Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 25 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
25
Dung lượng
231,58 KB
Nội dung
ĐIỆN PHÂN Định nghĩa: Điện phân trình oxi hóa khử xảy bề mặt điện cực tác dụng dòng điện chiều qua dụng dịch chất điện li chất điện li nóng chảy Trong điện phân có điện cực: - Cực âm (-) gọi catot (kí hiệu K): xảy q trình oxi hóa (q trình nhường e) - Cực dương (+) gọi anot (kí hiệu A): xảy trình khử (quá trình nhận e) Điện phân nóng chảy: a Điện phân nóng chảy muối (chủ yếu muối halogen kim loại kiềm kiềm thổ): Cơng thức muối: MXn (n hóa trị M, X= F, Cl, Br, I) Tại K (-): Mn+ + ne M Tại A (+): 2Cl- Cl2 + 2e dpnc � M + X2 Phương trình điện phân tổng qt : MXn ��� Ví dụ : Điện phân nóng chảy NaCl, CaCl2 - Điện phân nóng chảy NaCl : Tại K (-) : Na+ + 1e Na; Tại A (-): 2Cl- Cl2 + 2e dpnc � 2Na + Cl2 Phương trình điện phân tổng quát: 2NaCl ��� - Điện phân nóng chảy CaCl2 : Tại K (-) : Ca2+ + 2e Ca; Tại A (-): 2Cl- Cl2 + 2e dpnc � Ca + Cl2 Phương trình điện phân tổng quát: CaCl2 ��� b Điện phân nóng chảy hiđroxit M(OH)n (M kim loại kiềm, kiềm thổ) Tại K (-): Mn+ + ne M Tại A (+): 4OH- 2H2O + O2 + 4e dpnc � 4M + 2nH2O + nO2 Phương trình điện phân tổng qt : 4M(OH)n ��� Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaOH: Tại K (-): Na+ + e Na Tại A (+): 4OH- 2H2O + O2 + 4e dpnc � 4Na + 2H2O + O2 Phương trình điện phân tổng quát : 4NaOH ��� c Điện phân nóng chảy oxit kim loại M2On Tại K (-): Mn+ + ne M Tại A (+): 2O2- O2 + 4e dpnc � 4M + nO2 Phương trình điện phân tổng qt : 2M2On ��� Ví dụ: Điện phân nóng chảy Al2O3 Tại A (+): 2O2- O2 + 4e Tại K (-): Al3+ + 3eAl dpnc � 4Al + 3O2 Phương trình điện phân tổng quát: 2Al2O3 ��� Điện phân dung dịch Vai trò H2O điện phân: - Giúp chất điện li phân li ion - Vận chuyển ion đến điện cực - Có thể tham gia vào trình oxi hóa khử bề mặt điện cực, tức tham gia vào trình điện phân, cụ thể: Tại K(-): 2H2O + 2e 2OH- + H2 Tại A (+): 2H2O 4H+ + O2 + 4e Quy luật chung: - Ở catot (K): ion có tính oxi hóa mạnh dễ bị khử Ví dụ: Tại K: Ag+; Cu2+ Ag+ + 1eAg đến Cu2+ + 2eCu - Ở anot (A): ion có tính khử mạnh dễ bị oxi hóa Ví dụ: Tại A: Br-; Cl- 2Br-Br2 + 2e đến 2Cl-Cl2 + 2e Quy tắc K: Ở K có mặt cation kim loại Mn+ H+( nước axit phân li) thì: - Nếu Mn+ cation kim loại trước Al3+ Al3+ cation khơng nhận electron (không bị khử) mà cation H+ nhận electron (bị khử): �� � � 2H+ + 2OHH+ nước phân li: 2H2O �� - Nếu Mn+ cation kim loại sau Al3+ cation nhận electron (bị khử) để tạo thành kim �M loại: Mn+ + ne �� - Cation có tính oxi hóa mạnh dễ nhận e Ví dụ K(-) gồm: Ag+; Fe3+; Cu2+; H+; H2O thi thứ tự nhận electron sau: � Ag Ag+ + 1e �� (1) � Fe2+ (2) Fe3+ + 1e �� � Cu Cu2+ + 2e �� (3) � H2 2H+ + 2e �� � Fe Fe2+ + 2e �� (5) � 2OH- + H2(6) 2H2O + 2e �� (4) Quy tắc anot: Ở anot có mặt anion gốc axit OH- (do nước bazơ phân li) * Đối với anot trơ (là anot không tham gia vào trình phản ứng) - Nếu anot có mặt anion: I-; Br-; Cl-; S2-; RCOO-; … anion nhường electron cho điện cực (bị oxi hóa) anion có tính khử mạnh dễ nhường electron thứ tự nhường electron thực nghiệm tìm sau: S 2- > I-> Br- > Cl> RCOO- > H2O Ví dụ A(+): Cl-, I-; H2O thứ tự nhường electron sau: � I2 + 2e 2I- �� (1); � Cl2 + 2e 2Cl- �� � 4H+ + O2 + 4e (2); 2H2O �� (3) - Nếu anot có mặt ion gốc axit vô chứa O như: NO ; SO42-; CO32-; F- ; OHthì anion khơng nhường electron (khơng bị oxi hóa) mà H 2O nhường � 4H+ + O2 + 4e electron thay: 2H2O �� * Đối với anot hoạt động: anot làm kim loại Cu, Zn, anot tham gia vào trình oxi hóa, nhường electron thay cho anion: � Zn2+ +2e; Cu �� � Cu2+ +2e Zn �� Chú ý: Hiện tượng dương cực tan thì: Độ tăng khối lượng K = độ giảm khối lượng A Biếu thức định luật Farađây Dùng để tính khối lượng chất thoát điện cực, giả sử điện cực A hay K thoát chất X, ta có: mX A X I t I t ne F (gam) hay n = ne F (mol) X (1) Với: AX khối lượng mol X (gam/mol) ne số electron trao đổi điện cực I cường độ dòng điện (A) F số Farađây : F = 96500 (Culong/mol.s) t tính giây (second) F =26,8 t tính (hour) t (times) : thời gian tính giây (s) (h) Chú ý: - Khi tính theo (1) phương trình điện cực chất điện cực phải viết theo hệ số nguyên tối giản I t mX ( g ) ne - Từ (1) ta có: F AX ( g / mol ) = số mol electron trao đổi hệ quan trọng ta sử dụng đề tính tốn tập điện phân - Điện phân trình oxi hóa khử nên số mol electron nhường A= số mol electron nhận K Một số lí thuyết mở rộng điện phân ứng dụng a Thế phân giải Điện phân phân hủy chất nhờ tác dụng dòng điện chiều Khi nối nguồn điện chiều với hai điện cực nhúng chất điện ly nóng chảy hay dung dịch chất điện ly điện cực bình điện phân xảy q trình oxi hóa khử làm cho chất bị phân hủy Như trình diễn ngược lại pin điện: dịng điện pin phản ứng oxi hóa khử sinh Phản ứng pin tự phát xảy phản ứng điện phân xảy có dịng điện Khi nối điện cực kẽm Zn2+/Zn với điện cực clo Cl2/2Cl-ở điều kiện chuẩn, pin kẽm - clo có suất điện động E0 = 2,12V Ngược lại dùng dịng điện chiều hiệu 2,12V nối với hai điện cực trơ (bằng platin than chì) nhúng dung dịch ZnCl thấy kẽm kim loại bám vào điện cực nối với cực âm nguồn điện khí clo xuất điện cực nối với cực dương nguồn điện, nghĩa điện cực xảy hai nửa phản ứng: Ở điện cực âm (K -): Zn2+ + 2e Zn Ở điện cực dương (A +): 2Cl- Cl2 + 2e dong dien � Zn + Cl2 hiệu điện 2,12 V Phản ứng chung: Zn2+ + 2Cl- ���� Tương tự vậy, phản ứng điện phân CuCl2 dong dien � Cu + Cl2 Cu2+ + 2Cl- ���� xảy hiệu 1,02V Phản ứng điện phân HCl: dong dien � H2 + Cl2 xảy hiệu 1,36V 2H+ + 2Cl- ���� Những hiệu 2,12V; 1,02V 1,36V gọi phân giải ZnCl2 , CuCl2 HCl tương ứng dung dịch 1M Vậy hiệu tối thiểu dòng điện chiều cần đặt vào điện cực trơ để gây nên điện phân chất gọi phân giải (kí hiệu U) Những phân giải chất sức điện động pin tương ứng Thế phân giải ZnCl2 dung dịch: U= ECl0 /2 Cl EZn 2 / Zn = 1,36 – (-0,76) = + 2,12 V Thế phân giải CuCl2 dung dịch: U= ECl0 /2 Cl ECu 2 / Cu = 1,36 – 0,34 = + 1,02 V Thế phân giải HCl dung dịch: U= ECl0 /2 Cl EH0 / H = 1,36 – = + 1,36 V Từ ta thấy phân giải chất bao gồm phân giải cation phân giải anion Thế phân giải ion tối thiểu cần đặt vào điện cực để ion tích điện hay phóng điện Thế phân giải đại đa số cation anion điện cực trơ thực tế điện cực nguyên tố tương ứng Nhưng phân giải vài ion Fe 2+ , Ni2+ , H+ OH- hay H2O giá trị tuyệt đối lớn điện cực tương ứng Khi điện phân dung dịch chất chứa ion nước, người ta phải dùng dịng điện hiệu cao so với suất điện động E pin tương ứng Thế hiệu phụ thêm gọi q (kí hiệu ΔE ) Hiện tượng có chất phức tạp phụ thuộc nhiều vào yếu tố liên quan với đặc tính động học vật liệu dùng để làm điện cực, bề mặt điện cực, trạng thái tập hợp chất thoát điện cực, với mật độ dòng điện nhiệt độ Khi điện cực thoát kim loại, đại lượng thường bé, bỏ qua trừ trường hợp sắt ΔE = 0,24V niken ΔE = 0,23V Khi điện cực thoát khí H2 O2 đại lượng đáng kể, bỏ qua Dưới hiđro oxi điện cực khác nhau: Điện cực Quá hiđro, V Quá oxi, V Pt (muội) 0,03-0,04 0,3 Fe 0,1-0,2 0,3 Pt (nhẵn) 0,2-0,4 0,5 Ni 0,2-0,4 0,5 Hg 0,8-1,0 Như phân giải chất điện ly dung dịch nước xác định bằng: U = Ea0 + E0c + ΔEa + ΔEc U = E0 a - E0c + ΔEa + ΔEc Trong