Bài tập điện phân hóa học lớp 12

Dạng 6: Điện phân Định nghĩa Điện phân dùng lượng điện để thực phản ứng oxi hóa - khử xảy catot anot + Tại catot (cực âm) xảy trình khử (nhận e) + Tại Anot (cực dương) xảy trình oxi hóa (cho e) Khác với phản ứng oxi hóa khử thông thường, phản ứng điện phân tác dụng điện chất môi trường điện phân không trực tiếp cho e mà phải truyền qua dây dẫn Các trường hợp điện phân a Điện phân nóng chảy Phương pháp điện phân nóng chảy áp dụng điều chế kim loại hoạt động mạnh như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al ● Điện phân nóng chảy oxit: dụng điều chế Al NaAlF 2Al2O3   4Al + 3O * Tác dụng Na3AlF6 (criolit): + Hạ nhiệt cho phản ứng + Tăng khả dẫn điện cho Al + Ngăn chặn tiếp xúc oxi không khí với Al * Quá trình điện phân: + Catot (-): 2Al3+ + 6e  2Al + Anot (+):Do điện cực làm graphit (than chì) nên bị khí sinh anot ăn mòn 6O2- - 6e  3O2  2C + O2  2CO  2CO + O2  2CO2  Phương trình phản ứng điện phân cho cực là: dpnc  4Al + 3O2  2Al2O3  dpnc Al2O3 + 3C   2Al + 3CO  dpnc 2Al2O3 + 3C   4Al + 3CO  Khí anot sinh thường hỗn hợp khí CO, CO2 O2 Để đơn giản người ta thường xét phương NaAlF  4Al + 3O2 trình: 2Al2O3  ● Điện phân nóng chảy hiđroxit (Chỉ áp dụng để điều chế kim loại kiềm: Na, K) dpnc * Tổng quát: 2MOH   2M + O  + H O  (M=Na, K, ) * Quá trình điện phân: Catot (-): 2M+ +2e  2M Anot (+): 2OH- -2e  O  +H O  ● Điện phân nóng chảy muối clorua (Chỉ áp dụng để điều chế kim loại kiềm kiềm thổ) Truy cập vào: http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn - Anh tốt nhất! dpnc * Tổng quát: 2MCl x  2M + xCl2 (x=1,2) b 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 cực + Đôi nước tham gia vào trình điện phân catot: 2H 2O + 2e  H  + 2OH - anot: H 2O - 2e  O  + 2H + Về chất nước nguyên chất không bị điện phân điện lớn ( I=0) Do muỗn điện phân nước cần hoà thêm chất điện ly mạnh như: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh - Để viết phương trình điện ly cách đầy đủ cà xác, cần lưu ý số quy tắc kinh nghiệm sau đây: Quy tắc 1: Quá trình khử xảy catot + Các ion kim loại từ Al3+ trở đầu dãy điện hóa không bị khử thành ion kim loại điện phân dung dịch Nên catot chứa cation chúng không bị khử nên nước bị khử : 2H 2O + 2e  H  + 2OH 3+ + Các ion sau Al bị khử thành kim loại, với thứ tự ưu tiên ngược từ lên Trong đặc biệt ý ion H+ bị khử cuối dãy ưu tiên Quy tắc 2: Quá trình oxi hoá anot + Ưu tiên 1: Đó kim loại trung bình yếu + Ưu tiên 2: S2- > I- > Br - > Cl- > OHNếu điện phân anot chứa đồng thời kim loại anion (ion âm) anion không bị oxi hóa Các anion chứa oxi như: NO3- ; SO 2- ; CO32- ; SO32- ; PO 43- ; ClO 4- … coi không bị oxi hóa Nếu anot chứa anion H 2O bị oxi hóa: H 2O - 2e  O  + 2H + Kết luận trường hợp điện phân dung dịch: - Điện phân