PH ƯƠ N G PHÁP GI Ả I BÀI T Ậ P V Ề ĐỆ I N PHÂN 25 Tháng 10 2013 lúc 8:43 I Ki ến th ứ c ý A Địn h ngh ĩa § Sự điện phân trình oxi hóa – kh xảy bề mặt điện c ực có dòng ện chiều qua chất điện li nóng chảy dung dịch ch ất ện li + Tại catot (cực âm - ) xảy trình khử (nhận e) + Tại Anot (cực dương +) xảy trình OXH (cho e)+ ion (-) anion (A) ; ion (+) cation § Khác với phản ứng oxi hóa – khử thông thường, phản ứng điện phân tác dụng ện chất môi trường điện phân không tr ực ti ếp cho electron mà ph ải truy ền qua dây dẫn B Các trường hợp điện phân Điện phân nóng chảy Phương pháp điện phân nóng chảy áp dụng điều chế kim lo ại ho ạt động r ất m ạnh nh ư: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al a) Điện phânnóngchảy oxit: áp dụng điều chế Al + Catot (-): Al3+ + 3e → Al + Anot (+): 2O2- + 4e → O2 Pt điện phân: 2Al2O3 > 4Al+3O2 b) Điện phânnóngchảy hiđroxit Điện phân nóng chảy hiđroxit kim loại nhóm IA , , để điều chế kim loại tương ứng 2M(OH)n >2M+n/2O2+nH2O c) Điện phânnóngchảy muối clorua Điện phân nóng chảy muối clorua kim loại kiềm kim loại kiềm thổ để điều ch ế kim lo ại tương ứng MCln ->M+n/2Cl2 Điện phân dung dịch - Áp dụng để điều chế kim loại trung bình, yếu - Trong điện phân dung dịch nước giữ vai trò quan trọng: + Là môi trường để cation anion di chuyển c ực + Có thể tham gia vào trình điện phân: Tại catot (-) H2O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH– Tại anot (+) H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Về chất nước nguyênchất khôngbị điện phândo điện lớn (I=0) Do muốn điện phânnước cần hoà thêmcác chất điện li mạnh như: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh - Tại catot (cực âm) xảy trình khử M+, H+ (axit), H2O theo quy t ắc theo th ứ t ự: Dễ nhận e ion (+) KL yếu t Mg trở Dễ nhận thứ ion H+ axit 2H+ + 2e > H2 Ion H+OH: 2H+OH + 2e → H2 + 2OH– Khó nhận e ion KL mạnh Na+, K+ ( coi không ện phân) + Ví dụ điện phândungdịch hỗn hợp chứa FeCl3,CuCl2và HCl thứ tự ion bị khử là: Fe3++ 1e → Fe2+; Cu2++ 2e → Cu ; 2H++ 2e → H2 ; Fe2++ 2e → Fe- Tại catot (cực âm): Dễ nhường e ion (-) gốc axit Oxi: Cl-, Br-, Bị oxi hóa theo thứ tự: S2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH– > H2O OH- (bazo) OH- -2e > 1/2O2 + H+ Dễ nhường e thứ HOH-2HOH- -4e > O2 + 4H+ Các anion gốc axit có oxi NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–…không bị oxi hóa C Công thức Faraday Dựa vào công thức biểu diễn định luật Faraday ta xác định kh ối l ượng ch ất thu điện cực: m=AIt/nF A: khối lượng mol n: số e mà nguyên tử ion cho nhận I: cường độ dòng điện (A) t: thời gian điện phân (giây) F: số Faraday: F=96500 Công thức tính nhanh số mol e trao đổi :n(e trao đổi)=It/F II – MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA Ví dụ 1: Điện phân hòa toàn 2,22 gam muối clorua kim loại trạng thái nóng ch ảy thu 448 ml khí (ở đktc) anot Kim loại muối là: A Na B Ca C K D Mg Hướng dẫn: nCl2 = 0,02 Tại catot: Mn+ + ne → M Theo đlbt khối l ượng 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 = → M = 20.n → n = M Ca (hoặc viết phương trình điện phân MCln M + 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 dung dịch NaOH bình có nồng độ 25 % ng ừng điện phân Th ể tích khí ( đktc) thoát anot catot là: A 149,3 lít 74,7 lít B 156,8 lít 78,4 lít C 78,4 lít 156,8 lít D 74,7 lít 149,3 lít Hướng dẫn: mNaOH (trước điện phân) = 20 gam Điện phân dung dịch NaOH thực chất điện phân nước: H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) → NaOH không đổi → m (dung d ịch sau ện phân) = 80 gam → m (H2O bị điện phân) = 200 – 80 = 120 gam → nH2O = 20/3 mol → VO = 74,7 lít VH= 149,3 lít → đáp án D Ví dụ 3: Sau thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 ( d = 1,25 g/ml) v ới điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm gam Để làm kết t hết ion Cu2+ l ại dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M Nồng độ ph ần tr ăm c dung d ịch CuSO4 ban đầu là: A 12,8 % B 9,6 % C 10,6 % D 11,8 % Hướng dẫn: nH2S = 0,05 mol - Gọi x số mol CuSO4 tham gia trình điện phân: CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 (1) → m (dung dịch giảm) = m Cu(catot) + m O2(anot) = 64x + 16x = → x = 0,1 mol - CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 (2) → nH2S = nCuSO4 = 0,05 mol - Từ (1) (2) → nCuSO4 (ban đầu) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% = → đáp án B Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M v ới c ường độ dòng ện 9,65A Tính kh ối l ượng Cu bám vào catot thời gian điện phân t1 = 200 s t2 = 500 s Bi ết hi ệu su