đó: U phân giải; Ea0 điện cực chuẩn A (+), E0c điện cực chuẩn catot (K-); ΔEa A (+); ΔEc catot (K-) Quá thường xác định phương trình Tafel: ∆E = a + b logi Trong a, b hệ số phụ thuộc chất chất làm điện cực trạng thái bề mặt, i mật độ dịng A/cm2 b Giải thích tạo thành sản phẩm điện phân dung dịch Khi điện phân dung dịch nước chứa số loại cation số loại anion nguyên tắc, điện cực âm, cation điện cực chuẩn lớn bị khử trước điện cực dương, anion điện cực bé bị oxi hóa trước Tuy nhiên thực tế thứ tự thường bị phá vỡ tượng Để làm sáng tỏ điều này, xét phân giải tất trường hợp xảy điện phân Thí dụ dung dịch NiCl2 1M với điện cực platin nhẵn Ta có: Epc = ECl0 / Cl ENi0 2 / Ni = +1,36 – (-0,23) = + 1,59 V - Trường hợp 1: ΔE = 0, U = Epc = +1,59 V Ở K (-): Ni2+ + 2e Ni Ở A (+): 2Cl- Cl2 + 2e - Trường hợp 2: ΔE = + 0,5 V ứng với O2 điện cực Pt nhẵn Ở K (-): Ni2+ + 2e Ni Ở A (+): H2O 2H+ + O2 + 2e 0 U = Epc + ΔE = E O / H O - E Ni 2 2 / Ni = +1,23 – (-0,23) + ΔE = +1,46 V - Trường hợp 3: ΔE= + 0,4 V ứng với H2 Pt nhẵn Ở K (-): 2H2O + 2e 2OH + H2 ; E - H 2O / H = - 0,828 V Ở A (+): 2Cl- Cl2 + 2e U = Epc + ΔE = +1,36 – (-0,828) + 0,4 = +2,588 V - Trường hợp 4: ΔE = + 0,9 V đồng thời có H2 O2 Ở K (-):2H2O + 2e 2OH- + H2 Ở A (+):H2O 2H+ + O2 + 2e U = Epc + ΔE = + 1,23 – (-0,828) + 0,9 = +2,958 V Như điện phân dung dịch NiCl với điện cực Pt nhẵn xảy trường hợp dpdd � Ni + Cl2 phương trình điện phân là: NiCl2 ��� Tính tốn tương tự vậy, giải thích tạo thành sản phẩm trình điện phân dung dịch nước chất sau với điện cực trơ: dpdd � 2NaOH + Cl2 + H2 2NaCl + 2H2O ��� � Cu + H2SO4 + O2 CuSO4 + H2O ��� dpdd Và phân hủy nước điện phân dung dịch H2SO4, NaOH, Na2SO4 � H + O2 H2O ��� dpdd Kiềm , axit, muối có tác dụng tăng độ dẫn điện c Ứng dụng điện phân Phương pháp điện phân ứng dụng rộng rãi thực tế sản xuất phịng thí nghiệm nghiên cứu Trong cơng nghiệp hóa chất, điện phân thường dùng để tách lấy đơn chất từ hợp chất Nhiều trình điện phân giữ vai trò then chốt sản xuất như: - Sản xuất NaOH, Cl2 phương pháp điện phân dung dịch NaCl đậm đặc - Sản xuất khí H2, O2 phương pháp điện phân dung dịch K2SO4, H2SO4, NaOH… - Sản xuất Li, Na, Mg, Ca, Sr, Ba, Cl2, Br2…bằng phương pháp điện phân muối halogenua nóng chảy - Sản xuất Al phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy có thêm Na3AlF6 (criolit) để giảm nhiệt độ nóng chảy nhơm oxit - Sản xuất KClO3 phương pháp điện phân dung dịch KCl đặc, nóng… - Điều chế kim loại tinh khiết - Tinh chế kim loại - Đúc đồ vật kim loại tiến hành tương tự tinh chế kim loại - Mạ điện - Phân tích định tính, định lượng tách kim loại hỗn hợp chúng BÀI TẬP 1: Viết sơ đồ phương trình điện phân tổng quát điện phân điện phân điện cực trơ: a dung dịch FeCl2 b dung dịch CuSO4 c dung dịch NaCl d dung dịch KNO3 Hướng dẫn giải: a � Fe Tại A(+): Cl-; H2O: 2Cl- �� � Cl2 +2e Tại K (-): Fe2+; H2O: Fe2+ + 2e �� dpdd � Fe + Cl2 Phương trình điện phân tổng quát: FeCl2 ��� b � Cu Tại K (-): Cu2+; H2O: Cu2+ + 2e �� � 4H+ + O2 + 4e Tại A (+): SO42-; H2O: 2H2O �� dpdd � 2Cu + 2H2SO4 + O2 Phương trình điện phân tổng quát: 2CuSO4 + 2H2O ��� c � 2OH- + H2 Tại K (-): Na+; H2O: 2H2O + 2e �� � Cl2 + 2e Tại A (+): Cl-; H2O: 2Cl- �� dpdd � 2NaOH + H2 + Cl2 Phương trình điện phân tổng quát: 2NaCl + 2H2O ��� d � 4H+ + O2 + 4e Tại K (-): K+; H2O: 2H2O �� � 2OH- + H2 Tại A (+): NO3-; H2O: 2H2O + 2e �� dpdd � 2H2 + O2 Phương trình điện phân tổng quát: 2H2O ��� Nhận xét: Khi điện phân dung dịch muối: - Dung dịch muối ion kim loại sau Al3+ ion gốc axit khơng chứa O ( trừ F-) pH dung dịch không