CHUYÊN đề 4 sự điện PHÂN

Chuyên đề SỰ ĐIỆN PHÂN A LÍ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I KHÁI NIỆM Sự điện phân q trình oxi hóa - khử xảy bề mặt điện cực có dịng điện chiều qua chất điện li nóng chảy dung dịch chất điện li Như vậy, điện phân trình sử dụng điện để tạo biến đổi hóa học Chú ý: - Phản ứng điện phân xảy có tác dụng dịng điện Đây q trình biến đổi điện hố năng, trình ngược với trình xảy pin điện hóa - Phản ứng điện phân xảy bề mặt điện cực Bề mặt danh giới tiếp xúc điện cực chất điện li II ĐIỆN CỰC VÀ PHẢN ỨNG ĐIỆN PHÂN Định nghĩa Điện cực nối với cực âm (-) nguồn ngồi gọi catot, kí hiệu (-) Điện cực nối với cực dương (+) nguồn gọi anot, kí hiệu (+) Phản ứng hố học bề mặt điện cực Trên bề mặt cực âm (-) catot, cation chất điện li nhận electron (hay với tổng quát chất oxi hoá đến nhận electron) Trên bề mặt cực dương (+) anot, anion chất điện li đến nhường clectron (hay nói tổng quát chất khử nhường electron) Ví dụ: Địên phân dung dịch CuSO4 Khi có dòng điện di vào dung dịch, ion SO24− di chuyển anot, ion Cu2+ di chuyển catot - Ở anot (cực +) xảy oxi hóa ion SO24− phân tử H2O, H2O dễ bị oxi hóa nên H2O bị oxi hóa sản phẩm khí oxi: 2H2O(l) → O2(k) + 4H+(dd) + 4e - Ở catot (cực -) xảy khử ion Cu2+ phân tử H2O Vì ion Cu2+ dễ bị khử H2O, nên ion Cu2+ bị khử thành kim loại Cu bám catot: Cu2+ + 2e → Cu Sơ đồ điện phân: Catot (-) ¬ CuSO4 → Anot (+) Cu2+,H2O Cu2- + 2e → Cu (H2O) H2O,SO24 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Phương trình điện phân: điệ nphâ n 2CuSO4 + 2H2O  → 2Cu + O2 + 2H2SO4 Kết luận: Trên catot xảy khử, có chuyển electron từ catot đến cation Trên anot xảy oxi hố, có chuyển electron từ anion chất điện li đến anot III SỰ PHÂN CỰC Khi dòng điện qua ranh giới phân chia điện cực - dung dịch trạng thái diện cực (về thế, mật độ dòng) bị thay đổi Hiện tượng gọi phân cực cực điện cực Khi phân cực điện cực khác với cân (thế điện cực khơng có dịng qua) Trang Nếu phân cực, điện cực chuyển dịch phía dương so với cân phân cực gọi phân cực anot ngược lại thi gọi phân cực catot Tuỳ thuộc vào chất trình mà người ta chia trình phân cực làm loại khác Phân cực nồng độ Phân cực nồng độ sinh biến đổi nồng độ ion lớp gần bề mặt điện cực, Ở lớp gân bề mặt anot, kim loại bị hồ tan nên nồng độ ion tăng lên Theo cơng thức Nerst, tăng lên (trở nên dương hơn) Còn catot xảy khử cation nồng độ lớp bề mặt giảm điện cực giảm (âm hơn) Mật độ dịng lớn biến đổi nồng độ ion lớp gần bề mặt điện cực lớn nên phân cực mạnh Trong trường hợp để giảm phân cực nồng độ phải khuấy mạnh dung dịch Sự phân cực hố học Khi dịng điện qua ranh giới phân chia điện cực - dung dịch (là bề mặt điện cực), xảy phản ứng mơi trường chất điện li với vật liệu làm diện cực Sản phẩm sinh làm biến đổi tính chất bề mặt điện cực, làm thay đổi điện cực Hiện tượng gọi phân cực hoá học Sự phân cực điện hoá Theo định luật ơm, cho dịng điện qua dây dẫn thi cường độ dòng điện tỉ lệ với điện áp đặt vào: U I = R Thực nghiệm cho thấy dòng điện chi bắt đầu qua dung dịch điện li điện áp hai điện cực có giá trị hồn tồn xác định, điều có nghĩa điện phân bắt đầu xảy điện áp hoàn toàn xác định Thí dụ: Nhúng hai điện cực platin vào dung dịch CuCl 2, sau nối hai điện cực với nguồn điện chiều cho biến đổi liên tục điện áp đặt vào mạch Khi chưa có hiệu điện hai cực hiển nhiên Khi bắt đầu tăng điện áp, mạch có dịng điện: clectron đến catot (nối với cực âm nguồn) rời anot (anot nối với cực dương nguồn) Nhưng electron tự qua dung dịch điện li, điện cực khơng xảy q trình điện hóa cực tích điện âm dư electron cực tích điện dương thiếu electron, điều dẫn đến cấu trúc lớp điện kép thay đổi nghĩa xảy phân cực điện cực Kết hai cực xuất hiệu điện có chiều ngược lại với chiều nguồn điện bên ngồi Hiện tượng gọi phân cực điện hố IV THẾ PHÂN HUỶ Bằng thực nghiệm lí thuyết, người ta chứng minh điện phân bắt đầu xảy điện áp hoàn toàn xác định Vậy, điện áp tối thiểu hai điện cực để diện phân bắt đầu xảy gọi phân huỷ Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl2 Catot: Cu2+ + 2e → Cu Anot: 2C1- → C12 + 2e Q trình xảy thể catot âm thể Cu2+ / Cu thể anot dương Cl /2Cl Thế gọi phóng điện ion Kết luận: Về phương diện lí thuyết, thể phân huỷ chất suất điện động pin tạo chất thoát catot anot Bảng thể phân huỷ số chất Chất điện li E (V) Chất điện li E (V) H2SO4 1, 67 Na2SO4 2.21 HNO3 1,69 ZnSO4 2,35 H3PO4 1,70 AgNO3 0,70 NaOH 1,69 NiCl2 1,85 KOH 1,67 NiSO4 2,04 Trang V QUÁ THẾ Trong thực nghiệm, hầu hết phân giải thưởng lớn suất điện động pin tạo chất thoát điện cực Hiệu số phân huỷ suất điện động pin tạo chất thoát điện cực gọi Vậy, phân giải chất tính theo cơng thức: E pg - (Ea0 - E 0c ) +∆Ea +∆E c Với: Epg: Thế phân giải ∆Ea : Quá cực dương ∆E c : Quá cực âm Ea0 - E0c : Suất điện động pin tương ứng Và phóng điện ion điện cực tính theo