010 Hóa RSS I – NH C L I LÍ THUY TẮ Ạ Ế 1) Đi n phân ch t đi n li nóng ch yệ ấ ệ ả : áp d ng đ i v i MClụ ố ớ n , M(OH) n và Al 2 O 3 (M là kim lo i nhóm IA và IIA) ạ 2) Đi n phân dung d ch ch t đi n li trong n cệ ị ấ ệ ướ : - Vai trò c a n c: tr c h t là dung môi hòa tan các ch t đi n phân, sau đó cóủ ướ ướ ế ấ ệ th tham gia tr c ti p vào quá trình đi n phân: ể ự ế ệ + T i catot (c c âm) Hạ ự 2 O b kh : 2Hị ử 2 O + 2e → H 2 + 2OH – + T i anot (c c d ng) Hạ ự ươ 2 O b oxi hóa: 2Hị 2 O → O 2 + 4H + + 4e - T i catot (c c âm) x y ra quá trình kh Mạ ự ả ử + , H + (axit), H 2 O theo quy t c: ắ + Các cation nhóm IA, IIA, Al 3+ không b kh (khi đó Hị ử 2 O b kh ) ị ử + Các ion H + (axit) và cation kim lo i khác b kh theo th t trong dãy th đi nạ ị ử ứ ự ế ệ c c chu n (ion có tính oxi hóa m nh h n b kh tr c): Mự ẩ ạ ơ ị ử ướ n+ + ne → M + Các ion H + (axit) d b kh h n các ion Hễ ị ử ơ + (H 2 O) + Ví d khi đi n phân dung d ch h n h p ch a FeClụ ệ ị ỗ ợ ứ 3 , CuCl 2 và HCl thì th t cácứ ự ion b kh là: Feị ử 3+ + 1e → Fe 2+ ; Cu 2+ + 2e → Cu ; 2H + + 2e → H 2 ; Fe 2+ + 2e → Fe - T i anot (c c d ng) x y ra quá trình oxi hóa anion g c axit, OHạ ự ươ ả ố – (baz ki m),ơ ề H 2 O theo quy t c: ắ + Các anion g c axit có oxi nh NOố ư 3 –, SO 4 2– , PO 4 3– , CO 3 2– , ClO 4 –…không b oxiị hóa + Các tr ng h p khác b oxi hóa theo th t : Sườ ợ ị ứ ự 2– > I – > Br – > Cl – > RCOO – > OH – > H 2 O 3) Đ nh lu t Faradayị ậ m = Trong đó: + m: kh i l ng ch t gi i phóng đi n c c (gam) ố ượ ấ ả ở ệ ự + A: kh i l ng mol c a ch t thu đ c đi n c c ố ượ ủ ấ ượ ở ệ ự + n: s electron trao đ i đi n c c ố ổ ở ệ ự + I: c ng đ dòng đi n (A) ườ ộ ệ + t: th i gian đi n phân (s) ờ ệ + F: h ng s Faraday là đi n tích c a 1 mol electron hay đi n l ng c n thi t đằ ố ệ ủ ệ ượ ầ ế ể 1 mol electron chuy n d i trong m ch catot ho c anot (F = 1,602.10ể ờ ạ ở ặ ở - 19 .6,022.10 23 ≈ 96500 C.mol -1 ) II – M T S C S Đ GI I BÀI T P V ĐI N PHÂNỘ Ố Ơ Ở Ể Ả Ậ Ề Ệ - Kh i l ng catot tăng chính là kh i l ng kim lo i t o thành sau đi n phân bámố ượ ố ượ ạ ạ ệ vào - m (dung d ch sau đi n phân) = m (dung d ch tr c đi n phân) – (m k t t a + mị ệ ị ướ ệ ế ủ khí) - Đ gi m kh i l ng c a dung d ch: Δm = (m k t t a + m khí) ộ ả ố ượ ủ ị ế ủ - Khi đi n phân các dung d ch:ệ ị + Hiđroxit c a kim lo i ho t đ ng hóa h c m nh (KOH, NaOH, Ba(OH)ủ ạ ạ ộ ọ ạ 2 ,…) + Axit có oxi (HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 ,…) + Mu i t o b i axit có oxi và baz ki m (KNOố ạ ở ơ ề 3 , Na 2 SO 4 ,…) → Th c t là đi n phân Hự ế ệ 2 O đ cho Hể 2 ( catot) và Oở 2 ( anot) ở - Khi đi n phân dung d ch v i anot là m t kim lo i không tr (không ph