tài liệu+bài tập+hướng dẫn về điện phân

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH Phạm Công Vụ Giáo viên trường THPT Yên Lạc Bài tập điện phân dung dịch dạng tập khó chương trình mơn Hóa THPT, từ Bộ Giáo dục Đào tạo tổ chức kỳ thi ĐH-CĐ hình thức trắc nghiệm, đề thi có từ đến câu liên quan tới điện phân I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khái niệm điện phân: Điện phân q trình oxi hóa khử xảy bề mặt điện cực có dịng điện chiều qua Các phản ứng xảy điện cực - Khi tan vào nước, chất phân li thành cation anion, cation di chuyển catot (Cực âm); anion di chuyển anot (Cực dương) - Tại catot: Thực trình khử cation, trình tự khử sau: Ag+→Ag, Fe3+ →Fe2+, Cu2+→Cu, 2H+ →H2, Fe2+→Fe, Zn2+ → Zn, H2O Các ion K+, Na+, Ba2+, Ca2+, Mg2+, Al3+ không bị khử điện phân dung dịch 2H2O + 2e → H2 + 2OH- - Tại anot: Thực q trình oxi hóa anion, trình tự oxi hóa sau: S2-→S, 2I– →I2, 2Br–→Br2, 2Cl–→Cl2, H2O Các anion NO3–, SO42–, PO43–, CO32–…khơng bị oxi hóa 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Chú ý: Ion F- không bị oxi hóa dung dịch, bị oxi hóa điện phân nóng chảy Một số lưu ý làm tập điện phân dung dịch A.I.t m I.t - Từ công thức Faraday: m   Sè mol e = n = 96500.n A 96500 Hệ quả: Tại thời điểm trình điện phân, ta ln có: I.t Sè mol e cho  Sè mol e nhËn = 96500 Trong đó: + I cường độ dòng điện (A), t thời gian điện phân (giây); + A: khối lượng mol chất thu điện cực + m: khối lượng chất giải phóng điện cực (gam) + n: số electron trao đổi điện cực - Khối lượng dung dịch sau điện phân giảm = Khối lượng kim loại catot + Khối lượng khí anot - Khi bắt đầu “ khí ” ta hiểu khơng có khí - Khi giải tập nên sử dụng phản ứng xảy điện cực phương trình ion rút gọn II MỘT SỐ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH TRONG ĐỀ THI ĐẠI HỌC CAO ĐẲNG Bài 1- ĐHB2007: 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) A 2b = a B b > 2a C b < 2a D b = 2a Giải Phương trình điện li CuSO4 → Cu2+ + SO42- a mol a mol NaCl → Na+ + Cl- b mol b mol Các trình xảy điện cực Catot: Cu2+, H2O Anot: Cl-, SO42-, H2O 2+ Cu + 2e → Cu 2Cl → Cl2 + 2e a mol ← 2a mol → 0,005 mol b mol b mol 2H2O + 2e → H2 + 2OH- (1’) 2H2O → O2 + 4H+ + 4e (2’) x mol Phạm Công Vụ Trường THPT Yên Lạc Dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng(dung dịch sau điện phân có OH-), có (1’)  b=2a +x hay b>2a Bài 2- CĐ2011: Điện phân 500 ml dung dịch CuSO4 0,2M (điện cực trơ) catot thu 3,2 gam kim loại thể tích khí (đktc) thu anot A 2,24 lít B 3,36 lít C 0,56 lít D 1,12 lít Giải Phương trình điện li CuSO4 → Cu2+ + SO42- 0,1 mol 0,1 mol Các trình xảy điện cực Catot: Cu2+, H2O Anot: SO42-, H2O 2+ Cu + 2e → Cu (1) 2H2O → O2 + 4H+ + 4e (2) 0,1mol 0,1 mol ←0,05 mol 0,025 mol 0,1 mol Từ số mol e nhận (1) 0,1 molSố mol e nhân (2) 0,1mol Thể tích khí anot 0,56 lít Bài 3- ĐHB2012: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 0,1 mol FeCl3, 0,2 mol CuCl2 0,1 mol HCl (điện cực trơ) Khi catot bắt đầu khí anot thu V lít khí (đktc) Biết hiệu suất trình điện phân 100% Giá trị V A 5,60 B 