cơng thức: Ở catot: ε c = ε c + ηc Ở anot: εa = εa + ηa Trong đó: ε c , εa cân cation anion ηc ,ηa catot anot Khi điện phân dung dịch nước, bên cạnh cation anion chất điện li cịn có ion H3O+ OH− Do việc nghiên cứu thể hiđro oxi có tầm quan trọng đặc biệt: biết thể hiđro (hay oxi) điều khiển trình điện phân theo ý muốn Kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy hiđro oxi phụ thuộc vào mật độ dòng, chất chất làm điện cực, trạng thái bề mặt nó, thành phần dung dịch Về mặt định lượng, phụ thuộc biểu diễn phương trình Tafel: η = a + blgi Trong a b số phụ thuộc vào chất chất làm điện cực trạng thái bề mặt nó, i mật độ dịng (Acm3) Bản chất trình phức tạp, liên quan đến đặc tính, bề mặt điện cực, Đối với oxi, số a b phụ thuộc vào chất vật liệu làm điện cực, nhiệt độ, phụ thuộc vào thành phần dung dịch mật độ dòng Trong miền mật độ dòng quy định (~10−3 A.cm3) thể oxi tăng dần theo dãy: Co, Fe, Cu, Cd, Pb, Pd, Au, Pt Vậy, q trình điện hố xác định khơng phải quy luật nhiệt động học (quá cân bằng) mà quy luật động học Bảng hiđro oxi với điện cực khác Điện cực Pt nguội Fe Pt (nhẵn) Niken Hg Quá hiđro (V) 0,03 - 0,04 0,01 - 0,02 0,2 - 0,4 0,2 - 0,4 0,8 – 1,0 Quá thể oxi (V) 0,3 0,3 0,5 0,5 VI ĐIỆN PHÂN CHẤT ĐIỆN LI NÓNG CHẢY Trang Điện phân muối nóng chảy (chủ yếu muối halogenua) ac MX n  → M n+ + nX - Ở catot: M n+ + ne → M (sựkhử ) Ở anot: 2X - → X + 2e (sự oxi hóa) Phương trình điện phân: đpnc 2MX n  → 2M + nX ↑ (K) Ví dụ: (A ) đpnc 2NaCl  → 2Na + Cl ↑ ñpnc MgCl  → Na + Cl ↑ Điện phân oxit kim loại nóng chảy M xOy → M +2y/x + yO-2 Ở catot: xM +2y/x + 2y → xM (sự khử) Ở anot: 2O−2 → O2 + 2.2e (sự oxi hóa) Phương trình điện phân: ñpnc 2M xOy  → 2xM + yO2 ↑ (K) Ví dụ: (A ) đpnc 2Al 2O3  → 4Al + 3O2 ↑ Na AlF Điện phân hiđroxit kim loại nóng chảy + nc M(OH)n  → M n + nOH- Ở catot: M n+ + ne → M (sự khử) Ở anot: 4OH- → O2 ↑ + 2H2O + 4e (sự oxi hóa) Phương trình điện phân: 4M(OH)n → 4M + nO2 ↑ + 2nH2O 44 4 43 (K) Ví dụ: (A) ñpnc 4NaOH  → 4Na + O2 ↑ + 2H2O VII ĐIỆN PHÂN TRONG DUNG DỊCH NƯỚC Theo quy luật chung: Ở catot, cation có tính oxi hóa mạnh dễ bị khử Ở anot, anion có tính khử mạnh dễ bị oxi hóa Quy tắc catot Ở catot có mặt cation kim loại M n+ H3O+ (do nước axit điện li ra) Nếu oxi hoá - khử cation kim loại lớn oxi hố khứ H3O+ cation kim loại bị khử trước M n+ (dd) + ne → M(r) Ngược lại, H3O+ bị khử trước • Nếu H3O+ axit phân li ra: 2H3O+ + 2e → H2 + 2H2O • Nếu H3O+ nước phân li ra: Trang  → 2H O+ + 2OH− 4H2O ¬   2H3O + 2e → H2 + 2H2O 2H2O + 2e → H2 + 2OH Khi đó, khơng có q ion cân lớn cân hidro dung dịch nhận electron Với pH = ⇒ E2H+/H = -0,059pH =-0,413 V Tức ion kim loại oxi hóa - khử lớn - 0,413V bị điện phân Thứ tự nhận electron sau: Hg2+/Hg+ > Ag+/A g > Hg2+/Hg > Fe3+/Fe2+ > Cu2+/Cu > 2H+(axit)/H2 > Pb2+/Pb > + Sn2+/Sn > Ni 2+/Ni > Cr3+/Cr2+ > Fe2+/Fe > Cr3+/Cr > Zn24 /Zn > 2H (H2O)/H2 Tuy nhiên, nên có chuyển dịch ion kim loại đứng sau Al 3+ Quy tắc anot Ở anot có mặt anion gốc axit OH- (do nước bazơ điện li ra) a) Đối với anot trơ: Không trực tiếp tham gia vào q trình oxi hóa C, Pt thì: Thứ tự nhường clectron (bị oxi hóa) sau: S2+ >I - >Br- >Cl- > S2- >RCOO- >OH- (bazơ) >OH (H2O),… • Nếu OH- bazơ phân li ra: 4OH- → O2 ↑ + 2H2O + 4e • Nếu OH- nước phân li ra:  → 2H+ + 2OH2H2O ¬   2OH- → O2 ↑ + 2H+ + 4e 2H2O → O2 ↑ + 4H+ + 4e Ví dụ: Xét điện phân dung dịch CoCl2 với điện cực Pt nhẵn Phương trình điện li: CoCl → Co2+ + 2Cl → H+ + OHH2O ¬   Giải Xét hai trường hợp: Trường hợp 1: Chỉ có CoCl2 bị điện phân Khi đó: Catot: Co2+ + 2e → Co E 0c =-0,28V Anot: 2Cl - → Cl + 2e Ea0 =1,36V Phản ứng điện phân: Co2+ + 2Cl - → Co + Cl 0 Xảy thể phân giải: E pg = Ea - E c =1,64V Trường hợp 2: Ngoài CoCl2, H2O bị điện phân Khi cần tính điện cực: H2O → O2 + 2H+ + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2OH- E =1,23V E =-0,82V Trang Và oxi, hiđro điện cực Pt nhẵn Ea =0,5; Ec =0,4 tương ứng Xét phản ứng điện phân: O2 ↑ + 2H+ =1,23 - (-0,28) +0,5 =2,01V • Co2+ + H2O → Co + E pg • 2Cl - + 2H2O → H2 + Cl + 2OHE pg =1,36 - (-0,82) +0,4 =2,58V O 2 - 1,23 - (-0,82) +0,5 +0,4 =2,95V • H2O → H2 ↑ + E pg Ta thấy kết thu trường hợp đầu nhỏ nhất, phản ứng điện phân dễ xảy Vậy, phản ứng xảy điện phân dung dịch CoCl2 là: điệ nphâ ndungdịch CoCl  → Co + Cl b) Đối với anot hoạt động: Tham gia trực tiếp vào q trình oxi hóa Cu, Zn, ion dung dịch khơng điện phân mà anot bị oxi hóa: Cu → Cu2+ + 2e Zn → Zn2+ + 2e Chú ý: Hiện tượng dương cực tan tượng anot làm kim loại mà ion có dung dịch điện phân (như điện phân dung dịch CuSO4 với anot Cu), q trình điện phân anot bị hồ tan dần (bị oxi hố) nguyên tử chuyển thành ion dương Các ion vào dung dịch vào dung dịch để bổ sung cho số ion dương bị giảm catot Độ giảm khối lượng anot độ tăng khối lượng catot Ta có: ∆m(A) ↓ = ∆m(K ) ↑ Số mol ion khác dung dịch xem khơng đổi