i Pt hayệ ị ớ ộ ạ ơ ả đi n c c than chì) thì t i anot ch x y ra quá trình oxi hóa đi n c c ệ ự ạ ỉ ả ệ ự - Có th có các ph n ng ph x y ra gi a t ng c p: ch t t o thành đi n c c,ể ả ứ ụ ả ữ ừ ặ ấ ạ ở ệ ự ch t tan trong dung d ch, ch t dùng làm đi n c c. Ví d :ấ ị ấ ệ ự ụ + Đi n phân nóng ch y Alệ ả 2 O 3 (có Na 3 AlF 6 ) v i anot làm b ng than chì thìớ ằ đi n c c b ăn mòn d n do chúng cháy trong oxi m i sinhệ ự ị ầ ớ + Đi n phân dung d ch NaCl không màng ngăn t o ra n c Gia–ven và cóệ ị ạ ướ khí H 2 thoát ra catotở + Ph n ng gi a axit trong dung d ch v i kim lo i bám trên catot ả ứ ữ ị ớ ạ - Vi t ph n ng (thu ho c nh ng electron) x y ra các đi n c c theo đúng thế ả ứ ặ ườ ả ở ệ ự ứ t , không c n vi t ph ng trình đi n phân t ng quát ự ầ ế ươ ệ ổ - Vi t ph ng trình đi n phân t ng quát (nh nh ng ph ng trình hóa h c thôngế ươ ệ ổ ư ữ ươ ọ th ng) đ tính toán khi c n thi t ườ ể ầ ế - T công th c Faraday → s mol ch t thu đ c đi n c c ừ ứ ố ấ ượ ở ệ ự - N u đ bài cho I và t thì tr c h t tính s mol electron trao đ i t ng đi n c cế ề ướ ế ố ổ ở ừ ệ ự (n e ) theo công th c: nứ e = (*) (v i F = 96500 khi t = giây và F = 26,8 khi t = gi ).ớ ờ Sau đó d a vào th t đi n phân, so sánh t ng s mol electron nh ng ho cự ứ ự ệ ổ ố ườ ặ nh n v i nậ ớ e đ bi t m c đ đi n phân x y ra. Ví d đ d đoán xem cation kimể ế ứ ộ ệ ả ụ ể ự lo i có b kh h t không hay n c có b đi n phân không và Hạ ị ử ế ướ ị ệ 2 O có b đi n phânị ệ thì đi n c c nào… ở ệ ự - N u đ bài cho l ng khí thoát ra đi n c c ho c s thay đ i v kh i l ngế ề ượ ở ệ ự ặ ự ổ ề ố ượ dung d ch, kh i l ng đi n c c, pH,…thì d a vào các bán ph n ng đ tính sị ố ượ ệ ự ự ả ứ ể ố mol electron thu ho c nh ng m i đi n c c r i thay vào công th c (*) đ tính Iặ ườ ở ỗ ệ ự ồ ứ ể ho c t ặ - N u đ bài yêu c u tính điên l ng c n cho quá trình đi n phân thì áp d ngế ề ầ ượ ầ ệ ụ công th c: Q = I.t = nứ e .F - Có th tính th i gian t’ c n đi n phân h t m t l ng ion mà đ bài đã cho r i soể ờ ầ ệ ế ộ ượ ề ồ sánh v i th i gian t trong đ bài. N u t’ < t thì l ng ion đó đã b đi n phân h tớ ờ ề ế ượ ị ệ ế còn n u t’ > t thì l ng ion đó ch a b đi n phân h t ế ượ ư ị ệ ế - Khi đi n phân các dung d ch trong các bình đi n phân m c n i ti p thì c ngệ ị ệ ắ ố ế ườ đ dòng đi n và th i gian đi n phân m i bình là nh nhau → s thu ho cộ ệ ờ ệ ở ỗ ư ự ặ nh ng electron các đi n c c cùng tên ph i nh nhau và các ch t sinh ra ườ ở ệ ự ả ư ấ ở các đi n c c cùng tên t l mol v i nhau ệ ự ỉ ệ ớ - Trong nhi u tr ng h p có th dùng đ nh lu t b o toàn mol electron (s molề ườ ợ ể ị ậ ả ố electron thu đ c catot = s mol electron nh ng anot) đ gi i cho nhanh ượ ở ố ườ ở ể ả III – M T S