CHUYÊN đề sự điện PHÂN

CHUYấN : S IN PHN M: H07 A C S Lí THUYT I - nh ngha S in phõn l quỏ trỡnh oxi hoỏ - kh xy trờn b mt cỏc in cc cú dũng in mt chu i qua cht in li núng chy hoc dung dch cht in li Khi cú dũng in mt chiu i qua bỡnh in phõn: Cỏc cation i v catot (cc õm), catot xy s kh Cỏc anion i v anot (cc dng), anot xy s oxihoỏ II - in phõn cht in li núng chy 1) in phõn mui halogenrua núng chy điện phân 2MXn 2M + nX2 nóng chảy Phng phỏp ny dựng iu ch cỏc kim loi kim v cỏc kim loi kim th điện phân Thớ d: 2NaCl 2Na + Cl2 nóng chảy MgCl2 điện phân Mg + Cl2 nóng chảy 2) in phõn hiroxit núng chy điện phân 4M(OH)n 4M + nO2 + 2nH2O nóng chảy Phng phỏp ny dựng iu ch cỏc kim loi kim điện phân Thớ d: 4NaOH 4Na + O2 + 2H2O nóng chảy 3) in phõn oxit núng chy điện phân 2M2On 4M + nO2 nóng chảy Phng phỏp ny dựng iu ch nhụm điện phân 2Al2O3 4Al +3O2 nóng chảy (Criolit) III - in phõn dung dch cht in lI nc 1) catot (cc õm): Ion dng no d nhn electron thỡ in phõn trc, th t in phõn catot nh sau: - Cỏc cation kim loi ng sau Al3+ dóy in hoỏ in phõn trc (k c ion H+ ca dung dch axit) - Sau ú n ion H+ ca H2O in phõn H2 + 2OH 2H2O + 2e - Cỏc cation Al3+ v trc dóy in hoỏ khụng b in phõn dung dch Cõu hi t õy l: Ti ion H+ ca H2O li in phõn sau cỏc ion t Zn2+ n Pb2+ dóy in hoỏ? Lớ l: rng ion H+ cú tớnh oxi hoỏ mnh hn cỏc ion kim loi ny nhng s lng ca nú quỏ nh so vi s lng cỏc ion kim loi dung dch mui (thc nghim cho bit c 555 triu phõn t nc thỡ ch cú phõn t phõn li thnh ion H+) 2) anot (cc dng): Ion õm no d nhng electron thỡ in phõn trc Nu anot tr nh graphit, Pt, thỡ th t in phõn anot nh sau: - Cỏc anion gc axit khụng cha oxi in phõn trc theo th t: S2- > I- > Br- > Cl- Sau ú n anion OH- ca dung dch kim v ca nc in phõn O2 + 2H2O + 4e 4OH- + 2H2O O2 + 4H + 4e - Cỏc anion gc axit cha oxi nh NO3-, CO32-, SO42-, v F- khụng b in phõn dung dch Riờng anion gc axit hu c b in phõn dung dch: R R + 2CO2 + 2e 2RCOO- 3) in phõn vi anot tan: Trng hp anot khụng tr thỡ trc ht anot kim loi lm in cc b tan Thớ d: in phõn dung dch CuSO4 vi anot bng ng 2+ Cu + 2e anot: Cu Cu catot: Cu2+ + 2e Phng trỡnh in phõn: 2+ Cu + Cu Cu + Cu2+ (Anot) (Catot) in phõn vi anot tan c dựng tinh ch kim loi: Thớ d: cú vng tinh khit, ngi ta dựng anot tan l vng thụ, catot thu c vng rũng cú tinh khit 99,99% in phõn vi anot tan cng c dựng k thut m in, nhm bo v kim loi b n mũn v to v p cho vt m Trong m in, anot l kim loi dựng m nh Cu, Ag, Au, Cr, Ni, , catot l vt cn m Lp m thng rt mng, cú dy t 5.10-5 n 1.10-3 cm Thớ d: m km, thic, niken, bc, vng, 4) in phõn dung dch cha mt mui trung ho nc vi in cc tr Khi in phõn dung dch hn hp thỡ dựng kin thc nh ó nờu trờn Khi in phõn dung dch cha mt mui trung ho nc vi in cc tr thỡ xy trng hp sau õy: Trng hp 1: in phõn dung dch mui trung ho ca axit khụng cha oxi ca kim loi t Al v trc dóy in hoỏ thỡ xy phn ng: điện phân Mui + H2O Hiroxit kim loi + H2 + phi kim dung dịch Thớ d: in phõn dung dch NaCl cú mng ngn xp gia in cc điện phân 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 dung dịch (Cú mng ngn) Trng hp 2: in phõn dung dch mui trung ho ca axit khụng cha oxi ca kim loi ng sau Al dóy in hoỏ thỡ xy phn ng: điện phân Mui kim loi + Phi kim dung dịch Thớ d: in phõn dung dch CuCl2 điện phân CuCl2 Cu + Cl2 dung dịch Trng hp 3: in phõn dung dch mui trung ho ca axit cha oxi ca kim loi t Al v trc dóy in hoỏ thỡ thc cht l nc in phõn Thớ d: in phõn dung dch Na2SO4 điện phân 2H2O 2H2 + O2 dung dịch (Na2SO4 ) Na2SO4 úng vai trũ dn in, khụng tham gia in phõn Trng hp 4: in phõn dung dch mui trung ho ca axit cha oxi ca kim loi ng sau Al dóy in hoỏ thỡ xy phn ng: điện phân Mui + H2O Kim loi + O2 + Axit tng ng dung dịch Thớ d: in phõn dung dch CuSO4 điện phân 2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2 + 2H2SO4 dung dịch IV - nh lut FaRaDay Da vo cụng thc biu din nh lut Faraday ta cú th xỏc nh c lng cỏc cht thu c cỏc in cc AIt nF m= Trong ú m: Khi lng cht thu c in cc, tớnh bng gam A: Khi lng mol nguyờn t ca cht thu c in cc n: S electron m nguyờn t hoc ion ó cho hoc nhn I: Cng dũng in tớnh bng ampe (A) t: Thi gian in phõn, tớnh bng giõy (s) F: Hng s Faraday ( F = 96500 culong/mol ) F l in lng cn thit to A gam cht thoỏt in cc F chớnh l in lng n ca mol electron H qu: - S mol cht thoỏt in cc = It nF - S mol e trao i mi in cc= It/F V Hiu sut in phõn hoc hiu sut dũng Trong quỏ trỡnh in phõn, khụng phi tt c cỏc electron u tham gia quỏ trỡnh kh catot v quỏ trỡnh oxi hoỏ anot vi cht chớnh, nú cũn tham gia cỏc quỏ trỡnh ph khỏc ( thớ d in phõn cỏc cht cú mt, in phõn thnh sn phm ph khỏc,), ú lng cht thc t thoỏt in cc (mtt) nh hn lng cht tớnh theo nh lut Faraday (mlt) Hiu sut in phõn c tớnh theo cụng thc H% = mtt 100% mlt Hiu sut in phõn ph thuc vo nhiu yu t: bn cht phn ng in phõn, mụi trng (pH), mt dũng, VI Mt dũng d Mt dũng l cng dũng in trờn mt n v din tớch in cc d = I S Trong ú: I: cú th tớnh theo ampe, miliampe S: cú th tớnh theo m2, dm2, cm2, mm2 Mt dũng cú ý ngha rt ln