Ví dụ: Viết phương trình điện phân dung dịch Cu(NO3)2 với điện cực Zn, Cu Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3Giải a) Đối với điện cực Zn Ở catot: Cu2+ + 2e → Cu Ở anot: Zn → Zn2+ + 2e Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Phương trình điện phân: ñpdd Zn + Cu(NO3)2  → Zn(NO3)2 + Cu b) Với điện cực Cu Ở catot: Cu2+1 + 2e → Cu1 Ở anot: Cu11 → Cu2+11 + 2e CuII + Cu2+1 → Cu2+11 + CuI Phương trình điện phân: Cu11 + Cu(NO3)21 → Cu(NO3)211 + Cul (Thực chất anot bị hồ tan cịn dung dịch muối Cu(NO3)2 khơng đổi) Biểu thức Farađay Trang mx = AIt It ⇒ nx = nF nF It F Trong đó: mx - Khối lượng chất thoát điện cực (gam) A - Khối lượng mol (nguyên tử phân tử) chất X I - Cường độ dòng điện (ampe) t - Thời gian điện phân (s) Q = I.t - Điện lượng (C) n - Số electron tham gia phản ứng điện cực Chẳng hạn: ⇒ Σne (catot phóng ra) = Σne (anot nhận vào) = Cu2+ + 2e → Cu (n=2) Ag+ + 1e → Ag (n=1) 2Cl - → Cl + 2e (n=2) F – Số Farađay phụ thuộc vào đơn vị t Nếu: t tính giây ⇒ F = 96500 t tính ⇒ F = 26,8 Một số ý giải tập điện phân a) Các kiểu mắc bình điện phân • Nhiều bình điện phân mắc nối tiếp I = I1 = I2 =…= In t qua bình ⇒ Q = It qua bình Khi điện phân nhiều bình điện phân mắc nối tiếp, thu nhường electron điện cực tên phải ⇒ Các chất sinh điện cực tên phải tỉ lệ mol với • Nhiều bình điện phân mắc song song U = U1 = U2=…= Un I Nếu R1 = R2 = = Rn (t qua bình nhau) I =I - …- I n n b) Trong khoảng thời gian t, catot bình điện phân phóng mol electron để khử cation M n+ (H+ H2O axit) anot bình điện phân thu vào nhiều mol electron anion X n− ( hay OH- H2O bazơ) c) Khi tính tốn có liên quan đến dung dịch sau điện phân, cần lưu ý đến khối lượng dung dịch bị hao hụt có số ion kết tủa biến thành chất bay d) Hiệu suất điện phân H% = Lượng thoá t thực tếởđiệ n cực 100% Lượng tính theo cô ng thứ c Faray DẠNG 1: BÀI TẬP CƠ BẢN Phương pháp: - Viết phương trình điện li - Viết phương trình trao đổi electron ion dung dịch điện phân - Viết phương trình điện phân chung - Sử dụng cơng thức để tính tốn đại lượng chưa biết theo đại lượng biết Các cơng thức tính tốn thường dùng: Trang • Công thức Faraday: mX = AIt It ⇒ nX = nF nF ⇒ Σne (catot phóng ra) = Σne (anot nhận vào) = It F • Hiệu suất điện phân: Lượng thoá t thực tếởđiệ n cực H% = 100% Lượng tính theo cô ng thứ c Faray S Ví dụ 1: Điện phân 50ml dung dịch HNO3 có pH = 5,0 với điện cực than 30 giờ, dịng điện khơng đổi 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 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 hịa Coi khối lượng riêng dung dịch HNO3 lỗng g/ml (Đề thi HSGQG năm 2003 - 2004) Giải • Mật độ dịng: d = O + 2e 2 a) Nửa phản ứng oxi hoá anot: H2O → 2H+ + Nửa phản ứng khử catot: 2H+ + 2e → H2 H2O → H2 + O 2 It 1.30.60.60 = - 0,5596mol nF 2.96500 ⇒ nH O = nH = 0,5596mol ⇒ mH O =0,5596.18 =10,0728gam b) nH = 2 mdd trước điện phân = 50.1 = 50 gam mdd sau diện phân = 50 - 10,0728 = 39,9272 gam ≈ 40 gam 40 Vdd sau điện phân = =40ml =0,04 lit -7 nHNO =0,05.10-5 =5.10-7mol ⇒ CM (HNO ) =[H+] = 5.10 =1,25.10-5 M 3 0,04 ⇒ pH =-lg[H+] =4,9 c) HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O 5.10-7 → 5.10-7 5.10-7 ⇒ Vdd(NaOH) = =5.10-3lit =5ml -4 10 d) Phản ứng xảy axit mạnh bazơ mạnh nên dùng chất thị phenolphtalein có khoảng chuyền máu (pH) 8÷ 10 Ví dụ 2: 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 hai bình điện Trang a) Giải thích tượng Viết phương trình phản ứng xảy bình (khơng xét tạo thành H2O2 H2S2O8) b) Tính hiệu điện tối thiểu phải đặt vào hai cực bình trình điện phân xảy c) Người ta muốn giảm pH dung dịch NaOH xuống cịn 11 Có thể dùng NH 4CL khơng? Nếu dược, giải thích tỉnh khối lượng NH 4Cl phải dùng để giảm pH lít dung dịch NaOH từ 14 xuống cịn 11 d) Khi phí dung dịch NaOH 11, hiệu điện tối thiểu phải đặt vào hai cực bình điện phân trình điện phân xảy bao nhiêu? 0 Cho: E H2O+1O2 /H2O = 0,4V; E2H++1O2 /H2O = 1,23V; pKb = 4,75 2 (Đề thi HSGQG năm 2005 - 2006) Giải a) Trong thí nghiệm này, nước bị điện phân điện • Dung dịch NaOH: Ở anot: 2OH- → H2O + 1/2O2 + 2e Ở catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OHH2O → H2 ↑ + 1/2O2 ↑ • Dung dịch H 2SO4: Ở anot: H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e Ở catot: 2H+ + 2e → H2 H2O → H2 ↑ + 1/2O2 ↑ Khí bình hidro oxi b) • Dung dịch NaOH: E A =0,4 + 0,0592 0,0592 lg =0,4V; EC =0 + lg 10-14 =-0,83V (1) ( ) U = E A − Ec = 0,4 − (−0,83) = 1,23V • Dung dịch H2SO4: 0,0592 0,0592 E A =1,23 + lg(1)2 =1,23V; EC =0 + lg(1)2 =0V 2 U = EA − EC = 1,23− = 1,23V (khi tính Umin khơng xét đến q thế) c) Có thể dùng NH4Cl để giẫm pH dung dịch NaOH từ 14 xuống 11 NH+4 + OH- € NH3 + H2O K -1 b (1) pOH dung dịch NaOH thêm NH 4Cl để giảm pH dung dịch NaOH từ 14 xuống 11 tính theo công thức: [NH3] [NH3] [NH+4] ⇒ pOH = pK lg ⇒ = 4,75 + l g (1) ⇒ [OH ] = K b (2) b [NH3] [NH+4 ] [NH+4] Khi pH dung dịch NaOH giảm từ 14 xuống cịn 11 [OH- ] dung dịch giảm đi: (1) ⇒ [NH3] = [OH− ] giảm = 0,999M Trang (2) ⇒ [NH+4 ] ≈ 0,0178M ⇒ nNH Cl =nNH+ + nNH =0,0178 +0,999 =1,0168 mol 4 ⇒ mNH Cl =1,0168.53,5 =54,4 gam d) Khi pH = 11, dung dịch NaOH: E A =0,4 + 0,0592 lg -3 =0,5776V (10 ) 0,0592 lg(10-11)2 =-0,6512V =EA - EC =0,5776 - (-0,6512) ≈ 1,23V EC =0 + ⇒ U Ví dụ 3: Muối KClO4 điều chế cách điện phân dung dịch KClO với hai điện cực platin Thực tế điện phân anot, nửa phản ứng tạo sản phẩm KClO cịn đồng thời xảy nửa phản ứng phụ tạo thành khí khơng màu Ở catot xảy nửa phản ứng tạo khí Hiệu suất tạo thành sản phẩm đạt 75% a) Viết kí hiệu tế bào điện phân nửa phản ứng anot catot b) Tính khối lượng KClO4 tạo thành điện lượng tiêu thụ điện phân vừa hết 30.625 gam KClO Giả sử hiệu suất điện phân đạt 100 % Giải a) Kí hiệu tế bào điện phân: Pt | KClO3 (dd) | Pt Phản ứng chính: anot: catot: ClO3- + H2O → ClO4− + 2H+ + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2OH ClO3− + H2O → ClO4− + H2 ↑ H2O → 2H+ + Phản ứng phụ: anot: O 2 catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OHH2O → b) (1) ⇒ nKClO =nKClO = O ↑ + H2 ↑ 2 30,625 =0,25(mol) 122,5 ⇒ mKClO =138,5.0,25 =34,625 (gam) q =nKClO nF 100 100 =0,25.2.96500 =64333,33 C 75 75 DẠNG 2: ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH HỖN HỢP Phương pháp: +Viết phương trình điện li + Viết phương trình xảy điện cực theo thứ tự ưu tiên Chú ý: Thứ tự điện phân xảy điện cực - Ở cực âm, cation nhận electron theo thứ tự ưu tiên sau: Trang 10 4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + O2 ↑ nAgNO ban đầu = 0,1.0,15 = 0,015 mol Khối lượng Ag sinh ra: 9,65.108.120 =1,296 gam 1.96500 Trong thời gian 120s, AgNO3 bị điện phân: mAg = nAgNO =nAg = • Bình 3: 1,296 =0,012 mol =2 ⇒ MCl2 điện phân hết HCl bị điện phân phần a) • Bình X: Ta thấy: t2 m2 ⇒ MCl → M + Cl 2HCl → H2 + Cl t1 m1′ = ′ =3; mặt khác trộn hai dung dịch điện phân có kết tủa xuất hiện, nên AgNO • Bình Y: Do t2 m2 chưa bị điện phân hết 4AgNO3 + 2H2O → 4A g ↓ + O2 ↑ + 4HNO3 AgNO3 + HCl → AgCl ↓ + HCl b) Do hai bình điện phân mắc nối tiếp nên tổng e mà catot phóng hai bình điện phân thời gian nhau: Trang 14 1,6.n 5,4.1 ⇒ M = 32n ⇒ n = M = 62 (Cu) = M 108 nCuCl =nCu = c) Ta có: 0,05 3,2 =0,0625M =0,05 mol ⇒ a = 0,8 64 nAgNO ban đầu = nAg + nAgCl = 16,2 + 6,1705 =0,193 mol 108 143,5 ⇒ CM(AgNO ) = 0,193 =0,24M 0,8 d) Ta có: nCl2 (X) =2nO2 (Y ) DẠNG 4: ĐIỆN PHÂN NÓNG CHẢY Phương pháp: Khi điện phân nóng chảy, thứ tự phản ứng cation kim loại (bị khử catot) theo nguyên tắc: nguyên tố kim loại đứng sau dãy điện hóa cation bị khử trước Ví dụ 1: Điện phân muối clorua kim loại kiềm nóng chảy người ta thu 0,896 lít khí (đktc) anot 3,12 gam kim loại catot Hãy xác định công thức muối dem điện phân Giải Gọi RCl muối clorua kim loại kiềm R Phương trình điện phân: 2RCl → 2R + Cl 0,08 ¬ 0,04 3,12 =39(K) 0,08 Ví dụ 2: Điện phân muối clorua kim loại trạng thái nóng chảy catot xuất 6,24 gam kim loại anot thu 1,792 lít khí (đktc) a) Xác định tên muối clorua b) Đem điện phân dung dịch có b mol muối clorua kim loại bình điện phân có vách ngăn, thấy có 75% clorua kim loại bị điện phân, dung dịch thu gọi dung dịch X Đem nhiệt phân hoàn toàn a mol CaCO3 dẫn khí sinh vào dung dịch X, thu dung dịch Y Dung dịch Y tác dụng với Ba(OH)2 BaCl2 xuất kết tủa Xác định thành phần dung dịch Y khối lượng chất tan có dung dịch Y theo a, b Giải a) Gọi CTPT muối clorua kim loại MCln ⇒ R= điệ n phâ n ng chả y 2M + nCl Phương trình điện phân: 2MCl n → 0,16 1,792 → =0,08 n 22,4 6,24n =39n ⇒ n =1 vàM =39 (K) 0,16 b) Phương trình điện phân dung dịch KCl ⇒ M= điệ n phâ n ng chaû y 2KCl + 2H2O → 2KOH + Cl ↑ + H2 ↑ → 0,75b 0,75b ⇒ nKCl coø n =b - 0,75b =0,25b Dung dịch X gồm KCl dư, KOH t CaCO3  → CaO + CO2 a a Trang 15 Hấp thụ CO2 dung dịch X xảy phản ứng sau: CO2 + 2KOH → K 2CO3 + H2O CO2 + KOH → KHCO3 Dung dịch Y tác dụng với Ba(OH)2 BaCl2 cho kết tủa Chứng tỏ Y có chứa K2CO3 • Trường hợp 1: Y có chứa KCl, K2CO3, KOH dư (nếu có) mKC1 =74,5.0,25b =18,625b gam; nK CO =nCO =a mol ⇒ mK =138a gam 2CO3 ⇒ mKOH =56(0,75b - 2a) • Trường hợp 2: Y chứa KCl, KHCO3 K2CO3 mKC1 =74.5.0.25b =18,625b gam Gọi x, y số mol KHCO3 K2CO3 Ta có:  x +y =a  x =0,75b - a ⇒    x +2y =0,75b  y =2a - 0,75b ⇒ mK 2CO3 =138(0,75b - a) gam; mKHCO =100(2a - 0,75b) gam Ví dụ 3: Người ta thực điện phân để điều chế Al từ quặng boxit với dòng điện 50000A, điện 4,5 vôn liên tục ngày a) Tính lượng Al thu b) Tính lượng than chì (làm anot) tiêu thụ ngày thu gam xơđa Na 2CO3, dẫn tồn khí tạo thành vào dung dịch NaOH dư (giả thiết có khí CO CO sinh theo tỉ lệ thể tích 3: 7) c) Tính lượng quặng cần thiết dùng ngày, biết quặng chứa 60% Al 2O3 hiệu suất tinh chế Al2O3 tử quậng 80% Giải a) Phương trình tổng quát: Al 2O3 + 3C → 2Al + 3CO 3x 2x 3x 