điện phân

Vận dụng 45 chun đề giải nhanh đặc sắc sáng tạo vào 82 đề thi thử THPT Quốc Gia (Quyển 2) – Nguyễn Minh Tuấn CHUN ĐỀ 34: VẬN DỤNG LINH HOẠT CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN ĐỂ GIẢI NHANH BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN HAY VÀ KHĨ Để làm tốt dạng tập điện phân dung dịch, trước tiên em cần nắm vững thứ tự khử catot thứ tự oxi hóa anot Sau vận dụng định luật bảo tồn để tìm kết tốn Các em sử dụng phương pháp tính theo phương trình phản ứng, cách thường nhiều thời gian Có cần áp dụng bảo tồn electron, bảo tồn ngun tố, có cần áp dụng thêm bảo tồn điện tích dung dịch Dưới ví dụ minh họa : Ví dụ 1: Hòa tan 13,68 gam muối MSO4 vào nước dung dịch X Điện phân X (với điện cực trơ, cường độ dòng điện khơng đổi) thời gian t giây, y gam kim loại M catot 0,035 mol khí anot Còn thời gian điện phân 2t giây tổng số mol khí thu hai điện cực 0,1245 mol Giá trị y : A 4,480 B 3,920 C 1,680 D 4,788 (Đề thi tuyển sinh Đại học khối A, năm 2011) Hướng dẫn giải + Vì ion SO 2 khơng bị oxi hóa nên anot H2O bị oxi hóa tạo khí O2 2+ + Ở catot thứ tự khử sau : M > H2O ● Điện phân thời gian 2t giây  Theo giả thiết bảo toàn electron, ta có:  n O  n H  0,1245 n H  0,0545; n M2  0,0855  2 2 0,035.2 ?     13,68 n M 2  n H  n O  96  64 (Cu) 2  M    0,0855   ? ? 0,035.2 ● Điện phân thời gian t giây  Theo bảo toàn electron, ta có: n Cu2 pư  n O  n Cu2 pư  0,07 mol  y  m Cu  0,07.64  4,48 gam 2  ? 0,035 Ví dụ tương tự : Ví dụ 1.1: Hòa tan 2,88 gam XSO4 vào nước thu dung dịch Y Điện phân dung dịch Y (với điện cực trơ) thời gian t giây m gam kim loại catot 0,007 mol khí anot Nếu thời gian điện phân 2t giây catot thu kim loại tổng số mol khí (ở bên điện cực) 0,024 mol Giá trị m : A 0,784 B 0,91 C 0,896 D 0,336 Ví dụ 1.2: Điện phân (với điện cực trơ, cường độ dòng điện khơng đổi) dung dịch chứa 17 gam muối M(NO3)n thời gian t, thấy khối lượng dung dịch giảm 9,28 gam catot có a gam kim loại M bám vào Sau thời gian 2t, khối lượng dung dịch giảm 12,14 gam catot thấy 0,672 lít khí (đktc) Vậy giá trị a A 6,40 B 8,64 C 2,24 D 6,48 Vận dụng 45 chun đề giải nhanh đặc sắc sáng tạo vào 82 đề thi thử THPT Quốc Gia (Quyển 2) – Nguyễn Minh Tuấn Ví dụ 2: Điện phân với điện cực trơ dung dịch chứa 0,2 mol Cu(NO3)2, cường độ dòng điện 2,68A, thời gian t (giờ), thu dung dịch X Cho 14,4 gam bột Fe vào X, thu khí NO (sản phẩm khử N+5) 13,5 gam chất rắn Biết phản ứng xảy hồn tồn hiệu suất q trình điện phân 100% Giá trị t A 0,60 B 1,00 C 0,25 D 1,20 (Đề minh họa kỳ thi THPT Quốc Gia, năm 2015)  n Cu2 X  0,2  m Cu Hướng dẫn giải  12,8 gam  Chất rắn có Fe dư  Sơ đồ phản ứng :  Fe2  : z mol      NO3 : 2z mol  Cu (ở catot) Cu(NO3 )2  Cu2  : x mol     H : y mol   NO  : 0,4 mol     đpdd (1) 0,2 mol Fe (2) Cu : x mol    Fe dư     13,5 gam dung dòch X O2 (ở anot) NO BTĐT X : 2x  y  0,4 x  0,15    BTE cho pư (2) : 2z  2x  3(0,4  2z)  y  0,1  z  0,1875  m chất rắn : 64x  (14,4  56z)  13,5 t F.n electron trao đổi  96500.0,1  3600 giây  2,68 I Ví dụ tương tự : Ví dụ 2.1: Điện phân 150 ml dung dịch AgNO3 1M với điện cực trơ t giờ, cường độ dòng điện khơng đổi 2,68A (hiệu suất q trình điện phân 100%), thu chất rắn X, dung dịch Y khí Z Cho 12,6 gam Fe vào Y, sau phản ứng kết thúc thu 14,5 gam hỗn hợp kim loại khí NO (sản phẩm khử N+5) Giá