thc t, nú nh hng ti hiu sut in phõn, ti mu sc ca kim loi thoỏt in cc, v c bit m in, thỡ nh hng ti bỏm dớnh ca kim loi lờn b mt vt m VII ng dng ca s in phõn S in phõn cú nhiu ng dng cụng nghip nh luyn kim ( iu ch v tinh luyn cỏc kim loi kim, kim th, Mg, Al, Cu, Ag, Au, ); iu ch cỏc phi kim nh H2, O2, F2, Cl2,.; iu ch mt s hp cht nh KMnO4, NaOH, H2O2, nc Gia-ven, m in ( m Cu, Ni, Cr, Ag, Au,) B CC DNG BI TP V IN PHN I Bi tớnh toỏn lng cht in phõn Cõu Ho tan 7,82 gam XNO3 vo nc thu c dung dch A in phõn dung dch A vi in cc tr - Nu thi gian in phõn l t giõy thỡ thu c kim loi ti catot v 0,1792 lớt khớ ti anot (ktc) - Nu thi gian in phõn l 2t giõy thỡ thu c 0,56 lớt khớ (ktc) Xỏc nh X v tớnh thi gian t bit I = 1,93A in phõn dung dch A: XNO3 X+ + NO3anot : H2O 2e 2H+ + 1/2 O2 catot : X+ + 1e X ng vi 2t giõy: s mol O2 = x 0,1792/22,4 = 0,008.2 < 0,56/22,4 = 0,025 mol Vy catot cú khớ H2 thoỏt ra: 0,025 - 0,016 = 0,009 mol Chng t X+ ó b kh ht catot : X+ + 1e X 2H2O + 2e 2OH- + H2 anot : H2O 2e 2H+ + 1/2 O2 Theo nguyờn tc cõn bng electron cho nhn in cc: a + 0,009.2 = 0,008.2.4 a = 0,046 mol (vi a l s mol ca XNO3) Thay a = 0,046 ta c X = 108 (Ag) ng vi thi gian 2t s mol electron trao i: ne 0,008.2.4 = 0.064 mol Ta cú: ne n F I t t e 3200s F I Cõu Nguyờn liu sn xut nhụm l qung boxit sn xut nhụm cn tỏch nhụm oxit t qung trờn sau ú in phõn dung dch nhụm oxit criolit , nhit khong 970oC, in ỏp V, dũng 130 kA Hóy trỡnh by quy trỡnh tỏch nhụm oxit t qung boxit, vit cỏc phng trỡnh phn ng Vit cụng thc criolit v gii thớch vai trũ ca nú Vit y phng trỡnh cỏc phn ng xy anot, catot v phn ng tng quỏt Tớnh nng lng theo kWh, lng boxit (cha 60% nhụm oxit) v lng graphit dựng lm anot sn xut tn nhụm Bit in ỏp V v hiu sut dũng l 95% 4.Bng sau õy cho cỏc s liu ti 970oC Al(lng) O2(khớ) Al2O3(rn) o Hs theo kJ/mol 970 C 48 38 - 1610 o S theo J/(K.mol) 970 C 78 238 98 Tớnh in ỏp lớ thuyt cn dựng quỏ trỡnh in phõn .Hóy gii thớch vỡ khụng th iu ch nhụm bng cỏch in phõn dung dch nc ca mui nhụm mụi trng axit Hng dn Trn bt qung boxit vi dung dch NaOH 35% ri un autoclave (nhit 170-180 oC) Cỏc phn ng xy l: Al2O3 + 2OH- + 3H2O 2Al(OH)4-(dd) Fe2O3 + 3H2O 2Fe(OH)3(r) Lc b Fe(OH)3 Pha loóng dung dch cho Al(OH)4- thu phõn: Al(OH)4- + aq Al(OH)3.aq + OH thỳc y quỏ trỡnh thu phõn cú th thờm mm tinh th nhụm oxit hoc sc khớ CO2 lm chuyn dch cõn bng thu phõn: Al(OH)4- + CO2 Al(OH)3 + HCO3Lc ly Al(OH)3 ri nung nhit cao thu Al2O3 Cụng thc ca criolit: Na3AlF6 Vai trũ ca nú l lm dung mụi (tnc= 1000 oC) ho tan Al2O3 (cng cú th núi l h nhit núng chy ca Al2O3) - Phn ng : 3+ 2-( Na AlF ) n / c 2Al + 3O + S in li ca Al2O3: Al2O3 + Phn ng catot: Al3+ + 3e Al + Phn ng anot: O2- - 4e O2 + Phn ng ph: oxi phn ng vi cacbon in cc than chỡ: 2C + O2 2CO Nng lng: 15700 kWh; Khi lng qung boxit: gn tn; Khi lng graphit: 670 kg 2Al2O3 4Al + 3O2 H = 3526 kJ/mol; S = 674 J/mol.K; G = 2688,18 kJ/mol E = 2,32 V (in ỏp lý thuyt cn dựng quỏ trỡnh in phõn) Vỡ th kh tiờu chun ca cp Al3+/Al bng -1,66 V nờn nu in phõn dung dch nc thỡ H+ s phúng in catot ch khụng phi Al3+ (Hoc l, nu Al3+ phúng in to thnh Al thỡ nhụm kim loi c to thnh s tỏc dng vi nc theo phn ng Al + H2O Al(OH)3 + H2, ngha l sn phm cui cựng ca quỏ trỡnh l hiro) Cõu 3: Tin hnh in phõn (vi in cc tr mng ngn xp) mt dung dch cha m gam hn hp CuSO4 v NaCl cho ti H2O bt u b in phõn c in cc thỡ dng li ant thu c 0,448 lớt khớ ( iu kin tiờu chun) Thu c dung dch B Bit dung dch B cú th ho tan ti a 0,68gam Al2O3 a Tớnh lng m b Tớnh lng catt tng lờn quỏ trỡnh in phõn (Gi thit nc khụng bay hi) Hng dn: Trong dung dch cú cỏc ion Cu2+; SO42-; Na+; Cl Khi in phõn giai on u: (K): Cu2+; Na+; H2O (A) Cl -; SO42-; H2O Cu 2+ +2e -> Cu 2Cl - -> Cl2 + 2e Cu2+ + 2Cl p Cu + Cl2 CuSO4 + 2NaCl p Cu +Cl2 + Na2SO4 (1) Sau in phõn thu c dung dch B, ho tan c Al2O3 vy dd B cú axit hoc kim: (TH1): nNaCl < 2n CuSO Sau (1) CuSO4 d 2CuSO4 + 2H2O p 2Cu + O2 + 2+ Khi nc bt u in phõn hai in cc thỡ Cu ht Al2O3 + 3H2SO4 -> Al2(SO4)3 + Theo (2, 3) n O2 n CuSO = = 3n Al2O3 = 0,68 102 2H2SO4 (2) 3H2O (3) = 0,02mol n CuSO = 0,01 Theo PT (1) n Cl = n NaCl n CuSO = 0,02 - 0,01 = 0,01 = n Cl = 0,02 n CuSO u = 0,03 m = 160.0,03 + 58,5.0,02 = 5,97(gam) mcatt tng = mCu = 1,92 (g) (TH2): nNaCl > 2n CuSO Sau (1) NaCl d: p ngn 2NaCl + 2H2O H2 + Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 Hoc cú th vit Pt to Na[Al(OH)4] Cl2 + + H2 O 0,68 0,04 Theo phng trỡnh (4, 5): nNaCl = 2n Al2O3 = = n 102 CuSO u = 0,02 n NaCl u = 0,08 2NaOH (4) (5) m = mCuSO4 + mNaCl = 2,627 (g) mCu bỏm catt = 64 0,02 (g) Cõu Dung dch X cú cht tan l mui M(NO3)2 Ngi ta dựng 200ml dung dch K3PO4 va phn ng vi 200ml dung dch X, thu c kt ta M3(PO4)2 v dung dch Y Khi lng kt ta ú (ó c sy khụ) khỏc lng M(NO3)2 ban u l 6,825 gam in phõn 400 ml dung dch X bng dũng in I = ampe ti thy lng catot khụng tng thờm na thỡ dng, c dung dch Z Gi thit s in phõn cú hiu sut 100% a Hóy tỡm nng ion ca dung dch X, dung dch Y, dung dch Z Cho bit cỏc gn ỳng