Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai Website HOC247 cung cấp một môi trư ng học trực tuy n inh động, nhiều ti n ích thông minh, nội dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy[r]
Trang 1Lý thuyết và phương pháp giải quyết bài toán điện phân môn Hóa học 12 năm 2021
I TÓM TẮT LÝ THUYẾT
nh ngh a
Điện phân là dùng năng lượng điện để thực hiện phản ứng oxi hóa - khử xảy ra trên catot và anot
+ Tại catot cực âm xảy ra quá tr nh khử nhận e
+ Tại not cực dương xảy ra quá tr nh oxi hóa (cho e)
hác v i phản ứng oxi hóa khử thông thư ng, phản ứng điện phân do tác dụng của điện năng và các chất trong môi trư ng điện phân không trực tiếp cho nhau e mà phải truyền qua dây dẫn
á t ư ng h i n h n
a i n h n nóng hảy
Phương pháp điện phân nóng chảy chỉ áp dụng điều chế các kim loại hoạt động rất mạnh như: Na, , Mg,
Ca, Ba, Al
● Điện phân nóng chảy oxit: chỉ dụng điều chế l
2Al2O3 → 4Al + 3O2
Tác dụng của Na3AlF6 (criolit):
+ Hạ nhiệt cho phản ứng
+ Tăng khả năng dẫn điện cho l
+ Ngăn ch n ự tiếp x c của oxi không kh v i l
uá tr nh điện phân:
+ Catot (-): \({\rm{2A}}{{\rm{l}}^{{\rm{3 + }}}}{\rm{ + 6e }} \to {\rm{ 2Al}}\)
+ not + :Do điện cực làm bằng graphit than ch nên bị kh inh ra ở anot ăn mòn
\(\begin{array}{l}
{\rm{6}}{{\rm{O}}^{{\rm{2 - }}}}{\rm{ - 6e}} \to {\rm{3}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \uparrow \\
{\rm{2C + }}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \to 2{\rm{CO}} \uparrow \\
{\rm{2CO + }}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \to 2{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \uparrow
\end{array}\)
Phương tr nh phản ứng điện phân cho cả 2 cực là:
2Al2O3 → 4Al + 3O2
Al2O3 + 3C → 2 l + 3CO
2Al2O3 + 3C → 4Al + 3CO2
h ở anot inh ra thư ng là hỗn hợp kh CO, CO2 và O2 Để đơn giản ngư i ta thư ng chỉ xét phương
trình: 2Al2O3 → 4Al + 3O2
● Điện phân nóng chảy hiđroxit Chỉ áp dụng để điều chế các kim loại kiềm: Na,
Tổng quát: 2MOH → \({\rm{2M + }}\frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \uparrow
{\rm{ + }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} \uparrow {\rm{ (M = Na, K,}} {\rm{)}}\)
uá tr nh điện phân:
Catot (-): 2M+ +2e → 2M
Anot (+): 2OH- -2e → \(\frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \uparrow {\rm{ +
}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} \uparrow \)
● Điện phân nóng chảy muối clorua Chỉ áp dụng để điều chế kim loại kiềm và kiềm thổ
Trang 2Tổng quát: 2MClx → 2M + xCl2 (x = 1,2)
b i n h n dung d h
- p dụng để điều chế các kim loại trung b nh, yếu
- Trong điện phân dung dịch nư c giữ một vai trò quan trọng:
+ Là môi trư ng để các cation và anion di chuyển về 2 cực
+ Đôi khi nư c tham gia vào quá tr nh điện phân
Ở catot: \({\rm{ 2}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O + 2e}} \to {{\rm{H}}_{\rm{2}}} \uparrow {\rm{ + 2O}}{{\rm{H}}^{\rm{ - }}}\)
Anot: \({{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O - 2e}} \to \frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}