trị t : A 0.8 B 0,3 C 1,0 D 1,2 (Đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2012) Ví dụ 3: Điện phân dung dịch X chứa a mol CuSO4 0,2 mol KCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dòng điện khơng đổi) thời gian t giây, thu 2,464 lít khí anot (đktc) Nếu thời gian điện phân 2t giây tổng thể tích khí thu hai điện cực 5,824 lít (đktc) Biết hiệu suất điện phân 100%, khí sinh khơng tan dung dịch Giá trị a A 0,26 B 0,24 C 0,18 D 0,15 (Đề thi tuyển sinh Đại học khối A, năm 2014) Hướng dẫn giải 2+ + Thứ tự khử catot : Cu > H2O; Thứ tự oxi anot : Cl  H O ● Điện phân dung dịch thời gian t giây + Theo bảo tồn ngun tố Cl, giả thiết bảo tồn electron, ta có :  0,2  0,1 n Cl2  0,1; n O2  0,01 n Cl  n Cl  2    2n Cl  4n O  0,24 n n Cl  n O  0,11 2  e trao đổi  ● Điện phân thời gian 2t giây + Theo bảo tồn electron giả thiết, ta có : Vận dụng 45 chun đề giải nhanh đặc sắc sáng tạo vào 82 đề thi thử THPT Quốc Gia (Quyển 2) – Nguyễn Minh Tuấn ở anot : n electron trao đổi  0,48  n Cl  n O 2 2   0,1 ?     anot catot : n n n 0,26  Cl2 O2 H2     0,1 ? ? n O  0,07; n H  0,09   ở catot : n  n Cu2  n H  n Cu2  0,15 electron trao đổi   2  ? 0,09 0,48  Ví dụ tương tự : Ví dụ 3.1: Điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp NaCl Cu(NO3)2 đến dung dịch hết màu xanh anot thu 3,36 lít (đktc) hỗn hợp khí A Biết tỉ khối A so với H2 29 Giá trị m A 53 gam B 49,3 gam C 32,5 gam D 30,5 gam (Đề thi thử Đại học lần – THPT chun ĐHSP Hà Nội, năm học 2013 – 2014) Ví dụ 3.2: Điện phân lít dung dịch hỗn hợp gồm NaCl CuSO4 đến H2O bị điện phân hai cực dừng lại, catot thu 1,28 gam kim loại anot thu 0,336 lít khí (đktc) Coi thể tích dung dịch khơng đổi pH dung dịch thu : A B C 12 D 13 Ví dụ 3.3: Dung dịch X gồm Cu(NO3)2 HCl Điện phân nửa dung dịch X (điện cực trơ, cường độ dòng điện khơng đổi), sau thời gian thu 0,14 mol khí anot Dung dịch sau điện phân phản ứng vừa đủ 550 ml dung dịch NaOH 0,8M, thu 1,96 gam kết tủa Khối lượng Cu tối đa hòa tan nửa dung dịch X (giải phóng khí NO, sản phẩm khử nhất) A 9,6 B 12,8 C 6,4 D 19,2 (Đề thi thử Đại học lần – THPT Lục Ngạn số – Bắc Giang, năm học 2013 – 2014) Ví dụ 3.4: Điện phân dung dịch gồm 18,8 gam Cu(NO3)2 29,8 gam KCl (điện cực trơ, màng ngăn) Sau thời gian khối lượng dung dịch giảm 17,15 gam so với ban đầu, thể tích dung dịch 400 ml Nồng độ mol/lít chất dung dịch sau điện phân là: A [KCl]  0,5M; [KNO3 ]  0,25M; [KOH]  0,25M B [KCl]  0,25M; [KNO3 ]  0,25M; [KOH]  0,25M C [KCl]  0,375M; [KNO3 ]  0,25M; [KOH]  0,25M D [KCl]  0,25M; [KNO3 ]  0,5M; [KOH]  0,25M (Đề thi thử Đại học lần – THPT chun Quốc Học Huế, năm học 2013 – 2014) Ví dụ 3.5: Điện phân dung dịch chứa 0,2 mol NaCl x mol Cu(NO3)2 với điện cực trơ, sau thời gian thu dung dịch X khối lượng dung dịch giảm 21,5 gam Cho sắt vào dung dịch X đến phản ứng xảy hồn tồn, thấy khối lượng sắt giảm 1,8 gam thấy khí NO Giá trị x là: A 0,4 B 0,5 C 0,6 D 0,3 (Đề thi thử Đại học lần – THPT chun KHTN Huế, năm học 2013 – 2014) Ví dụ 4: Điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl 0,05 mol CuSO4 dòng điện chiều có cường độ 2A (điện cực trơ, có màng ngăn) Sau thời gian t giây ngừng điện phân, thu khí hai điện cực có tổng thể tích 2,352 lít (đktc) dung dịch X Dung dịch X hồ tan tối đa 2,04 gam Al2O3 Giả sử hiệu xuất điện phân 