Nếu t’ < t thì lượng ion đó đã bị điện phân hết còn nếu t’ > t thì lượng ion đó chưa bị điện phân hết - Khi điện phân các dung dịch trong các bình điện phân mắc nối tiếp thì cườn[r]
(1)1
Đ
I
Ệ
N PHÂN
I NHẮC LẠI LÍ THUYẾT1) Điện phân chất điện li nóng chảy: áp dụng MCln, M(OH)n Al2O3 (M kim loại nhóm IA IIA) 2) Điện phân dung dịch chất điện li nước:
- Vai trò nước: trước hết dung mơi hịa tan chất điện phân, sau tham gia trực tiếp vào q trình điện phân:
+ Tại catot (cực âm) H2O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH– + Tại anot (cực dương) H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e
- Tại catot (cực âm) xảy trình khử M+, H+ (axit), H2O theo quy tắc: + Các cation nhóm IA, IIA, Al3+ khơng 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): Mn+ + ne → M
+ Các ion H+ (axit) dễ bị khử ion H+ (H2O)
+ Ví dụ điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl3, CuCl2 HCl thứ tự ion bị khử là: Fe3+ + 1e → Fe2+ ; Cu2+ + 2e → Cu ; 2H+ + 2e → H2 ; Fe2+ + 2e → Fe
- Tại anot (cực dương) xảy q trình oxi hóa anion gốc axit, OH– (bazơ kiềm), H2O theo quy tắc: + Các anion gốc axit có oxi NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–…khơng bị oxi hóa
+ Các trường hợp khác bị oxi hóa theo thứ tự: S2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH– > H2O 3) Định luật Faraday
e
1 A I.t
m= It hay n =
96500 n 96500
Trong đó:
+ m: khối lượng chất giải phóng điện cực (gam) + A: khối lượng mol chất thu điện cực + ne : số electron trao đổi điện cực
+ I: cường độ dòng điện (A) + t: thời gian điện phân (s)
II – 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 - m (dung dịch sau điện phân) = m (dung dịch 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 (KOH, NaOH, Ba(OH)2,…) + Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…)
+ Muối tạo axit có oxi bazơ kiềm (KNO3, Na2SO4,…) → Thực tế điện phân H2O H2 (ở catot) O2 (ở anot)
- Khi điện phân dung dịch với anot kim loại khơng trơ (khơng phải Pt hay điện cực than chì) anot xảy q trình oxi hóa điện cực
(2)2
+ Điện phân nóng chảy Al2O3 (có Na3AlF6) với anot làm than chì điện cực bị ăn mòn dần
chúng cháy oxi sinh
+ Điện phân dung dịch NaCl khơng màng ngăn tạo nước Gia–ven có khí H2 catot + Phản ứng axit dung dịch với kim loại bám catot
- Viết phản ứng (thu nhường electron) xảy điện cực theo thứ tự, khơng cần viết phương trình điện phân tổng qt
- Viết phương trình điện phân tổng quát (như phương trình hóa học thơng thường) để tính tốn cần thiết - Nếu đề cho I t trước hết tính số mol electron trao đổi điện cực (ne) theo công thức:
e It n =
96500 (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 đốn xem cation kim loại có bị khử hết khơng hay nước có bị điện phân khơng H2O có bị điện phân điện cực nào…
- Nếu đề cho lượng khí 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 u cầu tính điên lượng cần cho q trình điện phân áp dụng cơng 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 cịn t’ > t lượng ion chưa bị điện phân hết - Khi điện phân dung dịch bình điện phân mắc nối tiếp cường độ dịng điện thời gian điện phân bình → thu nhường electron điện cực tên phải chất sinh điện cực tên tỉ lệ mol với