\uparrow {\rm{ + 2}}{{\rm{H}}^{\rm{ + }}}\)
Về bản chất nư c nguyên chất không bị điện phân do điện ở quá l n I=0 Do vậy muỗn điện phân nư c cần hoà thêm các chất điện ly mạnh như: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh
- Để viết được các phương tr nh điện ly một cách đầy đủ cà ch nh xác, ch ng ta cần lưu ý một ố quy tắc kinh nghiệm au đây:
Quy tắ : uá tr nh khử xảy ra ở catot
+ Các ion kim loại từ l3+
trở về đầu d y điện hóa không bị khử thành ion kim loại khi điện phân dung dịch Nên nếu catot chỉ chứa các cation này th do ch ng không bị khử nên nư c bị khử :
\({\rm{ 2}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O + 2e}} \to {{\rm{H}}_{\rm{2}}} \uparrow {\rm{ +
2O}}{{\rm{H}}^{\rm{ - }}}\)
+ Các ion sau Al3+ th bị khử thành kim loại, v i thứ tự ưu tiên ngược từ dư i lên Trong đó đ c biệt ch
ý ion H+ luôn bị khử cuối cùng trong d y ưu tiên trên
Quy tắ : uá tr nh oxi hoá ở anot
+ Ưu tiên 1: Đó là các kim loại trung b nh và yếu
+ Ưu tiên 2: \({{\rm{S}}^{{\rm{2 - }}}}{\rm{ > }}{{\rm{I}}^{\rm{ - }}}{\rm{ >
B}}{{\rm{r}}^{\rm{ - }}}{\rm{ > C}}{{\rm{l}}^{\rm{ - }}}{\rm{ > O}}{{\rm{H}}^{\rm{ - }}}\)
Nếu khi điện phân ở anot chứa đ ng th i kim loại và anion ion âm th anion không bị oxi hóa
Các anion chứa oxi như: \({\rm{N}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}^{\rm{ - }}{\rm{;
S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}^{{ rm 2 - rm C rm O rm 3 rm 2 - rm
rm O rm 3 rm 2 - rm P rm O rm rm 3 - rm
Cl rm O rm rm - coi như không bị oxi hóa Nếu anot chỉ chứa các anion này
th rm H rm 2 rm O bị oxi hóa:
\({{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O - 2e}} \to \frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}
\uparrow {\rm{ + 2}}{{\rm{H}}^{\rm{ + }}}\)
K t lu n ề á t ư ng h i n h n dung d h:
- Điện phân dung dịch muối của cation kim loại mạnh l v i gốc axit có oxi:
rm N rm a rm 2 rm rm O rm , NO3 các dung dịch axit có gốc
axit chứa oxi:
\({{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}};{\rm{KN}}{{\rm{O}}_{\rm 3 , các
dung dịch bazơ tan của kim loại kiềm và kiềm thổ: th nư c bị điện phân
V dụ: điện phân dung dịch
Trang 3H2O → 1/2H2 + O2
- Điện phân dung dịch axit mà gốc axit không có oxi:
- Điện phân dung dịch muối của cation kim loại trung b nh - yếu au l v i gốc axit có oxi: cho ra kim loại + oxi + axit tương ứng
II BÀI TẬP MINH HỌA
d 1: iểu di n quá tr nh điện phân dung dịch Cl
Hướng dẫn giải
Phương tr nh điện li:
\(\begin{array}{l}
{{\rm{K}}^ + },{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O
C}}{{\rm{l}}^ - },{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\\
{\rm{2}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O + 2e}} \to {{\rm{H}}_{\rm{2}}} \uparrow {\rm{ +
2O}}{{\rm{H}}^{\rm{ - }}}{\rm{ 2C}}{{\rm{l}}^ - } - {\rm{ 2e }} \to
{\rm{C}}{{\rm{l}}_2}
\end{array}\)
Do đó phương tr nh điện phân là:
2KCl + 2H2O → 2 OH + H2 + Cl2
