CHUYÊN đề điện hóa học

CHUYÊN ĐỀ: ĐIỆN HÓA HỌC MÃ: H05A A PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chuyên đề Điện hóa học chuyên đề quan trọng thiếu kì thi chọn học sinh giỏi cấp Do đó, để đạt kết mong muốn học sinh phải nắm vũng kiến thức phương pháp làm tập chuyên đề Hơn nữa, đề thi môn hóa học 10 - Trại hè Hùng Vương có phần kiến thức kiểm tra thuộc chuyên đề Tuy nhiên, cách xếp nội dung chương trình sgk học sinh lớp 10 chưa nghiên cứu đầy đủ toàn nội dung chuyên đề Trên thực tế, mảng lớn kiến thức chuyên đề đưa chương trình sgk hóa học 12 Dẫn đến khó khăn tránh trình tự học nghiên cứu học sinh Mục đích đề tài Từ vấn đề đó, nhằm giúp học sinh có tài liệu bản, không khó, giúp học sinh tự học, tự nghiên cứu nội dung chuyên đề mà chọn chuyên đề: “Điện hóa học” với mong muốn hệ thống số nội dung chính, dạng toán thường gặp Xây dựng hệ thống kiến thức hữu ích, tài liệu tham khảo cho học sinh yêu thích môn hóa học sinh ôn HSG hóa B PHẦN NỘI DUNG Nội dung chuyên đề Điện hóa học chia làm phần: + Phản ứng oxi hóa khử + Pin điện + Điện phân Phản ứng oxi hóa khử 1.1 Các khái niệm: - Phản ứng oxi hóa khử: phản ứng hóa học có thay đổi số oxy hóa vài nguyên tố; Hay phản ứng oxi hóa khử phản ứng hóa học có chuyển electron chất phản ứng VD: 4Na + O2 → 2Na2O Na - 1e = Na+ oxi hóa O2 + 4e = 2O2- khử - Chất oxi hóa: Là chất nhận electron (Là chất có số oxi hóa giảm) - Chất khử: Là chất nhường eletron (Là chất có số oxi hóa tăng) - Quá trình oxi hóa (Sự oxi hóa) Là trình chất khử cho e - Quá trình khử (Sự khử) Là trình nhận e chất oxi hóa 1.2 Phân loại phản ứng oxi hóa - khử Có thể chia phản ứng oxi hóa khử thành ba loại: • Phản ứng phân tử: Trong phản ứng loại chuyển electron xảy phân tử Đây loại phản ứng oxi hóa khử phổ biến Ví dụ: 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O • Phản ứng tự oxi hóa khử (phản ứng dị li): Trong phản ứng loại chất phân li thành hai chất khác chất mức oxi hóa cao chất mức oxi hóa thấp Ví dụ: Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O 3HNO2 → HNO3 + 2NO↑ + H2O • Phản ứng nội phân tử: Trong phản ứng loại chuyển electron xảy nguyên tử nguyên tố nằm phân tử Ví dụ: t NH4NO3 ⎯⎯→ N2O + 2H2O 2KClO3 ⎯t⎯, MnO ⎯ ⎯→ 2KCl + 3O2 1.3 Các phương pháp cân phản ứng oxi hóa khử Phản ứng oxi hóa khử có số phương pháp cân khác nhau, nhiên nguyên tắc chung phương pháp là: Tổng số electron chất khử cho tổng số electron chất oxi hóa nhận Sau đây, nghiên cứu hai phương pháp thường sử dụng việc cân phản ứng oxi hóa - khử 1.3.1 Phương pháp cân electron a Các bước tiến hành: Bước 1:Viết sơ đồ phản ứng Xác định chất khử chất oxi hóa (dựa vào thay đổi số oxi hóa) Bước 2: Viết trình khử, trình oxi hóa Tìm hệ số cân cho tổng số electron cho tổng số electron nhận Bước 3: Đặt hệ số cân vào sơ đồ phản ứng Hoàn thành phương trình hóa học (Kiểm soát phương trình cân hay sai việc kiểm tra cân hai vế nguyên tố oxi) b Ví dụ 1: Zn + +5 × Zn 2× +2 H N O loãng → Zn( NO3 )2 + N O ↑ + H2O +2 = Zn + 2e +5 +2 N + 3e = N 3Zn + HNO3 → 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + H2O Lưu ý: với hệ số cân axit, để ý NO3- HNO3 vai trò chất oxi hóa tạo NO, vai trò môi trường tạo muối Do trình cân hệ số vào axit này, cần cộng tổng số nguyên tố N vế phải để cân vào HNO3 Hệ số cuối cùng: 3Zn + 8HNO3 = 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O c Ví dụ 2: Na2SO3 + KMnO4 + H2O → Na2SO4 + MnO2 + KOH +7 +4 +6 +4 Bước 1: Na2 S O3 + K Mn O4 + H2O → Na2 S O4 + Mn O2 + KOH Bước 2: x S → S + 2e +4 +6 +7 (quá trình oxi hóa) +4 x Mn + 5e → Mn Bước 3: (quá trình khử) 3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2O → 3Na2SO4 + 2MnO2 + 2KOH Lưu ý: - Nếu chất thay đổi số oxi hóa chứa nhiều nguyên tử nguyên tố thay đổi số oxi hóa phải viết trình oxi hóa trình khử ứng với số nguyên tử nguyên tố hợp chất - Nếu có nhiếu nguyên tố thay đổi số oxi hóa (cùng tăng giảm) phải viết trình oxi hóa khử tất nguyên tố giữ tỉ lệ nguyên tử viết ứng với nhóm nguyên tử - Nếu từ chất oxi hóa sinh nhiều sản phẩm khử ta tách thành nhiều phản ứng (mỗi phản ứng tạo sản phẩm chất khử) cân phản ứng đó, sau nhân hệ số thích hợp vào phương trình thu cộng lại - Đối với phản ứng có tham gia chất hữu cơ: Nếu hợp chất hữu trước sau phản ứng có số nhóm nguyên tử thay đổi số nhóm không đổi ta xác định số oxi hóa C nhóm cân Nếu hợp chất hữu thay đổi toàn phân tử, ta cân theo số oxi hóa trung bình cacbon 1.3.2 Phương pháp cân ion electron Ưu điểm: Phương pháp không đòi hỏi phải biết xác số oxi hóa nguyên tố