- 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
IV – BÀI TẬP
Câu : Dãy kim loại điều chế phương pháp điện phân dung dịch muối chúng là: A Fe, Cu, Ag B Mg, Zn, Cu
C Al, Fe, Cr D Ba, Ag, Au ( Trích “TSĐH A – 2009”) Câu : Trong công nghiệp, natri hiđroxit sản xuất phương pháp:
A điện phân dung dịch NaCl, khơng có màng ngăn điện cực B điện phân dung dịch NaCl, có màng ngăn điện cực
C điện phân dung dịch NaNO3 , khơng có ngăn điện cực D điện phân NaCl nóng chảy
Câu :Cho ion: Na+, Al3+, Ca2+, Cl-, SO42-, NO3- Các ion không bị điện phân trạng thái dung dịch là: A Na+, Al3+, SO42-, NO3- B Na+, Al3+, SO42-, Cl-
C Na+, Al3+, Cl-, NO3- D Al3+, Cu2+, Cl-, NO3-
Câu : Cho dung dịch riêng biệt sau: KCl, NaCl, CaCl2, Na2SO4, ZnSO4, H2SO4, KNO3, AgNO3, NaOH Dung dịch điện phân thực chất điện phân nước là:
A NaOH, NaCl, ZnSO4, KNO3, AgNO3 B NaOH, Na2SO4, H2SO4, KNO3, CaCl2 C NaOH, Na2SO4, H2SO4, KNO3 D Na2SO4, KNO3, KCl
Câu : Khi điện phân dung dịch NaCl ( điện cực trơ, khơng có màng ngăn xốp) sản phẩm thu gồm: A H2, Cl2, NaOH B H2, Cl2, nước Javen
C H2, nước Javen D H2,Cl2, NaOH, nước Javen
Câu : Cho dung dịch: KCl, NaCl, CaCl2, Na2SO4, ZnSO4, H2SO4, KNO3, AgNO3, NaOH Sau điện phân, dung dịch cho môi trường bazơ là:
A KCl, KNO3, NaCl, Na2SO4 B KCl, NaCl, CaCl2, NaOH C NaCl, CaCl2, NaOH, H2SO4 D NaCl, NaOH, ZnSO4, AgNO3
Câu : Điện phân 200ml dung dịch CuSO4 nồng độ x M (điện cực trơ) Sau thời gian thấy khối lượng dung dịch giảm gam để làm kết tủa hết ion Cu2+ dư dung dịch cần dùng 100ml dung dịch NaOH 0,5 M Giá trị x là:
(3)3
Câu : Điện phân 400ml dung dịch AgNO3 0,2M Cu(NO3)2 0,1M ( h= 100%, điện cực Pt) với cường độ dòng điện I = 10A Sau thời gian t giây ngừng điện phân, khối lượng Cu thoát bám vào catot 1,28 gam Giá trị t là:
A 1158 B 2316 C 9650 D 4825
Câu 10 : Điện phân dd muối MCln với điện cực trơ Khi catot thu 16g kim loại M anot thu 5,6 lít khí (đktc) Xác định M?
A Cu B Zn C Fe D Ag
Câu 11 : Điện phân 500ml dung dịch AgNO3 với điện cực trơ catot bắt đầu có khí thoat ngừng Để trung hòa dd sau điện phân cần 800ml dd NaOH 1M Nồng độ mol AgNO3, thời gian điện phân biết I=20A?
A 0,8M, 3860giây B 1,6M, 3860giây C 3,2M, 360giây D 0,4M, 380giây Câu 12 : Điện phân lít dung dịch CuSO4 với điện cực trơ dòng điện chiều có cường độ I=10A catot bắt đầu có khí ngừng thấy phải 32 phút 10 giây Nồng độ mol CuSO4 ban đầu pH dung dịch sau phản ứng bao nhiêu? ( Cu=64;Ag=108;S=32;N=14;O=16)
A [Ag(NO3)]=0,5M, pH=1 B [Ag(NO3)]=0,05M, pH=10 C [Ag(NO3)]=0,005M, pH=1 D [Ag(NO3)]=0,05M, pH=1 Câu 13 : Khi điện phân muối A pH dung dịch tăng lên A :
A.NaCl B.NaNO3 C.CuCl2 D.ZnSO4 Câu 14 : Đai học Cần Thơ -1999
Điện phân dung dịch NaCl hết muối với dòng điện chiều có cuờng độ 1,61A Thấy 60 phút Tính khối lượng Cl2 bay biết bình điện phân có màng ngăn
A 2,10 gam B 2,11 gam C 2,12 gam D 2,13 gam Câu 15 : Đại học Quốc Gia HN -1997