2Al 2O3 + 3C → 4Al + 3CO2 3y 4y 3y Khối lượng Al thu ngày (24 giờ) mA1 = 27.50000.24 =402985 gam =402,985 kg 3.26,8 b) Ta có hệ:  402985 2x +4y = 27 =14925,37 3x =3950,83 mol ⇒   3y =9218,61 mol x =  y Lượng than tiêu thụ ngày (24 giờ) mC =12(3950,83 +9218,61) =158033,28 gam =158,03328kg CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O 9218,61 → 9218,61 ⇒ mNa CO =9218,61.106 =977172,66 gam = 977,17266 kg Trang 16 c) Tính lượng quặng cần dùng ngày: Lượng Al2O3 cần dùng ngày: 402985.102 mAl O = =761193,88 gam 2.27 Vì quặng chứa 60% Al2O3 hiệu suất tinh chế Al2O3 từ quặng 80% nên lượng quặng thực dùng ngày 761193,88.100.100 =1585820,583 gam 60.80 Điện phân gì? Sự khác phản ứng điện phân phản ứng oxi hoá - khử thông thường? So sánh giống khác điện phân KCl nóng chảy điện phân dung dịch KCI? Tại điện phân dung dịch với anot hoạt động, anion dung dịch chất điện phân khơng bị oxi hố bề mặt anot? Xét trường hợp điện phân dung dịch CuSO4 hai thí nghiệm: điện cực grafit với điện cực niken Viết phương trình phản ứng xảy điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4, b mol NaCl (điện cực trơ, có màng ngăn) Thế phóng điện ion? Về mặt lý thuyết mặt thực tế tính nào? Thế thế? Quá hiđro oxi phụ thuộc vào yếu tố nào? Hoà tan 4,5 gam tinh thể XSO 4.5H2O vào nước thu dung dịch A Điện phân dung dịch A với điện cực trơ Nếu thời gian điện phân t giây thu kim loại catot 0,007 mol khí anot Nếu thời gian điện phân 2t giây thu 0,024 mol khí a) Xác định XSO4.5H2O b) Cho I = 1,93A Tính thời gian t Điện phân lít dung dịch NaCl (d = 1,2 gam/ml) thu chất khí điện cực Cơ cạn dung dịch sau điện phân lại 125 gam chất rắn khan Nhiệt phân chất rắn thấy khối lượng giảm gam Tính: a) Hiệu suất trình điện phân NaCl b) Nồng độ phần trăm nồng độ mol dung dịch NaCl ban đầu c) Khối lượng dung dịch lại sau diện phân Muối KClO4 điều chế cách điện phân dung dịch KClO Thực tế điện phân điện cực, nửa phản ứng tạo sản phẩm KClO cịn đồng thời xảy nửa phản ứng phụ tạo thành khí khơng màu Ở điện cực thứ hai xảy nửa phản ứng tạo khí Hiệu suất tạo thành sản phẩm đạt 60% a) Viết bị hiệu tế bào điện phân nửa phản ứng anot catot b) Tính điện lượng tiêu thụ thể tích khí điện cực (đo 25°C latm) điều chế 332,52 gam KClO4 10 a) Cần lít dung dịch CuSO4 0,01M có pH =2,00 để mạ điện: α) Tại dung dịch cần pH thấp vậy? β) Trong phịng thí nghiệm có muối CuSO4.5H2O, nước nguyên chất, H2SO4 98% (d = 1,84 gam/ml) Hãy trình bày cách chuẩn bị dung dịch (bỏ qua chất phụ) b) Có vật cần mạ, đồng, dung dịch vừa chuẩn bị nguồn điện thích hợp α) Hãy trình bày sơ đổ hệ thống để thực mạ điện (có hình vẽ) Viết phương trình phản ứng xảy điện cực β) Tính thời gian thực mạ điện biết: I = 0,5A; lớp mạ điện có diện tích 10 cm 3, bề dày 0,17 mm, khối lượng riêng Cu 8,89 g/cm3) Hiệu suất điện phân đạt 80% Trang 17 11 Dùng số liệu điện cực tiêu chuẩn tính cần thiết phải đặt vào điện đực để xảy trình điện phân với điện cực platin nhẵn trong: - Dung dịch CuCl2 - Dung dịch NaCl, biết E H2O/H2 =-0,82V - Dung dịch HCl - Dung dịch CuSO4 biết E 1O2 ,H+ /H2O =1,23V - Dung dịch NaSO4 Ngoài cho biết thêm: dùng điện cực platin nhẵn bóng cần thiết để điện phân làm khí H2 lớn giá trị điện cực tiêu chuẩn 0,35V, cịn khí O2 0,5V 12 Hòa tan hết 8,56 gam hỗn hợp X gồm Fe 3O4 CuO 400ml dung dịch HNO 1M, kết thúc phản ứng thu dung dịch Y 0,01 mol NO (sản phẩm khử nhất) Điện phân dung dịch Y (điện cực trơ, không màng ngăn, hiệu suất 100%) với cường độ dòng điện không đổi 5A, 20 phút 25 giây Tính khối lượng catot tăng lên tổng thể tích khí (đktc) hai điện cực kết thúc điện phân 13 Điện phân (điện cực trơ, hiệu suất 100%) dung dịch H 2SO4 với cường độ dòng điện không đổi 10A, thời gian 40 phút 50 giây Sau điện phân thu 100 gam dung dịch H 2SO4 20% Coi nước bay không đáng kể q trình điện phân Tính nồng độ phần trăm dung dịch H 2SO4 trước điện phân 14 Hoà tan hết 24,8 gam hỗn hợp X gồm Fe, Cu 240 gam dung dịch HNO 31,5%, kết thúc phản ứng thu dung dịch Y 6,72 lít NO (đktc) a) Tính phần trăm khối lượng kim loại X b) Điện phân dung dịch Y (điện cực trơ, hiệu suất trình điện phân 100%) với cường độ dịng điện khơng đổi 10A, phút 40 giây Tính khối lượng catot tăng lên thể tích khí (đktc) điện cực 15 Đốt 14,8 gam hỗn hợp X gồm Fe, Cu bình chứa khí O Sau phản ứng thu 19,6 gam hỗn hợp rắn Y gồm Fe3O4 CuO Cho Y phản ứng hết với 800ml dung dịch HCl 1M, thu dung dịch A Diện phân dung dịch A (điện cực trơ, hiệu suất trình điện phân 100%) với cường độ dịng điện khơng đơi 5A, khoảng thời gian 13 phút Khối lượng dung dịch thu sau điện phân thay đổi so với trước điện phân (coi nước bay không đáng kể trình điện phân) 16 Điện phân 150 ml dung dịch AgNO 1M với điện cực trơ t giờ, cường độ dịng điện khơng đổi 2,68A (hiệu suất 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 ) Tính giá trị t 17 Người ta