100%, khí sinh khơng tan dung dịch Giá trị t A 9408 B 7720 C 9650 D 8685 (Đề thi THPT Quốc Gia, năm 2016) Hướng dẫn giải + Thứ tự khử catot : Cu2+ > H2O; Thứ tự oxi anot : Cl  H O + Dung dịch X hòa tan Al2O3, chứng tỏ X có chứa H OH  Vận dụng 45 chun đề giải nhanh đặc sắc sáng tạo vào 82 đề thi thử THPT Quốc Gia (Quyển 2) – Nguyễn Minh Tuấn  Sơ đồ phản ứng : TH1 Na    2 SO : 0,05 mol      H    anot : Cl2 , O2    catot : H  dd X NaCl    CuSO : 0,05 mol  TH2 Na    2 SO : 0,05 mol     OH     anot : Cl2 , O2    catot : H  dd X  TH1: BTĐT pư X với Al2 O3 : n H  3nAl3  6n Al2O3  0,12   BTĐT X : n Na  2n SO42  n H  0,02 (loại)  TH2 :  BTĐT pư X với Al2 O3 : n OH  n AlO   2nAl O  0,04   n Cl  0, 07   BTĐT X : n Na  2n SO42  nOH  0,14 GT : nCl  nO  n H  0,105 2 2 2  n O  0,005  0,07 ? ?   n  0,03  nO  nCu2  n H BT E : n Cl2  H2  2 2  0,05 0,07 ? ? F.nelectron trao đổi 96500.(2.0,07  4.0,005)  7720 giây I Dưới ví dụ tương tự : Ví dụ 4.1: Điện phân dung dịch hỗn hợp CuSO4 (0,05 mol) NaCl dòng điện có cường độ khơng đổi 2A (điện cực trơ, màng ngăn xốp) Sau thời gian t giây ngừng điện phân, thu dung dịch Y khí hai điện cực có tổng thể tích 2,24 lít (đktc) Dung dịch Y hòa tan tối đa 0,8 gam MgO Biết hiệu suất điện phân 100%, khí sinh khơng tan dung dịch Giá trị t A 6755 B 772 C 8685 D 4825 (Đề thi tuyển sinh Cao đẳng, năm 2014) t  Ví dụ 5: Điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp) dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 NaCl nước bắt đầu bị điện phân hai điện cực dừng lại, thu dung dịch X 0,56 lít khí (đktc) anot Dung dịch X hồ tan tối đa 0,85 gam Al2O3 Khối lượng m : A 5,5916 B 6,2125 C 5,5916 7,4625 D 5,5916 6,2125 (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT chun Hùng Vương – Phú Thọ, năm 2016) Hướng dẫn giải + Thứ tự khử catot : Cu2+ > H2O; Thứ tự oxi anot : Cl  H O + Dung dịch X hòa tan Al2O3, chứng tỏ X có chứa H OH  Vận dụng 45 chun đề giải nhanh đặc sắc sáng tạo vào 82 đề thi thử THPT Quốc Gia (Quyển 2) – Nguyễn Minh Tuấn  Sơ đồ phản ứng : Na : x mol    2 , O2 SO : y mol   anot : Cl 2    0,5x mol H   TH1 dd X NaCl : x mol    CuSO : y mol   Na : x mol    2 SO : y mol   anot : Cl 2    0,5x mol OH   TH2 dd X  TH1: nCl  nO  0,025 n H  3nAl3  6nAl O  0,05  2 x  0,025   0,5x 0,0125 ;    n H  2n SO 2 y  0,0375 n O2  n H  0,0125 n Na     x 0,05 y  m  0,025.58,5  0,0375.160  7,4625 gam  TH2 :  nOH  n AlO   2n Al O  2 60 n Cl  0,5x  0, 025 x  0,05     n   n 2  n     m  0,05.58,5  160  5,5916 gam Na SO OH 60  y     15 1/60 y  x  m  7,4625 gam m  5,5916 gam Ví dụ tương tự : Ví dụ 5.1: Tiến hành điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 NaCl (hiệu suất 100%, điện cực trơ, màng ngăn xốp), đến nước bắt đầu bị điện phân hai điện cực ngừng điện phân, thu dung dịch X 6,72 lít khí (đktc) anot Dung dịch X hòa tan tối đa 20,4 gam Al2O3 Giá trị m A 25,6 B 23,5 C 51,1 D 50,4 (Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2013) Ví dụ 5.2: Điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp muối CuSO4 NaCl điện cực trơ đến nước bị điện phân hai điện cực dừng lại Dung dịch thu sau điện phân hồn tan vừa đủ 1,6 gam CuO anot bình điện phân có 448 ml khí bay (đktc) Giá trị m : A 5,97 B 7,14 C 4,95 D 3,87 1.1C 5.2A 1.2B 2.1C 3.1B 3.2B ĐÁP ÁN CÁC VÍ DỤ TƯƠNG TỰ 3.3A 3.4D 3.5B 4.1C 5.1C