Điện phân 200ml dung dịch CuSO4 ,dùng điện cực trơ dòng điện chiều cường độ 1A Kết thúc điện phân catot bắt đầu có khí Để trung hồ dung dịch sau điện phân cần vừa đủ 50ml dung dịch NaOH 0,2M Biết hiệu suất phản ứng 100% Tính thời gian điện phân nồng độ dung dịch CuSO4 A.965s; 0,025M A.965s; 0,026M A.969s; 0,025M A.969s; 0,027M Câu 16 : Điện phân 183 gam dung dịch NiNO3 50% thu catot 14,75 gam dừng lại a Tính thể tích khí anot (2,8 lít )
b Tính thời gian điện phân biết cường độ dòng điện 25A (1930s) Câu 17 : Đại học Y Dược TPHCM -1995
Điện phân với điện cực pt 200ml dung dịch Cu(NO3)2 đến bắt đầu có bọt khí catot ngừng điện phân Để yên dung dịch lúc khối lượng không đổi thấy khối lượng catot tăng 3,2 gam so với ban đầu Tính nồng độ dung dịch Cu(NO3)2 trước điện phân
Câu 18 : Tiến hành điện phân với điện cực trơ có màng ngăn 500ml dung dịch NaCl 1M catot 0,56 lít khí ngừng điện phân Tính PH dung dịch sau điện phân
A pH=7 B pH=10 C.pH=12 D.pH=13
Câu 19 : Tiến hành điện phân với điện cực trơ màng ngăn xốp 500ml dung dịch NaCl 4M Sau anot thoát 16,8 lít khí ngừng điện phân Tính % NaCl bị điện phân
A 25% B.50% C.75% D.80%
Câu 20 : Tiến hành điện phân 400 ml dung dịch CuCl2 0,5M Hỏi catot 6,4 gam đồng anot lít khí (đktc)
A.1,12 lít B.2,24 lít C.3,36 lít D.4,48 lít
Câu 21 : Tiến hành điện phân 400 ml dung dịch CuSO4 0,5M Hỏi catot 6,4 gam đồng anot lít khí (đktc)
A.1,12 lít B.2,24 lít C.3,36 lít D.4,48 lít
Câu 22 : Tiến hành điện phân 400ml dung dịch CuSO4 0,5M với cường độ dòng điện 1,34 A vòng 24 phút Hiệu suất phản ứng 100% Khối lượng kim loại bám vào catot thể tích khí anot A.0,64 gam Cu 0,224 lít O2 B.0,64 gam Cu 0,112 lít O2
C.0,32 gam Cu 0,224 lít O2 D.0,32 gam Cu 0,224 lít khí O2
Câu 23 : Nếu muốn điện phân hoàn toàn (dung dịch mầu xanh ) 400ml dung dịch CuSO4 0,5M với cường độ dòng điện I=1,34 A thời gian (hiệu suất 100%)
(4)4
Câu 24 : Điện phân dung dịch muối CuSO4 thời gian 1930 giây ,thu 1,92 gam Cu catot Cường độ dịng điện q trình điện phân giá trị
A.3A B.4,5A C.1,5A D.6A
Câu 25 : Điện phân dung dịch Cu(NO3)2 với cường độ dòng điện 9,65 A đến bắt đầu có khí catot ngừng điện phân thời gian điện phân 40 phút Khối lượng Cu bám catot
A.7,68 gam B.8,67 gam C.6,40 gam D12,80 gam Câu 26 : Đại học khối A -2007
Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ ,sau thời gian thu 0,32 gam Cu catot lượng khí X anot Hấp thụ hồn tồn khí X vào 200ml dung dịch NaOH nhiệt độ thường Sau phản ứng nồng độ dung dịch NaOH lại 0,05M.Nồng độ ban đầu dung dịch NaOH
A.0,15M B 0,2M C.0,1M D.0,05M
Câu 27 : Tiến hành điện phân 400ml dung dịch Cu(NO3)2 0,1M với cường độ dòng điện 9,65 A vòng 1000 giây Hiệu suất phản ứng 100% khơí lượng kim loạ bàm vào catot thể tích khí anơt (các khí đo đktc )
A.3,2 gam Cu 5,6 lít O2 B.3,2 gam Cu 0,448 lít O2 C 2,56 gam Cu 0,448 lít O2 D.2,56 gam Cu 0,56 lít O2
Câu 28 : Điện phân 200 ml dung dịch muối M(NO3)2 0,1M bình điện phân với điện cực trơ đến có khí catốt ngừng điện phân thấy thu 1,28g kim loại catốt Khối lượng nguyên tử
của kim loại M :
A.56 B 64 C 65 D Tất đếu sai
Câu 29 : Điện phân với điện cực trơ dung dịch muối clorua kim loại hoá trị (II) với cường độ dịng điện 3A Sau 1930 giây, thấy khối lượng catơt tăng 1,92 gam Tìm kim loại ?