điều chế H2 O2 phương pháp điện phân dung dịch NaOH với điện cực trơ, cường độ dòng điện 0,67A thời gian 40 Dung dịch thu sau điện phân có khối lượng 100 gam nồng độ NaOH 6% Tính nồng độ dung dịch NaOH trước điện phân (giả thiết lượng nước bay không đáng kể) 18 Hoà tan 13,68 gam muối MSO4 vào nước dung dịch X Điện phân X (với điện cực trơ, cường độ dịng điện khơng đổi) thời gian t giây, y gam kim loại M catot 0,035 mol khí anot Cịn thời gian điện phần giây tổng số mol khí thu hai điện cực 0,1245 mol Tính giá trị y 19 Điện phân (với điện cực trơ) 200ml dung dịch CuSO nồng độ a mol/l, sau thời gian thu dung dịch Y cịn màu xanh, có khối lượng giảm gam so với dung dịch ban đầu Cho 16,8 gam bột sắt vào Y, sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu 12,4 gam kim loại Tính giá trị a Trang 18 20 Điện phân 200ml dung dịch CuSO4 0,50M Na2SO4 0,10M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ 10A 15 phút 23 giây Dung dịch sau điện phân có khả hịa tan m gam Fe 3O4 Tính giá trị lớn m Điện phân dùng lượng điện để thực phản ứng oxi hoá - khử catot anot - Tại anot (cực âm) xảy khử (nhận electron) - Tại catot (cực dương) xảy oxi hoá (cho clectron) Khác với phản ứng oxi hố - khử thơng thường phản ứng điện phân xảy tác dụng điện chất môi trường điện phân không trực tiếp cho electron mà phải truyền qua dây dẫn Điện phân nóng chảy điện phân dung dịch KCl a) Giống nhau: - Đều nhờ lượng điện để thực đồng thời trình khử catot q trình oxi hố anot - Ở anot oxi hoá Cl- thành Cl2 2Cl - → Cl + 2e b) Khác nhau: Điện phân dung dịch có H 2O trực tiếp tham gia điện phân Trên bề mặt catot, K + không bị điện phân mà: 2H+ + 2e → H2 Điện phân nóng chảy khơng có tham gia H2O, catot, K+ bị điện phân K+ + e → K Phương trình điện phân: điệ n phâ n ng chả y 2KCl → 2K + Cl điệ n phâ n dung dịch 2KCl + 2H2O  → 2KOH + H2 ↑ + Cl ↑ Anot hoạt động (làm từ kim loại Zn, Fe, Ni, Cr, Cu, ) nhờ tác dụng điện dễ dàng bị oxi hố anion có dung dịch M anot → M n+ + ne - Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực grafit (trơ) thì: O ↑ + H2SO4 2 - Điện phân dung dịch CuSO4 với anot Ni (hoạt động) thì: CuSO4 + Ni anot → Cu + NiSO4 điệ nphâ ndungdịch CuSO4 + H2O  → Cu + Ta có: H2O € H+ + OH- CuSO4 → Cu2+ + SO24 NaCl → Na+ + Cl Catot (-): H2O, Cu2+, Na+ Thứ tự điện phân Cu2+ >H2O, Na+ không bị điện phân Cu2+ + 2e → Cu Nếu Cu2+ hết thì: 2H2O + 2e → H2 + 2OHAnot (+) trơ: Cl - , H2O, SO2-4 Thứ tự điện phân Cl - >H2O; SO2-4 không bị điện phân 2Cl - → Cl + 2e Trang 19 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Phương trình điện phân: CuSO4 + 2NaCl → Cu + Cl ↑ + Na2SO4 (1) • b = 2a: Sau (1) dung dịch Na2SO4, tiếp tục điện phân tiếp có H2O bị điện phân điệ nphâ ndungdịch 2H2O  → 2H2 ↑ + O2 ↑ • b < 2a: Sau (1) dung dịch CuSO4 nên O ↑ + H2SO4 (2) 2 Phản ứng (2) vừa xong, tiếp tục điện phân thi H2O bị điện phân hai điện cực • b > 2a: Sau (1) dung dịch cịn NaCl nên điệ nphâ ndungdịch CuSO4 + H2O  → Cu + điệ nphâ ndungdịch 2NaCl + 2H2O  → 2NaOH + Cl ↑ + H2 ↑ (3) Phản ứng vừa kết thúc, tiếp tục điện phân H2O bị điện phân hai điện cực Hiệu điện tối thiểu điện cực để bắt đầu phản ứng điện phân gọi phóng điện ion Về mặt lí thuyết, phóng điện ion cân ion điện cực Tuy nhiên, thực tế có tượng nên phóng điện ion tính theo cơng thức: Catot: ε 'k = ε k + ηk Anot: εa = εa + ηa Trong đó: ε k , εa cân cation anion ηk , ηa catot anot Hiệu số phân giải suất điện động pin tạo chất thoát điện cực gọi Quá thể hiđro oxi phụ thuộc vào yếu tố: - Mật độ dòng (A.cm2) - Bản chất chất làm điện cực - Trạng thái bề mặt điện cực - Thành phần dung dịch - Nhiệt độ xảy phản ứng a) Đặt số mol XSO4.5H2O a mol Khi điện phân dung dịch XSO4.5H2O Ở anot: Sau thời gian có 0,007 mol khí ⇒ Sau 2t giây có 0,014 mol khí < 0,024 mol Do đó, phải có khí H2 thoát từ catot: nH =0,024 - 0,014 =0,01 mol Vậy: Anot: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 0,014 → 0,056 Catot: X 2+ + 2e → X a 2a a 2H2O + 2e → H2 + 2OH0,02 → 0,01 Do số mol e nhận = Số mol e nhường nên ta có: ⇒ 0,056 = 2a + 0,02 ⇒ a = 0,018 Trang 20 4,5 -186 =64 (Cu) 0,018 Tinh thể CuSO4.5H2O b) Thời gian điện phân: n nF 0,007.4.96500 t= A = =1400 giâ y I 1,93 a) Vì điện phân dung dịch NaCl thu chất khí điện cực nên chứng tỏ điện phân không màng ngăn tạo nước Gia - ven 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 ↑ + Cl ↑ (1) ⇒ Mx = 2a → 2a → a → a Cl + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O (2) a → 2a → a → a Gọi 2a số mol NaCl bị điện phân Sau phản ứng (1), (2) cô cạn thu NaCl NaClO Nhiệt phân có NaClO bị nhiệt phân 2NaClO → 2NaCl + O2 (3) a 0,5a Khối lượng chất rắn giảm = mO2 =32.0,5a =8 ⇒ a =0,5 mol Khối lượng chất rắn thu sau phản ứng (3) khối lượng NaCl khối lượng NaCI ban đầu 117 ⇒ mNaCl ban đầ u = 125− = 117 gam ⇒ nNaCl ban đầ u= =2 mol 58,5 ⇒ nNaCl ban đầ u= 117 