VÍ D MINH H AỘ Ố Ụ Ọ Ví d 1ụ : Đi n phân hòa toàn 2,22 gam mu i clorua kim lo i tr ng thái nóngệ ố ạ ở ạ ch y thu đ c 448 ml khí ( đktc) anot. Kim lo i trong mu i là: ả ượ ở ở ạ ố A. Na B. Ca C. K D. Mg H ng d nướ ẫ : nCl 2 = 0,02 T i catot: Mạ n+ + ne → M Theo đlbt kh i l ng mM = m(mu i) – m(Clố ượ ố 2 ) = 2,22 – 0,02.71 = 0,8 gam T i anot: 2Clạ – → Cl 2 + 2e Theo đlbt mol electron ta có nM = → M = 20.n → n = 2 và M là Ca (ho c có th vi t ph ng trình đi n phân MClặ ể ế ươ ệ n M + n/2Cl 2 đ tính) → ể đáp án B Ví d 2ụ : Ti n hành đi n phân (v i đi n c c Pt) 200 gam dung d ch NaOH 10 %ế ệ ớ ệ ự ị đ n khi dung d ch NaOH trong bình có n ng đ 25 % thì ng ng đi n phân. Thế ị ồ ộ ừ ệ ể tích khí ( đktc) thoát ra anot và catot l n l t là: ở ở ầ ượ 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 H ng d nướ ẫ : mNaOH (tr c đi n phân) = 20 gam ướ ệ Đi n phân dung d ch NaOH th c ch t là đi n phân n c: Hệ ị ự ấ ệ ướ 2 O → 1/2 O 2 (anot) + H 2 (catot) → NaOH không đ i → m (dung d ch sau đi n phân) = 80 gam → mổ ị ệ (H 2 O b đi n phân) = 200 – 80 = 120 gam → nHị ệ 2 O = 20/3 mol → V O = 74,7 lít và V H = 149,3 lít → đáp án D Ví d 3ụ : Sau m t th i gian đi n phân 200 ml dung d ch CuSOộ ờ ệ ị 4 ( d = 1,25 g/ml) v i đi n c c graphit (than chì) th y kh i l ng dung d ch gi m 8 gam. Đ làm k tớ ệ ự ấ ố ượ ị ả ể ế t a h t ion Cuủ ế 2+ còn l i trong dung d ch sau đi n phân c n dùng 100 ml dungạ ị ệ ầ d ch Hị 2 S 0,5 M. N ng đ ph n trăm c a dung d ch CuSOồ ộ ầ ủ ị 4 ban đ u là: ầ A. 12,8 % B. 9,6 % C. 10,6 % D. 11,8 % H ng d nướ ẫ : nH 2 S = 0,05 mol - G i x là s mol CuSOọ ố 4 tham gia quá trình đi n phân: CuSOệ 4 + H 2 O → Cu + 1/2O 2 + H 2 SO 4 (1) → m (dung d ch gi m) = m Cu(catot) + m Oị ả 2 (anot) = 64x + 16x = 8 → x = 0,1 mol - CuSO 4 + H 2 S → CuS + H 2 SO 4 (2) → nH 2 S = nCuSO 4 = 0,05 mol - T (1) và (2) → nCuSOừ 4 (ban đ u) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% =ầ → đáp án B Ví d 4ụ : Đi n phân 100 ml dung d ch CuSOệ ị 4 0,2 M v i c ng đ dòng đi nớ ườ ộ ệ 9,65A. Tính kh i l ng Cu bám vào catot khi th i gian đi n phân tố ượ ờ ệ 1 = 200 s và t 2 = 500 s. Bi t hi u su t đi n phân là 100 % ế ệ ấ ệ 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 H ng d nướ ẫ : nCuSO 4 = 0,02 = nCu 2+ Th i gian c n thi t đ đi n phân h t Cuờ ầ ế ể ệ ế 2+ là t = s → t 1 < t < t 2 → T i tạ 1 có 1/2 s mol Cuố 2+ b đi n phân → mị ệ 1 = 0,01.64 = 0,64 gam và t i tạ 2 Cu 2+ đã b đi n phân h t → mị ệ ế 2 = 1,28 gam → đáp án B Ví d 5ụ : Đi n phân 200 ml dung d ch CuSOệ ị 4 v i đi n c c tr và c ng đ dòngớ ệ ự ơ ườ ộ đi n 1A. Khi th y catot b t đ u có b t khí thoát ra thì d ng đi n