11,20 C 22,40 D 4,48 Giải Phương trình điện li FeCl3 → Fe3+ + 3Cl- 0,1 mol 0,1 mol 0,3 mol 2+ CuCl2 → Cu + 2Cl- 0,2 mol 0,2 mol 0,4 mol HCl → H+ + Cl0,1 mol 0,1 mol 0,1 mol Các trình xảy điện cực Catot: Fe3+,Cu2+, H+, H2O Anot: Cl-, H2O Fe3+ + 1e → Fe2+ 2Cl- → Cl2 + 2e 0,1 mol 0,1 mol 0,1 mol 0,8 mol 0,25mol 0,5 mol Cu2+ + 2e → Cu 0,2 mol 0,4 mol 2H+ + 2e → H2: Quá trình ứng không xảy  V=0,25.22,4 = 5,6 lit Bài 4- CĐ 2012: Tiến hành điện phân (với điện cực trơ) V lít dung dịch CuCl2 0,5M Khi dừng điện phân thu dung dịch X 1,68 lít khí Cl2 (đktc) anot Tồn dung dịch X tác dụng vừa đủ với 12,6 gam Fe Giá trị V A 0,15 B 0,60 C 0,45 D 0,80 Giải Phương trình điện li CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- x mol x mol 2x mol Các trình xảy điện cực Catot: Cu2+, H2O Anot: Cl-, H2O Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e 0,075mol ← 0,15 mol → 0,075 mol 0,15 mol 0,075 mol 0,15 mol Dung dịch X gồm Cu2+: x-0,075 (mol); Cl-: 2x-0,15 (mol) Fe + Cu2+ → Fe2+ +Cu x-0,075 ← x-0,075  x-0,075 = 0,225 x=0,3  V=0,6 (lít) Bài 5- ĐHA2007: Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau thời gian thu 0,32 gam Cu catơt lượng khí X anơt Hấp thụ hồn tồn lượng khí X vào 200 ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ Phạm Công Vụ Trường THPT Yên Lạc thường) Sau phản ứng, nồng độ NaOH lại 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch khơng thay đổi) Nồng độ ban đầu dung dịch NaOH là: A 0,15M B 0,2M C 0,1M D 0,05M Giải Phương trình điện li: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- Các trình xảy điện cực Catot: Cu2+, H2O Anot: Cl-, H2O 2+ Cu + 2e → Cu 2Cl → Cl2 + 2e 0,005mol ← 0,01mol → 0,005 mol 0,01 mol 0,005 mol 0,01 mol t o phßng Cl2 + 2NaOH   NaCl + NaClO +H2O 0,005 mol 0,01 mol Tổng số mol NaOH ban đầu = 0,01 + 0,2.0,05=0,02 mol  CNaOH ban đầu = 0,1 M Bài 6- ĐHB2009: 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 hồ tan m gam Al Giá trị lớn m A 4,05 B 2,70 C 1,35 D 5,40 Giải Phương trình điện li: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- 0,05 mol 0,05 mol NaCl → Na+ + Cl- 0,25 mol 0,25 mol 3860.5 Ta có n e   0,2 mol trao ®ỉi 96500 Các trình xảy điện cực Catot: Cu2+, H2O Anot: Cl-, H2O 2+ Cu + 2e → Cu 2Cl → Cl2 + 2e 0,05mol ← 0,1mol → 0,05 mol 0,25 mol 0,1mol 0,2 mol 2H2O + 2e → H2 + 2OH- (1’) 0,1 mol 0,1 mol Dung dịch sau điện phân gồm có Na+, Cl-,OH-: 0,1 mol 2Al + 2OH- + 2H2O → 2AlO2 - + 3H2 0,1 mol ← 0,1 mol  Khối lượng Al cần dùng là: 2,7 gam Bài 7- ĐHA2010: Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 0,12 mol NaCl dịng điện có cường độ 2A Thể tích khí (đktc) anot sau 9650 giây điện phân A 1,792 lít B 2,240 lít C 2,912 lít D 1,344 lít Giải Phương trình điện li: CuSO4 → Cu2+ + SO42- 0,2 mol 0,2 mol + NaCl → Na + Cl- 0,12 mol 0,12 mol 9650.2 Ta có: n e   0,2 mol trao ®ỉi 96500 Các q trình xảy điện cực Catot: Cu2+, H2O Anot: Cl-, SO42-, H2O Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e 0,2 mol 0,2 mol → 0,1 mol 0,12 mol 0,06 mol 0,12 mol 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 