PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN KIẾN THỨC CẦN NHỚ Điện phân nóng chảy - Là phương pháp điện phân nóng chảy hợp chất kim loại hoạt động mạnh, nghĩa khử ion kim loại dòng điện - Áp dụng hợp chất kim loại: MCln , M (OH )n , Al2O3 (M kim loại nhóm IA IIA) - Ví dụ: Điện phân nóng chảy để điều chế Na Ở catot (cực âm): Na + 1e Na Ở anot (cực dương): 4OH O2 + 2H 2O + 4e dpnc 4Na + O2 + 2H 2O 4NaOH Điện phân dung dịch - Là phương pháp điện phân dung dịch muối kim loại hoạt động trung bình yếu - Vai trò nước: trước hết dung môi hòa tan chất điện phân, sau tham gia trực tiếp vào trình điện phân: 2H 2O + 2e H + 2OH Tại catot (cực âm) H2O bị khử: Tại anot (cực dương) H2O bị oxi hóa: 2H 2O O2 + 4H + 4e - Tại catot xảy trình khử M n , H (axit), H 2O theo quy tắc: Các cation nhóm IA, IIA, Al 3 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) M n + ne → M Các ion H (axit) dễ bị khử ion H ( H 2O ) - Tại anot xảy trình oxi hóa anion gốc axit, OH (bazơ kiềm), H 2O theo quy tắc: Các anion gốc axit có oxi NO3 , SO4 2 , PO43 , CO32 , ClO4 …không bị oxi hóa Các trường hợp khác bị oxi hóa theo thứ tự: S > I > Br > Cl > RCOO > OH > H 2O - Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế Cu Ở catot: Cu 2 + 2e Cu Ở anot: 2Cl Cl2 + 2e dpdd Cu + Cl2 CuCl2 Định luật Farađây m AIt , nF m: Khối lượng chất thu điện cực (gam) A: Khối lượng mol nguyên tử chất thu điện cực n: Số electron trao đổi điện cực I: Cường độ dòng điện (A) t: Thời gian điện phân (s) F: Hằng số Farađây (F = 96500) MỘT SỐ CƠ SỞ ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN - Khối lượng catot tăng khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào điện cực - m (dd sau điện phân) = m (dd trước điện phân) – (m kết tủa + m khí) - Độ giảm khối lượng dung dịch: Δm = (m kết tủa + m khí) - Khi điện phân dung dịch: Hiđroxit kim loại hoạt động hóa học mạnh ( NaOH , KOH , Ba(OH )2 ,…) Axit có oxi ( HNO3 , H SO4 , HClO4 ,…) Muối tạo axit có oxi bazơ kiềm ( KNO3 , Na2 SO4 ,…) → Thực tế điện phân H 2O H (ở catot) O2 (ở anot) - Khi điện phân dung dịch với anot kim loại không trơ (không phải Pt hay điện cực than chì) anot xảy trình oxi hóa điện cực - Có thể có phản ứng phụ xảy cặp: chất tạo thành điện cực, chất tan dung dịch, chất dùng làm điện cực - Viết phản ứng (thu nhường electron) xảy điện cực theo thứ tự, không cần viết phương trình điện phân tổng quát - Viết phương trình điện phân tổng quát (như phương trình hóa học thông thường) để tính toán cần thiết - Từ công thức Farađây → số mol chất thu điện cực - Nếu đề cho I t trước hết tính số mol electron trao đổi điện cực (ne) theo công thức: ne = It/F (*) (với F = 96500 t = giây F = 26,8 t = giờ) Sau dựa vào thứ tự điện phân, so sánh tổng số mol electron nhường nhận với ne để biết mức độ điện phân xảy Ví dụ để dự đoán xem cation kim loại có bị khử hết không hay nước có bị điện phân không H 2O có bị điện phân điện cực nào… - Nếu đề cho lượng khí thoát điện cực thay đổi khối lượng dung dịch, khối lượng điện cực, pH,…thì dựa vào bán phản ứng để tính số mol electron thu nhường điện cực thay vào công thức (*) để tính I t - Nếu đề yêu cầu tính điện lượng cần cho trình điện phân áp dụng công thức: Q = I.t = ne.F - Có thể tính thời gian t’ cần