Nhược điểm: Chỉ áp dụng cho trường hợp phản ứng oxi hóa- khử xảy dung dịch, phần lớn chất oxi hóa chất khử tồn dạng ion a Các bước cân bằng: - Bước 1: Tách ion, xác định nguyên tố có số oxi hóa thay đổi viết nửa phản ứng oxi hóa khử - Bước 2: Cân phương trình nửa phản ứng: + Cân số nguyên tử nguyên tố hai vế nửa phản ứng: Thêm H+ hay OHThêm H2O để cân số nguyên tử hiđro Kiểm soát số nguyên tử oxi hai vế (phải nhau) + Cân điện tích: thêm electron vào nửa phản ứng để cân điện tích - Bước 3: Cân electron: Nhân hệ số để: ∑ electron cho = ∑ electron nhận - Bước 4: Cộng nửa phản ứng, ta có phương trình ion thu gọn - Bước 5: Để chuyển phương trình dạng ion thu gọn thành phương trình ion đầy đủ phương trình phân tử cần cộng vào hai vế lượng cation anion để bù trừ điện tích b Ví dụ: Cân phương trình phản ứng: Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NO + H2O Bước 1: Tách ion, xác định nguyên tố có số oxihóa thay đổi viết nửa phản ứng oxi hóa khử: Al + H+ + NO3- → Al3+ + 3NO3- + NO + H2O 3+ Al → Al +5 +2 N O3− → N O Bước 2: - Cân số nguyên tử nguyên tố hai vế nửa phản ứng: 3+ Al → Al NO3− + 4H+ → NO + 2H2O - Cân điện tích Al = Al3+ + 3e NO3− + 4H+ + 3e = NO + 2H2O Bước 3: Cân electron × Al = Al3+ + 3e × NO 3− + 4H+ + 3e = NO + 2H2O Bước : Cộng nửa phản ứng, ta có phương trình ion thu gọn : 1Al + NO 3− + 4H+ = 1Al3+ + 1NO + 2H2O Bước 5: Để chuyển phương trình dạng ion thu gọn thành phương trình ion đầy đủ phương trình phân tử cần cộng vào hai vế lượng cation anion để bù trừ điện tích Phương trình ta phải cộng hai vế với 24 NO 3− Ta có: 1Al + NO 3− + 4H+ + NO 3− = 1Al3+ + 1NO + 2H2O + NO 3− Al + 4HNO3 = 1Al(NO3)3 + 1NO + 2H2O Lưu ý: Trong phản ứng oxi hóa – khử, thường có tham gia môi trường, tùy thuộc vào môi trường, khả phản ứng chất thay đổi *) Phản ứng có axit tham gia Vế thừa oxi thêm H+ tạo H2O hay vế thiếu oxi thêm H2O tạo H+ VD: KMnO4 + KNO2 + H2SO4 → MnSO4 + KNO3 + K2SO4 + H2O Phản ứng oxi hóa: NO −2 → NO 3− Phản ứng khử: MnO−4 → Mn2+ × MnO−4 + 5e + 8H+ = Mn2+ + 4H2O × NO −2 - 2e + H2O = NO 3− + 2H+ MnO−4 + NO −2 + 16H+ + 5H2O = 2Mn2+ + 8H2O + NO 3− + 10H+ Giản ước H+ H2O hai vế, ta có: MnO−4 + 16H+ NO −2 = 2Mn2+ + 8H2O + NO 3− 2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5KNO3 + K2SO4 + 3H2O *) Phản ứng có kiềm tham gia Vế thừa oxi thêm H2O tạo OH- hay thiếu oxi thêm OH- tạo H2O Ví dụ: NaCrO2 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr + H2O Phản ứng khử: 2Br + 2e → 2BrPhản ứng oxihóa: CrO−2 - 3e → CrO24− × CrO−2 - 3e + 4OH- = CrO24− + 2H2O × 2Br + 2e = 2Br- CrO−2 + 8OH- + 3Br2 = CrO24− + 6Br- + 4H2O 2NaCrO2 + 8NaOH + 3Br2 = 2Na2CrO4 + 6NaBr + 4H2O *) Phản ứng có nước tham gia Nếu sản phẩm sau phản ứng có axit tạo thành, ta cân theo phản ứng có axit tham gia, sản phẩm sau phản ứng có kiềm tạo thành ta cân theo phản ứng có kiềm tham gia VD: KMnO4 + K2SO3 + H2O → MnO2 + K2SO4 + KOH Phản ứng khử: MnO−4 + 3e → MnO2 Phản ứng oxihóa: SO32− - 2e → SO24− × MnO−4 + 3e + 2H2O = MnO2 + 4OH3 × SO32− - 2e + 2OH- = SO24− + H2O MnO−4 + 4H2O + SO32− + 6OH- = 2MnO2 + 8OH- + SO24− + 3H2O Giản ước: H2O OH- ta có: 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH 1.4 Bài tập vận dụng 1.4.1 Bài tập trắc nghiệm Đối với phản ứng: CrCl3 + NaOCl + NaOH→ Na2CrO4 + NaCl + H2O + Cl2, hệ số cân (là số nguyên tố tối giản) chất oxi hóa, chất khử chất đóng vai trò môi trường là: A 2, 10 B 3, 10 C 2, D 4, ĐS: 3, 10 Cho phản ứng: Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO + NO2 + H2O Nếu tỉ lệ số mol NO NO2 : 1, tổng hệ số cân HNO3 phương trình hoá học là: A 12 B 50 C 18 D 20 ĐS: 50 t Cho phản ứng sau: As2S3 + HNO3 đ ⎯⎯→ H3AsO4 + H2SO4 + NO2 + H2O với hệ số chất phương trình số nguyên đơn giản giản ước Tổng đại số hệ số chúng là: A 75 B 70 C 68 D 72 ĐS: 70 Cho phản ứng sau: FexOy + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O Hãy cho biết tổng đại số hệ số chất phương trình phản ứng (các hệ số chất số nguyên tối giản) A 13x - 5y + B 12x - 4y + C 14x - 5y + D 13x - 4y + ĐS: 13x - 5y + Tổng hệ số cân (là số nguyên tối giản) chất phản ứng: K2Cr2O7 + C6H12O6 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 +CO2 +K2SO4 +H2O là: A B 38 C.17 D 57 ĐS: 57 Hãy cho biết chất (hoặc ion) thiếu phản ứng: SO32- + … + … → SO42- + MnO2↓ + OHA KMnO4, H2SO4 B MnO4-, H2O C MnO4-, H+ D KMnO4, H2O ĐS: MnO4-, H2O Trong phản ứng: 3FeS2 + 18HNO3 → Fe2(SO4)3 + Fe(NO3)3 + 3H2SO4 + 15NO + 6H2O số mol electron mà FeS2 nhường có 33,6 lít khí NO thoát đktc là: A 1,5 mol B 0,15 mol C 