n phâ n =2a =1 mol =2 mol; nNaCl bịđiệ 58,5 u =1000.1,2 =1200 gam b) mdd NaCl ban đầ 117 100% =9,75%; CM NaCl = =2M 1200 c) mdd sau điện phân mdd NaCl - mH =1200 - =1199 gam C%NaCl = a) Kí hiệu tế bào điện phân: Pt |KClO3 (dd) | Pt Phản ứng chính: anot: ClO3- + H2O → ClO-4 + 2H+ + 2e catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH ClO3- + H2O → ClO-4 + H2 Phản ứng phụ: anot: H2O → 2H+ + O + 2e 2 catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH1 O + H2 2 =39,098 +35,453 +64,000 =138,551 gam/mol H2O → b) M KClO4 nKClO = 332.52 =2,4 mol 138,551 Trang 21 100 100 nKClO nF = 2,4.2.96500 =772000C 60 60 Khí catot hidro: 772000 nRT 4.0,082.298 nH = = =4 mol ⇒ VH = = =97,744 lít 2 2F 2.96500 P Khí anot oxi: nF taïo O2 =772000.0,4 =308800 mol q= nO = 308800 0,8.0,082.298 =0,8 mol ⇒ VO = =19,5488 lít 4.96500 10 a) α) Theo định nghĩa: pH = − lg[H+ ] -2 Từ pH = ⇒ CH+ =10 M Vậy dung dịch có nồng độ axit lớn để tránh thuỷ phân muối: CuSO4 + 2H2O € Cu(OH)2 ↓ + H2SO4 β) CuSO4.5H20 ứng với 0,02 mol gam (0,02.250) H2SO4 để đảm bảo lít CuSO4 có pH = ≈ 0,55ml H2SO4 98%(d = 1,84) Cách pha: + Lấy bình có vạch chuẩn lít, cho vào lít H2O cất + Thêm vào bình 55ml HSO4 98% (d = 1,84) lắc + Thêm tiếp 0,5 gam CuSO4.5H2O lắc cho tan hết + Thêm tiếp nước cất vạch lít lắc b) α) Cách lắp thiết bị sau: A: anot (bản Cu) C: catot (vật cần mạ) K: khuấy N: nguồn điện D: dung dịch vừa pha chế Dưới tác dụng dòng điện xảy phản ứng Anot: có hịa tan Cu → Cu2+ + 2e Catot: có kết tủa Cu2+ + 2e → Cu β) Thể tích lớp mạ V =s.l =10.0,017 =0,17 cm3 ⇒ Khối lượng Cu cần: m = 8,89.0,17 = 1,5113 gam Thời gian mạ: Trang 22 Theo lí thuyết = 2mF 2.1,5113.96500 = =9115,028 giaâ y AI 64.0,5 Với hiệu suất = 80% t = 9115,028 =11393,785 giây hay phút 53,785 giây 0,8 11 • Đối với dung dịch CuCl2: trình điện phân xảy sau: 2+ Catot: Cu + 2e → Cu FCu = 0,34V 2+ /Cu Anot: 2Cl - → Cl + 2e ECl /2Cl = 1,36V - Phương trình điện phân: 2Cl - + Cu2+ → Cu + Cl Do đó, tối thiểu cần đặt vào hai điện cực để điện phân dung dịch CuCl2 U =Ea - Ec =1,36 - 0,34 =1,02V • Đối với dung dịch NaCl: Catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH Anot: 2Cl E H0 O/H = −0,82V → Cl + 2e - ECl /2Cl − = 1,36V Phương trình điện phân: 2Cl - + 2H2O → H2 + 2OH- + Cl Do đó, tối thiểu cần đặt vào hai điện cực để điện phân dung dịch NaCl U =Ea - Ec +E H =1,36 - (-0,82) +0,35 =2,53V • Đối với dung dịch HCl: + Catot: 2H + 2e → H2 Anot: 2Cl - E2H = 0,00V + /H → Cl + 2e ECl /2Cl - = 1,36V 2Cl - + 2H+ → H2 + Cl Phương trình điện phân: Do đó, tối thiểu cần đặt vào hai điện cực để điện phân dung dịch NaCl U =Ea - Ec +E H =1,36 - (0,00) +0,35 =1,71 V • Đối với dung dịch CuSO4: 2+ Catot: Cu + 2e → Cu ECu = 0,34V 2+ /Cu Anot: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e E01 O2 , H+/H2O = 1,23V 2Cu2+ + 2H2O → 2Cu + O2 + 4H+ Do đó, tối thiểu cần đặt vào hai điện cực để điện phân dung dịch NaCl là: U =Ea - E c +E O =1,23 - (0,34) +0,5 =1,39V • Đối với dung dịch Na2SO4: Catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH Anot: 2H2O → O2 + 4H + 4e + EH0 O/H = −0,82V E O , H+/H2O 2 = 1,23V 2H2O → 2H2 + O2 Do đó, tối thiểu cần đặt vào hai điện cực để điện phân dung dịch NaCl U =Ea - Ec +EO +E H =1,23 - (-0,82) +0,5 +0,35 =2,9V 2 Trang 23 12 CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O 0,02 → 0,04 → 0,02 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe( NO3 ) + NO ↑ +14H2O 0,03 ← 0,28 ⇒ nCuO = nCu( NO ) = ← 0,09 ← 0,01 8,56 − 232.0,03 n = 0,4 − 0,32 = 0,08 mol = 0,02mol; nHNO3 coø g0 Dung dich Y a: Fe3+ ,Cu2+ ,H+ vàNO3− Ởcatot (-): Xả y sựkhử 3+ Ởanot (+): Xả y sựoxi hoù a 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 2+ Fe + 1e → Fe 3+ Neá u Fe heá t Cu2+ + 2e → Cu Neá u Cu2+ heá t H+ (bao gồ m lượng ban đầ u vàlượng sinh ởanot) tham gia điệ n phâ n trướ c Fe2+ 2H++2e → H2 Σnc (catot phóng ra) = Σne (anot nhận vào) It 5×(3600 + 20.60 + 25) = = 0,25mol F 96500 = 0,13mol < 0,25mol = Dễ thấy: 1.nFe2+ + 2nCu2+ ⇒ Fe3+, Cu2+ bị điện phân hết Khối lượng catot tăng lên khối lượng Cu bám vào mcatot tăng = mCu = 64.0,02 = 1,28 gam Số mol O2 sinh anot 0,25 Σne (anot nhận vào) = = 0,0625mol 4 Số mol H2 thoát catot Σn (catot phoù ng ra) − nFe3+ − 2nCu2+ 0,25− 0,13 nH = e = = 0,06mol 2 ⇒ ΣVkhí = (0,06+ 0,0625).22,4 = 2,744 lít nO = 13 Ta có: nH SO = 100.20 = 20gam 100 ne (catot) = ne (anot) = n (catot) It 10.9650 = = 1mol ⇒ nH = e = 0,5mol F 96500 Điệ nphâ ndungdịch 2H2O  ( H SO ) → 2H2 ↑ + O2 ↑ 0,5 → 0,25 ⇒ mdung dịch trước điện phân = 100 + 2.0,5+ 32.0,25 = 109 gam ⇒ C%H SO = 20.100% = 18,35% 109 14 Trang 24 a) Ta có: nHNO ban đầ u = 6,72 240.31,5 = 0,3mol = 1,2mol; nNO = 22,4 63.100 Fe → Fe3+ + 3e x → x → 3x 4H+ + NO3− + 3e → NO + 2H2O 1,2 ¬ 0,9 ¬ 0,3 2+ Cu → Cu + 2e y → y → 2y ⇒ 3x + 2y = 0,9 (1) Mặt khác: 56x + 64y = 24,8 (2) Giải hệ (1), (2) ta được:  x = 0,1mol   y = 0,3mol Phần trăm khối lượng chất X 56.0,1.100% %Fe = = 22,58% 24,8 %Cu = 100%− 22,58% = 77,42% n öù ng = 4nNO = 1,2mol ⇒ H+ heá t b) nHNO3 phả Dung dịch Y chứa Fe3+ ,Cu2+ vàNO3− Ởcatot (−): Xả y sựkhử 3+ Ởanot (+): Xả y sựoxi hó a 2+ Fe + 1e → Fe 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 3+ Neá u Fe heá t Cu2+ + 2e → Cu Neá u Cu2+ hế t H+ sinh ởanot sẽdi chuyể n sang catot vàtham gia điệ n phâ n trướ c Fe2+ 2H++2e → H2 Σne (catot phó ng ra) =Σne (anot nhậ n o) = It 10.