phi chp nhn tớnh nng dung dch Y, dung dch Z b Tớnh thi gian (theo giõy) ó in phõn c Tớnh th tớch khớ thu c 27,3oC, 1atm s in phõn Hng dn a) Phng trỡnh phn ng: M(NO3)2 + K3PO4 M3(PO4)2 + KNO3 (1) Dung dch Y: dung dch KNO3cú KNO3 K+ + NO3 (2) T (1), tớnh s mol M(NO3)2 theo tng lng = Nng X = 6,825 = 0,1125 372 190 0,1125 = 0,5626 (mol/l) 0,2 Theo (1), n K n NO n KNO3 2n M( NO3 )2 = 0,1125 = 0,225(mol) Coi Vdd Y Vdd X + Vdd K3PO4 400 (ml)(3) Vy dung dch Y cú nng : CK C NO = 0,225 = 0,5625 (mol/l) 0,4 Cỏc gn ỳng ó chp nhn tớnh nng dung dch Y: - B qua s thay i th tớch tớnh (3) v s cú mt M3(PO4)2 3M2+ + 2PO - B qua s tan M3(PO4)2 H+ + OH - B qua s phõn li H2O S in phõn: catot: M2+ + e M (4) 1/2 O + H+ anot: H2O - e M + 1/2 O2 +2 HNO3 (5) Phng trỡnh in phõn: M(NO3)2 + H2O Dung dch Z cú cht tan HNO3 Coi Vdd Z Vdd X 400 (ml) (6) Theo (5) n HNO3 2n M( NO3 )2 = 0,5625 0,4 = 0,45(mol) Vy C H = C NO = 0,45 = 1,125 (mol/l) 0,4 Cỏc gn ỳng ó chp nhn tớnh nng dung dch Z: - Coi Vdd Z Vdd X, b qua s thay i th tớch s in phõn gõy H+ + OH - vỡ Z l dd HNO - B qua s phõn li H2O Nng ion dd X: C M = 0,5625 M ; C NO = 1,125 M dd Y: C K = C NO = 0,5625 M dd Z: C H = C NO = 1,125 M b) Tớnh thi gian ó in phõn: Vi s mol M tỏch in cc = 0,5625 0,4 = 0,225 = Tớnh c: t = It (mol) nF 0,225 nF 0,225 96500 = = 21712,5 (giõy) ( õy n = v I = 2) I c) Tớnh th tớch khớ thu c 27,3oC, 1atm s in phõn dd Y, Z T (5) s mol O2 = 0,225: = 0,1125(mol) Nờn th tớch O2 = nRT 0,1125 0,082 (273 27,3) = 2,772 (lớt) P Cõu in phõn 50 ml dd HNO3 cú pH = 5,0 vi in cc than chỡ 30 gi, dũng in 1A a) Vit na phn ng ti cỏc in cc v phng trỡnh phn ng chung b) Tớnh pH ca dung dch sau in phõn c) Tớnh th tớch dd NaOH 0,0001 M cn trung ho dd sau in phõn d) Hóy cho bit nờn dựng cht ch th no xỏc nh im dng ca phn ng trung ho Coi lng riờng ca dung dch HNO3 loóng l g/ml Hng dn: a) Na phn ng oxi hoỏ anot: H2O 2H+ + 1/2 O2 + 2e Na phn ng kh catot: 2H+ + e H2 H2O H2 + 1/2 O2 S mol electron trao i thi gian in phõn: ne = It 1.3600.30 1,112 (mol) nH2 = ne/2 = 0,556 mol F 96500 S mol nc b in phõn l 0,556 mol Khi lng nc b in phõn: 0,556 mol x 18 g/mol = 10,074 g Khi lng dung dch trc in phõn l 50gam Khi lng dung dch sau in phõn l 50 -10,074 = 39,926 (g) ~ 40 g Th tớch dung dch sau in phõn l: V = 40 ml = 0,04 L (vỡ d = g/ml) S mol HNO3 = 0,05 x 10-5 = 10-7 (mol) CHNO3 = [H+] = 5.10-7/ 0,04 = 1,25 10-5 M pH = lg [H+] = 4,903 ~ 4,9 c) Phn ng trung hũa: NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O nNaOH = n HNO3 = 10-7 mol V ddNaOH = 10-3 L = 0,005 L = ml d) Phn ng xy gia axit mnh v baz mnh nờn cú th dựng cht ch th l phenol phtalein cú khong chuyn mu (pH) - 10 Cõu Ngi ta cho i qua mt dung dch mui vng mt in lng bng in lng cn thit kt ta 2,158g bc t dung dch AgNO3 Khi lng vng kt ta trờn catot l 1,314g Xỏc nh ng lng ca vng v húa tr ca vng hp cht b in phõn Hng dn: Ch cn ỏp dng nh lut Faraday cho in lng hai trng hp nh ỏp s: Au = 65,7; n =3 Cõu Cho E 0I /2I 0,535V; E O0 ,2H /H O 1, 23V; E 0H O/H ,2OH 0,828V ; E K /K 2,92V; 2 O2 /Pt 0,5V; H2 /Pt 0, 4V a Xỏc nh sn phm ca quỏ trỡnh in phõn dung dch KI dựng in cc Pt Vit phng trỡnh phn ng ca quỏ trỡnh in phõn b Tớnh lng cht thoỏt in cc dng tin hnh in phõn hai gi bng dũng in cng 5A Hng dn: Xỏc nh cỏc quỏ trỡnh oxh v kh cú th xy mi in cc, tớnh giỏ tr th xy c quỏ trỡnh ú (chỳ ý i vi quỏ trỡnh in phõn H2O phi k n quỏ th ca O2 v H2) So sỏnh cỏc giỏ tr th v xỏc nh quỏ trỡnh chớnh xy ỏp s: Phn ng: 2I- + 2H2O H2 + I2 + 2OH- ; mI2 = 47,38g Cõu Cho dũng in 0,5A i qua dung dch mui ca mt axit hu c gi Kt qu sau quỏ trỡnh in phõn l trờn catụt to 3,865 gam mt kim loi v trờn anụt cú khớ etan v khớ cacbonic thoỏt Cho bit mui ca kim loi no b in phõn? Bit rng 5,18 gam ca kim loi ú y c 1,59 gam Cu t dung dch ng sunfat Cho bit mui ca axit hu c no b in phõn? Vit cỏc phng trỡnh phn ng xy trờn cỏc in cc Hng dn in lng Q = It = 0,5 x x 3600 = 3600C dựng to 3,865 g kim loi Khi lng mol ca kim loi: A = n Vỡ kim loi ny y ng dung dch nờn ng lng ca Cu: Cu = A/2 = 63,6/2 = 31,8 T phn ng: + Cu2+ = Cu + + ta cú: : 31,8 = 5,18: 1,59, suy = 103,6 Trong phn ng y Cu, kim loi ch cú th cú mc ụxi hoỏ t n 3, ú s chn lng mol nguyờn t t kh nng sau: A1 = 103,6 x = 103,6 A2 = 103,6 x = 207,2 A3 = 103,6 x = 310,8 Vỡ khụng cú nguyờn t vi A > 240 v bng 104 cú tớnh kim loi v cú mc ụxi hoỏ l +1 Do ú kim loi phi tỡm ch cú th l Pb (A = 207,6) Ti ant in phõn cú C2H6 v CO2 thoỏt l sn phm ca s ụxi hoỏ anion hu c, mui ny cú cụng thc Pb (RCOO)2 S to ờtan chng t gục hidrocacbon axit l CH3 - ; cũn s to thnh CO2 l oxi húa nhúm COONh vy mui in phõn l Pb(CH3COO)2 Cỏc phn ng xy trờn cỏc in cc: Ti catt: Pb2+ + e = Pb Ti ant: CH3COO- - e = CH3COO CH3COO = CH3 + CO2 CH3 = C H6 Tng quỏt: CH3COO 2e = C2H6 + CO2 Qua bi ny, cú th tng quỏt trng hp in phõn mui ca axit hu c theo dienphan phng trỡnh sau: 2M(RCOO)n 2M nR R 2nCO2 Cõu em in phõn 100ml dung dch hn hp gm: CuSO4 v H2SO4, ú nng ca H+ v Cu2+ ln lt l 1M v 1,00.10-2M Nhỳng in cc Pt vo