0,45 mol D 4,5 mol ĐS: 4,5 mol Cho Al vào dung dịch HNO3 loãng, dư thu dung dịch chứa muối hỗn hợp hai khí NO N2O có tỉ lệ số mol tương ứng : Nếu có mol hỗn hợp khí thoát số mol electron mà Al nhường là: A 3,5 mol B 0,35 mol C 5,5 mol D mol ĐS: 5,5 mol Cho khí CO qua ống sứ chứa m gam Fe2O3 nung nóng, sau thời gian thu 13,92gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 Hoà tan hết X dung dịch HNO3 đặc nóng dư thu 5,824 lít NO2 (đktc) Tính m? A.18,08 g B 9,76 g C.11,86 g D.16,0 g ĐS: 16,0 g 10 Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1) axit HNO3, thu V lít (ở đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO NO2) dung dịch Y (chỉ chứa muối axit dư) Tỉ khối X H2 19 Giá trị V là: A 2,24 B 4,48 C 5,60 D 3,36 ĐS: 5,60 11 Cho 16,2 gam kim loại M (hoá trị không đổi) tác dụng với 0,15 mol oxi Chất rắn thu sau phản ứng cho hoà tan hoàn toàn vào dung dịch HCl dư (các phản ứng xảy hoàn toàn), thu 13,44 lít H2 (đktc) Kim loại M là: A Ca B Zn C Al D Mg ĐS: Al 12 Cho 3,024 gam kim loại M tan hết dung dịch HNO3 loãng, thu 940,8 ml khí NxOy (sản phẩm khử nhất, đktc) có tỉ khối H2 22 Khí NxOy kim loại M là: A NO Mg B NO2 Al C N2O Al D N2O Fe ĐS: N2O Al 1.4.2 Bài tập tự luận Câu Hoàn thành phương trình phản ứng sau đây: NaCl + H2SO4 đặc, nóng NaBr + H2SO4 đặc, nóng NaClO + PbS E a = E ao − RT ln 2F OH − [ ] Cd(r) + 2NiO(OH)(r) + 2H2O nap phong 2Ni(OH)2(r) + Cd(OH)2(r) E = Eoa – Eoc = 1,299V 700mAh = 0,700A 3600s = 2520C nCd = 2520/2.96485 = 0,013mol ⇒ mCd = 0,013.112,4 = 1,47g Bài 15 Cho chuẩn sau đây: AgBr(r) + e → Ag + BrEo1 = 0,0713V Ag+ + e → Ag Eo2 = 0,7996V a) Trên sở tính TAgBr 25oC b) Từ tính ∆Go qúa trình: AgCl(r) ⇌ Ag+(aq) + Cl-(aq) Biết SAgCl(25oC) = 1,274.10-5M Hướng dẫn a) Eo1 có liên quan đến bán tế bào, lớp kết tủa bạc bromua nồng độ ion bromua 1,00M Nhờ có Eo2 người ta theo phương trình Nernst tính nồng độ ion bạc tế bào từ nhờ có [Br-] = 1,00M tính tích số hoà tan E1o = E2o + RT ln C1 ⇒ 4,81.10 −13 M ⇒ TAgBr = 4,81.10 −13 M F b) Từ độ hoà tan ta có: [Ag+] = [Cl-] = 1,274.10-5M tích số hoà tan T = (1,274.10-5)2 T số cân KC phản ứng: AgCl(r) ⇌ Ag+(aq) + Cl-(aq) KC sô cân nhiệt động lực học Điều có nghĩa là: ∆Go = -RTlnT = 55,8kJ/mol 2.2.2 Bài tập hướng dẫn giải: Bài Cho phản ứng tổng quát xảy nguyên tố: [Ag(NH3)2]+ ⇌ 2NH3 + Ag+ Hãy thiết lập nguyên tố điện hóa tính số không bền phức [Ag(NH3)2]+ 250C, biết: Ag+ + e = Ag E0 = 0,7996V [Ag(NH3)2]+ + e ⇌ 2NH3 + Ag E0 = 0,373V ĐS: 6.10-8 Bài Một pin điện tạo từ điện cực điện cực gồm Cu nhúng vào dung dịch CuSO4 0,5M, điện cực thứ dây Pt nhúng vào dung dịch Fe2+, Fe3+ với lượng cho [Fe2+] = 2[Fe3+] Dùng dây dẫn có điện trở R nối hai đầu Cu Pt Cho biết dấu hai cực pin Viết phản ứng điện cực Tính sđđ khởi thủy pin Biết thể tích dung dịch CuSO4 lớn, tìm tỉ số [Fe2+]/[Fe3+] pin ngừng hoạt động Cho: E Cu = 0,34 V ; E = 0,77V / Cu Fe / Fe 2+ 3+ 2+ ĐS: [Fe2+]/[Fe3+] = 4,8.10-8; sđđ khởi thủy = 0,457 Bài Cho: E Cu 2+ = 0,15V ; E / Cu + I /I − = 0,62V a Viết phản ứng oxi hóa – khử phương trình Nernst tương ứng Thoạt nhìn giá trị điện chuẩn, liệu có xảy oxi hóa I- Cu2+? b Khi đổ dung dịch KI vào dung dịch Cu2+ thấy có phản ứng: Cu2+ + 2I- ⇌ CuI↓ + 1/2I2 (1) Hãy chứng tỏ cách định tính phản ứng (1) giải thích phản ứng: Cu+ + I- ⇌ CuI↓ (2) Biết TCuI = 10-12, xác định số cân phản ứng (1) ĐS: K = 104 Bài Một pin nồng độ tạo thành từ hai bình: - Bình chứa: [Fe3+] = 0,2M; [Fe2+] = 0,1M - Bình chứa: [Fe3+] = 0,1M; [Fe2+] = 0,2M Xác định sđđ pin, rõ cực Nối hai điện cực dây dẫn Tính nồng độ ion Fe2+ Fe3+ bình lúc cân Tính điện lượng qua dây dẫn Cho biết dung dịch (1) tích 0,5 lít, dung dịch (2) tích lít ĐS: 0,0345V; Bình = bình 2: [Fe3+] = 0,12M; [Fe2+] = 0,18M; q = 3854C Bài Fe2+ + 2e = Fe E01 = -0,44V Fe3+ + e = Fe2+ E02 = 0,775V a Tính E03 phản ứng Fe3+ + 3e = Fe b Tính số cân K phản ứng: 3Fe2+ = 2Fe3+ + Fe Có thể kết luận độ bền Fe2+ Khi oxi hóa Fe ta ion trước (phản ứng xảy dung dịch) c Biết: T Fe ( OH ) = 10 −15 ; T Fe ( OH ) = 10 −37 Xác định pH bắt đầu có kết tủa Fe(OH)2 Fe(OH)3, biết nồng độ ion Fe2+, Fe3+ 10-6M Trong H2O hiđroxit dễ kết tủa ĐS: a –0,035V; b 10-41; c 9,5 3,7 Bài : Cho hai pin với chuẩn : Cho biết: Fe2+ +2e → Fe,E =-0,44V Cu 2+ +2e → Cu,E =0,34V Thiết lập sơ đồ pin điện , tính E0 pin, cho biết chiều phản ứng Bài : Cho pin sau : Zn/ Zn(NO3)2 0,1 M , Ag / AgNO3 0,1 M chuẩn tương ứng -0,76 V, 0,8 V a Thiết lập sơ đồ pin với dấu điện cực b Viết phản ứng pin hoạt động c Tính E pin d Tính nồng độ ion pin ngừng hoạt