A.Ni B.Zn C.Fe D.Cu
Câu 30 : Điện phân dung dịch muối clorua kim loại M với điện cực trơ, catod thu 16 gam kim loại M, anod thu 5,6 lít khí (đktc) Xác định kim loại M
A.Ni B.Zn C.Fe D.Cu
Câu 31 : Điện phân 21,09 gam muối clorua kim loại nhóm IIA người ta thu 4,256 lít khí (đktc) Tìm kim loạii ?
A Mg B.Ca C.Ba D.Sr
Câu 32 : Điện phân điện cực trơ dung dịch muối sunfat kim loại M với cường độ 8A sau 50 phút 45 giây điện phân thấy khối lượng catod tăng 8,05 gam Kim loại :
A.Ni B.Zn C.Fe D.Cu
Câu 33 : Điện phân 250ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ, tatốt bắt đầu khí dừng điện phân, khối lượng catốt tăng 4,8 gam Tính nồng độ mol dung dịch CuSO4 ban đầu :
A 0,3 M B 0,35 M C 0,15 M D 0,45 M
Câu 34 : Điện phân dung dịch bạc nitrat với dòng điện chiều cường độ 3A Hỏi sau thu 6,04 gam bạc thời gian điện phân ?
A 30 phút B 40 phút C 35 phút D 45 phút
*Câu 35 : Điện phân 200 ml dung dịch AgNO3 0,4 M Cu(NO3)2 0,2 M với bình điện phân có anot trơ cường độ dịng điện ampe Sau 2895 giây, lấy catot cân lại thấy nặng thêm m gam Giá trị m
A 8,81 gam B 5,64 gam C 9,92 gam D 7,89 gam
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… IV – MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA ( sưu tầm )
(5)5
A Na B Ca C K D Mg Hướng dẫn: nCl2 = 0,02
Tại catot: Mn+ + ne → M Theo đlbt khối lượng mM = m(muối) – m(Cl2) = 2,22 – 0,02.71 = 0,8 gam Tại anot: 2Cl– → Cl2 + 2e Theo đlbt mol electron ta có nM = 0,04
n → M = 20.n → n = M Ca
(hoặc viết phương trình điện phân MCln ⎯⎯⎯dpnc→M + n/2Cl2 để tính) → đáp án B
Ví dụ 2: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến dung dịch NaOH bình có nồng độ 25 % ngừng điện phân Thể tích khí (ở đktc) anot catot là:
A 149,3 lít 74,7 lít B 156,8 lít 78,4 lít C 78,4 lít 156,8 lít D 74,7 lít 149,3 lít Hướng dẫn: mNaOH (trước điện phân) = 20 gam
Điện phân dung dịch NaOH thực chất điện phân nước: H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) → NaOH không đổi → m (dung dịch sau điện phân) = 80 gam → m (H2O bị điện phân) = 200 – 80 = 120 gam → nH2O = 20/3 mol →
V
O2= 74,7 lítV
H2 = 149,3 lít → đáp án DVí dụ 3: Sau thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 (d = 1,25 g/ml) với điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm gam Để làm kết tủa hết ion Cu2+ lại dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M Nồng độ phần trăm dung dịch CuSO4 ban đầu là:
A 12,8 % B 9,6 % C 10,6 % D 11,8 % Hướng dẫn: nH2S = 0,05 mol
- Gọi x số mol CuSO4 tham gia trình điện phân: CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 (1) → m (dung dịch giảm) = m Cu(catot) + m O2(anot) = 64x + 16x = → x = 0,1 mol - CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 (2) → nH2S = nCuSO4 = 0,05 mol
- Từ (1) (2) → nCuSO4 (ban đầu) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% → đáp án B
Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dịng điện 9,65A Tính khối lượng Cu bám vào catot thời gian điện phân t1 = 200 s t2 = 500 s Biết hiệu suất điện phân 100 %