bỡnh in phõn (mi in cc cú din tớch b mt tip xỳc vi dung dch in phõn l cm2) Tng in lng trao i gia anot v catot quỏ trỡnh in phõn l 2C catot, cú quỏ trỡnh xy ng thi l: quỏ trỡnh gii phúng H2 v quỏ trỡnh kt ta Cu kim loi trờn b mt in cc anot, ch cú quỏ trỡnh gii phúng O2 Th tớch H2 thoỏt o c l 2cm3 T = 273K v P = 0,1atm a Vit cỏc bỏn phn ng xy cỏc in cc b Tớnh s mol H2 v lng Cu thoỏt catot Phõn tớch: a Cỏc bỏn phng trỡnh xy cỏc in cc: anot: H2O 2H+ + O2 + 4e catot: cú quỏ trỡnh xy ng thi: 2H+ + 2e H2 (1) Cu2+ + 2e Cu (2) P.V 0,1.101325.2.106 0,1.2.103 8,923.106 (mol) b n H2 R.T 8,314.273,15 0,082058.273,15 in lng dựng cho quỏ trỡnh (1) in phõn H+ l: QH = 2.8,923.10-6 6,02.1023 1,602.10-19 = 1,7219C in lng dựng cho quỏ trỡnh (2) in phõn Cu2+ l: QCu = 20000 QH = 1,7219 = 0,2781C Lng Cu sinh l: 0,2781/(2.96500) = 1,4412.10-6 (mol) Cõu 10 em in phõn 100ml dung dch X gm NiCl2 0,20M v MCl2 0,25 M vi in cc tr, cú cng dũng in mt chiu khụng i l 9,65 M Sau thi gian 10 phỳt thy catot tng lờn 1,734 gam v dung dch sau in phõn ch cú mt cht tan Nh 100ml 2/b) Theo phn (a), cho thy dung dch Y cú C(Fe3+) = (0,02-0,01)/0,1=0,1(M); C(Fe2+) = (0,001+0,01)/0,1=0,11(M); C(Cl-) = (0,2-0,01)/0,1=1,95(M); Na+; SO42- Cú cỏc cõn bng: Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ + H+ *[Fe(OH)]2+ = 10-2,17 (3) Fe2+ + H2O Fe(OH)+ + H+ * [Fe(OH)]+ = 10-5,92 (4) H2O H+ + OH- Kw = 10-14 (5) Do [Fe(OH)] [H ] 0,1.10 >> [Fe(OH)] [H ] 0,11.10-5,92 >> Kw Vỡ vy pH l cõn bng (3) quyt nh Xột cõn bng: Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ + H+ *[Fe(OH)]2+ = 10-2,17 Co 0,1 [ ] (0,1-x) x x * -2,17 2+ => [Fe(OH)] = x /(0,1-x) = 10 Vi 0 E(2H+/H2), nờn cú s pin l A(-) Pt, H2(1atm) H+(1M) Fe2+(0,11M); Fe3+(0,077M) Pt (+) K Cõu Mt bỡnh in phõn cha dung dch NaOH (pH=14) v mt bỡnh in phõn khỏc cha dung dch H2SO4 (pH = 0) 298K Khi tng hiu in th t t hai cc mi bỡnh ngi ta thy cú khớ ging thoỏt c hai bỡnh ti cựng in th Gii thớch hin tng trờn Vit cỏc phng trỡnh phn ng xy mi bỡnh (khụng xột s to thnh H2O2 v H2S2O8) Tớnh hiu in th ti thiu phi t vo hai cc mi bỡnh cho quỏ trỡnh in phõn xy Ngi ta mun gim pH ca dung dch NaOH xung cũn 11 Cú th dựng NH4Cl c khụng? Nu c, hóy gii thớch v tớnh lng NH4Cl phi dựng gim pH ca lớt dung dch NaOH t 14 xung cũn 11 Khi pH ca dung dch NaOH bng 11, thỡ hiu in th ti thiu phi t vo hai cc ca bỡnh in phõn cho quỏ trỡnh in phõn xy l bao nhiờu? Cho bit: E 0H O,1/2H /2OH 0, 4V ; E 02H ,1/2O /H O 1, 23V ;pKb (NH3) = 4,75 2+ + -2,17 + + Hng dn Trong thớ nghim ny, nc b in phõn cựng mt in th a) Dung dch NaOH: anot: 2OH- H2O + 1/2O2 + 2e catot: H2O +2e H2 + 2OHdp Phng trỡnh tng quỏt: H 2O H 1/ 2O2 b) Dung dch H2SO4: anot: H2O 2H+ + 1/2O2 + 2e catot: 2H+ + 2e H2 dp Phng trỡnh tng quỏt: H 2O H 1/ 2O2 Khớ thoỏt bỡnh u l hiro v oxi a) Dung dch NaOH: Eanot = 0,4 V; Ecatot = + 0, 0592 log(1014 )2 = - 0,83 V Umin = Eanot - Ecatot = 0,4 + 0,83 = 1,23 V b)Dung dch H2SO4: Eanot = 1,23 V; Ecatot = V Umin = Eanot Ecatot = 1,23 V (khi tớnh Umin khụng k n quỏ th) Cú th dựng NH4Cl gim pH ca dung dch NaOH t 14 xung 11 NH4+ + OH- NH3 + H2O pOH ca dung dch NaOH ó thờm NH4Cl gim pH ca dung dch NaOH t 14 xung 11 c tớnh theo cụng thc pH ca dung dch m: [NH ] pOH = pKb + lg [NH ] [NH ] = 4,75 + lg [NH ] suy ra: [NH4+] = 0,0178 [NH3] Khi pH ca dung dch NaOH gim t 14 xung 11 thỡ [OH-] ca dung dch gim i: 1- 10-3 = 0,999 mol õy chớnh l s mol NH3 hỡnh thnh Vy [NH3] = 0,999 mol/l v cú [NH4+] = 0,0178.0,999 = 0,0178 (mol/l) Suy s mol NH4Cl phi thờm vo lớt dung dch: n = n NH + n NH3 = 0,0178 + 0,999 = 1,0168 (mol) Khi lng NH4Cl phi thờm vo lớt dung dch: 1,0168 53,5 = 54,4 (gam) Khi pH = 11 [OH-] = 10-3 M, dung dch NaOH cú: Eanot = 0,4V + 0, 0592 ; Ecatot = - 0,0592 pH log (103 ) Umin = Eanot Ecatot = 0,4 + 0,0592+ 11.0,0592 = 1,23 V Cõu in phõn dung dch cha CuSO4 0,1M v CoSO4 0,1M axit H2SO4 0,5M 25 C, dựng in cc Pt vi dũng in I=0,2A 1.Vit phng trỡnh phn ng xy cỏc in cc v tớnh th ca cỏc cp oxi húa kh tng in cc 2.Cú th tỏch ion Cu2+ Co2+ c khụng? 3.Nu in phõn dung dch cha CuSO4 0,1M v CoSO4 0,1M cú cha NaCN 1M thỡ kim loi no s tỏch trc? Bit th cõn bng ca ng NaCN bng -0,9V v ca coban l -0,75V 4.Cú th tỏch coban ng c khụng nu tt c ion Co2+ dung dch tn ti di dng phc Co(CN)64- v nng NaCN c gi c nh bng 1M thi gian in phõn Coi tỏch hon ton nng ion kim loi cũn li 10-6 ion.g/l Bit 250C, Eo Cu2+/Cu = 0,34V; Eo Co2+/Co = -0,28V; Eo O2,H+/H2O = 1,23V; PO2= 1atm Hng dn: CuSO4 Cu2+ + 0,1 0,1 CoSO4 Co2+ + 0,1 0,1 H2SO4 2H+ + 0,5 SO420,1 SO420,1 SO4 2- 0,059 0,059 lg [Cu2+]=0,34+ lg0,1=0,3105V 2 0,059 0,059 Co2++2e Co ECo2+/Co =Eo Co2+/Co + lg [Co2+]=-0,28+ lg0,1=2 (-) Cu2+ +2eCu ECu2+/Cu =Eo Cu2+/Cu + 0,3095V ECu2+/Cu > ECo2+/Co -> Cu2+ b in phõn trc (+) 2H2O -4e 4H+ + O2 EO2/H2O =Eo O2/H2O+ =1,23+ 0,059 lg [H+]4 Po2 0,059 lg1=1,23V Khi bt u xut hin Co -> ECu2+/Cu =-0,3095V -> -0,3095= Eo Cu2+/Cu + 0,059 lg [Cu2+] => [Cu2+] = 10-22 ion g/l 10-6 =>Cú th tỏch ion Cu2+ Co2+ Trong NaCN: ECu2+/Cu =-0,9V < ECo2+/Co = -0,75V => Vy Co 2+ s b tỏch trc Co2++6CN- Co(CN)640,1 0,1 4Co(CN)6 +2e Co + 6CN0,1 -0,75 = ECo(CN)64-/Co =Eo Co(CN)64-/Co + => o 0,059 lg [Co(CN)64-]/[CN-]6 E Co(CN)64-/Co = -0,7205V tỏch Co2+ Cu2+ thỡ ECo(CN)64-/Co = -0,9V -0,9= -0,7205+ 0,059 lg [Co(CN)64-]/[CN-]6 => [Co(CN)64-]= 10-6,085 ion.g/lCú th tỏch ion Co2+ Cu2+ trng hp ny Cõu 250C, cho dũng in mt chiu cú cng 0,5A i qua bỡnh in phõn cha in cc platin nhỳng 200 mL dung dch gm Cu(NO3)2 0,020 M, Co(NO3)2 1,0 M, HNO3 0,010 M Vit phng trỡnh cỏc na phn ng cú th xy trờn catot v anot quỏ trỡnh in phõn Khi 10% lng ion kim loi u tiờn b in phõn, ngi ta ngt mch in v ni on mch hai cc ca bỡnh in phõn Hóy cho bit hin tng xy v vit phng trỡnh phn ng minh Xỏc nh khong th ca ngun in ngoi t vo catot cú th in phõn hon ton ion th nht trờn catot (coi quỏ trỡnh in phõn l hon ton nng ca ion b in phõn cũn li dung dch l 0,005% so vi nng ban u) Tớnh th tớch khớ thoỏt (ktc) trờn anot sau in phõn c 25 phỳt Khi ú, giỏ tr th catot l bao nhiờu? Chp nhn: p sut riờng phn ca khớ hiro = atm; tớnh toỏn khụng k n quỏ th; nhit dung dch khụng thay i sut quỏ trỡnh in phõn Cho: E 0Cu /Cu 0,337V ; E 0Co2 /Co 0, 277V ; Hng s Faraday: F = 96500C.mol-1 ; 250C giỏ tr 2,303RT/F = 0,0592 Phng trỡnh cỏc na phn ng xy trờn catot v anot: Cỏc quỏ trỡnh cú th xy trờn catot: Cu2+ + 2e Cu (1) 2H+ + 2e H2 Co2+ + 2e Co Quỏ trỡnh xy trờn anot: 2H2O O2 + 4H+ + 4e (2) Tớnh th ca cỏc cp oxi húa kh trờn catot: ECu / Cu ECu / Cu 0, 0592 0, 0592 lg[Cu ] 0,337 lg 0, 02 = 0,287V 2 0,0592 0,0592 lg[Co ] 0, 277 lg1 = - 0,277V 2 0,0592 0,0592 E2 H / H E H / H lg[ H ]2 lg(0,01)2 - 0,118V 2 2 Vỡ E Cu /Cu > E 2H /H > E Co2 /Co nờn th t in phõn trờn catot l: Cu2+, H+, Co2+ E Co2 / Co E 0Co2 / Co 2+ Khi 10% Cu b in phõn thỡ [Cu2+] = 0,018M, lỳc ny E Cu /Cu = 0,285V > E 2H /H , tc l H2 cha thoỏt Nu ngt mch in v ni on mch cc, bỡnh in phõn s tr thnh pin in cú cc dng (catot) l cp O2/H2O, cũn cc õm (anot) l cp Cu2+/Cu Phn ng xy l: -Trờn catot: O2 + 4H+ + 4e 2H2O (2) -Trờn anot: Cu Cu2+ + 2e (1) + 2+ Phn ng tng quỏt: 2Cu + O2 + 4H 2Cu + 2H2O Pin s phúng in cho ti th ca in cc tr nờn bng tỏch hon ton Cu2+, th catot cn t vo cho: ECu / Cu > Ec > E 2H /H 2 2+ Khi Cu b in phõn hon ton thỡ coi nh [Cu2+] = 0,02.0,005% = 10-6M -6 Lỳc ú: ECu / Cu = 0,337 + 0,0592/2 lg[1.10 ] = 0,159 V ng thi bờn anot to H+, vy nng H+ lỳc ny l: 0,01 + 2(0,02 -10-6) = 0,05M E 2H /H = 0,0592lg [H+] = - 0,077V < ECu / Cu 2 Nh vy, khụng tớnh n quỏ th ca H2 trờn in cc Pt thỡ th catot cn khng ch khong 0,077 < Ec < 0,159 V Cu2+ b in phõn hon ton 4.T (2) ta cú s mol ca oxi gii phúng ra: n= It/n.F= 0,5.25.60/(4.96500)= 1,943.10-3 (mol) Th tớch khớ oxi thoỏt trờn anot (ktc) l: V = 1,943.10-3 22,4 = 0,0435(l) Theo (1), s mol ng b in phõn sau 25 phỳt l: n = It/nF = 0,5.25.60/(2.96500) = 3,886.10-3 (mol) < 4.10-3mol Nh vy Cu2+ cha b in phõn ht Nng Cu2+ cũn li l: [Cu2+ ] = (4.10-3 3,886.10-3)/0,2 = 5,7.10-4 (M) Khi ú th catot Ec = ECu / Cu = 0,337 + 0,0592 lg (5,7.10-4) = 0,24V Cõu Trong dung dch cha hn hp AgNO3 0,10M v Cu(NO3)2 1,0M a Hóy tớnh th tỏc dng lờn in cc ng khụng tỏch c b Tớnh nng ca ion kim loi bc dung dch ti thi im ú c Tớnh th phi thit lp kt ta c 98,99% bc Cho E0Ag /Ag 0,80V ; E 0Cu /Cu 0,34V Hng dn: a p dng phng trỡnh Nersnt tớnh c: EAg = 0,7408V; ECu = 0,34V iu kin ng khụng tỏch in cc l: Ecatot < ECu = 0,34V b Ti thi im trờn: EAg = ECu = 0,34V [Ag+] = 1,697.10-8M < 10-6 M coi nh kt ta ht c.Khi kt ta c 98,99% bc, thỡ [Ag+] = 0,10.0,0101 = 1,01.10-3 M Lỳc ú: EAg = 0,623 V Cõu a.Tớnh in ỏp phõn cc ca dung dch Ag2SO4 0,001M H2SO4 1,0M b.Nu chuyn ht ion bc vo phc, nng sau cõn bng ca nú cũn 10-10M thỡ lỳc ú th phõn cc ca bc l bao nhiờu? Gi thit sut quỏ trỡnh in phõn [H+] = 2M c.Khớ H2 cú thoỏt trc bc b kt ta hon ton hay khụng? Cho E0Ag /Ag 0,8V; E0O2 /2H2O 1,23V; O2 (Pt) 0,40V; H2 (Pt) 0,50V Hng dn: a Trong dd cú: [Ag+] = 0,002M; [H+] = 2M; [SO42-] = 1,001M * catot cú cỏc quỏ trỡnh: Ag+ + 1e Ag cú EAg /Ag E0Ag /Ag 0,0592lg[Ag ] 0,6224V 2H+ + 2e H2 E '2H /H 0,0592lg[H ]-H2 (Pt) 0, 482V Vỡ E 2H /H < E Ag /Ag nờn catot Ag+ b kh trc H+ ' * anot cú quỏ trỡnh: 2H2O O2 + 4H+ + 4e E 'a E O0 /H2O 0,0592lg[H ] O2 (Pt ) 1,648V in ỏp ti thiu t vo hai in cc l: U = E 'a - E Ag /Ag = 1,0256V b Khi bc chuyn vo phc thỡ [Ag+]= 10-10M, lỳc ny E Ag /Ag = 0,208V Vy th phõn cc ca bc ó gim i: 0,6224 0,208 = 0,4144V c Khi H2 bt u thoỏt ra, thỡ Ec = E ' 2H /H = E Ag /Ag = E0Ag /Ag 0,0592lg[Ag ] [Ag+ ] = 10-22M E 'Cd2 /Cd = -0,4697V > E ' 2H /H = -1,08V nờn catot th 2+ 2+ + t kh l: Cu , Cd , H Khi Cd2+ bt u b in phõn thỡ tớnh c [Cu2+] = 10-24,6 < 10-6 nờn cú th tỏch hon ton Cu2+ Cd2+ Khi cú NaCN 1,0M, theo bi k n quỏ th: cb cb E[Cd(CN) = -0,7785V > E[Cu = -1,0145V nờn Cadimi b tỏch trc Tớnh ]2 /Cd (CN) ]2 /Cu 4 toỏn tng t bi trờn, ta cú ng bt u b in phõn thỡ [Cd(CN)42-] = 3,63.108 M < 10-6 nờn cú th coi nh tỏch c cadimi ng Cõu 12 in phõn 100ml dung dch AgClO4 0,030M cú HClO4 0,01M dựng in cc