0,02 mol 0,08 mol Tổng số mol khí anot 0,06+ 0,02 = 0,08 mol  V=1,792 lít Bài 8- ĐHB2010: Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x 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 Phạm Công Vụ Trường THPT Yên Lạc sắt vào Y, sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu 12,4 gam kim loại Giá trị x A 2,25 B 1,50 C 1,25 D 3,25 Giải Phương trình điện li: CuSO4 → Cu2+ + SO42- Ban đầu a mol a mol Các trình xảy điện cực Anot: SO42-, H2O Catot: Cu2+, H2O 2+ Cu + 2e → Cu (1) 2H2O → O2 + 4H+ + 4e (2) b mol 2b mol ← b mol 0,5b mol 2b mol 2b mol Khối lượng dung dịch sau điện phân giảm  64b+ 32.0,5b = (1) Dung dịch Y gồm: Cu2+: a-b (mol); H+: 2b (mol), SO42- Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu a-b (mol) a- b (mol) a-b (mol) Fe + 2H+ → Fe2+ + H2 b (mol) 2b (mol) 16,8 – 56a + 64 (a-b)= 12,4 (2); Từ (1) (2) ta có b= 0,1 mol, a= 0,25  x =1,25 M Bài 9- ĐHA2011: Điện phân dung dịch gồm 7,45 gam KCl 28,2 gam Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khối lượng dung dịch giảm 10,75 gam ngừng điện phân (giả thiết lượng nước bay không đáng kể) Tất chất tan dung dịch sau điện phân A KNO3, HNO3 Cu(NO3)2 B KNO3, KCl KOH C KNO3 Cu(NO3)2 D KNO3 KOH Giải Phương trình điện li Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3- 0,15 mol 0,15 mol KCl → K+ + Cl- 0,1 mol 0,1 mol Trường hợp 1: Giả sử điện phân hết Cu2+ : Catot: Cu2+, H2O Cu + 2e → Cu 0,15 mol 0,3 mol → 0,15 mol Anot: Cl-, SO42-, H2O 2Cl → Cl2 + 2e 0,1 mol 0,05 mol 0,1 mol 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 0,05 mol 0,2 mol Ta có khối lượng dung dịch giảm 0,15.64+ 0,05.71+ 0,05.32= 14,75 gam> 10,75  Cu2+ dư 2+ - Trường hợp 2: Điện phân Cu2+ : x (mol) Catot: Cu2+, H2O 2+ Cu + 2e → Cu x mol 2x mol → x mol Anot: Cl-, SO42-, H2O 2Cl → Cl2 + 2e 0,1 mol 0,05 mol 0,1 mol + 2H2O → O2 + 4H + 4e y mol 4y mol 2 x  0,1  y  x  0,1 Ta có hệ  (hợp lí)  64 x  71.0, 05  32 y  10, 75  y  0, 025 Dung dịch sau điện phân có ion Cu2+, K+, NO3-, H+ Chọn đáp án A Bài 10- ĐHA2011: 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 Còn thời gian điện phân 2t giây tổng số mol khí thu hai điện cực 0,1245 mol Giá trị y A 4,788 B 4,480 C 1,680 D 3,920 Giải Phương trình điện li: MSO4 → Cu2+ + SO42- Ban đầu a mol a mol Phạm Công Vụ - Trường THPT Yên Lạc Các trình xảy điện cực Khi điện phân t giây anot sinh 0,035 mol khí, cịn điện phân 2t giây anot sinh 0,07 mol khí, cịn lại 0,0545 mol khí sinh từ khử H2O catot Catot: M2+, H2O Anot: SO42-, H2O M2+ + 2e → M (1) 2H2O → O2 + 4H+ + 4e (2) a mol 2a mol a mol 0,07 mol 0,28 mol 2H2O + 2e → H2 + 2OH (1’) 0,109 mol ← 0,054 mol 2a+0,109 = 0,28  a= 0,0855 MM=64 Khi điện phân t giây Catot: M2+, H2O Anot: SO42-, H2O 2+ Cu + 2e → Cu (1) 2H2O → O2 + 4H+ + 4e (2) 0,0855 mol 0,14 mol 0,07 mol 0,035 mol 0,14 mol  y=0,07.64=4,88 gam Bài 11- ĐHA2012: 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 1,2 C 1,0 D 0,3 Giải Phương trình điện li AgNO3 → Ag+ + NO3- Ban đầu 0,15 mol 0,15 mol 0,15 mol Các trình xảy điện cực Catot: Ag+, H2O Anot: NO3-, H2O Ag+ + 1e → Ag (1) 2H2O → O2 + 4H+ + 4e (2) a mol a mol a mol a mol a mol + + Dung dịch Y gồm Ag : 0,15-a; H : a mol, NO3 : 0,15 mol Fe + Ag+ + H+ + NO3- → Fe2+ + NO + Ag, Fe 0,225 0,15-a a 0,15 b a/4 0,15-a 0,225-b (mol) Ta có hệ (0,15-a).108 + 56 (0,225-b)=14,5 (I) 0,15-a +3/4a -2b=0 (II)  a=0,1 b=0,0625 96500.0,1  3600s =1 Giá trị t  2, 68 Bài 12- ĐHB2012: 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% Nồng độ dung dịch NaOH trước điện phân (giả thiết lượng nước bay không đáng kể) A 5,08% B 6,00% C 5,50% D 3,16% Giải Phương trình điện li: NaOH → Na+ OH40.3600.0, 67 Ta có: n e   mol trao ®ỉi 96500 Các q trình xảy điện cực Catot: Na+, H2O Anot: OH-, H2O 2H2O + 2e → H2 + 2OH 2H2O → O2 + 4H+ + 4e mol → 0,5 mol 0,25 mol ← mol 100.6 Khối lượng NaOH trước phản ứng = gam 100 6.100 Khối lượng dung dịch NaOH trước phản ứng la 100+ 0,5.2 + 0,25.32=109 gam C% NaOH ban đầu = 5,5% 109 Phạm Công Vụ Trường THPT Yên Lạc Bài 13- Dung dịch X chứa HCl, CuSO4, Fe2(SO4)3 Lấy 400 ml dung dịch X đem điện phân điện cực trơ cường độ dòng điện 7,72 ampe, đến catot thu 5,12 gam đồng dừng lại Khi anot thu 2,24 lít thứ khí bay (đktc) Tính thời gian điện phân tính nồng độ mol/l Fe2(SO4)3 dung dịch đầu? Giải Phương trình điện li: HCl → H+ + Cla mol a mol a mol CuSO4 → Cu2+ + SO42- b mol b mol 3+ Fe2(SO4)3→ 2Fe + 3SO42c mol 2c mol Các trình xảy điện cực Catot: H+, Cu2+ , Fe3+, H2O Anot: Cl-, SO42-, H2O 3+ 2+ Fe + 1e→ Fe 2Cl- → Cl2 + 2e 2c 2c 2c mol 0,1 mol 0,2 mol 2+ Cu + 2e → Cu 0,08 mol 0,16 mol 96500.0,2 =2500s Tính t: t= 7,72 Từ phản ứng điện cực ta có 2c+ 0,16=0,2 c=0,02 mol CFe SO =0,05M  3 Bài 14- Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu dung dịch X Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện 1,34A Khối lượng kim loại thoát catot thể tích khí anot (ở đktc) là: A 6,4 gam 1,792 lít B 10,8 gam 1,344 lít C 6,4 gam 2,016 lít D 9,6 gam 1,792 lít Giải CuSO4.5H2O tan vào nước dung dịch CuSO4 CuSO4 5H2O → Cu2+ + SO42- + H2O 0,2 mol 0,2 mol HCl → H+ + Cl0,12 mol 0,12 mol 0,12 mol 4.3600.1,34 Ta có: n e   0,2 mol trao ®ỉi 96500 Các q trình xảy điện cực Catot: H+, Cu2+ , H2O Cu2+ + 2e → Cu 0,2 mol 0,2 mol 0,1 mol Anot: Cl-, SO42-, H2O 2Cl- → Cl2 + 2e 0,12 mol 0,06mol 0,12 mol 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 0,02 mol 0,08 mol Khối lượng kim loại thoát catot 0,1.64=6,4 gam Thể tích khí anot 0,02+0,06=0,08 molV=1,792 lít Bài 15- Viết phương trình điện phân dung dịch NaCl điện cự trơ, có màng ngăn xốp Giải NaCl→Na+ + ClCác trình xảy điện cực Catot: Na+ , H2O Anot: Cl-, H2O 2H2O + 2e → H2 + 2OH 2Cl → Cl2 + Phương trình điện phân: 2NaOH + H2O → 2NaOH + Cl2  H2 Phạm Công Vụ 2e Trường THPT Yên Lạc ... ĐHB2009: 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... 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% Nồng độ dung dịch NaOH trước điện phân. ..Dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng(dung dịch sau điện phân có OH-), có (1’)  b=2a +x hay b>2a Bài 2- CĐ2011: Điện phân 500 ml dung dịch CuSO4 0,2M (điện cực trơ)