Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến khi

Một phần của tài liệu CHUYÊN ĐỀ ON THI HS GIỎI HÓA ĐIỆN HÓA HỌC (Trang 45 - 51)

A. 149,3 lít và 74,7 lít B. 156,8 lít và 78,4 lít C. 78,4 lít và 156,8 lít D. 74,7 lít và 149,3 lít Hướng dẫn:

mNaOH (trước điện phân) = 20 gam

Điện phân dung dịch NaOH thực chất là 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 → VO = 74,7 lít và VH = 149,3 lít → đáp án D

Bài 3: Sau một 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 8 gam. Để làm kết tủa hết ion Cu2+ còn lại trong dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M.

Nồng độ phần trăm của 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 là số mol CuSO4 tham gia quá trình điện phân: CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2

+ H2SO4 (1) → m (dung dịch giảm) = m Cu(catot) + m O2(anot) = 64x + 16x = 8 → x

= 0,1 mol - CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 (2)

→ nH2S = nCuSO4 = 0,05 mol

- Từ (1) và (2) → nCuSO4 (ban đầu) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% =

→ đáp án B

Bài 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện 9,65A.

Tính khối lượng Cu bám vào catot khi thời gian điện phân t1 = 200 s và t2 = 500 s.

Biết hiệu suất điện phân là 100 %

A. 0,32 gam và 0,64 gam B. 0,64 gam và 1,28 gam

C. 0,64 gam và 1,60 gam D. 0,64 gam và 1,32 gam

Hướng dẫn:

nCuSO4 = 0,02 = nCu2+

Thời gian cần thiết để điện phân hết Cu2+ là t = s → t1 < t < t2 → Tại t1

có 1/2 số mol Cu2+ bị điện phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam và tại t2 Cu2+ đã bị điện phân hết → m2 = 1,28 gam → đáp án B

Bài 5: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1A.

Khi thấy ở catot bắt đầu có bọt khí thoát ra thì dừng điện phân. Để trung hòa dung dịch thu được sau khi điện phân cần dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,1M. Thời gian điện phân và nồng độ mol của dung dịch CuSO4 ban đầu là:

A. 965 s và 0,025 M B. 1930 s và 0,05 M

C. 965 s và 0,05 M D. 1930 s và 0,025 M

Hướng dẫn:

nNaOH = 0,01 mol

- Khi ở catot bắt đầu có bọt khí (H2) thoát ra chứng tỏ CuSO4 đã bị điện phân hết theo phương trình:

CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4

- nNaOH = nOH– = 0,01 mol → nH2SO4 = 0,5.nH+ = 0,5.nOH– = 0,005 (mol) → nCu = nCuSO4 = 0,005 (mol) → = 0,005 → t = 965 s và CM(CuSO ) = M (hoặc có thể dựa vào các phản ứng thu hoặc nhường electron ở điện cực để tính) → đáp án A

Bài 6: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M và Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ và cường độ dòng điện bằng 5A. Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khô thấy tăng m gam. Giá trị của m là:

A. 5,16 gam B. 1,72 gam C. 2,58 gam D. 3,44

gam

Hướng dẫn: nAg+ = 0,02 mol ; nCu2+ = 0,04 mol

- Ta có ne = mol

- Thứ tự các ion bị khử tại catot:

Ag+ + 1e → Ag (1) → sau (1) còn 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron 0,02 0,02 0,02

Cu2+ + 2e → Cu (2) → sau (2) còn 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 Bài 7: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H 2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu được dung dịch X. Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện 1,34A trong 4 giờ. Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (ở đktc) lần lượt là (Biết hiệu suất điện phân là 100 %):

A. 6,4 gam và 1,792 lít C. 6,4 gam và 2,016 lít

B. 10,8 gam và 1,344 lít D. 9,6 gam và 1,792 lít Hướng dẫn: nCuSO4.5H2O = nCuSO4 = 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol

- Ta có ne = mol

- Thứ tự điện phân tại catot và anot là:

Tại catot: Cu2+ + 2e → Cu → Cu2+ chưa bị điện phân hết → m (kim loại ở 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 → tại anot Cl– đã bị điện phân hết và

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 ra ở anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → đáp án A

Bài 8: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3) 2 và AgNO3, để điện phân hết ion kim loại trong dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A trong 4 giờ. Sau khi điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám ở catot. Nồng độ mol của Cu(NO3)2 và AgNO3 trong hỗn hợp đầu lần lượt là:

A. 0,2 M và 0,1 M B. 0,1 M và 0,2 M

C. 0,2 M và 0,2 M D. 0,1 M và 0,1 M

Hướng dẫn:

- Ta có ne = mol Ta có hệ phương trình:

- Tại catot: Ag+ + 1e → Ag

x x (mol)

Cu2+ + 2e → Cu → CM Cu(NO3)2 = CM AgNO3 = 0,1 M → đáp án D

y y (mol)

Bài 9: Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H 2O vào nước được dung dịch X. Điện phân dung dịch X với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1,93A. Nếu thời gian điện phân là t (s) thì thu được kim loại M ở catot và 156,8 ml khí tại anot. Nếu thời gian điện phân là 2t (s) thì thu được 537,6 ml khí . Biết thể tích các khí đo ở đktc. Kim loại M và thời gian t lần lượt là:

A. Ni và 1400 s B. Cu và 2800 s

C. Ni và 2800 s D. Cu và 1400 s

Hướng dẫn: Gọi nMSO4 = nM2+ = x mol

Bài 10: Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100 %) thu được m kg Al ở catot và 67,2 m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 16.