điện phân hết lượng ion mà đề cho so sánh với thời gian t đề Nếu t’ < t lượng ion bị điện phân hết t’ > t lượng ion chưa bị điện phân hết - Trong nhiều trường hợp dùng định luật bảo toàn mol electron (số mol electron thu catot = số mol electron nhường anot) để giải cho nhanh MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau thời gian thu 0,32g Cu catot lượng khí X anot Hấp thụ hoàn toàn lượng khí X vào 200ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường) Sau phản ứng nồng độ NaOH lại 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch không thay đổi) Nồng độ ban đầu dung dịch NaOH là: A 0,15M B 0,2M C 0,1M D 0,05M (Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2007) Hướng dẫn giải Ta có: nCu = 0,005 mol dpdd Cu + Cl2 Phương trình điện phân: CuCl2 0,005 0,005 mol Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H 2O 0,005 0,01 mol Sau phản ứng nồng độ NaOH lại 0,05M, nghĩa NaOH dư nNaOH (dư) = 0,05.0,2 = 0,01 mol nNaOH (ban đầu) = 0,01 + 0,01 = 0,02 mol [ NaOH ] = 0, 02 = 0,1 mol 0, Đáp án C Ví dụ 2: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A 3860 giây Dung dịch thu sau điện phân có khả hòa tan m gam Al Giá trị lớn m (Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2009) A 4,05 B 2,70 C 1,35 Hướng dẫn giải Ta có: nCuCl2 = 0,05 mol; nCl = 0,35 mol nNaCl = 0,25 mol D 5,40 Số mol electron trao đổi: ne = 5.3860 It = = 0,2 mol 96500 F Các bán phản ứng xảy điện cực: Anot (+): Cl , H 2O 2Cl Cl2 + 2e 0,2 0,2 mol Cl dư, H 2O chưa bị oxi hóa Catot (-): Na , Cu 2 , H 2O Cu 2 + 2e Cu 0,05 0,1 mol ne trao đổi = 0,2 – 0,1 = 0,1 mol 2H 2O + 2e H + 2OH 0,1 0,1 mol Phản ứng hòa tan Al: Al + OH + H 2O AlO2 + H 0,1 0,1 mol m Al = 27.0,1 = 2,7 (g) Đáp án B Ví dụ 3: Tiến hành điện phân hoàn toàn dung dịch X chứa AgNO3 Cu ( NO3 )2 thu 56 gam hỗn hợp kim loại catot 4,48 lít khí anot (đktc) Số mol AgNO3 Cu ( NO3 )2 X A 0,2 0,3 B 0,3 0,4 C 0,4 0,2 Hướng dẫn giải Ta có: nkhí = 0,2 mol Gọi AgNO3 Cu ( NO3 )2 : x mol : y mol D 0,4 0,3 Thứ tự điện phân catot: Ag + 1e Ag x x x mol Cu 2 + 2e Cu y 2y y mol 108x + 64 y = 56 (1) Thứ tự điện phân anot: 2H 2O O2 + 4H + 4e 0,2 0,8 mol x + 2y = 0,8 (2) Từ (1) (2) x = 0,4 y = 0,2 Đáp án C Trường học Trực tuyến Sài Gòn (iss.edu.vn) có 800 giảng trực tuyến thể đầy đủ nội dung chương trình THPT Bộ Giáo dục - Đào tạo qui định cho môn học Toán - Lý - Hóa Sinh - Văn - Sử - Địa - Tiếng Anh ba lớp 10 - 11 - 12 Các giảng chuẩn kiến thức trình bày sinh động lĩnh vực kiến thức mẻ đầy màu sắc hút tìm tòi, khám phá học sinh Bên cạnh đó, mức học phí thấp: 50.000VND/1 môn/học kì, dễ dàng truy cập tạo điều kiện tốt để em đến với giảng Trường Trường học Trực tuyến Sài Gòn - "Học dễ hơn, hiểu hơn"! ... Ví dụ 2: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100 %) với cường độ dòng điện 5A 3860 giây Dung dịch thu sau điện phân... loại tạo thành sau điện phân bám vào điện cực - m (dd sau điện phân) = m (dd trước điện phân) – (m kết tủa + m khí) - Độ giảm khối lượng dung dịch: Δm = (m kết tủa + m khí) - Khi điện phân dung dịch:... thành điện cực, chất tan dung dịch, chất dùng làm điện cực - Viết phản ứng (thu nhường electron) xảy điện cực theo thứ tự, không cần viết phương trình điện phân tổng quát - Viết phương trình điện