10. Cấu trỳc luận văn
2.5.5.Bài toỏn về sự điệnphõn cỏc hợpchất kimloại
Điện phõn là quỏ trỡnh oxi hoỏ khử xảy ra trờn bề bặt cỏc điện cực khi cú dũng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hoặc điện li núng chảy. Tại Katot(K) - cực õm: Xảy ra quỏ trỡnh khử(chất ụxi hoỏ nhận e)
1.Điện phõn núng chảy:
a, Điện phõn muối núng chảy (chủ yếu muối halogenua):
nc n n MX M nX (-)Katot (+)Anot n M ne M 2X2eX2
(quỏ trỡnh khử) (quỏ trỡnh oxi hoỏ) Phương trỡnh điện phõn: 2MXn dpnc2M + nX2
Vớ dụ: 2NaCl dpnc 2 2
Na Cl
b, Điện phõn hiđroxit kim loại núng chảy:
( ) nc n n M OH M nOH (-)Katot Mn+ + ne M (quỏ trỡnh khử) (+) A not 2 2 4OH4eO 2H O
(quỏ trỡnh oxi hoỏ)
Phương trỡnh điện phõn : 4M(OH)n dpnc4M +nO2 + 2nH2O Vớ dụ: 4NaOH dpnc 4Na +O2 + 2H2O c, Điện phõn oxit kim loại núng chảy:
nc 2xy 2 x y M O xM yO (-)Katot 2 2 y x xM ye xM (quỏ trỡnh khử) (+) A not 2 2 2O4eO
(quỏ trỡnh oxi hoỏ)
Phương trỡnh điện phõn : dpcn 2 2M Ox y2xMyO Vớ dụ: dpnc 2 3 2 2Al O 4Al 3O 2.Điện phõn dung dịch :
Ở Katot, cation nào cú tớnh oxi hoỏ càng mạnh thỡ càng dễ bị khử và ở Anot, anion nào cú tớnh khử mạnh hơn thỡ càng dễ bị oxi hoỏ.
a, Quy tắc ở Katot:
Ở Katot cú Mn+ và H+(do axit hoặc nước điện li ra), thứ tự nhận e như sau: 3 2 2 2 2 2 (axit) nuoc 2 2 2 2H Ag Fe Cu Sn Ni Fe Zn 2H Ag Fe Cu H Sn Ni Fe Zn H
Ion kim loại mạnh từ Al3+ trở về trước thực tế khụng bị điện phõn. -Nếu H+ là do axit điện li ra: 2H+ + 2e H2
-Nếu H+ là do nước điện li ra: 2H2O+ 2e H2 + 2OH
b, Quy tắc ở Anot:
Ở anot cú cỏc anion gốc axit và OH(do bazơ hoặc do nước điện li ra); đối với anot trơ(như C, Pt...) thứ tự nhường e như sau:
2
I Br ClS OH(bazơ) > OH(nước)
Cỏc ion 2 3
4 , 3, 4 ...
SO NO PO thực tế khụng bị điện phõn -Nếu OHdo bazo điện li ra : 2OH4eO22H
-Nếu OH do nước điện li ra: 2H O2 4eO24H
Áp dụng cỏc quy tắc trờn cú thể viết được phương trỡnh điện phõn cỏc dung dịch muối của axit khụng chứa oxi(như MCln) và của axit chứa oxi(như dung dịch M2(SO4)n, M(NO3)n ...).
* Điện phõn dung dịch MCln dd 2 2 : dp M Al CuCl Cu Cl dd 2 2 2 2 2 dp 2 M Al NaCl H O NaOH H Cl
* Điện phõn dung dịch M2(SO4)n , M(NO3)n dd 4 2 2 2 4 : 2 2 dp 2 2 M sau Al CuSO H O Cu O H SO dd 3 2 2 3 4AgNO 2H Odp 4Ag O 4HNO (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
M Al : Điện phõn dung dịch Na2SO4, KNO3 ... chỉ cú H2O điện phõn
2 dd
2 dp 2 2 2
H O H O
Cụng thức Faraday về sự điện phõn Khối lượng chất X thoỏt ra ở điện cực:
1 . (*) x e A m It F n
Ở đõy: A - Khối lượng mol của chất
ne - Số mol e tham gia phản ứng ở điện cực I- Cường độ dũng điện (A)
F = 96500 (nếu t = s), hoặc = 26,8 (nếu t = giờ) (*) cũn được viết dưới dạng :
x e It n n F
Ở đõy: nx là số mol chất điện phõn Chỳ ý: m catot tăng = m kim loại tạo thành
mdung dịch sau điện phõn = m dung dịch trước điện phõn - (m m )
Khớ thoỏt ra sau điện phõn gồm cả khớ thoỏt ra ở(A) và (K)(trừ khớ gõy ra phản ứng phụ, tạo sản phẩm tan trong dung dịch).