phân. Đ trungệ ấ ở ắ ầ ọ ừ ệ ể hòa dung d ch thu đ c sau khi đi n phân c n dùng 100 ml dung d ch NaOHị ượ ệ ầ ị 0,1M. Th i gian đi n phân và n ng đ mol c a dung d ch CuSOờ ệ ồ ộ ủ ị 4 ban đ u là: ầ 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 H ng d nướ ẫ : nNaOH = 0,01 mol - Khi catot b t đ u có b t khí (Hở ắ ầ ọ 2 ) thoát ra ch ng t CuSOứ ỏ 4 đã b đi n phân h tị ệ ế theo ph ng trình:ươ CuSO 4 + H 2 O → Cu + 1/2O 2 + H 2 SO 4 - nNaOH = nOH – = 0,01 mol → nH 2 SO 4 = 0,5.nH + = 0,5.nOH – = 0,005 (mol) → nCu = nCuSO 4 = 0,005 (mol) → = 0,005 → t = 965 s và C M(CuSO ) = M (ho c có th d a vào các ph n ng thu ho c nh ng electron ặ ể ự ả ứ ặ ườ ở đi n c c đ tính) → ệ ự ể đáp án A Ví d 6ụ : Đi n phân 200 ml dung d ch h n h p AgNOệ ị ỗ ợ 3 0,1 M và Cu(NO 3 ) 2 0,2 M v i đi n c c tr và c ng đ dòng đi n b ng 5A. Sau 19 phút 18 giây d ng đi nớ ệ ự ơ ườ ộ ệ ằ ừ ệ phân, l y catot s y khô th y tăng m gam. Giá tr c a m là: ấ ấ ấ ị ủ A. 5,16 gam B. 1,72 gam C. 2,58 gam D. 3,44 gam H ng d nướ ẫ : nAg + = 0,02 mol ; nCu 2+ = 0,04 mol - Ta có n e = mol - Th t các ion b kh t i catot: ứ ự ị ử ạ Ag + + 1e → Ag (1) → sau (1) còn 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron 0,02 0,02 0,02 Cu 2+ + 2e → Cu (2) → sau (2) còn d 0,02 mol Cuư 2+ 0,02 0,04 0,02 m (catot tăng) = m (kim lo i bám vào) = 0,02.(108 + 64) = 3,44 gam → ạ đáp án D Ví d 7ụ : Hòa tan 50 gam tinh th CuSOể 4 .5H 2 O vào 200 ml dung d ch HCl 0,6 Mị thu đ c dung d ch X. Đem đi n phân dung d ch X (các đi n c c tr ) v i c ngượ ị ệ ị ệ ự ơ ớ ườ đ dòng đi n 1,34A trong 4 gi . Kh i l ng kim lo i thoát ra catot và th tíchộ ệ ờ ố ượ ạ ở ể khí thoát ra anot ( đktc) l n l t là (Bi t hi u su t đi n phân là 100 %): ở ở ầ ượ ế ệ ấ ệ 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 H ng d nướ ẫ : nCuSO 4 .5H 2 O = nCuSO 4 = 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol - Ta có n e = mol - Th t đi n phân t i catot và anot là: ứ ự ệ ạ T i catot: Cuạ 2+ + 2e → Cu → Cu 2+ ch a b đi n phân h t → m (kim lo i catot) =ư ị ệ ế ạ ở 0,1.64 = 6,4 gam 0,1 0,2 0,1 T i anot: ạ 2Cl – → Cl 2 + 2e → n e (do Cl – nh ng) = 0,12 < 0,2 mol → t i anot Clườ ạ – đã b đi nị ệ phân h t và ế 0,12 0,06 0,12 đ n n c b đi n phân → nế ướ ị ệ e (do H 2 O nh ng) = 0,2 –ườ 0,12 = 0,08 mol 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e 0,02 0,08 V (khí thoát ra anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → ở đáp án A Ví d 8ụ : Có 200 ml dung d ch h n h p Cu(NOị ỗ ợ 3 ) 2 và AgNO 3 , đ đi n phân h t ionể ệ ế kim lo i trong dung d ch c n dùng c ng đ dòng đi n 0,402A trong 4 gi . Sauạ ị ầ ườ ộ ệ ờ khi đi n phân xong th y có 