(2.3600 + 8.60 + 40) = = 0,8mol F 96500 Dễ thấy: 1.nFe3+ + 2nCu2+ = 0,7mol < 0,8mol ⇒ Fe3+ , Cu2+ bị điện phân hết Khối lượng catot tăng lên khối lượng Cu bám vào mcatot taê ng = mCu = 64.0,3 = 19,2gam Số mol O2 sinh anot 0,8 Σne (anot nhaä n vaø o) = = 0,2mol 4 ⇒ VO = 0,2.22,4 = 4,48 lít nO = Số mol H2 catot Σn (catot phó ng ra) − nFe3+ − 2nCu2+ 0,8− 0,7 nH = e = = 0,05mol 2 ⇒ VO = 0,2.22,4 = 4,48lít Trang 25 15 Gọi x, y số mol Fe Cu chứa hỗn hợp X Ta có: 56x + 64y = 14,8 (1) • •X + O2 : t 3Fe + 2O2  → Fe3O4 → x 2Cu + O2 x t0  → 2CuO → y y x ⇒ moxit = 232× + 80y = 19,6  x = 0,15mol Giải hệ (1), (2) ta được:   y = 0,1mol (2) CuO + 2HCl → CuCl + H2O 0,1 → 0,2 → 0,1 ⇒ nHCl coø n = 0,8− 0,4 − 0,2 = 0,2mol Dung dịch A chứa: 0,05 mol Fe2+; 0,1 mol Fe3+; 0,1 mol Cu2+; 0,2 mol H+ ClỞcatot (−): Xả y sựkhử 3+ Ởanot (+ ): Xả y sựoxi hó a 2+ Fe + 1e → Fe 2Cl − → Cl + 2e Neá u Fe3+ heá t Cu2+ + 2e → Cu Neá u Cu2+ heá t 2H+ + 2e → H2 Neá u H2+ heá t Fe2+ + 2e → Fe Σne (catot phoù ng ra) =Σne (anot nhậ n o) = It 5.(3.3600 + 13.60) = = 0,6 mol F 96500 Dễ thấy: 1.nFe3+ + 2nCu2+ + 1.nH+ = 0,5mol < 0,6mol ⇒ Fe3+, Cu2+, H+ bị điện phân hết n + = 0,1mol 2 H Số mol Fe2+ bị điện phân ⇒ nH = 0,6 − 0,5 = 0,05mol ⇒ nFe = 0,05mol Số mol Cl2 sinh anot nFe3+ = 0,6 = 0,3 mol Σne (anot nhận vào) = 2 Khối lượng dung dịch thu sau điện phân giảm so với trước điện phân ∆m ↓ = mCu + mFe + mH + mC = 64.0,1 +56.0,05 +2.0,1 +71.0,3 = 30,7 gam nCl = 2 16 Trang 26 ñpdd 4AgNO3 + 2H2O   → 4Ag + O2 + 4HNO3 x → x → x Sau phản ứng có hỗn hợp kim loại Ag Fe dư Vậy dung dịch Y gồm HNO AgNO3 Do Fe dư nên sau phản ứng tạo Fe2+ 4H+ + NO3− + 3e → NO + 2H2O Fe → Fe2+ + 2e a → 2a → x 0,75x Ag + 1e → Ag (0,15− x) → (0,15− x) → (0,15− x) + ⇒ 2a = 0,75x + 0,15− x ⇒ 2a+ 0,25x = 0,15 (1) Mặt khác: nFe = (0,225 - a); nAg = (0,15 - x) ⇒ mk1 = 56(0,225− a) + 108(0,15− x) = 14,5 (2) Giải hệ (1), (2) ⇒ a= 0,0625 mol; x = 0,1 mol Tử biểu thức Farađay: n F 0,1.26,8 It nAg = ⇒ t = Ag = = F 2,68 17 Điện phân dung dịch NaOH thực chất điện phân nước ñpdd, NaOH 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ ⇒ nO = It 0,67.40 = = 0,25mol ⇒ nH O điệ n phâ n = 0,5 mol nF 4.26,8 ⇒ mNaOH = 6.100 = gam 100 Nồng độ dung dịch NaOH trước điện phân 6.100% = 5,5% 100+ 18 Phương trình điện phân: đpdd 2MSO4 + 2H2O  → 2M + O2 ↑ +2H2SO4 (1) Nếu thời gian điện phân t giây: ⇒ nM = 2nO = 0,07(mol) ⇒ y = 0,07M Nếu thời gian diện phân 2t giây theo giá thiết MSO hết, H2SO4 bị điện phân mà thực chất H2O bị điện phân ñpdd 2H2O  → 2H2 + O2 (2) (1), (2) ⇒ nH2 = 0,1245− 2.0,035 = 0,0545(mol) ⇒ nO2 (2) = 0,02725(mol) ⇒ nO (1) = 0,07− 0,02725 = 0,04275(mol) ⇒ nMSO = 13,68 = 0,0855 M + 96 ⇒ M = 64(Cu) ⇒ y = 4,48 gam 19 O ↑ + H2SO4 2 → 0,5x → x ñpdd CuSO4 + H2O  → Cu ↓ + x → x ⇒ ∆m ↓ =64x +32.0,5x =8 ⇒ x = 0,1 mol Trang 27 CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu ↓ y y y Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 ↑ z ¬ z ⇒ ∆m ↓ = 56(y + z) − 64y = 16,8− 12,4 ⇒ 56z − 8y = 4,4 (*) Xét trường hợp sau: - Trường hợp 1: HSO4 còn, Fe hết ⇒ z = (0,3− y) mol kết hợp (*) ⇒ y = 0,19375 mol ⇒ z = 0,10625 mol > 0,1 mol = nH2SO4 ban đầu (loại) - Trường hợp 2: H2SO4 hết, Fe ⇒ z = x = 0,1mol kết hợp (*) ⇒ y = 0,15 mol ⇒ ΣnCuSO = x + y = 0,1+ 0,15 = 0,25 mol 0,25 = 1,25mol/l 0,2 20 Tổng số mol electron mà anot nhận vào hay catot phóng It 10.2123 = = 0,22(mol) > 2nCu2+ = 0,2(mol) F 96500 ⇒ Cu2+ bị điện phân hết ⇒ a= CuSO4 + 2H2O → Cu + O2 ↑ +2H2SO4 0,1 → 0,2 Sau H2SO4 bị điện phân thực chất H 2O bị điện phân nên số mol H 2SO4 không đổi kết thúc điện phân Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2 ( SO4 ) + 4H2O 0,05 ¬ 0,2 ⇒ m = 232.0,05 = 11,6 (gam) Trang 28 ... + ne → M (sự khử) Ở anot: 4OH- → O2 ↑ + 2H2O + 4e (sự oxi hóa) Phương trình điện phân: 4M(OH)n → 4M + nO2 ↑ + 2nH2O 44 4 43 (K) Ví dụ: (A) ñpnc 4NaOH  → 4Na + O2 ↑ + 2H2O VII ĐIỆN PHÂN TRONG... Cu2+ bị điện phân hết ⇒ a= CuSO4 + 2H2O → Cu + O2 ↑ +2H2SO4 0,1 → 0,2 Sau H2SO4 bị điện phân thực chất H 2O bị điện phân nên số mol H 2SO4 không đổi kết thúc điện phân Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2... kết thúc, tiếp tục điện phân H2O bị điện phân hai điện cực Hiệu điện tối thiểu điện cực để bắt đầu phản ứng điện phân gọi phóng điện ion Về mặt lí thuyết, phóng điện ion cân ion điện cực Tuy nhiên,