Bài toỏn minh họa:
Bài 1: Điện phõn hoàn toàn 2,22 gam muối clorua kim loại ở trạng thỏi núng chảy thu được 448 ml khớ (ở đktc) ở anot.
Xỏc định tờn gọi kim loại trong muối?
Lời giải: 2RCln dpnc2R + nCl2 2 n.0,02 0,02 Mmuối = 2, 22 55,5. 35,5 20 0,04 n R n R n n Nghiệm hợp lớ là n = 2, R = 40(Ca) Vậy kim loại R là Canxi
Bài 2: Hoà tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6M được 200 ml dung dịch X. Điện phõn dung dịch X với điện cực trơ, I = 1,34A trong 4 giờ được m gam kim loại thoỏt ra ở (K) và V lớt khớ (đktc) thoỏt ra ở (A).Tớnh m và V?
Lời giải: 4.5 2 4 1,34.4 0, 2 ; 0,12 ; 0, 2 26,8 CuSO H O CuSO HCl e
n mol n n mol n mol
Thứ tự điện phõn ở (A) và (K). + Tại (K): 2 2 0,1 0, 2 0,1 Cu e Cu
Cu2+ chưa điện phõn hết, và mCu = 6,4 gam
+ Tại (A): 2 2 2 0,12 0,12 0,06 Cl e Cl Clđó điện phõn hết Cũn lại 0,2 – 0,12 = 0,08 mol electron nhường của H2O 2H2O – 4e O2 + 4H+
0,080,02
V = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lớt
Bài 3: Điện phõn 200ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1M và Cu(NO3)2 0,2M với điện cực trơ, I = 5A. Sau 19 phỳt 18 giõy dừng điện phõn, lấy Katot sấy khụ thấy tăng m gam. Tớnh giỏ trị của m?
Lời giải:
2 e
Ag Cu
I.t 5.(19.60 18) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
n 0,02mol;n 0,04mol;n 0,06mol
F 96500 Thứ tự cỏc ion bị khử tại (K): Ag+ + e Ag (1) 0,020,020,02
Sau (1) cũn (0,06 – 0,02) = 0,04 mol electron do Cu+2 nhận Cu2++ 2e Cu (2) 0,02 0,04 0,02 Cu2+ cũn dư 0,02 mol
Vậy m = 0,02.(108 + 64) = 3,44 gam
Bài 4: Dung dịch X chứa HCl, CuSO4, Fe2(SO4)3. Lấy 400ml dung dịch X đem điện phõn với điện cực trơ, cường độ dũng I = 7,724A đến khi ở Katot
thu được 5,12 gam Cu thỡ dừng lại. Khi đú ở Anot cú 0,1 mol một chất khớ thoỏt ra.Tớnh thời gian điện phõn và nồng độ của Fe2+ trong dung dịch ?
Lời giải: Tại Anot: 2Cl 2e Cl2 0,2 0,1 . 0, 2 2500 46500 e I t n t s Tại Katot: Fe3+ + 1e Fe2+ a a Cu2+ + 2e Cu 0,16 0,08 Ta cú: a + 0,16 = 0,2 a = 0,04 mol , 2 0,04 0,1 0, 4 M Fe C M
Bài 5 : Điện phõn 200ml dung dịch CuSO4 với cỏc điện cực trơ, I = 9,65A. Khi thể tớch cỏc khớ thoỏt ra ở cỏc điện cực đều bằng 1,12 lớt (ở đktc) thỡ ngừng điện phõn.Tớnh khối lượng kim loại sinh ra ở Katot và thời gian điện phõn?