động Bài : E0 pin Zn-Cu 1,10 V 250C Tính lượng tự chuẩn phản ứng ôxi hóa khử làm sở cho pin ĐA : -212 KJ Bài Ở pH = 25oC điện cục tiêu chuẩn Eo số cặp oxi hóa-khử cho sau: 2IO4−/I2(r) = 1,31V; 2IO3−/I2(r) = 1,19V; 2HIO/I2(r) = 1,45V ; I2(r)/2I− = 0,54V (r): chất trạng thái rắn Viết phương trình nửa phản ứng oxi hóa - khử cặp cho Tính Eo cặp IO4−/ IO3− IO3−/ HIO Về phương diện nhiệt động học dạng oxi hóa-khử bền, dạng không bền? Tại sao? Thêm 0,40 mol KI vào lít dung dịch KMnO4 0,24 M pH = a) Tính thành phần hỗn hợp sau phản ứng b) Tính điện cực platin nhúng hỗn hợp thu so với điện cực calomen bão hoà Tính Eo cặp IO3−/ I2(H2O) I2(H2O) iot tan nước o Cho biết: EMnO = 1,51 V ; E điện cực calomen bão hòa 0,244 V ; 2+ − / Mn 25oC, ln RT= 0,0592 lg ; Độ tan iot nước 5,0.10− M F Điện phân 3.1 Sự điện phân • Điện phân trình oxi hoá khử xảy bề mặt điện cực tác dụng dòng điện chiều chạy qua chất điện li trạng thái dung dịch hay nóng chảy Khi điện phân, cực âm xảy khử, cực dương xảy oxi hóa Vì bình điện phân: Anot cực dương, catot cực âm • Điện phân dung dịch Trong dung dịch, ion chất tan điện li có ion H+ OH- H2O điện li tạo thành nên đó: - Ở cực âm (catot) xảy phản ứng: 2H+ + 2e → H2 hay 2H2O + 2e → H2 + 2OH- Vì kim loại khử chuẩn âm (IA, IIA, Al) không bị khử cực âm (khi H2O bị khử) Chỉ kim loại hoạt động hóa học (Zn, Cr, Ni,…, kim loại quý) giải phóng cực âm - Ở cực dương (anot) xảy phản ứng: 4OH- → O2 + 2H2O + 4e hay 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Vì anion đơn giản Cl-, Br-, I-, … phóng điện cực dương, nhiều anion gốc axit phức tạp SO 24− , NO 3− , ClO −4 … không bị oxi hóa (khi H2O bị oxi hóa) 3.2 Sơ lược - Thứ tự phản ứng điện phân dung dịch nước Trên thực tế để quan sát thực nghiệm trình khử cation kim loại catot, áp vào catot thường phải âm khử chuẩn kim loại; để quan sát oxi hóa anion anot, áp vào thường phải cao khử chuẩn anion • Người ta gọi hiệu cần phải đặt vào hai điện cực để xảy phóng điện ion điện cực phân hủy (Ephân hủy) Hiệu phân hủy với sức điện động chuẩn pin điện hóa tạo hai cặp oxi hóa khử tham gia phản ứng điện cực điện phân (thường gọi sức điện động phân cực, Ephân cực) gọi η(quá thế) = Ephân hủy – Ephân cực Ta có: Ephân hủy = Eanot – Ecatot ; Ephân cực = E 0anot - E 0catot Với Ecatot, Eanot thực tế phải đặt vào catot anot để xảy phóng điện điện cực E 0anot , E 0catot khử chuẩn cặp oxi hóa – khử tham gia phản ứng anot catot ⇒ η = (Eanot – Ecatot) - ( E 0anot - E 0catot ) = (Eanot – E 0anot ) – (Ecatot - E 0catot ) = ηa - ηc Với: ηc = Ecatot - E 0catot catot; ηa = Eanot - E 0anot anot + Ecatot < E 0catot nên ηc âm; Eanot > E 0anot nên ηa dương + Nếu catot trình khử ion kim loại thành kim loại ηc ≈ V Ví dụ: Khi điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực Pt Tại catot: Cu2+ + 2e → Cu; Tại anot: H2O → 2H+ + O2 + 2e ⇒ hình thành pin phân cực có sơ đồ: Cu⎢Cu2+, H+⎢O2, Pt ⇒ Ephân cực = E 0O / H 2O − E 0Cu2+ / Cu ; ηc = Ecatot - E 0Cu 2+ / Cu ; ηa = Eanot - E 0O / H 2O • Có nhiều loại thế: - Quá hóa học: liên quan đến lượng hoạt động hóa phản ứng hóa học trước trao đổi ion xảy Có thể khắc phục hóa học cách sử dụng chất xúc tác điện hóa đồng thể dị thể - Quá hoạt động hóa: liên quan đến lượng hoạt động hóa trình trao đổi electron ion với bề mặt điện cực - Quá nồng độ: xuất giảm (hoặc tăng) nồng độ ion vùng gần bề mặt điện cực -Quá bọt khí: xuất chậm giải hấp bọt khí khỏi bề mặt điện cực - Quá điện trở: liên quan với sụt điện trở dung dịch, … Quá phụ thuộc vào vật liệu dùng làm điện cực, chất ion dung dịch điện li mật độ dòng điện lưu thông điện cực, nhiệt độ yếu tố khác • Quá có vai trò lớn lao điện hóa học ứng dụng Để minh họa, xem xét điện phân dung dịch chứa Zn2+ H+ với điện cực Zn Giả sử [Zn2+] = [H+] = 1M Zn2+ + 2e → Zn , E 0Zn 2+ / Zn = −0,763 V; 2H+ + 2e→ H2 , E 02H + / H2 = 0,00 V Nếu vào khử chuẩn E0 ta tiên đoán H+ phóng điện trước (ngay catot đạt giá trị 0,000V) H2 thoát catot hiệu điện thấp nhiều so với hiệu điện cần thiết để giải phóng kẽm Tuy nhiên H2 Zn khoảng - 1V khiến cho điện phân Zn lại giải phóng trước catot H+ phóng điện nồng độ Zn2+ giảm tới mức Zn2+/Zn trở nên nhỏ hiđro E Zn / Zn < −1V ) 2+ • Khi điện phân: - Chất bị khử trước catot (cực âm) chất sau tính đến khử lớn - Chất bị oxi hóa anot (cực dương) chất sau tính đến khử nhỏ Từ thực nghiệm người ta nhận thấy điện phân dung dịch nước với điện cực trơ: - Tại catot (cực âm) xảy trình khử M+, H+ (axit), H2O theo quy tắc: + Các cation nhóm IA, IIA Al3+ không bị khử (khi