dung dịch muối cation kim loại mạnh (≥ Al) với gốc axit có oxi: Na 2SO ; KNO3 ,các dung dịch axit có gốc axit chứa oxi: H 2SO ; KNO3 , dung dịch bazơ tan kim loại kiềm kiềm thổ: NaOH; KOH; Ca  OH 2 nước bị điện phân Ví dụ: điện phân dung dịch NaOH đpdd H 2O   O2  + H 2 - Điện phân dung dịch axit mà gốc axit oxi: HCl, H 2S, HBr - Điện phân dung dịch muối cation kim loại trung bình - yếu (sau Al) với gốc axit có oxi: CuSO ;  Fe NO3 2 cho kim loại + oxi + axit tương ứng Ví dụ: điện phân dung dịch CuSO ; CuSO + đpdd H 2O   Cu   O  + H 2SO 2 Truy cập vào: http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn - Anh tốt nhất! - Điện phân dung dịch muối cation kim loại mạnh (≥ Al) với gốc axit oxi: NaCl; BaCl2 , CaCl2 , Na 2S cho bazơ tan + H2 + halogen S Ví dụ: điện phân dung dịch CuSO ; CaCl2 đpdd  Ca  OH 2  H  + Cl2 2H O  + điện phân dung dịch Na 2S Na 2S + đpdd  2NaOH  H  + S 2H 2O  - Điện phân dung dịch muối cation kim loại trung bình - yếu (sau Al) với gốc axit oxi: CuCl ; FeBr3 cho kim loại + halogen Ví dụ: điện phân dung dịch CuSO ; đpdd CuCl   Cu   Cl2 Định luật điện phân m= A Q A It It  nA = × = n F n 96500 n.96500 Trong đó: + m: số gam dạng sảm phẩm sinh điện cực + n: số electron trao đổi + Q = It: điện lượng đI qua dung dịch với cường độ dònh điện I, thời gian t có đơn vị culong; I (A); t(giây) + F: số Faraday; 1F = 96487 C  96500C + + A : gọi đương lượng điện hoá, gọi tắt đương lượng, kí hiệu Đ n n A số mol A Ứng dụng phương pháp điện phân: - Điều chế kim loại - Điều chế số phi kim: H2; O2; F2; Cl2 - Điều chế số hợp chất: KMnO4; NaOH; H2O2, nước Giaven… - Tinh chế số kim loại: Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au… - Mạ điện:Điện phân với anot tan dùng kĩ thuật mạ điện, nhằm bảo vệ kim loạikhỏi bị ăn mòn tạo vẻ đẹp cho vật mạ Trong mạ điện, anot kim loại dùng để mạ như: Cu, Ag, Au, Cr, Ni catot vật cần mạ Lớp mạ mỏng thường có độ dày từ: 5.10-5 đến 1.10-3 cm Ví dụ 1: Biểu diễn trình điện phân dung dịch KCl Giải: Phương trình điện li: catot(-)   KCl (dd)    anot(+) Cl , H 2O K , H 2O 2H 2O + 2e  H  + 2OH- 2Cl  2e  Cl2 Do phương trình điện phân là: dpdd  2KOH + H2  + Cl2  2KCl + 2H2O  Ví dụ 2: Biểu diễn trình điện phân dung dịch CuSO4 (điện cực trơ) Giải: Truy cập vào: http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn - Anh tốt nhất! catot(-)   CuSO4 (dd) anot(+)   Cu 2 , H 2O SO24 , H 2O Cu 2 + 2e  Cu H 2O  2e  O2  2H  Do phương trình điện phân là: O2  dpdd CuSO4 + H2O  Cu + H2SO4 + Ví dụ 3: Điện phân dung dịch CuSO4 với anôt Cu Giải: catot(-)   CuSO4 (dd) anot(+)   Cu 2 , H 2O Cu, SO24 , H 2O Cu 2 + 2e  Cu Cu  2e  Cu 2 Như vậy, catot Cu sinh anot bị tan nhiêu; trước sau điện phân lượng CuSO4 không đổi Quá trình dùng để mạ tinh luyện kim loại nguyên chất Ví