Pt phng, cng dũng in I = 0,30A, in tr bỡnh in phõn l 1,7 a Tớnh in ỏp ti thiu cú quỏ trỡnh in phõn b Tớnh lng sn phm tỏch ti catot nu thi gian in phõn l 10 phỳt c Tớnh pH ca dd sau in phõn 10 phỳt Cho: E0Ag /Ag 0,80V ; E 0O2 /H2O 1, 23V ; H2 (Pt ) 0,068V; O2 (Pt ) 0, 478V Hng dn: a Tớnh c: E Ag /Ag = 0,71V > E ' 2H /H = -0,186V nờn catot Ag+ b kh trc E 'a = 1,5896V U = E - E Ag /Ag + I.R = 1,3896V ' a b p dng nh lut Faraday tớnh c mAg = 0,1996 gam c Phn ng in phõn: 4Ag+ + 2H2O = 4Ag + 4H+ + O2 S mol H+ sinh bng s mol Ag b in phõn Vy [H+] = Cban u + Csinh = 0,01 + 0,01865 = 0,02865M pH = 1,543 DNG III: Bi tớnh th phõn cc cú k n quỏ th Cõu 1: 50ml dung dch hn hp A gm: Ni(NO3)2 10-3 M, Co(NO3)2 10-1M, HNO3 10-2 M, CH3COONa 1,174.10-2 M in phõn dung dch A vi cng dũng I = 1,5A; bỡnh in phõn cú in tr R = 0,45, hai cc lm bng Pt a Cho bit th t cỏc quỏ trỡnh xy trờn catot Tớnh in ỏp ti thiu cn tỏc dng vo bỡnh in phõn quỏ trỡnh in phõn u tiờn xy b Cú kh nng tỏch riờng hai kim loi Ni, Co hay khụng? c Tớnh thi gian in phõn v pH ca dung dch in phõn ion th nht ó in phõn c 10% H2 /Pt 0, 288V ; O2 /Pt 1,070V ; E 0Co2 /Co 0, 28V ; E 0Ni2 / Ni 0, 233V ; Cho: E 0O ,H /H 2O 1, 23V ; pK CH3COOH 4,76 Hng dn a Tớnh pH ca h: Xột phn ng: Xột cõn bng: CH3COO- + H+ CH3COOH 1,174.10-2 10-2 1,74.10-3 10-2 CH3COOH CH3COO- + H+ Ka = 10-4,76 -2 -3 10 1,74.10 -2 (10 x) (1,74.10-3 + x) x (1, 74.103 x) x -5 104,76 x = 9,39 10 Vy pH ca h = 4,0275 (10 x) - Xột cỏc quỏ trỡnh xy ti catot (b qua quỏ trỡnh to phc hidroxo ca cỏc ion kim loi) Co2+ + 2e Co 0,0592 0,0592 log[Co ] = -0,28 + Cú: E Co2 /Co E Co log 0,1 = -0,3096 V /Co 2 Ni2+ + 2e Ni 0,0592 0,0592 log[Ni ] = -0,233 + Cú: E Ni2 / Ni E 0Ni2 / Ni log 10-3 = -0,3218 V 2 + 2H + 2e H2 0,0592 E 2H /H E 02H /H log[H ]2 = -0,0592pH = -0,0592.4,0275= -0,2384V 2 (coi nh ỏp sut H2 l atm) Khi k n quỏ th trờn catot: E '2H /H = E 2H /H - H /Pt = -0,2384 0,288 = -0,5264 V (lu 2 ý quỏ th trờn catot cú du õm) Nhn thy: E Co2 /Co = - 0,3096 V > E Ni2 / Ni = - 0,3218 V > E '2H /H = -0,5264 V 2+ 2+ + Vy th t in phn trờn catot l: Co , Ni , H - Xột quỏ trỡnh xy trờn anot: NO3-, CH3COO-, H2O 2H2O 4H+ + O2 + 4e 0,0592 log[H ]4 = 1,23 0,0592pH Cú: E O ,H /H O E O0 ,H /H O 2 2 = 1,23 0,0592.4,0275 = 0,9916(coi nh ỏp sut ca O2 l atm) Khi k n quỏ th: Ea = E 'O ,H /H O = E O ,H /H O + O2 /Pt =0,9916 + 1,070 =2,0616 V 2 2 Vy quỏ trỡnh in phõn u tiờn xy ra: dpdd 2Co + HNO3 + O2 2Co(NO3)2 + 2H2O in ỏp ti thiu cn tỏc dng: Vp/c = U = Ea Ec + I = 2,0616- (-0,3096)+1,5.0,45 =3,0462V 2+ b Khi Co b in phõn ht, coi [Co2+]= 10-6 M thỡ: Ec = ECo = ECo / Co / Co 0, 0592 0,0592 log[Co2 ] = - 0,28+ log10-6 = - 0,4656 V 2 0,0592 log[Ni ] = - 0,4656 V 2+ -8 -6 [Ni ] = 2,58.10 M >10 M Vy khụng th tỏch riờng hai kim loi c c - Khi Co2+ in phõn c 10% thỡ s mol Co2+ ó b in phõn l: 0,01 0,05= 5.10-4(mol) s mol electron trao i l: 5.10-4.2 = 1.10-3 (mol) It p dng nh lut Faraday cú: n e t = 64,35 s F 2+ Kim tra xem ú Ni ó b in phõn cha? Lỳc ny: E Ni2 / Ni E 0Ni2 / Ni Cú: Ehe = E Co2 /Co = -0,28 + 0, 0592 0,0592 log[Co2 ] = -0,288 + log(0,09) = -0,3109 > 2 E Ni2 / Ni = - 0,3218 V Ni2+ cha b in phõn 4H+ + O2 + 4e 1.10-3 1.10-3 mol + -3 nng H in phõn thờm c: 1.10 : 0,05 = 0,02 M Ti anot: 2H2O CH3COO- + H+ CH3COOH 1,74.10-3 0,02 0,01 -2 1,826.10 1,174.10-2 Xột cõn bng: CH3COOH CH3COO- + H+ Ka = 10-4,76 1,174.10-2 1,826.10-2 (1,174.10-2 x) x (1,826.10-2+ x) Xột phn ng: (1,826.102 x) x -5 104,76 Gii ta c x = 1,12.10 Vy pH = 1,74 (1,174.10 x) Cõu 20 ml dung dch hn hp A gm: Cd(Ac)2 3.10-3 M; Co(Ac)2 2,5.10-2 M; HClO4 2.10-2 M Thờm 20 ml dung dch NaB 2,12M vo dung dch A in phõn hn hp thu c vi in cc l Pt Cho bit th t in phõn trờn catot? Cho: CoB2 1011,25 ; CdB 105,67 ; H2 /Pt 0,068V; O2 /Pt 0,92V , p H2 pO2 1atm pKHAc = 4,76; pKHB = 8,78; E 0Cd /Cd = - 0,402 V, E 0Co2 /Co 0, 28V Hng dn - Tớnh li nng cỏc ion sau trn: 2,12.20 C B 1,06 M; CCd = 1,5 10-3 M; C Co2 = 1,25 10-2 M; 40 -2 -2 CH = 1.10 M; C Ac = 2,8.10 M - Xột phn ng xy hon ton: B- + H+ HB -2 1,06 1.10 1,05 1.10-2 Co2+ + B- CoB24 1,25.10 K a1 108,78 CoB2 1011,25 -2 1,05 1,25.10-2 Cd B CdB Cú: CdB 105,67 0,9985 1,5.10-3 - Tớnh pH ca dung dch theo pH h m gm HB v BC 0,9985 pH pK a log b 8,78 log 10,779 Ca 0,01 - Xột cỏc quỏ trỡnh xy trờn catot: Co2+ + 2e Co 0,0592 [CoB24 ] 0,0592 log E Co2 /Co E Co2 /Co log[Co ] 0,28 2 CoB2 [B]4 0, 28 0, 0592 1, 25.10 log 11,25 10 0,99854 Cd2+ + 2e Cd E Cd2 /Cd E Cd /Cd 0,0592 0,0592 [CdB ] log[Cd ] 0, 402 log 2 CdB [B ] 0, 402 0, 0592 1,5.103 log 5,76 10 0,9985 2H+ + 2e H2 0,0592 log[H ]2 = - 0,0592 pH = - 0,0592 10,779 = -0,638 V Cú: E 2H /H E 02H /H 2 ' Khi cú k n quỏ th: E 2H /H = E 2H /H - H /Pt = - 0,638 0,068 = - 0,706 V 2 Nhn thy: E Cd2 /Cd 0,6534V E Co2 /Co 0,6693V E '2H /H 0,706V nờn th t 2+ 2+ + in phõn catot l: Cd , Co , H Cõu in phõn dung dch gm: Pb(ClO4)2 0,001 M; Cd(ClO4)2 0,01 M; Zn(ClO4)2 0,01 M; ú pH c trỡ c nh bng vi cng dũng in I = 0,2 A, hai in cc lm bng platin a Vit