H2O bị khử) + Các ion H+ (axit) cation kim loại khác bị khử theo thứ tự dãy điện cực chuẩn (ion có tính oxi hóa mạnh bị khử trước) + Các ion H+ (axit) dễ bị khử ion H+ (H2O) - Tại anot (cực dương) xảy trình oxi hóa anion gốc axit, OH– (bazơ kiềm), H2O theo quy tắc: + Các anion gốc axit có oxi NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–…không bị oxi hóa + Các trường hợp khác bị oxi hóa theo thứ tự: S2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH– > H2O Lưu ý: - Nếu anot điện cực trơ anot bị oxi hóa (hòa tan) điện phân Ví dụ điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực Cu anot Cu bị oxi hóa theo phản ứng: Cu → Cu2+ + 2e - Ngoài phản ứng điện cực (phản ứng điện hóa) có phản ứng phụ (phản ứng hóa học) Ví dụ: - Khi điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ: đp 2NaCl + 2H2O ⎯⎯→ 2NaOH + H2 + Cl2 Nếu màng ngăn xảy phản ứng phụ: 2NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O đpnc - Khi điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì: 2Al2O3 ⎯⎯ ⎯→ 4Al + 3O2 O2 sinh phản ứng với anot than chì: 2C + O2 → 2CO; C + O2 → CO2 3.3 Định luật Faraday điện phân m= A It × n F Trong đó: m: khối lượng chất giải phóng điện cực (gam) ; A: khối lượng mol chất thu điện cực ; n: số electron trao đổi điện cực ; I: cường độ dòng điện (A); t: thời gian điện phân (s); F: số Faraday điện tích mol electron hay điện lượng cần thiết để mol electron chuyển dời mạch catot anot (F = 96500 C.mol-1) Lưu ý: - Khi bình điện phân mắc nối tiếp I chạy qua bình - Số mol electron chạy qua bình điện phân (tham gia phản ứng điện cực): 3.4 Bài tập vận dụng 3.4.1 Bài tập có hướng dẫn giải Bài 1: Điện phân hòa toàn 2,22 gam muối clorua kim loại trạng thái nóng chảy thu 448 ml khí (ở đktc) anot Xác định kim loại muối Hướng dẫn: nCl2 = 0,02 Tại catot: Mn+ + ne → M Theo đlbt khối lượng 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 Ca → M = 20.n → n = Bài 2: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến dung dịch NaOH bình có nồng độ 25 % ngừng điện phân Thể tích khí (ở 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 dịch sau điện 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 Bài 3: Sau thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 ( d = 1,25 g/ml) với điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm gam Để làm kết tủa hết ion Cu2+ lại dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M Nồng độ phần trăm dung dịch 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 Bài 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện 9,65A Tính khối lượng Cu bám vào catot thời gian điện phân t1 = 200 s t2 = 500 s Biết hiệu suất điện 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 2+ t1 có 1/2 số mol Cu bị điện phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam t2 Cu2+ bị điện phân hết → m2 = 1,28 gam → đáp án B Bài 5: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ cường độ dòng điện 1A Khi thấy catot bắt đầu có bọt khí thoát dừng điện phân Để trung hòa dung dịch thu sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,1M Thời gian điện phân nồng độ mol dung dịch 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 dựa vào phản ứng thu nhường electron điện cực để tính) → đáp án A Bài 6: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ cường độ dòng điện 5A Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khô thấy tăng 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 Bài 7: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu dung dịch X Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện 1,34A Khối lượng kim loại thoát catot thể tích khí thoát anot (ở đktc) (Biết hiệu suất điện 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 mol 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 0,02 0,08 V (khí thoát anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → đáp án A Bài 8: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 AgNO3, để điện phân hết ion kim loại dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A Sau điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám catot Nồng độ mol Cu(NO3)2 AgNO3 hỗn hợp đầu 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 = - Tại catot: Ag+ + 1e → Ag mol Ta có hệ phương trình: x x (mol) 2+ Cu + 2e → Cu → CM Cu(NO3)2 = CM AgNO3 = 0,1 M → đáp án D y y (mol) Bài 9: Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H2O vào nước dung dịch X Điện phân dung dịch X với điện cực trơ cường độ dòng điện 1,93A Nếu thời gian điện phân t (s) thu kim loại M catot 156,8 ml khí anot Nếu thời gian điện phân 2t (s) thu 537,6 ml khí Biết 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 Bài 10: 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 hiđro 16 Lấy 2,24 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi (dư) thu gam kết tủa Giá trị 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 B Bài 11 Muối KClO4 điều chế cách điện phân dung dịch KClO3 Thực tế điện phân điện cực, nửa phản ứng tạo sản phẩm KClO4 cũn đồng thời xẩy nửa phản ứng phụ tạo thành khí không màu Ở điện cực thứ hai xẩy nửa phản ứng tạo khí Hiệu suất tạo thành sản phẩm đạt 60% Viết ký hiệu tế bào điện phân nửa phản ứng anot catot Tính điện lượng tiêu thụ thể tích khí thoát điện cực (đo 250C 1atm) điều chế 332,52g KClO4 Hướng dẫn Kí hiệu tế bào điện phân: Pt ⎜ KClO3 (dd) ⎜ Pt Phản ứng chính: anot: ClO3- - 2e + H2O → ClO4 - + 2H+ catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OHClO3- + H2O → ClO4- + H2 Phản ứng phụ: anot: catot: H2O - 2e → 2H+ + O2 2H2O + 2e → H2 + 2OHH2O → O2 + H2 2 M KClO = 39,098 + 35,453 + 64,000 = 138,551 332,52 = 2,4mol 138,551 c 100 q = 2,4 mol 2F = 8.F = 8(96485 C) = 771880 C mol 60 n KClO4 = q = 771880 C 8F = mol 2F / mol nRT 4.0,08205.298 V H2 = = = 97,80 lit P Khí catot hydro: n H = Khí anot oxy: nF tạo O2 = 0,4 = 3,2 F 3,2 F = 0,8 mol 4F / mol nRT 0,8.0,08205.298 V O2 = = = 19,56 lit P nO = Bài 12: Một bình điện phân chứa dung dịch NaOH (pH=14) bình điện phân khác chứa dung dịch H2SO4 (pH = 0) 298K Khi tăng hiệu điện từ từ hai cực bình người ta thấy có khí giống thoát hai bình điện Giải thích tượng Viết phương trình phản ứng xảy bình (không xét tạo thành H2O2 H2S2O8) Tính hiệu điện tối thiểu phải đặt vào hai cực bình trình điện phân xảy Người ta muốn giảm pH dung dịch NaOH xuống 11 Có thể dùng NH4Cl không? Nếu được, giải thích tính khối lượng NH4Cl phải dùng để giảm pH lít dung dịch NaOH từ 14 xuống 11 Khi pH dung dịch NaOH 11, hiệu điện tối thiểu phải đặt vào hai cực bình điện phân trình điện phân xảy bao nhiêu? o − Cho biết: E = 0,4 2H V+,;1/2 EoO2 / H2O = 1,23 V ; pKb (NH3) = H2O, 1/2 O2 / 2OH 4,75 Hướng dẫn: Trong thí nghiêm này, nước bị điện phân điện a) Dung dịch NaOH: Ở anôt: OH− H2O + 1/2 O2 + e Ở catôt: H2O + e H2 + OH− H2O H2 + 1/2 O2 b) Dung dịch H2SO4: Ở anôt: H2O 1/2 O2 + H+ + e Ở catôt: H+ + e H2 H2O H2 + 1/2 O2 Khí thoát bình hiđro oxi a) Dung dịch NaOH: Eanôt = 0,4 V 0,0592 Ecatôt = + lg (10−14)2 = − 0,83 V U = E anôt − E catôt = 0,4 + 0,83 = 1,23 V b) Dung dịch H2SO4: Eanôt = 1,23 V Ecatôt = V Umin = E anôt − E catôt = 1,23 V (khi tính Umin không xét đến thế) Có thể dùng NH4Cl để giảm pH dung dịch NaOH từ 14 xuống 11 NH4+ + OH− NH3 + H2O pOH dung dịch NaOH thêm NH4Cl để giảm pH dung dịch NaOH từ 14 xuống 11 tính theo công thức: [NH4+] pOH = pKb + lg [NH3] [NH4+] = 4,75 + lg[NH3] Suy [NH4+] = 0,0178 × [NH3] Khi pH dung dịch NaOH giảm từ 14 xuống 11 [OH−] dung dịch giảm đi: − 10−3 = 0,999 mol Đây số mol NH3 hình thành Vậy [NH3] = 0,999 mol/L và: [NH4+] = 0,0178 × 0,999 ≅ 0,0178 (mol/L) Số mol NH4Cl phải thêm vào lít dung dịch: n = nNH4+ + nNH3 = 0,0178 + 0,999 = 1,0168 (mol) Khối lượng NH4Cl phải thêm vào lít dung dịch: 1,0168 × 53,5 = 54,4 (gam) Khi pH = 11, dung dịch NaOH: Eanôt = 0,4 V 0,0592 + lg 1−3 2 0,0592 (10 ) Ecatôt = + lg (10−11)2 U = E anôt − E catôt = 0,4 + × 0,0592 + 0,0592 × 11 ≅ 1,23 V Bài 13: Điện phân 50 mL dung dịch HNO3 có pH = 5,0 với điện cực than chì 30 giờ, dòng điện 1A a) Viết nửa phản ứng điện cực phương trình phản ứng chung b) Tính pH dung dịch sau điện phân c) Tính thể tích dung dịch NaOH 0,0001 mol/L cần để trung hòa dung dịch sau điện phân d) Hãy cho biết nên dùng chất thị để xác định điểm dừng phản ứng trung hòa Coi khối lượng riêng dung dịch HNO3 loãng g/mL Hướng dẫn: a) Nửa phản ứng oxi hoá anot: H2O − e → H+ + O2 + Nửa phản ứng khử catot: 2H + e → H2 12 + H2O → H O2 b) Tính pH dung dịch sau điện phân 108000 c q = A × 30 × 3600 s = 108000 (Culông) ; Số Farađây: 96500 C/F 1,11917 F F F/mol → nH2 = = 0,559558 ≈ 0,556 mol = 1,11917 Số mol nước bị điện phân 0,556 mol Khối lượng nước bị điện phân: 0,556 mol × 18 g/mol = 10,074 g Khối lượng dung dịch trước điện phân 50 mL Khối lượng dung dịch sau điện phân 50 − 10,074 = 39,926 (g) ≈ 40 g Thể tích dung dịch sau điện phân là: V 40 =g = 40 mL = 0,04 L g/mL Số mol HNO3 = 0,05 l × 10−5 = 10−7 (mol) −7 10 mol CHNO3 = [H+] = 0,04 L = 1,25.10−5 M pH = − lg [H+] = − lg (1,25.10−5) = 4,903 ≈ 4,9 c) Phản ứng: NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O nNaOH = n = 10−7 mol 10−7 HNO3 Vdd NaOH = 10−4 M = 10−3 L = 0,005 L = ml d) Phản ứng xảy axit mạnh bazơ mạnh nên dùng chất thị phenolphtalein có khoảng chuyển màu (pH) − 10 3.2.2 Bài tập hướng dẫn giải: Bài Cho dòng điện qua bình điện phân chứa 500ml dung dịch natri hidroxit có nồng độ NaOH 4,6% (khối lượng riêng 1,05g/ml) Sau số giờ, nồng độ natri hidroxit bình điện phân đạt đến 10% Xác định thể tích khí (đktc) thoát điện cực Bài Điện phân 400ml dung dịch đồng (II) sunfat 6% (khối lượng riêng 1,02g/ml) khối lượng dung dịch giảm bớt 10g Xác định nồng độ % hợp chất dung dịch lại khối lượng sản phẩm thoát điện cực Bài Khi điện phân dung dịch nitrat kim loại, điện cực platin thoát 1,08g kim loại 56 ml oxi (đktc) Xác định kim loại muối nitrat Bài Khi điện phân 1000g dung dịch bạc nitrat 5,l%, catot thoát 10,8g chất Sau cho thêm vào bình điện phân 500g dung dịch đồng (II) clorua 13,5% điện phân anot thoát 8,96lít khí (đktc) Xác định nồng độ% chất dung dịch cuối Bài Khi cho dòng điện có cường độ 0,804 A qua 160ml dung dịch chứa AgNO3 Cu(NO3)2 catot thoát 3,44g hỗn hợp hai kim loại Xác định nồng độ mol hai muối dung dịch ban đầu biết dung dịch thu kết thúc thí nghiệm không chứa ion đồng ion bạc Bài Điện phân dung dịch nước đồng (II) sunfat 5% nồng độ chất tan dung dịch 7% Vẽ đồ thị phụ thuộc vào thời gian khối lượng tất chất thoát điện cực trơ Vẽ đồ thị khác phụ thuộc vào thời gian (cùng tỉ lệ xích) khối lượng dung dịch Giải thích định tính đặc điểm hai đồ thị Bài Cho dòng điện I = 5A qua lít KCl 10% (D = 1,15g/ml) Khi dừng điện phân anôt thu 3,36 lít khí (đktc) dung dịch Y a) Trình bày điện phân (có giải thích) b) Tính thời gian điện phân c) Cho qùi tím vào dung dịch Y qùi tím có bị đổi mầu không Tại sao? d) Tìm nồng độ dung dịch Y (tất loại) Bài Dẫn dòng điện qua lít dung dịch KOH 6% (D = l,05g/ml), sau thời gian thấy nồng độ dung dịch thay đổi 2% a) Tìm lượng chất thoát điện cực sau điện phân b) Nếu I = 5A điện phân bao lâu? Bài Điện phân dung dịch chứa 10g hỗn hợp KCl KOH với dòng điện 5A hết 6ph 25s a) Tìm thành phần hỗn hợp đầu? b) Phải dùng thể tích HCl 10% (D = 1,1g/ml) đủ trung hòa dung dịch đầu? dung dịch sau điện phân Bài 10 Điện phân 200 ml CaCl2 0,1M, dừng điện phân thu 0,084 lít khí (đktc) a) Trình bày điện phân b) Tìm nồng độ (các loại) dung dịch sau điện phân c) Tính thể tích HNO3 10% (D = l,01g/ml) đủ trung hòa dung dịch sau điện phân Bài 11 Bằng điện phân người ta thu mẫu natri nặng 150g, bên mẫu bị phủ lớp mỏng Na2CO3, Na2O tạp chất Lấy 1/15 mẫu hòa tan lượng nước dư thu 4,765 lít H2 dung dịch A Phải dùng 431,3 ml HCl 1M đủ trung hòa hết dung dịch A, thu 14,56 ml CO2.Các thể tích khí đo đktc a) Tìm thành phần Na mẫu thu b) Tính công suất nguồn điện dùng theo oát để điện phân, biết dòng điện có U = V, hiệu suất điện phân đạt 90%, t = 2,39 h Bài 12 Người ta cần mạ lớp niken mỏng tổng khối lượng 1,761g lên bề mặt dụng cụ, điện phân dùng dung dịch NiSO4 1M niken a) Hãy cho biết cách mắc điện cực để thực điện phân này, có giải thích, viết phương trình phản ứng xẩy b) Phải điện phân bao lâu? Biết I = 3A hiệu suất điện phân đạt 90% c) Tìm nống độ dung dịch sau điện phân Bài 13 Người ta thực điện phân điều chế nhôm từ quặng bôxit với dòng điện 10000A, điện 5V, liên tục h a) Tìm lượng Al thu b) Phải thêm kilogam than chì vào anôt thu xô đa Na2CO3 dẫn toàn khí tạo thành vào dung dịch NaOH dư c) Đã dùng hết kilogam quặng bôxit chứa 50%Al2O3? Biết tinh chế quặng đạt 80% d) Tính điện theo oát dùng Biết hiệu suất trình điện phân đạt 90% Bài 14 Dung dịch A chứa Zn(NO3)2 O,15M AgNO3 chưa biết nồng độ Điện phân 200 ml dung dịch A với dòng điện 3A dung dịch B, khí C, catôt nặng thêm 4,97g a) Viết phương trình xảy điện phân b) Tính t c) Tìm nồng độ dung dịch B d) Tìm thể tích khí C 270C, atm Biết điện phân có điện thích hợp, phải dùng 10 ml CaCl2 0,2M vừa đủ tác dụng với 20 ml dung dịch A Bài 15 Hai bình điện phân với hai điện cực trơ mắc nối tiếp Mỗi bình chứa 200 ml dung dịch nồng độ 0,1 M : bình chứa CuCl2 ; bình chứa AgNO3 Sau 357,41 s dừng điện phân ; anôt bình thu 0,1282 lít khí 27,30C 1atm Sự điện phân có I = 3A, điện thích hợp, không xét trình phụ a) Tính loại nồng độ sau điện phân dung dịch thu dung dịch sau trộn hai dung dịch b) Nếu dẫn khí tạo thành bình vào bình kín thể tích không đồi 0,5 lít 54,60C áp suất đạt atm ? c) Khối lượng catôt bình điện phân thay đổi gam ? d) Tính hiệu suất điện phân C PHẦN KẾT LUẬN Chuyên đề Điện hóa học đưa với mục đích tài liệu tham khảo cho học sinh yêu thích môn hóa học sinh ôn luyện học sinh giỏi môn hóa học Trong đó, ba phần kiến thức giới thiệu tập áp dụng cho phần Tuy nhiên, thời gian khối lượng kiến thức không nhỏ, nên nhiều dạng chưa giới thiệu chuyên đề Hy vọng chuyên đề tài liệu hữu ích cho bạn học sinh [...]