3,44 gam kim lo i bám catot. N ng đ mol c aệ ấ ạ ở ồ ộ ủ Cu(NO 3 ) 2 và AgNO 3 trong h n h p đ u l n l t là: ỗ ợ ầ ầ ượ 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 H ng d nướ ẫ : - Ta có n e = mol - T i catot: Agạ + + 1e → Ag Ta có h ph ng trình:ệ ươ x x (mol) Cu 2+ + 2e → Cu → C M Cu(NO 3 ) 2 = C M AgNO 3 = 0,1 M → đáp án D y y (mol) Ví d 9ụ : Hòa tan 4,5 gam tinh th MSOể 4 .5H 2 O vào n c đ c dung d ch X. Đi nướ ượ ị ệ phân dung d ch X v i đi n c c tr và c ng đ dòng đi n 1,93A. N u th i gianị ớ ệ ự ơ ườ ộ ệ ế ờ đi n phân là t (s) thì thu đ c kim lo i M catot và 156,8 ml khí t i anot. N uệ ượ ạ ở ạ ế th i gian đi n phân là 2t (s) thì thu đ c 537,6 ml khí . Bi t th tích các khí đo ờ ệ ượ ế ể ở đktc. Kim lo i M và th i gian t l n l t là: ạ ờ ầ ượ A. Ni và 1400 s B. Cu và 2800 s C. Ni và 2800 s D. Cu và 1400 s H ng d nướ ẫ : G i nMSOọ 4 = nM 2+ = x mol Ví d 10ụ : M c n i ti p hai bình đi n phân: bình (1) ch a dung d ch MClắ ố ế ệ ứ ị 2 và bình (2) ch a dung d ch AgNOứ ị 3 . Sau 3 phút 13 giây thì catot bình (1) thu đ c 1,6ở ượ gam kim lo i còn catot bình (2) thu đ c 5,4 gam kim lo i. C hai bình đ uạ ở ượ ạ ả ề không th y khí catot thoát ra. Kim lo i M là: ấ ở ạ A. Zn B. Cu C. Ni D. Pb H ng d nướ ẫ : - Do hai bình m c n i ti p nên ta có: ắ ố ế Q = I.t = → M = 64 → Cu → đáp án B Ví d 11ụ : Đi n phân nóng ch y Alệ ả 2 O 3 v i anot than chì (hi u su t đi n phân 100ớ ệ ấ ệ %) thu đ c m kg Al catot và 67,2 mượ ở 3 ( đktc) h n h p khí X có t kh i so v iở ỗ ợ ỉ ố ớ hiđro b ng 16. L y 2,24 lít ( đktc) h n h p khí X s c vào dung d ch n c vôiằ ấ ở ỗ ợ ụ ị ướ trong (d ) thu đ c 2 gam k t t a. Giá tr c a m là: ư ượ ế ủ ị ủ A. 54,0 kg B. 75,6 kg C. 67,5 kg D. 108,0 kg H ng d nướ ẫ : 2Al 2 O 3 4Al + 3O 2 (1) ; C + O 2 CO 2 (2) ; 2C + O 2 2CO (3) - Do X = 32 → h n h p X có COỗ ợ 2 ; CO (x mol) và O 2 d (y mol) ư - 2,24 lít X + Ca(OH) 2 d → 0,02 mol k t t a = nCOư ế ủ 2 → trong 67,2 m 3 X có 0,6 CO 2 - Ta có h ph ng trình: ệ ươ và 0,6 + x + y = 3 → x = 1,8 và y = 0,6 T (1) ; (2) ; (3) → mAl = ừ kg → đáp án B . đ bài. N u t’ < t thì l ng ion đó đã b đi n phân h tớ ờ ề ế ượ ị ệ ế còn n u t’ > t thì l ng ion đó ch a b đi n phân h t ế ượ ư ị ệ ế - Khi đi n phân các dung d ch trong các bình đi n phân. T S C S Đ GI I BÀI T P V ĐI N PHÂNỘ Ố Ơ Ở Ể Ả Ậ Ề Ệ - Kh i l ng catot tăng chính là kh i l ng kim lo i t o thành sau đi n phân bámố ượ ố ượ ạ ạ ệ vào - m (dung d ch sau đi n phân) = m (dung. ặ - N u đ bài yêu c u tính điên l ng c n cho quá trình đi n phân thì áp d ngế ề ầ ượ ầ ệ ụ công th c: Q = I.t = nứ e .F - Có th tính th i gian t’ c n đi n phân h t m t l ng ion mà đ bài đã cho