phng trỡnh phn ng xy cỏc in cc b Khi [Pb2+] = 10-4 M thỡ nng tỏc dng lờn hai in cc bng bao nhiờu? c Khi H2 bt u thoỏt thỡ [Pb2+] = ? d Khi lng Chỡ tỏch in phõn c 15 phỳt l bao nhiờu? Cho: E 0Pb2 /Pb 0,13V;E 0Cd2 /Cd 0, 402V;E 0Zn /Zn 0,76V;E 0O2 /H2O 1, 23V ; H2 (pt) 0,068V; O2 (Pt) 0, 478V; Pb(Pt) 0,0005V; Zn(Pt) 0,0006V; Cd(Pt) 0,0085V Hng dn: a p dng phng trỡnh Nersnt tớnh c: Zn2+ + 2e Zn E Zn= EZn + nZn(pt) =-0,8198V Cd2+ + 2e Cd E Cd= ECd + nCd(pt) =-0,4697V Pb2+ + 2e Pb EPb= EPb + nPb(pt) =-0,2193V 2H+ + 2e H2 EH2 = EH2 + nH2 (pt) =-0,0592pH+ nH2(Pt)=-0,364V So sỏnh cỏc E' ta cú th t kh catot l: Pb2+, H+, Cd2+, Zn2+ 2H 2O O2 4H 4e; E O' /H 2O 1, 23 0,0592pH O2 (Pt ) 1, 412V Vy th phõn cc U = E'a - E'c = 1,412 (-0,2193) = 1,6313V Phn ng in phõn: 2Pb2+ + 2H2O O2 + 4H+ + 2Pb b Khi [Pb2+] = 10-4 M thỡ E'Pb E0Pb (0,0592 / 2)lg[Pb2 ] Pb(Pt) 0,2489V in ỏp ti thiu: U = E 'O2 /H 2O - E'Pb = 1,412 (-0,2489) = 1,6609V ( õy coi nh [H+] khụng thay i sut quỏ trỡnh in phõn Cú th a bi toỏn mi trng hp cú tớnh n lng H+ sinh in phõn H2O bờn anot) c.Khi cú H2 thoỏt E'catot = E 'Pb = E 'H = -0,364V Khi ú tớnh c: [Pb2+] = 1,24 10-8 M < 10-6 M coi nh ó kt ta hon ton chỡ d.p dng biu thc nh lut Faraday ta cú MIt 207.0, 2.15.60 0,1931g mPb = nF 2.96500 Cõu in phõn dung dch NaCl vi Catot l hn hng Hg dũng chy u v dựng cc Titan bc Ruteni v Roi lm Anot Khong cỏch gia Anot v Catot ch vi mm 1) Vit phng trỡnh phn ng xy ti in cc mi bt u in phõn pH = Tớnh cỏc giỏ tr th in cc v th phõn gii 2) Sau mt thi gian, pH tng lờn n giỏ tr pH = 11 Gii thớch ti Vit cỏc phng trỡnh xy ti pH ú Tớnh th in cc v th phõn gii Cho bit : E oNa / Na 2, 71V ; E o2H O / H 0, 00V ; E oO / H O 1, 23V Vi dung dch NaCl 2 25% v 0,2% Na hn hng Na/Hg: E o Na / Na (Hg) 1, 78V E oCl / Cl 1,34V cho dung dch NaCl 25% theo lng; H 1,3V trờn Hg ; O 0,8V trờn Ru/Rd Hng dn: + H3O + + OH Na +Cl ; 2H2O 1) Trong dung dch NaCl cú: NaCl 2 Khi in phõn cú th cú cỏc quỏ trỡnh sau xy ra: Catode: Na+ + Hg + e Na(Hg) + 2H2O H3O + OH + H3O + 2e H2 + 2H2O 2H2O + 2e H2 + OH Anode: H2 O O2 + 4H3O+ + 4e Cl Cl2 + 2e E Na / Na (Hg) 1, 78V , E 2H O / H 0, 00V 0, 0592 lg107 0, 413V (2) (3) (4) E (1) ' 2H3O / H E o 2H3O / H 2 H2 1, 713 Do E '2H O / H E oNa / Na (Hg) nờn mi bt u in phõn, Katode quỏ trỡnh (2) s xy ra, cú H2 thoỏt Anode Anode: T (3) ta cú: E O2 / H2O E Oo / H2O 0, 0592lg[H3O ] 0,817V ; E O' / H2O E O2 / H2O O2 1, 617V Bi vỡ: E Cl E 'O2 / H2O nờn Anode xy quỏ trỡnh (4) v cú Cl2 bay / 2Cl Phng trỡnh in phõn: 2Cl- + 2H2O H2 + Cl2 + 2OHTh phõn gii: V = E'A E'K = 3,053V 2) Sau mt thi gian, [OH-] tng nờn pH cng tng Khi pH = 11, phn ng in phõn xy nh sau: Ti Catode: [H+] =10-11 E 2H O / H 0, 649V ; E '2H O / H 1,949V E oNa / Na nờn Anode cú quỏ trỡnh (1) xy Ti Anode: E O / H O EOo Do E Cl / 2Cl 2 / H 2O 0, 0592lg[H3O ] 0,581V ; E O' / H2O 1,381V E 'O2 / H2O nờn Anode cú Cl2 bay Phng trỡnh in phõn: 2Na+ + 2Cl- + 2Hg Cl2 + 2Na(Hg) ' ' Th phõn gii: V = EA EK = 3,12V Cõu em in phõn 100ml dung dch Fe(NO3)3 0,022M HNO3 0,02M vi in cc Pt v cng dũng in I = 0,20A, in tr bỡnh in phõn R = 1,42 a Hóy tớnh in ỏp ti thiu cú quỏ trỡnh in phõn b Tớnh lng Fe tỏch catot sau 15 phỳt c Tớnh pH ca dung dch sau in phõn c 15 phỳt 250C cho: E 0Fe3 /Fe 0,036V ; E 0O2 /2H2O 1, 23V ; Fe(Pt) 0,0012V ; H2 (Pt ) 0,068V; O2 (Pt ) 0, 478V ; pO2 p H2 1atm Hng dn: Hon ton tng t bi trờn ta tớnh c: a catot, Fe3+ b kh trc, U = 1,9613V b mFe = 0,03482 gam c pH = 1,413 Cõu in phõn 100 ml dung dch Fe(NO3)3 0,012 M HNO3 0,015 M vi in cc platin v cng dũng in I = 0,15 A; in tr bỡnh in phõn R = 1,40 a Hóy tớnh in ỏp ti thiu cú quỏ trỡnh in phõn b Nu o pH ca dung dch ang in phõn c giỏ tr l 1,6 thỡ thi gian ó in phõn l bao nhiờu? 250C cho: E 0Fe3 /Fe 0,036V ; E 0O2 /2H2O 1, 23V ; Fe(Pt) 0,0012V ; H2 (Pt ) 0,068V; O2 (Pt ) 0, 478V ; pO2 p H2 1atm Hng dn: Trong bi ny, phn a hon ton ging bi trờn Cũn phn b thi l bi toỏn ngc vi phn b ca bi trờn a U = 1,885 V b pH = 1,6 [H+] = 10-1,6 [H+]sinh = 0,0101 M s mol H+ sinh l 1,01.10-3 M t = 650s DNG IV Bi v in phõn vi anot tan Cõu Khi m ng lờn cỏc chi tit mỏy bng kim loi, thng dựng dung dch hn hp CuSO4 v H2SO4 Trong quỏ trỡnh m ú, hóy xem xột liu catot cú quỏ trỡnh no thoỏt ngoi Cu khụng? in ỏp ti thiu cn t vo l bao nhiờu? Cho: E 0Cu /Cu 0,34V ; E 0O ,H /H O 1, 23V ; a (O2 ) 0, 46V ; c(H2 ) 0, 23V 2 Hng dn: S in phõn: Pt() H 1M;Cu 21M;SO 42 ( )Pt Gi s quỏ trỡnh in phõn ch xy cỏc bỏn phn ng: - Ti anot (+): SO42 , H2O H2O 2e + O2 + 2H+ - Ti catot (-): Cu2+; H2O Cu2+ + 2e Cu in ỏp ti thiu cn t vo: Vp.h = Ea - Ec + a = 1,23 0,34 + 0,46 = 1,35V Nu quỏ trỡnh in phõn catot xy quỏ trỡnh: 2H+ + 2e H2 Lỳc ny in ỏp ti thiu cn t vo l: V'p.h = (Ea + a) (Ec + c) = (1,23 + 0,46) (0 0,23) = 1,92V Nh vy, quỏ trỡnh in phõn, in ỏp tng dn t 1,35 n 1,92 V thỡ trờn catot ch cú Cu thoỏt ra, khụng cú H2 thoỏt (trỏnh c hin tng giũn kim loi) Cõu Ngi ta m niken lờn mu vt kim loi bng phng phỏp m in b m cha dung dch nikensunfat in ỏp c t lờn cỏc