dụ 4: Điện phân dung dịch H SO4 catot(-)   H2SO4 (dd) anot(+)   SO24 , H 2O H  , H 2O 2H  + 2e  H2 H 2O  2e  O2  2H  Do phương trình điện phân là: dp  H2 + H2O  O2  Ví dụ 5: Điện phân dung dịch hỗn hợp CuSO4 a mol KBr b mol Giải:   H + + OH - ; KBr  K + + Br - ; H 2O   CuSO  Cu 2+ + SO 42- + +catot (-): H + ; K + ; Cu 2+ thứ tự điện phân Cu > H K+ không bị điện phân Cu 2+ +2e  Cu hết Cu 2+ 2H + + 2e  H  2+ + Anot (+): OH- ; Br - ; SO24  thứ tự điện phân là: Br - >OH- ; SO24  không bị điện phân Br - -2e  Br2 hết Br - 2OH - - 2e  O  + H 2O Phương trình điện phân: dpdd CuSO4 + 2KBr  Cu + Br2  + K 2SO4 dpdd + Nếu: b > 2a KBr dư : 2KBr + 2H 2O   H  + Br2  + 2KOH m.n.x + Nếu: b < 2a CuSO4 dư: CuSO4 + H2O dpdd   Cu + H2SO4 + O2  Truy cập vào: http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn - Anh tốt nhất! dpdd H O  KOH  H  + O  Ví dụ 6: Điện phân dung dịch CuCl2, điện cực trơ dòng điện 5A 45 phút 20 giây.Tính khối + Nếu b = 2a lượng kim loại sinh catot thể tích khí sinh anot (ở đktc) Giải: dpdd PT điện phân: CuCl2  Cu Áp dụng công thức có: + Cl2  64×5×2720 4,512 = 4,512 g  n = n = = 0,0705 mol Cl2 Cu Cu 2×96500 64  V = 0,0705 × 22,4 = 1,5792 lit m = Cl2 Ví dụ 7: Điện phân dung dịch A chứa 0,4 mol M(NO3)2 mol NaNO3 với điện cực trơ thời gian 48 phút 15 giây thu 11,52 gam kim loại M bên catot a Xác định kim loại M cường độ dùng điện b Tính thời gian điện phân để dung dịch hết M 2 với I Giải: a catot(-)   M(NO3 )2 (dd) ; NaNO3 (dd) anot(+)   NO3 , H 2O M2 , Na  , H 2O M2 + 2e  M H2O  2e  O2   2H Phương trình điện phân: M(NO3 )2 + dpdd H 2O  M  0,18mol + O  2 + 2HNO3 2,016 = 0,09mol 22,4 11,52 = 64 đ.v.c => M Cu 0,18 64 I.2895 Theo định luật Faraday m Cu =  11,52  I = 12A 96500 b Điện phân hết 0,18 mol Cu 2 tạo 0,18 mol Cu cần t1 = 2895 s 0,4.2895 Vậy điện phân hết 0,4 mol Cu 2 tạo 0,4 mol Cu cần t2 = = 6433 0,18 M= Ví dụ 8: Tiến hành điện phân điện cực trơ, có màng ngăn dung dịch chứa m(g) hỗn hợp CuSO4, NaCl nước bắt đầu điện phân điện cực dừng lại anot thu 0,448 lít khí (đktc), dung dịch sau phản ứng hoà tan tối đa 0,68g Al2O3 Tính m Tính khối lượng catot tăng trình điện phân Tính khối lượng dung dịch giảm sau trình điện phân (Gs nước bay không đáng kể) Giải: Truy cập vào: http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn - Anh tốt nhất! catot(-) CuSO4 (dd) ; NaCl (dd)   anot(+)   Cu 2 , Na  , H2O Cl , SO42 ,H2O Cu 2 + 2e  M 2Cl  2e  Cl2  Phương trình điện phân: CuSO + dpdd 2NaCl  Cu  + Na 2SO + Cl2 Nếu phản ứng vừa đủ dung dịch tạo thành hòa tan Al2O3 Nên chắn CuSO dư NaCl dư + Nếu CuSO dư: dpdd CuSO4 + H 2O  Cu  0,02mol 3H2SO4 + 0,02mol + Al2O3  H 2SO4 O 2 0,01mol + 0,02mol Al2 (SO4 )3  3H 2O 0,68 mol 102 0,02mol dpdd CuSO4 + 2NaCl  Cu  0,01mol 0,02mol + Na 2SO4 0, 01mol + Cl2 0, 448 - 0,01)mol ( 22, => m = 0,03.160 + 58,5.0,02 = 5,97 gam Khối lượng catot tăng = m Cu = 64.0,03 = 1,92gam Khối lượng dung dịch giảm = mCu + mCl + mO = 1,92  0,01.71 + 0,01.32 = 2,95gam + Nếu NaCl dư: dpdd 2NaCl + 2H 2O  2NaOH + Cl2 + H2 1 1 mol mol mol mol 75 75 150 150 2NaOH 2NaAlO2  H 2O + Al2O3  0,68 mol mol 75 102 CuSO4 + mol 75 => m = dpdd 2NaCl  Cu  mol 75 75 + Na 2SO + Cl2 0, 448 ( )mol 22, 150  4,4733gam 160 + 58,5 75 75 Khối lượng catot tăng = mCu = 64  0,8533 gam 75 Truy cập vào: http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn - Anh tốt nhất! Khối lượng dung dịch giảm = mCu + mCl + mH 1 1 = 64 (  2,287gam + ).71 + 75 150 75 150 Chú ý: Tổng số mol khí anot = 0,02 mol = số mol khí Cl2 phản ứng H khí sinh catot Bài tập áp dụng Câu 1: Điện phân dung dịch muối MCln dòng điện 5A, điện cực trơ, sau 21 phút 27 giây ngừng điện phân, thấy catot sinh 2,1334 gam kim loại M Xác định tên kimloại M A Cu B Fe C Mg D Zn Câu 2:Điện phân dung dịch NaCl hết muối với dòng điện 1,61A thấy hết 60 phút Tính khối lượng khí thoát ra, biết điện cực trơ, màng ngăn xốp A 2,13 gam B 0,06 gam C 2,19 gam D 2,22 gam 2 Câu 3: Điện phân 100ml dung dịch A chứa Cu2+, Na+; H+; SO có pH = 1, điện cực trơ Sau thời gian điện phân, rút điện cực khỏi dung dịch, thấy khối lượng dung dịch giảm 0,64 gam dung dịch có màu xanh nhạt, thể tích dung dịch không đổi Tính nồng độ H+ có dung dịch sau điện phân A 0,2 M B 0,1 M C 0,16 M D 0,26 M Câu 4: Trong trình điện phân cation di chuyển về: A Cực dương, xảy oxi hoá B Cực dương, xảy khử C Cực âm, xảy oxi hoá D Cực âm, xảy khử Câu 5: Quá trình xảy điện cực điện phân dung dịch AgNO3 : A Cực dương : Khử ion NO3B Cực âm : Oxi hoá ion NO3C Cực âm : Khử ion Ag+ D Cực dương : Khử H2O Câu 6: Một dung dịch X chứa đồng thời Cu(NO3)2, Fe(NO3)3, Zn(NO3)2, AgNO3 Thứ tự kim loại thoát catot từ trước đến sau điện phân dung dịch là: A Ag, Fe, Cu, Zn B Zn , Fe, Cu, Ag C Ag, Zn, Fe ,Cu D Ag,Cu, Fe, Zn Câu 7: Phản ứng điện phân nóng chảy bị viết sai sản phẩm? dpnc  2Al+3/2O2 A Al2O3  dpnc dpnc  2Na+O2+ H2 B 2NaOH  dpnc  2Na+Cl2  Ca + Br2 C 2NaCl  D CaBr2  Câu 8: Dãy gồm kim loại điều chế công nghiệp phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy chúng (ĐH KHốI A 2007) A Na, Ca, Zn B Na, Cu, Al C Na, Ca, Al D Fe, Ca, Al Câu 9: Khi điện phân hỗn hợp dung dịch NaCl CuSO4 , dung dịch sau điện phân hoà tan NaHCO3 xảy trường hợp sau đây: A NaCl dư B NaCl dư CuSO4 dư C CuSO4 dư D NaCl CuSO4 bị điện phân hết Câu 10: Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 b mol NaCl ( với điện cực trơ , có màng ngăn xốp ) Để dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng điều kiện a b ( biết ion SO42- không bị điện phân dung dịch ) (ĐH KHốI b 2007) A b > 2a B b =2a C b < 2a D 2b =a Câu 11: Khi điện phân có vách ngăn dung dịch gồm NaCl, HCl Sau thời gian điện phân xác định xảy trường hợp sau đây, trường hợp : A Dung dịch thu có làm quỳ tím hóa đỏ B Dung dịch thu không đổi màu quỳ tím Truy cập vào: http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn - Anh tốt nhất! C Dung dịch thu làm xanh quỳ tím D A, B, C Câu 12: ứng dụng ứng dụng điện phân ? A Điều chế số kim loại, phi kim hợp chất B Thông qua phản ứng để sản sinh dòng điện C Tinh chế số kim loại Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au D Mạ Zn, sn, Ni, Ag, Au bảo vệ trang trí kim loại Câu 13: Điện phân đến hết 0,1 mol Cu (NO3)2 dung dịch với điện tực trơ, sau điện phân khối lượng dung dịch giảm gam A 1,6g B 6,4g C 8,0 gam D 18,8g Câu 14: Tính thể tích khí (đktc) thu điện phân hết 0,1 mol NaCl dung dịch với điện cực trơ, màng ngăn xốp A 0,024 lit B 1,120 lit C 2,240 lit D 4,48 lit Câu 15: Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ , sau thời gian thu 0,32 gam Cu catot lượng khí X anot Hấp thụ hoàn toàn lượng khí X vào 200 ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường) Sau phản ứng nồng độ NaOH lại 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch NaOH không thay đổi) Nồng độ ban đầu dung dịch NaOH (ĐH KHốI A 2007) A 0,15 M B 0,2M C 0,1 M D 0,05M Câu 16: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ dòng điện chiều I = 9,65 A Khi thể tích khí thoát hai đện cực 1,12 lít (đktc) dừng điện phân Khối lượng kim loại sinh katốt thời gian điện phân là: A 3,2gam và1000 s B 6,4 gam 1000 s C 6,4 gam 2000 s D 5,4 gam 1800 s Câu 17: Điện phân 200ml dd CuSO4 0,5 M FeSO4 0,5M 15 phút với điện cực trơ dòng điện I= 5A , khối lượng kim loại thu catot là: A 0,15 gam B 0,2 gam C 0,25 gam D 0.3 gam Câu 18: Điện phân dung dịch CuSO4 điện cực trơ với dòng điện có cường độ I = 0,5A thời gian 1930 giây khối lượng đồng thể tích khí O2 sinh là: A: 0, 15g 0,112 lit B: 0, 32g 0, 056 lít C: 0, 32g 0, 168 lít D: 1, 28g 0, 224 lít Câu 19: Điện phân 200ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,1M CuSO4 0,5M điện cực trơ (hiệu suất điện phân 100%) Khi katốt có 3,2g Cu thể tích khí thoát anốt A : 0, 56 lít B : 0, 84 lít C : 0, 672 lít D : 0,448 lit Câu 20: Điện phân dd chứa 0,02 mol FeSO4 0,06mol HCl với dòng điện 1,34 A (điện cực trơ, có màng ngăn) Bỏ qua hoà tan clo nước coi hiệu suất điện phân 100% Khối lượng kim loại thoát katot thể tích khí thoát anot (đktc) là: A 1,12 g Fe 0, 896 lit hỗn hợp khí Cl2 , O2 B 1,12 g Fe 1, 12 lit hỗn hợp khí Cl2 H2 C 11,2 g Fe 1, 12 lit hỗn hợp khí Cl2 O2 D 1,12 g Fe 0, 896 lit hỗn hợp khí Cl2 H2 ĐÁP ÁN A C D D C D B C 10 11 12 B A D B 13 14 15 16 C C C C 17 18 19 20 A B C A Truy cập vào: http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn - Anh tốt nhất!