Lời giải:
nkhớ thoỏt ra = 0,05 mol
-Tại (A) chỉ cú sự oxi hoỏ H2O: 2H2O – 4e O2 + 4H+ 0,2 0,05 Cú: ne = 0,2 = . 2000 96500 I t t s
-Tại (K) xảy ra sự khử theo thứ tự sau: Cu2+ + 2e Cu
0,1 0,05 H2O + 2e H2 + 2OH
mCu = 0,05.64 = 3,2 gam
Vậy khối lượng kim loại thu được là 3,2 gam và thời gian điện phõn là 2000s.
Bài toỏn vận dụng:
Bài toỏn tự luận.
Bài 1: Điện phõn núng chảy Al2O3 với anot than chỡ(hiệu suất điện phõn 100%) thu được m kg Al ở catot và 67,2 lớt (ở đktc) hỗn hợp khớ X cú tỉ khối so với hiđro bằng 16. Lấy 2,24 lớt (đktc) hỗn hợp khớ X sục vào dung dịch nước vụi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa. Tớnh m?
Đỏp ỏn: 0,0756 kg
Bài 2: Điện phõn NaCl núng chảy với cường độ I = 1,93A trong thời gian 400s thu được 0,1472 gam Na.Tớnh hiệu suất của quỏ trỡnh điện phõn?
Đỏp ỏn: 80%
Bài 3: Lấy 35,1 gam NaCl hoà tan vào 244,9 gam nước sau đú điện phõn dung dịch với điện cực trơ cú màng ngăn cho tới khi tại Katot thoỏt ra 1,5 gam khớ thỡ thu được dung dịch X. Tớnh nồng độ chất tan trong dung dịch X?
Đỏp ỏn: 9,6%
Bài 4: Điện phõn 10ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,1M và NaCl 0,2M tới khi ở cả hai điện cực cựng cú khớ thoỏt ra thỡ dừng lại.
Tớnh pH của dung dịch sau điện phõn?
Đỏp ỏn: pH = 7
Bài 5: Tiến hành điện phõn 100ml dung dịch CuSO4 1M cho tới khi pH của dung dịch bằng 1 thỡ ngừng điện phõn (coi thể tớch của dung dịch khụng đổi). Tớnh % của ddCuSO4 sau khi điện phõn?
Đỏp ỏn: 8%
Bài 6: Điện phõn dung dịch NaOH với cường độ dũng I = 10A trong thời gian 268 giờ. Sau điện phõn cũn lại 100 gam dung dịch NaOH 24%.
Tớnh nồng độ % của dung dịch NaOH trước điện phõn? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bài 7: Hoà tan gam tinh thể MSO4.5H2O vào nước được dung dịch X. Điện phõn dung dịch X với điện cực trơ, I = 1,93A. Nếu thời gian điện phõn là t giõy thỡ thu được kim loại tại (K) và 0,007 mol khớ tại (A). Nếu thời gian điệnphõn là 2 t giõy thỡ thu được 0,024 mol khớ.
Xỏc định kim loại M và thời gian điện phõn?
Đỏp ỏn: Ni, 1400s
Bài 8: Lấy 1,6 gam CuSO4 và 4 gam Fe2(SO4)2 hoà tan vào nước để thu được V lớt dung dịch D. Đem điện phõn lượng dung dịch D trờn trong thời gian 3 giờ 13 phỳt, cường độ dũng điện 0,5A, điện cực trơ.
Tớnh khối lượng kim loại bỏm vào catot và thể tớch khớ thu được ở anot(đktc)?