Lấy 2,24 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa. Giá trị của m là:

A. 54,0 kg B. 75,6 kg C. 67,5 kg D.

108,0 kg

Hướng dẫn: 2Al2O3 4Al + 3O2 (1) ; C + O2 CO2 (2) ; 2C + O2 2CO (3)

- Do X = 32 → hỗn hợp X có CO2 ; CO (x mol) và O2 dư (y mol)

- 2,24 lít X + Ca(OH)2 dư → 0,02 mol kết tủa = nCO2 → trong 67,2 m3 X có 0,6 CO2

- Ta có hệ phương trình: và 0,6 + x + y = 3 → x = 1,8 và y = 0,6 Từ (1) ; (2) ; (3) → mAl = kg → đáp án B

Bài 11. Muối KClO4 được điều chế bằng cách điện phân dung dịch KClO 3. Thực tế khi điện phân ở một điện cực, ngoài nửa phản ứng tạo ra sản phẩm chính là KClO4 cũn đồng thời xẩy ra nửa phản ứng phụ tạo thành một khí không màu. Ở điện cực thứ hai chỉ xẩy ra nửa phản ứng tạo ra một khí duy nhất. Hiệu suất tạo thành sản phẩm chính chỉ đạt 60%.

1. Viết ký hiệu của tế bào điện phân và các nửa phản ứng ở anot và catot.

2. Tính điện lượng tiêu thụ và thể tích khí thoát ra ở điện cực (đo ở 25 0C và 1atm) khi điều chế được 332,52g KClO4.

Hướng dẫn

1. Kí hiệu của tế bào điện phân: Pt KClO3 (dd) Pt

Phản ứng chính: anot: ClO3- - 2e + H2O → ClO4 - + 2H+ catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-

ClO3- + H2O → ClO4 - + H2

Phản ứng phụ: anot: H2O - 2e → 2H+ +1O2

2

catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH- H2O → 1O2 + H2

2. M KClO4

= 39,098 + 35,453 + 64,000 = 138,551 2

nKClO4 = 332,52 = 2,4mol 138,551

q = 2,4 mol . 2F c .100= 8.F = 8(96485 C) = 771880 C

mol 60 q =

771880 C

Khí ở catot là hydro: n H2 = 8F = 4 mol 2F / mol

V

H2

=nRT = 4.0,08205.298 = 97,80 P lit

1

Khí ở anot là oxy: nF tạo ra O2 = 8 . 0,4 = 3,2 F n O2 = 3,2 F = 0,8 mol

4F / mol V

O2 = nRT = 0,8.0,08205.298 = 19,56 lit

P 1

Bài 12 :

Một bình điện phân chứa dung dịch NaOH (pH=14) và một bình điện phân khác chứa dung dịch H2SO4 (pH = 0) ở 298K. Khi tăng hiệu điện thế từ từ ở hai cực mỗi bình người ta thấy có khí giống nhau thoát ra ở cả hai bình tại cùng điện thế.

1. Giải thích hiện tượng trên. Viết các phương trình phản ứng xảy ra mỗi bình (không xét sự tạo thành H2O2 và H2S2O8).

2. Tính hiệu điện thế tối thiểu phải đặt vào hai cực mỗi bình để cho quá trình điện phân xảy ra.

3. Người ta muốn giảm pH của dung dịch NaOH xuống còn 11. Có thể dùng NH4Cl được không? Nếu được, hãy giải thích và tính khối lượng NH4Cl phải dùng để giảm pH của 1 lít dung dịch NaOH từ 14 xuống còn 11.

4. Khi pH của dung dịch NaOH bằng 11, thì hiệu điện thế tối thiểu phải đặt vào hai cực của bình điện phân để cho quá trình điện phân xảy ra là bao nhiêu?

Cho biết: Eo − = 0,4 V+ ; E o = 1,23 V ; pKb (NH3) =

H2O, 1/2 O2 / 2OH 2H , 1/2 O2/ H2O

1. Trong thí nghiêm này, nước bị điện phân cùng một điện thế.

a) Dung dịch NaOH:

Ở anôt: 2 OH− H2O + 1/2 O2 + 2 e Ở catôt: 2 H2O + 2 e H2 + 2 OH−

H2O H2 + 1/2 O2

b) Dung dịch H2SO4: 2 H+

Ở anôt: H2O 1/2 O2 + + 2 e

Ở catôt: 2 H+ + 2 e H2

H2O H2 + 1/2 O2

Khí thoát ra ở 2 bình đều là hiđro và oxi 2.

a) Dung dịch NaOH:

Eanôt = 0,4 V

0,0592 2 4,75

Hướng dẫn:

Ecatôt = 0 + lg (10−14)2 = − 0,83 V U min = E anôt − E catôt = 0,4 + 0,83 = 1,23 V b) Dung dịch H2SO4:

Eanôt = 1,23 V Ecatôt = 0 V

Umin = E anôt − E catôt = 1,23 V

(khi tính Umin không xét đến quá thế).