đổi - Dung dịch muối ion kim loại sau Al 3+ ion gốc axit chứa O, F- pH dung dịch giảm dần tạo H+ - Dung dịch muối ion kim loại trước Al3+ ion gốc axit không chứa O ( trừ F-) pH dung dịch tăng dần tạo OH- - Dung dịch muối ion kim loại trước Al3+ ion gốc axit chứa O, F- pH dung dịch khơng đổi 2: Viết phương trình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực anot Cu Hướng dẫn giải: � Cu2+ + SO4CuSO4 �� � Cu Tại K (-): Cu2+; SO4-: Cu2+ + 2e �� � Cu2+ + 2e Tại A (+) Cu: SO42-; H2O: Cu �� Phương trình điện phân tổng quát: Cu + � Cu + Cu2+ Cu2+ �� (A) (K) 3: Viết phương trình điện phân dung dịch hỗn hợp CuSO a mol; NaCl b mol trường hợp: a b = 2a b b > 2a Hướng dẫn giải: � Cu2+ + SO4CuSO4 �� � Na+ + ClNaCl �� � Cu Tại K (-): Cu2+; Na+; H2O: Cu2+ + 2e �� � 2OH- + H2 2H2O + 2e �� � Cl2 +2e Tại A (+): Cl-; SO42-; H2O: 2Cl- �� � 4H+ + O2 + 4e 2H2O �� dpdd � Cu + Cl2 a b = 2a thì: Cu2+ + 2Cl- ��� dpdd � Cu + Cl2 + Na2SO4 hay CuSO4 + 2NaCl ��� dpdd � 2H2 + O2 sau đó: 2H2O ��� c b < 2a dpdd � Cu + Cl2 b b > 2a thì: Cu2+ + 2Cl- ��� dpdd � Cu + Cl2 + Na2SO4 hay CuSO4 + 2NaCl ��� dpdd � 2Cu + 4H+ + O2 sau đó: 2Cu2+ + 2H2O ��� dpdd � 2Cu + 2H2SO4 + O2 hay 2CuSO4 + 2H2O ��� dpdd � Cu + Cl2 c b < 2a thì: Cu2+ + 2Cl- ��� dpdd � Cu + Cl2 + Na2SO4 hay CuSO4 + 2NaCl ��� dpdd � 2OH- + H2 + Cl2 sau đó: 2Cl- + 2H2O ��� dpdd � 2NaOH + H2 + Cl2 Hay: 2NaCl + 2H2O ��� 4:(Trích đề thi đại học khối A năm 2012) Điện phân 150 ml dung dịch AgNO3 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) Giá trị t A 0.8 B 0,3 C 1,0 D 1,2 Hướng dẫn giải: Phương trình điện phân: 4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + O2 + 4HNO3 (1) Dung dịch Y gồm: AgNO3, HNO3 Cho Fe + dd Y sau phản ứng thu 14,5g hỗn hợp kim loại nên Fe dư có phản ứng: 3Fe + 8HNO3 → 3Fe(NO3)3 + 2NO + 4H2O (2) Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag (3) Gọi x số mol AgNO3 bị điện phân nHNO3 = x, dung dịch Y: HNO3: x mol; AgNO3 dư: 0,15 –x mol Theo (2,3) nFe phản ứng = 3x/8 + (0,15-x)/2 = 0,075 –x/8 mol nAg = 0,15 – x mol Vậy mhỗn hợp kim loại = mFedư + mAg =12,6 –(0,075-x/8).56 +(0,15-x).108 =14,5 108.2, 68.t Suy ra: x= 0,1 mol Ta có mAg = 1.26,8 = 0,1.108 t = 1,0 h 5: (Trích đề thi đại học khối B năm 2012) Người ta điều chế H2 O2 phương pháp điện phân dung dịch NaOH với điện cực trơ, cường độ dòng điện 0,67 A 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% Hướng dẫn giải: Điện phân dung dịch NaOH điện phân H 2O, phương trình điện phân: dpNaOH � 2H2 + O2 (1) 2H2O ���� 0, 67.40 Số mol e trao đổi = 26,8 = mol � 2OH- + H2 nH2 = 0,5 mol Tại K(-): 2H2O + 2e �� � 4H+ + O2 + 4e nO2 = 0,25 mol Tại A (+): 2H2O �� Vậy mdung dịch trước điện phân = 100 + 0,5 + 0,25.32 = 109 gam Ta có mNaOH khơng đổi = 100.6/100 = gam 6.100% Vậy CM (NaOH)trước điện phân = 109 5,50 % 6: (Trích đề thi đại học khối B năm 2009) Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu m kg Al catot 67,2 m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro 16 Lấy 2,24 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi (dư) thu gam kết tủa Giá trị m A 108,0 B 75,6 C 54,0 Hướng dẫn giải: nc Al2O3 ��� 2Al3+ + 3O2- D 67,5 Tại K (-): Al3+ + 3eAl Tại A (+): 2O2- O2 + 4e dpnc � 4Al + 3O2 Phương trình điện phân tổng quát: 2Al2O3 ��� O2 tạo đốt cháy A than chì tạo khí X: CO, CO2, O2(dư) Gọi x, y, z số mol CO, CO2, O2 dư 2,24 lít X Khi sục X qua nước vơi dư có � CaCO3 + H2O (1) phản ứng: CO2 + Ca(OH)2 �� � nX x y z 0,1 � 28 x 44 y 32 z � d X / H2 16 � 2( x y z ) � � nCaCO3 y 0, 02 Ta có hệ phương trình: � từ có: x = 0,06; y = z = 