... điện hóa trong pin điện là phản ứng oxi hóa khử, nó là kết quả tổng hợp của các phản ứng tại các điện cực Ví dụ trong pin Zn-Cu, phản ứng tổng quát được viết như sau: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu 2.1.2 Thế điện cực-sức điện động Mỗi điện cực có một thế điện cực Thế tuyệt đối của điện cực là đại lượng không đo được nhưng có thể đo được độ chênh lêch thế (hiệu điện thế ) giữa hai điện cực của một pin điện hóa. .. của một pin điện hóa • Hiệu điện thế lớn nhất giữa hai điện cực (E), tức là hiệu của thế điện cực dương (E(+)) với thế điện cực âm (E(-)) được gọi là sức điện động (đôi khi còn gọi là suất điện động) của pin điện hóa: E = E(+) – E-(-) Từ quy ước về viết sơ đồ pin điện hóa ⇒ E = Ephải - Etrái Sức điện động của pin điện hóa luôn là số dương và phụ thuộc vào bản chất của điện cực, nồng độ dung dịch và... quanh kim loại được gọi là thế điện cực + - Sơ đồ điện cực: M n M - Phản ứng điện cực: Mn+ + ne- = M VD: Zn2+ + 2e- = Zn - Pin điện hóa là một hệ gồm hai điện cực (khác nhau) nhúng vào cùng một dung dịch điện li hoặc hai dung dịch chất điện li khác nhau được nối với nhau bằng một cầu muối Ví dụ: pin điện hóa Zn-Cu gồm điện cực Zn nhúng trong cốc đựng dung dịch ZnSO4 và điện cực Cu nhúng trong cốc đựng... Pin điện 2.1 Một số khái niệm cơ bản: 2.1.2 Điện cực-pin điện hóa - Một hệ gồm vật dẫn electron (kim loại, chất bán dẫn, …) tiếp xúc với vật dẫn ion (dung dịch chất điện li) được gọi là điện cực Trên bề mặt của các điện cực xảy ra quá trình oxi hóa hoặc quá trình khử và vật liệu dùng làm điện cực (vật liệu dẫn electron) có thể tham gia hoặc không tham gia vào phản ứng điện cực - Điện cực mà vật liệu điện. .. không tham gia vào phản ứng xảy ra trên điện cực (chỉ đóng vai trò là chất dẫn điện) được gọi là điện cực trơ Ví dụ điện cực làm bằng graphit, kim loại quý Điện cực mà vât liệu điện cực bị oxi hóa trong quá trình xảy ra phản ứng trên điện cực được gọi là điện cực tan - Điện cực mà ở đó xảy ra sự oxi hóa, tức là xảy ra quá trình nhường electron được gọi là anot Điện cực mà ở đó xảy ra sự khử, tức là... 0 V ở mọi nhiệt độ: E 2 H + / H = 0,00 V 2 • Thế của một điện cực là sức điện động của pin điện hóa tạo bởi điện cực chuẩn hiđro và điện cực cần đo Trong pin điện hóa nói trên, nếu điện cực cần đo đóng vai trò là điện cực dương thì thế của nó có giá trị dương, nếu đóng vai trò là điện cực âm thì thế của nó có giá trị âm Phản ứng xảy ra trên điện cực được quy ước viết dưới dạng: Ox + ne → Kh nên thế... là hằng số cân bằng của phản ứng oxi hóa khử xảy ra trong pin điện hóa - Với phản ứng tại điện cực (bán phản ứng khử hoặc bán phản ứng oxi hóa) ta cũng có: ΔG = - nF E Ox / Kh và ΔG0 = - nF E 0Ox / Kh 2.1.5 Dãy thế điện cực (thế khử) chuẩn của các cặp oxi hóa- khử Điều kiện xảy ra phản ứng oxi hóa khử • Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại Điện cực chuẩn kim loại là điện cực gồm kim loại M nhúng trong... H2SO3 + H2O 0,172 • Từ dãy thế điện cực (thế khử) chuẩn người ta có thể: - Xác định sức điện động chuẩn của pin điện hóa và thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa khử: E0 (của pin) = E 0( + ) - E 0( − ) - So sánh tính oxi hóa- khử và xác định chiều của phản ứng oxi hóa khử ở điều kiện chuẩn: Một cách tổng quát: + Cặp oxi hóa khử có E0 càng lớn thì tính oxi hóa của dạng oxi hóa càng mạnh, có E0 càng nhỏ... tính khử của dạng khử càng mạnh + Dạng oxi hóa của cặp oxi hóa- khử có E0 lớn hơn có thể oxi hóa được dạng khử của cặp oxi hóa khử có E0 nhỏ hơn Như vậy: Phản ứng oxi hóa khử chỉ có thể tự xảy ra theo chiều: Oxi hóa mạnh + Khử mạnh → Khử yếu hơn + Oxi hóa yếu hơn Nếu có hai cặp oxi hóa khử liên hợp có thứ tự trong dãy thê điện hóa là Ox 1 Ox 2 thì phản ứng oxi hóa khử chỉ có thể xảy ra theo chiều: Ox2... là một tế bào điện hóa mà ở trong đó các phản ứng hóa học diễn ra liên tục Pin nhiên liệu sử dụng các phản ứng cháy để sinh ra điện Các bán phản ứng cũng diễn ra ở các điện cực và electron được chuyển hóa thông qua một mạch điện kín Các electron được phân lập bởi môi trường ion chứa dung dịch hoặc chất rắn ở trạng thái nóng chảy (đều có tính dẫn điện) Các phản ứng diễn ra ở các điện cực của pin nhiên