in cc ca b m l 2,5 V Cn m 10 mu vt kim loi hỡnh tr; mi mu cú bỏn kớnh 2,5cm, cao 20cm Ngi ta ph lờn mi mu mt lp niken dy 0,4mm Hóy: a Vit cỏc ptp xy trờn cỏc in cc ca b m in b Tớnh in nng (theo KWh) phi tiờu th Cho bit: Niken cú lng riờng D = 8,9 g/cm3; lng mol nguyờn t l 58,7(g/mol): hiu sut dũng bng 90% ; 1KWh = 3,6.106J Hng dn a) Phng trỡnh cỏc phn ng xy trờn b mt cỏc in cc ca b m: Anot (cc +): H2 O e O2 + H+ (s oxi hoỏ) Catot (cc -): Ni2+ + e Ni (s kh) 2+ 2Ptp tng cng l: Ni + SO4 + 2H2O Ni + O2 + H2SO4 b) Th tớch ca mu vt kim loi hỡnh tr l V = r2h = 3,14 (2,5)2 20 = 392,5 (cm3) Lp ph niken mi mu vt cú b dy 0,4 mm nờn mi mu vt ny bỏn kớnh tng ti 2,5 + 0,04 = 2,54 (cm); chiu cao tng ti 20,0 + (0,042) = = 20,08 (cm) Vy th tớch ca mi mu vt ny tng thờm mt lng l: V = V ' V = [ 3,14 (2,54)2 20,08] - 392,5 V = 14,281(cm3) Tng s th tớch tng thờm cu c 10 mu vt l: V = 10 V = 10 14,281cm3 = 142,81 cm3 õy cng chớnh l th tớch niken phi ph lờn 10 mu vt cn m; lng tng ng l: M = V.D =142,81.8,9 = 1271,01 (gam) hay T biu thc ca nh lut Faraay: S in nng tng ng l: w = ItU = m= 1271,01 = 21,6526 (mol) 58,7 AIt It = (m/A).96500n (1) 96500n m 96500n.U A (2) m = 21,6526 (mol); theo bi U = 2,5 V A Th cỏc tr s ny vo (2), ta cú w = 21,6526.96500.2.2,5 = 10447379,5 (J) Vỡ hiu sut dũng in l 90% v kWh = 3,6.106J nờn s in nng thc t cn dựng l: W W 1 100 100 W= = W = 3,2245kWh 90 90 3,6 10 3,6 106 Vi Ni ta cú n = 2; theo trờn ó cú Cõu Ngi ta dựng dũng in 15A kt ta Ni b m cha NiSO4 Ni v H2 cựng c to thnh catot Bit rng 60% in lng c dựng gii phúng Ni a Cú bao nhiờu gam Ni kt ta trờn in cc mt gi Tớnh th tớch H2 thoỏt ktc b dy ca lp m l bao nhiờu cm nu catot l mt lỏ hỡnh vuụng, cnh 4cm, v s kt ta xy trờn hai mt ca lỏ kim loi Bit lng riờng ca Ni l 8,9g/cm3 Hng dn: p dng nh lut Faraday ta tớnh c: mNi = 9,85g; d = 0,346mm; VH2 = 2,51 lớt Cõu Tin hnh m huy chng bc cú tit din 10 cm2 vi dung dch in phõn l AgNO3, anot lm bng Ag, mt dũng A/dm2, thi gian in phõn l 20 phỳt, hiu sut in phõn l 60% Tớnh b dy lp m (theo micromet, àm), bit lng riờng ca Ag l 10,5g/cm3 ỏp s: 38,37 àm -HT [...]... thể coi như tách được cadimi ra khỏi đồng Câu 12 Điện phân 100ml dung dịch AgClO4 0,030M khi có HClO4 0,01M dùng điện cực Pt phẳng, cường độ dòng điện I = 0,30A, điện trở bình điện phân là 1,7Ω a Tính điện áp tối thiểu để có quá trình điện phân b Tính lượng sản phẩm tách ra tại catot nếu thời gian điện phân là 10 phút c Tính pH của dd sau khi điện phân 10 phút Cho: E0Ag /Ag  0,80V ; E 0O2 /H2O ... trước, U = 1,9613V b mFe = 0,03482 gam c pH = 1,413 Câu 6 Điện phân 100 ml dung dịch Fe(NO3)3 0,012 M trong HNO3 0,015 M với điện cực platin và cường độ dòng điện I = 0,15 A; điện trở bình điện phân R = 1,40 Ω a Hãy tính điện áp tối thiểu để có quá trình điện phân b Nếu đo pH của dung dịch đang điện phân được giá trị là 1,6 thì thời gian đã điện phân là bao nhiêu? Ở 250C cho: E 0Fe3 /Fe  0,036V ; E... tách Cadimi ra khỏi đồng Câu 11 1 .Điện phân dung dịch chứa CuSO4 0,010M và CdSO4 0,010M trong axit H2SO4 0,050M ở 250C dùng Pt làm điện cực với dòng điện I = 0,20A a Viết các phản ứng xảy ra ở các điện cực và tính điện áp đặt vào hai cực để có quá trình điện phân xảy ra (điện trở của bình điện phân bằng 1,2Ω) b Có thể tách ion Cu2+ ra khỏi Cd2+ được không? 2 Nếu điện phân dung dịch CuSO4 0,010M và CdSO4... g/cm3) với điện cực trơ, cường độ dòng điện 9,65 A tới khi thu được dung dịch có pH = 1,00 và d = 1,036 g/cm3 a) Tính thời gian điện phân b) Trong quá trình điện phân, bình điện phân trên được được mắc nối tiếp với một bình điện phân khác có chứa 2 mol AgNO3 với điện cực dương bằng Pt gắn một khối đồng nặng 192 gam Cu, cực âm bằng Pt Tính khối lượng muối còn lại trong dung dịch khi ngừng điện phân Hướng... ml DẠNG II: Bài tập tính thế phân cực chưa kể đến quá thế Câu 1: A là dung dịch hỗn hợp CuSO4 0,1 M và H2SO4 0,05 M Tiến hành điện phân dung dịch A với anot trơ và catot bằng Cu Tăng từ từ hiệu điện thế ở 2 cực của bình điện phân Tính hiệu điện thế tối thiểu phải đặt vào 2 cực của bình điện phân để cho quá trình điện phân xảy ra (giả sử HSO4- điện li hoàn toàn, không xét sự tạo thành H2O2 và H2S2O8)... + 2Na(Hg) ' ' Thế phân giải: V = EA  EK = 3,12V Câu 5 Đem điện phân 100ml dung dịch Fe(NO3)3 0,022M trong HNO3 0,02M với điện cực Pt và cường độ dòng điện I = 0,20A, điện trở bình điện phân R = 1,42Ω a Hãy tính điện áp tối thiểu để có quá trình điện phân b Tính khối lượng Fe tách ra ở catot sau 15 phút c Tính pH của dung dịch sau khi điện phân được 15 phút Ở 250C cho: E 0Fe3 /Fe  0,036V ; E 0O2... 0,45Ω, hai cực làm bằng Pt a Cho biết thứ tự các quá trình xảy ra trên catot Tính điện áp tối thiểu cần tác dụng vào bình điện phân để quá trình điện phân đầu tiên xảy ra b Có khả năng tách riêng hai kim loại Ni, Co ra khỏi nhau hay không? c Tính thời gian điện phân và pH của dung dịch điện phân khi ion thứ nhất đã điện phân được 10% H2 /Pt  0, 288V ; O2 /Pt  1,070V ; E 0Co2  /Co  0, 28V ; E 0Ni2... M