0,02 Vậy 2,24 lít X có 0,06.1 + 0,02.2+ 0,02.2 = 0,14 mol O 67, 2.0,14 2, 24 = 4,2 kmol O 67,2 m3 X có Từ có: nAl = nO = 2,8 kmol m= 2,8 27 = 75,6 kg Bạn đọc ý: Ở chúng tơi sử dụng: (lít) tương ứng với (mol), cịn (m3) tương ứng với (kmol) (kilo mol) 7: (Trích đề thi đại học khối A năm 2011) Điện phân dung dịch gồm 7,45 gam KCl 28,2 gam Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khí 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 KOH C KNO3 Cu(NO3)2 B KNO3, KCl KOH D KNO3, HNO3 Cu(NO3)2 Hướng dẫn giải: Ta có: nKCl= 0,1 mol; nCu(NO3)2 = 0,15 mol � K+ + ClPhương trình phân li: KCl �� � Cu2+ + 2NO3Cu(NO3)2 �� � Cu Taị K (-): Cu2+, K+, H2O: Cu2+ + 2e �� (1) � Cl2 + 2e Tại A (+): Cl-; NO3-; H2O: 2Cl- �� (2) � 4H+ + O2 + 4e (3) 2H2O �� Nếu K mà Cu2+ phản ứng hết ta có: ne nhận 0,15.2 = 0,3 mol hiển nhiên A Cl hết mdung dịch giảm mCu + mCl2 = 13,15 gam > mdung dịch giảm đề Cu2+ phải dư Nếu A mà Cl- dư ne nhường 0,1 mol, lúc nCu K 0,1/2 = 0,05 mol nên mdung dịch giảm 0, 05.71 + 0,05 64 = 6,75 gam < mdung dịch giảm đề Cl phải hết Vậy dung dịch sau điện phân gồm: Cu2+ dư, K+; H+ tạo NO3hay gồm D KNO3, HNO3 Cu(NO3)2 8: (Trích đề thi đại học khối A năm 2011) Hòa 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 phân 2t giây tổng số mol khí thu hai điện cực 0,1245 mol Giá trị y A 4,480 B 3,920 C 1,680 d 4,788 Hướng dẫn giải: � M2+ + SO42MSO4 �� �M Tại K (-): M2+; H2O: M2+ + 2e �� � 2OH- + H2 2H2O + 2e �� (1) (2) � 2H+ + 1/2O2 + 2e Tại A (+): SO42-; H2O: H2O �� Tại thời gian t giây có 0,035 mol khí A nên 2t giây có 0,07 mol khí A số mol e � khí K: 0,1245 – 0,07 = 0,0545 mol n e (2) = 0,109 nhường =0,07.4 = 0,28 mol �� mol ne(1)= 0,171 mol nM2+ = 0,0855 mol MMSO4 = M + 96 = 160 M=64 Cu Tại thời gian t giây số mol e nhường = 0,035.4 = 0,14 mol < 2nCu 2+ nên lúc Cu2+ dư Cu tạo = 0,14/2 = 0,07 mol y =4,480 gam 9: (Trích đề thi HSGQG năm 2011) Ở 250C, cho dòng điện chiều có cường độ 0,5A qua bình điện phân chứa điện cực platin nhúng 200 ml dung dịch gồm Cu(NO3)2 0,020M, Co(NO3)2 1,0 M, HNO3 0,010M Viết phương trình nửa phản ứng xảy catot anot trình điện phân Khi 10% lượng ion kim loại bị điện phân, người ta ngắt mạch nối đoản mạch hai điện cực bình điện phân Hãy cho biết tượng xảy viết phương trình phản ứng minh họa Xác định khoảng nguồn điện ngồi đặt vào catot để điện phân hồn tồn ion thứ catot (coi q trình điện phân hoàn toàn nồng độ ion bị điện phân lại dung dịch 0,005% so với nồng độ ban đầu) Tính thể tích khí thoát (đktc) anot điện phân 25 phút Khi đó, giá trị catot bao nhiêu? Chấp nhận: Áp suất riêng khí hidro pH2 = atm; tính tốn khơng kể đến q thế; nhiệt độ dung dịch khơng đổi suốt q trình điện phân Cho: E Cu 2 / Cu = 0,337 V; E Co 2 / Co = -0,277V; RT số Faraday F = 96500 C.mol-1; 250C: 2,303 F =0,0592 Hướng dẫn giải: Phương trình nửa phản ứng catot anot Các trình xảy catot (-): Cu2+ + 2e Cu Quá trình xảy anot (+): Theo phương trình Nerst: (1) 2H+ + 2e H2 (2) Co2+ + 2e Co (3) 2H2O 4H+ + O2 + 4e (4) ECu 2 / Cu ECu 2 / Cu 0, 0592 log[Cu 2 ] = 0,287V ECo 2 / Co ECu 2 / Cu 0, 0592 log[Co 2 ] =-0,277V E2 H / H E20H / H 0, 0592 log[ H ]2 = -0,118 V Từ thấy: ECu 2 / Cu E2 H / H ECo2 / Co 2 nên thứ tự nhận e là: Cu2+ > H+ > Co2+ ECu 2 / Cu ECu 2 / Cu 0, 0592 log[Cu ] = 0,285V lúc H2 Khi 10% Cu2+ bị điện phân thì, chưa ngắt mạch điện, nối đoản mạch hai cực bình điện phân tạo pin điện có cực dương (catot) O2/H2O cực âm (anot) cặp Cu2+/Cu Phản ứng xảy là: Trên catot: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O Trên anot: Cu → Cu2+ + 2e Phản ứng xảy pin là: 