Đỏp ỏn: 0,336 lớt O2, 0,64 gam Cu, 0,56 gam Fe
Bài 9: Hoà tan 10,65 gam hỗn hợp A gồm một oxit kim loại kiềm và một oxit kimloại kiềm thụ bằng dung dịch HCl ta thu được dung dịch B . Cụ cạn dung dịch B và điện phõn núng chảy hoàn toàn hỗn hợp muối thỡ thu được 3,696 lớt khớ (ở 27,30C và 1 atm) và hỗn hợp kim loại A ở catot. Lấy lượng hỗn hợp kimloại D rồi luyện thờm 1,37 gam Ba thỡ thu được một hợp kim trong đú Ba chiếm 23,077%.
a. Tớnh khối lượng của D?
b. Xỏc định oxit kim loại kiềm, kiềm thổ
Đỏp ỏn: a .8,25 gam, b. Li2O và BaO
Bài 10: Điện phõn cú màng ngăn 500ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M và NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất điện phõn 100%) với cường độ dũng điện 5A trong 3860 giõy. Dung dịch thu được sau điện phõn cú khả năng hoà tan m gam Al. Tớnh giỏ trị lớn nhất của m?
Đỏp ỏn: 2,7 gam
Bài toỏn trắc nghiệm khỏch quan.
Cõu 1: Điện phõn đến hết 0,1 mol Cu(NO3)2 trong dung dịch với điện cực trơ, thỡ sau điện phõn khối lượng dung dịch đó giảm bao nhiờu gam?
Cõu 2: Khi điện phõn hết 0,1 mol NaCl trong dung dịch với điện cực trơ, màng ngăn xốp. Thể tớch khớ ( đktc ) thu được là?
A. 0 024 lớt B. 1,12 lớt C. 2,24 lớt D. 4,489 lớt.
Cõu 3: Điện phõn muối clorua kim loại kiềm núng chảy thỡ thu được 0,896 lớt khớ ( đktc ) ở anot và 3,12 gam kim loại ở catot. Cụng thức muối clorua đú là?
A.KCl. B.NaCl C.LiCl D.RbCl.
Cõu 4: Điện phõn núng chảy hoàn toàn 10,80 tấn Al2O3, điện cực anot (than chỡ) bị tiờu hao là? ( biết C bị chỏy tạo ra 80% thể tớch CO2 và 20% CO).
A. 2,5 tấn B. 3 tấn C. 2,1 tấn D.1,5 tấn.
Cõu 5: Mắc nối tiếp hai bỡnh điện phõn AgNO3 và Cu(NO3)2. Sau một thời gian thu được 1,08 g Ag tại catot của bỡnh điện phõn Ag. Khối lượng Cu bỏm trờn cactot của bỡnh điện phõn là?
A. 0,16g B.0,32g C.0,64g D.3,2g.
Cõu 6: Điện phõn dd CuSO4 bằng điện cực trơ với dũng điện cú cường độ I =0,5 A trong thời gian 1930 giõy thỡ khối lượng Cu và thể tớch khớ O2 sinh ra (đktc) là?
A.0,64 gam ; 0,112 lớt B. 0,32 gam; 0,056 lớt. C. 0,96 gam; 0,168 lớt. D.1,28 gam; 0,224 lớt.
Cõu 7: Điện phõn 500ml dd CuSO4 1M trong 0,2 giờ với cỏc điện cực trơ, cường độ dũng điện 1,34A. Khối lượng Cu tạo thành là?
A.0,23g B.0,40g C.0,32g D.1,6g.
Cõu 8: Điện dung dịch NaOH với dũng điện I = 10A trong thời gian 268 giờ, sau điện phõn cũn lại 100 gam dung dịch NaOH 24% . C% của dung dịch NaOH trước khi điện phõn là?
A. 2,4% B. 2,6% C.3,2% D.2,8%
Cõu 9: Điện phõn dung dịch muối MSO4 với điện cực trơ, I = 1,5A. Sau 965 giõy chưa thấy cú bọt khớ ở (K), dừng điện phõn và đem Katot sấy khụ thấy khối lượng (K) tăng 0,48 gam. kim loại M là?
Cõu 10: Điện phõn (cú màng ngăn và điện cực trơ) dung dịch chứa 13,5 gam CuCl2 và 14,9 gam KCl trong 2 giờ với I = 5,1A. Dung dịch sau điện phõn được trung hoà vừa đủ bởi V lớt dung dịch HCl 1M. Tớnh V? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
A. 0,16 lớt. B. 0,18 lớt. C.0,20 lớt. D.0,24 lớt.