ất ện phân 100 % A 0,32 gam 0,64 gam B 0,64 gam 1,28 gam C 0,64 gam 1,60 gam D 0,64 gam 1,32 gam Hướng dẫn: nCuSO4 = 0,02 = nCu2+ Thời gian cần thiết để điện phân hết Cu2+ t = s → t1 < t < t2 → Tại t1 có 1/2 số mol Cu2+ bị điện phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam t ại t2 Cu2+ b ị ện phân hết → m2 = 1,28 gam → đáp án B Ví dụ 5: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ cường độ dòng ện 1A Khi th catot bắt đầu có bọt khí thoát dừng điện phân Để trung hòa dung d ịch thu sau ện phân cần dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,1M Th ời gian điện phân n ồng độ mol c dung d ịch CuSO4 ban đầu là: A 965 s 0,025 M B 1930 s 0,05 M C 965 s 0,05 M D 1930 s 0,025 M Hướng dẫn: nNaOH = 0,01 mol - Khi catot bắt đầu có bọt khí (H2) thoát chứng tỏ CuSO4 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) → = 0,005 → t = 965 s CM(CuSO) = M (hoặc d ựa vào phản ứng thu ho ặc nh ường electron ện cực để tính) → đáp án A Ví dụ 6: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M Cu(NO3)2 0,2 M v ới điện c ực tr cường độ dòng điện 5A Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, l catot s khô th t ăng m gam Giá trị 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 ne = mol - Thứ tự ion bị khử catot: Ag+ + 1e → Ag (1) → sau (1) 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron 0,02 0,02 0,02 Cu2+ + 2e → Cu (2) → sau (2) 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 dung d ịch X Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng ện 1,34A gi Kh ối lượng kim loại thoát catot thể tích khí thoát anot ( đktc) l ần l ượt (Bi ết hi ệu su ất ện phân 100 %): A 6,4 gam 1,792 lít B 10,8 gam 1,344 lít C 6,4 gam 2,016 lít D 9,6 gam 1,792 lít Hướng dẫn: nCuSO4.5H2O = nCuSO4 = 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol - Ta có ne = mol - Thứ tự điện phân catot anot là: Tại catot: Cu2+ + 2e → Cu → Cu2+ chưa bị điện phân hết → m (kim loại 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 → anot Cl– bị điện phân hết 0,12 0,06 0,12 đến nước bị điện phân → ne (do H2O nhường) = 0,2 – 0,12 = 0,08 mol2H2O → O2 + 4H+ + 4e 0,02 0,08 V (khí thoát 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 AgNO3, để điện phân h ết ion kim lo ại dung dịch cần dùng cường độ dòng ện 0,402A gi Sau ện phân xong th có 3,44 gam kim loại bám catot Nồng độ mol Cu(NO3)2 AgNO3 h ỗn h ợp đầu lần l ượt là: A 0,2 M 0,1 M B 0,1 M 0,2 M C 0,2 M 0,2 M D 0,1 M 0,1 M Hướng dẫn: - Ta có ne = mol - Tại catot: Ag+ + 1e → Ag Ta có hệ phương trình: x x (mol) 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 n ước dung dịch X Đi ện phân dung dịch X với điện cực trơ cường độ dòng điện 1,93A Nếu thời gian điện phân t (s) thu kim lo ại M catot 156,8 ml khí anot Nếu thời gian ện phân 2t (s) thu 537,6 ml khí Bi ết thể tích khí đo đktc Kim loại M thời gian t là: A Ni 1400 s B Cu 2800 s C Ni 2800 s D Cu 1400 s Hướng dẫn: Gọi nMSO4 = nM2+ = x mol Ví dụ 10: Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) ch ứa dung dịch MCl2 bình (2) ch ứa dung d ịch AgNO3 Sau phút 13 giây catot bình (1) thu 1,6 gam kim loại catot bình (2) thu 5,4 gam kim loại Cả hai bình không thấy khí catot thoát Kim lo ại M là: A Zn B Cu C Ni D Pb Hướng dẫn: - Do hai bình mắc nối tiếp nên ta có: Q = I.t = → M = 64 → Cu → đáp án B Ví dụ 11: Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100 %) thu m kg Al catot 67,2 m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hi đro b ằng 16 L 2,24 lít ( đktc) h ỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi (dư) thu gam kết t Giá trị c m là: A 54,0 kg B 75,6 kg C 67,5 kg D 108,0 kg Hướng dẫn: 2Al2O3 4Al + 3O2 (1) ; C + O2 CO2 (2) ; 2C + O2 2CO (3) - Do X = 32 → hỗn hợp X có CO2 ; CO (x mol) O2 dư (y mol) - 2,24 lít X + Ca(OH)2 dư → 0,02 mol kết tủa = nCO2 → 67,2 m3 X có 0,6 CO2 - Ta có hệ phương trình: 0,6 + x + y = → x = 1,8 y = 0,6 Từ (1) ; (2) ; (3) → mAl = kg → đáp án BIII Bài tập luyện thêm ... (trước điện phân) = 20 gam Điện phân dung dịch NaOH thực chất điện phân nước: H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) → NaOH không đổi → m (dung d ịch sau ện phân) = 80 gam → m (H2O bị điện phân) =... viết phương trình điện phân MCln M + 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 dung dịch NaOH bình có nồng độ 25 % ng ừng điện phân. .. thiết để điện phân hết Cu2+ t = s → t1 < t < t2 → Tại t1 có 1/2 số mol Cu2+ bị điện phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam t ại t2 Cu2+ b ị ện phân hết → m2 = 1,28 gam → đáp án B Ví dụ 5: Điện phân 200