A 0,32 gam 0,64 gam B 0,64 gam 1,28 gam C 0,64 gam 1,60 gam D 0,64 gam 1,32 gam Hướng dẫn: nCuSO4 = 0,02 = nCu2+
Thời gian cần thiết để điện phân hết Cu2+ t = 0,02.2.96500 400
9,65 = s → t1 < t < t2 → Tại t1 có 1/2 số mol Cu 2+
bị điện phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam t2 Cu2+ bị điện phân hết → m2 = 1,28 gam → đáp án B Ví dụ 5: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ cường độ dòng điện 1A Khi thấy catot bắt đầu có bọt khí dừng điện phân Để trung hòa dung dịch thu sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,1M Thời gian điện phân nồng độ mol dung dịch CuSO4 ban đầu là:
A 965 s 0,025 M B 1930 s 0,05 M C 965 s 0,05 M D 1930 s 0,025 M
( gợi ý : Khi catot bắt đầu có bọt khí (H2) chứng tỏ CuSO4 bị điện phân hết )
Ví dụ 6: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ cường độ dòng điện 5A Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khô thấy tăng m gam Giá trị m là: A 5,16 gam B 1,72 gam C 2,58 gam D 3,44 gam
(6)6 - Ta có ne = It 5.(19.60+18)= =0,06
F 96500 mol
- Thứ tự ion bị khử catot:
Ag+ + 1e → Ag (1) → sau (1) 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron 0,02 0,02 0,02
Cu2+ + 2e → Cu (2) → sau (2) dư 0,02 mol Cu2+ 0,02 0,04 0,02
m (catot tăng) = m (kim loại bám vào) = 0,02.(108 + 64) = 3,44 gam → đáp án D
Ví dụ 7: Hịa 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 catot thể tích khí thoát anot (ở đktc) (Biết hiệu suất điện phân 100 %):
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 Hướng dẫn: nCuSO4.5H2O = nCuSO4 = 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol
- Ta có ne =It=0,2
F = mol
- Thứ tự điện phân catot anot là:
Tại catot: Cu2+ + 2e → Cu → Cu2+ chưa bị điện phân hết → m (kim loại catot) = 0,1.64 = 6,4 gam 0,1 0,2 0,1
Tại anot:
2Cl– → Cl2 + 2e → ne (do Cl– nhường) = 0,12 < 0,2 mol → anot Cl– bị điện phân hết 0,12 0,06 0,12 đến nước bị điện phân → ne (do H2O nhường) = 0,2 – 0,12 = 0,08 mol 2H2O → O2 + 4H+ + 4e
0,02 0,08
V (khí thoát anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → đáp án A
Ví dụ 8: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 AgNO3, để điện phân hết ion kim loại dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A Sau điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám catot Nồng độ mol Cu(NO3)2 AgNO3 hỗn hợp đầu là:
A 0,2 M 0,1 M B 0,1 M 0,2 M C 0,2 M 0,2 M D 0,1 M 0,1 M Hướng dẫn:
- Ta có n = =e It 0,402.4=0,06
F 26,8 mol
- Tại catot: Ag+ + 1e → Ag Ta có hệ phương trình: x x (mol)
Cu2+ + 2e → Cu → CM Cu(NO3)2 = CM AgNO3 = 0,1 M → đáp án D y y (mol)
2 0,06 0,
64 108 3, 44 0,02
x y x
x y y
+ = =
⎧ ⎧
↔
⎨ + = ⎨ =
⎩ ⎩
02
Ví dụ 9: Hịa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H2O vào nước dung dịch X Điện phân dung dịch X với điện cực trơ cường độ dòng điện 1,93A Nếu thời gian điện phân t (s) thu kim loại M catot 156,8 ml khí anot Nếu thời gian điện phân 2t (s) thu 537,6 ml khí Biết thể tích khí đo đktc Kim loại M thời gian t là:
(7) Điện phân dung dịch muối t kim loại hoá tr