d 2: iểu di n quá tr nh điện phân dung dịch Cu O4 điện cực trơ)
Hướng dẫn giải
\(\begin{array}{l}
{\rm{ C}}{{\rm{u}}^{2 + }},{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O SO}}_4^{2 - },{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\\
{\rm{ C}}{{\rm{u}}^{2 + }}{\rm{ + 2e }} \to {\rm{ Cu
}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} - {\rm{ 2e }} \to \frac{1}{2}{{\rm{O}}_2}{\rm{ }} + {\rm{
2}}{{\rm{H}}^ + }
\end{array}\)
Do đó phương tr nh điện phân là:
CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + 1/2O2
d 3: Điện phân dung dịch Cu O4 v i anôt là Cu
Hướng dẫn giải
\(\begin{array}{l}
{\rm{ C}}{{\rm{u}}^{2 + }},{\rm{ }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O
Cu, SO}}_4^{2 - },{\rm{ }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\\
{\rm{ C}}{{\rm{u}}^{2 + }}{\rm{ + 2e }} \to {\rm{ Cu Cu}} - {\rm{ 2e}} \to {\rm{C}}{{\rm{u}}^{2 + }}
\end{array}\)
Như vậy, ở catot Cu inh ra bao nhiêu th ở anot bị tan ra bấy nhiêu trư c và au điện phân lượng
CuSO4 không đổi uá tr nh này dùng để mạ và tinh luyện kim loại nguyên chất
d 4: Điện phân dung dịch O4
Trang 4\(\begin{array}{l}
{\rm{ }}{{\rm{H}}^ + },{\rm{ }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O SO}}_4^{2 - },{\rm{ }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\\
{\rm{ 2}}{{\rm{H}}^ + }{\rm{ + 2e }} \to {\rm{ }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{ }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} - {\rm{ 2e }} \to \frac{1}{2}{{\rm{O}}_2}{\rm{ }} + {\rm{ 2}}{{\rm{H}}^ + }
\end{array}\)
Do đó phương tr nh điện phân là:
H2O → 1/2H2 + O2
d 5: Điện phân dung dịch hỗn hợp Cu O4 a mol và KBr b mol
Hướng dẫn giải
H2O ⇔ \({{\rm{H}}^{\rm{ + }}}{\rm{ + O}}{{\rm{H}}^{\rm{ - }}}{\rm{; KBr}} \to
{{\rm{K}}^{\rm{ + }}}{\rm{ + B}}{{\rm{r}}^{\rm{ - }}}{\rm{; CuS}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}} \to
{\rm{C}}{{\rm{u}}^{{\rm{2 + }}}}{\rm{ + S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}^{{\rm{2 - }}}\)
+catot (-): \({{\rm{H}}^{\rm{ + }}}{\rm{; }}{{\rm{K}}^{\rm{ + }}}{\rm{; C}}{{\rm{u}}^{{\rm{2 + }}}}\ thứ tự điện phân là \({\rm{C}}{{\rm{u}}^{{\rm{2 + }}}}{\rm{ > }}{{\rm{H}}^{\rm{ + }}}\)
còn K+ không bị điện phân
\({\rm{C}}{{\rm{u}}^{{\rm{2 + }}}}{\rm{ + 2e}} \to {\rm{Cu}}\ hết \({\rm{C}}{{\rm{u}}^{{\rm{2 + }}}}\) thì \({\rm{2}}{{\rm{H}}^{\rm{ + }}}{\rm{ + 2e}} \to {{\rm{H}}_{\rm{2}}} \uparrow \)
III LUYỆN TẬP
Câu 1: Điện phân dung dịch muối MCln bằng dòng điện 5 , điện cực trơ, au 21 ph t 27 giây ngừng
điện phân, thấy trên catot inh ra 2,133 gam kim loại M Xác định tên kimloại M
A Cu
B Fe
C Mg
D Zn
Câu 2:Điện phân dung dịch NaCl cho đến khi hết muối v i dòng điện 1,61 thấy hết 60 ph t
1 T nh khối lượng kh thoát ra, biết rằng điện cực trơ, màng ngăn xốp
A 2,13 gam
B 0,06 gam
C 2,19 gam
D 2,22 gam
2.Trộn dung dịch au điện phân v i dung dịch H2SO4 chứa 0,0 mol r i cô cạn dung dịch T nh khối
lượng muối khan thu được
A 4,26 gam
B 3, 6 gam