2Cu + 4H+ + O2 2Cu2+ + 2H2O Sự phóng điện pin dừng điện cực Để tách hồn tồn ion Cu2+ cần đặt vào catot là: Cu2+ bị điện phân hồn tồn [Cu2+] = 0,005%.0,020 = 10-6M Lúc đó: ECu 2 / Cu ECu 2 / Cu E2 H / H Ec ECu 2 /Cu Khi 0, 0592 log[Cu 2 ] = 0,159V Và [H+] = 0,01 (ban đầu) + (0,020 -10-6)(tạo ra) 10-5V E2 H / H E20H / H 2 0, 0592 log[ H ]2 = - 0,077V Vậy trường hợp tính khơng kể đến q H2 điện cực platin catot cần khống chế khoảng - 0,077 V < Ec < 0,159 V, Cu2+ bị điện phân hồn tồn It Ta có: ne = F = 7,772.10-3 mol < 2nCu2+ = 8.10-3 mol nên Cu2+ dư, nCu2+ dư = 1,14 10-4 mol [Cu2+]dư =5,7.10-4V, Ec= ECu 2 / Cu ECu 2 / Cu 0, 0592 log[Cu 2 ] = 0,241 V ne Và nO2 = = 1,93.10-3 mol VO2 = 1,93.10-3 22,4 lít = 0,0432 lít 10: (Đề thi casio hóa học tỉnh Thanh Hóa năm 2012, QG năm 2001-bảng A) Dung dịch X có chất tan muối M(NO 3)2 Người ta dùng 200 ml dung dịch K 3PO4 vừa đủ để phản ứng với 200 ml dung dịch X, thu kết tủa M 3(PO4)2 dung dịch Y Khối lượng kết tủa (đã sấy khô) khác khối lượng M(NO3)2 ban đầu 6,825 gam Điện phân 400 ml dung dịch X dòng điện chiều với I =2,000 ampe tới khối lượng catot khơng tăng thêm dừng, dung dịch Z Giả sử điện phân có hiệu suất 100% a Hãy tìm nồng độ ion dung dịch X, dung dịch Y, dung dịch Z Cho biết gần phải chấp nhận tính nồng độ dung dịch Y, dung dịch Z b Tính thời gian (theo giây) điện phân c Tính thể tích khí thu 27,30C, atm điện phân Hướng dẫn giải: a Phản ứng: 3M(NO3)2 + 2K3PO4 M3(PO4)2 ↓ + 6KNO3 Dung dịch Y: dung dịch KNO3: KNO3 K+ + NO3- (1) (2) Theo (1) mol NO3- phản ứng tạo mol PO43- làm thay đổi khối lượng 372190=182g x mol NO3- phản ứng tạo x/3 mol PO43- làm thay đổi khối lượng 6,825 gam Vậy có ngay: x = = 0,225 mol từ suy ra: - Trong dung dịch X: từ có C(M2+) =; C(NO3-) = - Theo (1): nK+ = nNO3- = nKNO3 =2.nM(NO3)2 = 2.0,1125 = 0,225 mol Coi VddY ≈ VddX + Vdd K3PO4 ≈ 400 ml Vậy dung dịch Y: C(K+) =C(NO3-) = = 0,5625M Dung dịch Y có nồng độ: C(K+) =C(NO3-) = 0,5625M (3) Các gần chấp nhận tính nồng độ dung dịch Y: - Bỏ qua thay đổi thể tích tính (3) có mặt M3(PO4)2 ↓ - Bỏ qua tan M3(PO4)2 ⇄ 3M2+ + 2PO43- Bỏ qua phân li H2O⇄ H+ + OH* Xét điện phân dung dịch X: M(NO3)2 M2+ + 2NO3- Tại K (-): M2+, H2O: M2+ + 2e M - Tại A (+): NO3-, H2O: 2H2O4H+ + O2 ↑ + 4e Phương trình điện phân: 2M(NO3)2 + 2H2O2M + O2 + 4HNO3 (4) - Dung dịch Z có chất tan HNO3: Coi Vdd Z ≈ Vdd X ≈ 400 ml = 0,4 lít Theo (4): nHNO3 =2nM(NO3)2 = mol Vậy C(H+) = C (NO3-) = Các gần chấp nhận tính nồng độ dung dịch Z: - Coi Vdd Z ≈ Vdd X , bỏ qua thay đổi thể tích điện phân gây - Bỏ qua phân li H2O Z dung dịch HNO3 Nồng độ ion: dd X: C(M2+) = 0,5625 M ; C(NO3-)= 1,125 M dd Y: C(K+) = C( NO3- ) = 0,5625 M dd Z: C(H+ ) = C (NO3- ) = 1,125 M b Tính thời gian điện phân: Theo (4) nO2 = 1/2 nM(NO3)2 = 0,1125 mol Từ công thức: mO2 = suy ra: t == 21712,5 (s) c Tính thể tích khí thu 27,30C, atm điện phân dung dịch Z lít 11: Chia 1,6 lít dung dịch A chứa HCl Cu(NO3)2 làm phần Phần đem điện phân (các điện cực trơ) với cường độ dòng 2,5 ampe, sau thời gian t thu 3,136 lít khí (ở đktc) chất khí anơt Dung dịch sau điện phân phản ứng vừa đủ với 550 ml dung dịch NaOH 0,8M thu 1,96 g kết tủa Tính nồng độ mol chất dung dịch A thời gian t Cho m gam bột sắt vào phần 2, lắc phản ứng xảy hoàn toàn, sau phản ứng thu hỗn hợp kim loại có khối lượng 0,75m (gam) V lít khí Tính m V (ở đktc) Hướng dẫn giải: Dung dịch A: H+; Cl-; Cu2+; NO3- Điện phân phần dung dịch A: � Cu Tại K (-): H+; Cu2+; H2O: Cu2+ + 2e �� 0,14 0,28 mol � Cl2 + 2e Tại A (+): Cl-; NO3-; H2O: 2Cl- �� Khí A Cl2 : nCl2 = 0,14 mol ne