3. Có thể dùng NH4Cl để giảm pH của dung dịch NaOH từ 14 xuống 11.

NH4+ + OH− NH3 + H2O

pOH của dung dịch NaOH đã thêm NH4Cl để giảm pH của dung dịch NaOH từ 14

xuống 11 được tính theo công thức:

[NH4+]

pOH = pKb + lg

[NH3] [NH4+

]

3 = 4,75 + lg[NH3]

Suy ra [NH4+] = 0,0178 × [NH3]

Khi pH của dung dịch NaOH giảm từ 14 xuống 11 thì [OH−] của dung dịch giảm đi: 1 − 10−3 = 0,999 mol. Đây chính là số mol NH3 hình thành. Vậy [NH3] = 0,999 mol/L và:

[NH4+] = 0,0178 × 0,999 ≅ 0,0178 (mol/L) Số mol NH4Cl phải thêm vào 1 lít dung dịch:

n = n ++ n = 0,0178 + 0,999 = 1,0168 (mol)

NH4 NH3

Khối lượng NH4Cl phải thêm vào 1 lít dung dịch: 1,0168 × 53,5 = 54,4 (gam) 4. Khi pH = 11, dung dịch NaOH:

0,0592 lg 1

Eanôt = 0,4 V +

2 (10−3)2

0,0592 lg (10−11)2 Ecatôt = 0 + 2

U min = E anôt − E catôt = 0,4 + 3 × 0,0592 + 0,0592 × 11 ≅ 1,23 V Bài 13:

Điện phân 50 mL dung dịch HNO3 có pH = 5,0 với điện cực than chì trong 30 giờ, dòng điện 1A.

a) Viết nửa phản ứng tại các điện cực và phương trình phản ứng chung.

b) Tính pH của dung dịch sau khi điện phân.

c) Tính thể tích dung dịch NaOH 0,0001 mol/L cần để trung hòa dung dịch sau khi điện phân.

d) Hãy cho biết nên dùng chất chỉ thị nào để xác định điểm dừng của phản ứng trung hòa.

Coi khối lượng riêng của dung dịch HNO3 loãng là 1 g/mL

Hướng dẫn: 2 H+

− 2 e →

2. a) Nửa phản ứng oxi hoá ở anot: H2O + O2 Nửa phản ứng khử ở catot: 2 H+ + 2 e → H2

→ 1

H2O H2 2 + O2

b) Tính pH của dung dịch sau khi điện phân 108000 c

q = 1 A × 30 giờ × 3600 s = 108000 (Culông) ; Số Farađ ây: = 1,11917

F 1,11917 F 96500 C/F

→ n =2 F/mol = 0,559558 ≈ 0,556 mol

H2

Số mol nước bị điện phân là 0,556 mol.

Khối lượng nước bị điện phân: 0,556 mol × 18 g/mol = 10,074 g Khối lượng dung dịch trước khi điện phân là 50 mL

Khối lượng dung dịch sau khi điện phân là 50 − 10,074 = 39,926 (g) ≈ 40 g

40 g

Thể tích dung dịch sau khi điện phân là: V =1 g/mL = 40 mL = 0,04 L Số mol HNO 3= 0,05 l × 10−5 = 5. 10−7 (mol)

5. 10−7 mol

CHNO3 = [H+] = 0,04 L = 1,25.10−5 M pH = − lg [H+] = − lg (1,25.10−5) = 4,903 ≈ 4,9 c) Phản ứng: NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O nNaOH = n = 5. 10−7 mol 5. 10 −7

HNO 3

Vdd NaOH = 10−4 M = 5. 10−3 L = 0,005 L = 5 ml

d) Phản ứng xảy ra giữa axit mạnh và bazơ mạnh nên có thể dùng chất chỉ thị là phenolphtalein có khoảng chuyển màu (pH) 8 − 10.

3.2.2. Bài tập không có hướng dẫn giải:

Bài 1. Cho dòng điện đi qua bình điện phân chứa 500ml dung dịch natri hidroxit có nồng độ của NaOH là 4,6% (khối lượng riêng 1,05g/ml). Sau một số giờ, nồng độ của natri hidroxit trong bình điện phân đạt đến 10%. Xác định thể tích các khí (đktc) thoát ra ở điện cực.

Một phần của tài liệu CHUYÊN ĐỀ ON THI HS GIỎI HÓA ĐIỆN HÓA HỌC (Trang 45 - 51)

Tải bản đầy đủ (DOC)

(53 trang)
w