C 7,86 gam
D 6,86 gam
Trang 5Câu 3: Điện phân 100ml dung dịch chứa Cu2+, Na+; H+ có pH = 1, điện cực trơ au một th i gian
điện phân, r t điện cực ra khỏi dung dịch, thấy khối lượng dung dịch giảm 0,6 gam và dung dịch có màu xanh nhạt, thể t ch dung dịch không đổi T nh n ng độ H+
có trong dung dịch au khi điện phân
A 0,2 M B 0,1 M C 0,16 M D 0,26 M
Câu 4: Trong quá tr nh điện phân những cation di chuyển về:
A Cực dương, ở đây xảy ra ự oxi hoá B Cực dương, ở đây xảy ra ự khử
C Cực âm, ở đây xảy ra ự oxi hoá D Cực âm, ở đây xảy ra ự khử
Câu 5: uá tr nh xảy ra tại các điện cực khi điện phân dung dịch gNO3 là :
Cực dương : hử ion NO3- Cực âm : Oxi hoá ion NO3-
C Cực âm : hử ion g+
D Cực dương : hử H2O
Trang 6Website HOC247 cung cấp một môi trư ng học trực tuy n inh động, nhiều ti n ích thông minh, nội dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy bởi những giáo viên nhiều năm kinh nghi m,
giỏi về ki n thức chuyên môn lẫn kỹ năng sư hạm đến từ các trư ng Đại học và các trư ng chuyên
danh tiếng
I Luy n Thi Online
- Luyên thi H, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghi m từ các Trư ng ĐH và THPT danh tiếng xây dựng các khóa luy n thi THPTQG các môn: Toán, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học và
Sinh Học
- Luy n thi vào lớp 10 Toán: Ôn thi HSG lớp 9 và luy n thi vào lớp 10 chuyên Toán các trư ng
PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An và các trư ng Chuyên
khác cùng TS.Tràn Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo và Thày Nguyễn Đức Tấn
II Khoá Học Nâng Cao và HSG
- Toán Nâng Cao THCS: Cung cấp chương tr nh Toán Nâng Cao, Toán Chuyên dành cho các em H
THCS l p 6, 7, 8, 9 yêu thích môn Toán phát triển tư duy, nâng cao thành t ch học tập ở trư ng và đạt điểm tốt ở các kỳ thi HSG
- Bồi dưỡng HSG Toán: B i dưỡng 5 phân môn ại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học và Tổ H p
dành cho học sinh các khối l p 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh
Trình, TS Tràn Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thày Lê Phúc Lữ, Thày Võ Quốc Bá Cẩn cùng đôi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia
III Kênh học t p miễn phí
- HOC247 NET: Website hoc mi n phí các bài học theo hương t ình SGK từ l p 1 đến l p 12 tất cả
các môn học v i nội dung bài giảng chi tiết, sửa bài tập SGK, luyện tập trắc nghiệm m n ph , kho tư liệu tham khảo phong phú và cộng đ ng hỏi đáp ôi động nhất
- HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp các Video bài giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa bài tập, sửa đề thi
mi n phí từ l p 1 đến l p 12 tất cả các môn Toán- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học và Tiếng Anh
Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai
Học mọi lúc, mọi nơi, mọi thiết bi – Tiết kiệm 90%
Học Toán Online cùng Chuyên Gia
HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí HOC247 TV kênh Video bài giảng miễn phí