nhường = 0,28 mol = ne nhận It Từ công thức : ne = F t = 10808 (s) Dung dịch sau phản ứng tác dụng với NaOH tạo kết tủa nên có dư Cu2+ Phản ứng : � H2 O H+ + OH- �� (1) � Cu(OH)2 Cu2+ + 2OH- �� (2) nCu(OH)2 = 0,02 mol nCu2+ dư = 0,02 mol Vậy nCu(NO3)2 = 0,16 mol Theo (1,2): nH+ = nOH- = 0,4 mol nHCl = 0,4 mol Vậy: CM Cu(NO3)2 = 0,2 M; CM HCl = 0,5 M Cho bột Fe vào phần thu hỗn hợp kim loại nên Fe phản ứng dư: 3Fe + � 3Fe2+ + 2NO + 4H2O (3) 8H+ + 2NO3- �� 0,15 0,4 0,1 0,1 mol � Fe2+ + Cu Fe + Cu2+ �� 0,16 0,16 (4) 0,16 mol Theo (3) VNO = 2,24 lít Theo (3, 4): mhỗn hợp kim loại = mFedư + mCu= m – 0,31 56 + 0,16.64 = 0,75m m = 28,48 gam 12: Một chất A có cơng thức MXO m Tổng số proton nguyên tử tạo phân tử A 78 Trong ion XOm có 32 electron X nguyên tố chu kì Khi điện phân dung dịch A nước, 1447,5 giây với I = 10 ampe (điện cực trơ), dung dịch B Cho CuO lấy dư 25% khối lượng tác dụng với B, lọc tách chất rắn, thu dung dịch D có chứa 22,6 gam muối a Tìm cơng thức chất A b Tính khối lượng kim loại M bám vào catot khối lượng CuO dùng c Tính khối lượng chất A dùng trước điện phân nồng độ mol/lít chất có dung dịch D (cho thể tích dung dịch D 250 ml) Hướng dẫn giải: a Gọi ZX số proton nguyên tử X, số electron XOm- = ZX + 8m + =32 ZX = 31 – 8m (*) Do X thuộc chu kì nên Z X < 10 X tạo anion nên X phi kim, từ (*) dễ thấy thỏa mãn m = 3, ZX = (N) Tổng số p A: ZM + ZX + 8m = 78 ZM = 47 M Ag Vậy A AgNO3 b Điện phân dung dịch A: � Ag Tại K (-): Ag+; H2O: Ag+ + 1e �� (1) � 4H+ + O2 + 4e Tại A (+): NO3-; H2O: 2H2O �� (2) Ta có: ne = 0,15 mol, theo (2): nH+ = ne = 0,15 mol � Cu2+ + H2O (3) Cho CuO vào B có phản ứng : CuO + 2H+ �� Từ (3) có: nCuOphản ứng = nCu2+ = 0,075 mol mCu(NO3)2 = 14,1 gam Mà mmuối = 22,6 gam nên AgNO3 dư: 8,5 gam nAgNO3 dư = 0,05 mol Ta có: nAg = ne = 0,15 mol mAg bám vào K = 0,15 108 = 16,2 gam 125 nCuO dùng = 0,075 100 = 0,09375 mol mCuO = 7,5 gam c nAgNO3 dùng = 0,05 + 0,15 = 0,2 mol mAgNO3 dùng = 34 gam dung dịch D: Cu(NO3)2: 0,075 mol; AgNO3 dư: 0,05 mol CM Cu(NO3)2 = 0,3 M; CM AgNO3 = 0,2 M 13: Điện phân 100 ml dung dịch X gồm H 2SO4 0,3M HCl 0,4M với cường độ dòng điện 2,68 A thời gian t a Lập hàm số mô tả phụ thuộc pH vào thời gian điện phân t khoảng (0 < t < giờ) b Vẽ đồ thị hàm số Biết: -Hằng số Faraday F = 26,8 Ampe.giờ - Thể tích dung dịch khơng đổi trình điện phân - Các giá trị logarit x x 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 log x -0,301 -0,222 -0,155 -0,097 -0,046 Hướng dẫn giải: a Ta có: nH2SO4 = 0,03 mol; nHCl = 0,04 mol � H2 Tại K (-): H+ (0,1 mol); H2O: 2H+ + 2e �� � Cl2 + 2e Tại A (+): Cl- (0,04 mol); SO42- (0,03 mol): 2Cl- �� � 4H+ + O2 + 4e 2H2O �� Số mol e trao đổi thời gian t = 0,1 t (mol) Khi t = 1giờ H+ K hết nH+ = ne nhận Khi t = 0, Cl- hết A, cịn H+ dư = 0,06 (mol) - Nếu < t 0,4 thì: H+ dư = (0,1 – 0,1.t ) mol pH = -log[H+] = - log (1-t) - Nếu 0,4 < t < 1,0 : H+ khơng đổi = 0,06 mol K H+ A tạo H+ pH = 0,222 b Vẽ đồ thị xử lí Excel t 0,1 0,2 0,3 0,4 x=1-t 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 logx= log (1-t) 0,046 0,097 0,155 0,222 pH dung dịch điện phân 0.25 0.2 pH 0.15 pH d ung d ịch 0.1 0.05 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 T hời g ian t 14: Hoà tan 91,2g FeSO4 vào 200g dung dịch HCl 3,285% thu dung dịch A Chia dung dịch A thành phần nhau: Phần 1: Cho thêm vào 4,05 g bột nhơm, sau thời gian thu 0,672 lít khí (đktc), dung dịch B chất rắn C Cho dung dịch B tác dụng với dung dịch NaOH dư, lấy kết tủa nung nhiệt độ cao khơng khí đến khối lượng không đổi thu 4g chất rắn Tính khối lượng chất rắn C Phần 2: Đem điện phân với điện cực trơ có màng ngăn với cường độ dịng I=1,34 ampe Tính khối lượng kim loại catot thể tích khí (đktc) thoát anot Biết hiệu suất điện phân 100% Đáp số: mC = 9,21 gam; mkim loại K = mFe = 1,12 gam; Vkhí = 0,896 lít 15: Hoà tan 20g K2SO4 vào 150g nước, thu dung dịch A Tiến hành điện phân dung dịch A thời gian Sau điện phân khối lượng K 2SO4 dung dịch chiếm 14,93% khối lượng dung dịch Biết lượng nước bị bay không đáng kể a.Tính thể tích khí điện cực đo điều kiện tiêu chuẩn b Tính thể tích H2S (đktc) cần dùng để phản ứng hết với khí anot tạo SO2 Đáp số: Vkhí K = 44,8 lít; Vkhí A = 22,4 lít; Vậy VH2S 14,93 lít 16: Điện phân (với điện cực Pt) 200 mililít dung dịch Cu(NO 3)2 đến bắt đầu có khí catơt dừng lại Để yên dung dịch khối lượng catôt không đổi, thấy khối lượng catôt tăng 3,2 gam so với lúc chưa điện phân Tính nồng độ mol dung dịch Cu(NO3)2 trước điện phân Đáp số: : CM (Cu(NO3)) trước điện phân = 1,0 M 17: Hoà tan 50 gam CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6M dung dịch A Tiến hành điện phân dung dịch A với dòng điện cường độ 1,34 ampe Tính khối lượng kim loại catot thể tích khí (ở đktc) thoát anot Biết hiệu suất phản ứng đạt 100% Đáp số: Vậy: mCu = 0,1 64 = 6,4 gam; Vkhí A = 1,792 lít 18: Điện phân lít dung dịch CuSO4 0,5M với điện cực trơ Sau thời gian, ngừng điện phân cho qua dung dịch sau điện phân luồng khí A lấy dư thu 72 gam kết tủa màu đen Biết rằng, đốt khí A oxi dư tạo thành nước khí B, khí B làm màu dung dịch nước brom a Xác định cơng thức phân tử khí A,B b Tính thể tích khí khí anot (đktc) c Tính thể tích dung dịch axit HNO 60% (D = 1,37 g/ml) cần thiết để hoà tan lượng kim loại kết tủa catot Đáp số: a A H2S , B SO2; b VO2 = 2,8 lítc; VHNO3 76,64 ml Chú ý: axit HNO3 60% axit đặc nồng độ đậm đặc hay dùng phịng thí nghiệm 68% 19: (Trích đề thi đại học khối A năm 2010) Điện phân (với điện cực trơ) dung dịch gồm NaCl CuSO4 có số mol, đến catot xuất bọt khí dừng điện phân Trong q trình điện phân trên, sản phẩm thu anot A khí Cl2 O2 B khí H2 O2 C có khí Cl2 D khí Cl2 H2 20: (Trích đề thi đại học khối A năm 2010) Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 0,12 mol NaCl dòng điện có cường độ 2A Thể tích khí (đktc) anot sau 9650 giây điện phân A 2,240 lít B 2,912 lít C 1,792 lít D 1,344 lít 21: (Trích đề thi cao đẳng năm 2011) Điện phân 500 ml dung dịch CuSO 0,2M (điện cực trơ) catot thu 3,2 gam kim loại thể tích khí (đktc) thu anot là: A 3,36 lít B 1,12 lít C 0,56 lít D 2,24 lít 22: (Trích đề thi đại học khối B năm 2010) Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dd CuSO4 nồng độ x mol/l, sau thời gian thu dung dịch Y màu xanh, có khối lượng giảm 8g so với dung dịch ban đầu Cho 16,8g bột Fe vào Y, sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu 12,4g kim loại Giá trị x A 2,25 B 1,5 C 1,25 D 3,25 23: (Trích đề thi đại học khối B năm 2009) 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 ... (kí hiệu ΔE ) Hiện tượng có chất phức tạp phụ thuộc nhiều vào yếu tố liên quan với đặc tính động học vật liệu dùng để làm điện cực, bề mặt điện cực, trạng thái tập hợp chất thoát điện cực, với... Cl2 sau đó: 2Cl- + 2H2O ��� dpdd � 2NaOH + H2 + Cl2 Hay: 2NaCl + 2H2O ��� 4:(Trích đề thi đại học khối A năm 2012) Điện phân 150 ml dung dịch AgNO3 1M với điện cực trơ t giờ, cường độ dòng điện... =14,5 108.2, 68.t Suy ra: x= 0,1 mol Ta có mAg = 1.26,8 = 0,1.108 t = 1,0 h 5: (Trích đề thi đại học khối B năm 2012) Người ta điều chế H2 O2 phương pháp điện phân dung dịch NaOH với điện cực trơ,