GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH BẰNG PHƯƠNG TRÌNH PHÂN TỬ 1 Lời nói đầu: Thông thường các bài toán điện phân chúng ta thường giải bằng phương pháp viết bán phương trình điện phân ở cả
Trang 1GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH BẰNG PHƯƠNG TRÌNH PHÂN TỬ
1) Lời nói đầu: Thông thường các bài toán điện phân chúng ta thường giải bằng phương pháp viết bán phương trình điện phân ở cả 2 điện cực Tuy nhiên, đã có ai nghĩ tới việc giải những bài
đó bằng phương trình phân tử chưa? Mình không dám chắc câu trả lời đâu, và bây giờ mình sẽ trình bày phương pháp phương trình phân tử (gọi tắt là ptpt) để giải các bài toán điện phân nhé
Ở đây mình sẽ dùng Cu(NO3)2 và NaCl vì hỗn hợp này thường xuyên thấy trong các đề thi Khi điện phân dung dịch chứa Cu(NO3)2 và NaCl (có màng ngăn), có 3 giai đoạn xảy ra theo thứ
tự như sau
+ Giai đoạn 1: Cả Cu(NO3)2 và NaCl bị điện phân cùng lúc trong dung dịch
PT: Cu(NO3)2 + 2NaCl -(đpdd)-> Cu + 2NaNO3 + Cl2
a 2a a 2a a
Số mol e trao đổi = 2a
+ Giai đoạn 2: Phụ thuộc vào giai đoạn 1 xem chất nào hết,chất nào dư (nếu cả 2 cùng hết thì xuống giai đoạn 3)
• Nếu Cu(NO3)2 còn dư b mol
PT: Cu(NO3)2 + H2O -(đpdd)-> Cu + 2HNO3 + ½ O2
b b b 2b b/2
Số mol e trao đổi = 2b
• Nếu NaCl còn dư c mol
PT: 2NaCl + 2H2O -(đpdd,có màng ngăn)-> 2NaOH + H2 + Cl2
c c c c/2 c/2
Số mol e trao đổi = c
+ Giai đoạn 3: Nước bị điện phân ở cả 2 điện cực
PT: 2H2O -(đp)-> 2H2 + O2 (số mol e trao đổi = 2.nH2O)
2) Ưu,nhược điểm của cách giải bằng ptpt
• Ưu điểm:
+ Giúp hiểu rõ hơn về quá trình điện phân
+ Có thể xử lý được hàng loạt các bài toán về điện phân, nhất là về đồ thị
• Nhược điểm:
Trang 2+ Cần phải nhớ ptpt cùng với số mol e trao đổi nên không thích hợp trong đi thi trắc nghiệm khi bán phương trình chiếm ưu thế lớn hơn (ptpt khá cồng kềnh)
+ Khó xử lý những dạng bài khi chủ ý người ra đề ép người giải chỉ có thể giải được bằng bán phương trình
3) Các ví dụ minh họa
1 Điện phân dung dịch A gồm Cu(NO3)2 (3x mol) và NaCl (x mol) (điện cực trơ,có màng ngăn) một thời gian, thu được dung dịch B và khối lượng dung dịch giảm đi 4,55g Thêm 2,24g Fe vào B thì thu được khí NO và 0,64 gam chất rắn C duy nhất Tính khối lượng chất tan trong A
Lời giải (sử dụng phương trình phân tử): chất rắn C là Cu (0,01 mol) => Cu(NO3)2 chưa bị điện phân hết
PT điện phân dung dịch A
Cu(NO3)2 + 2NaCl -(đpdd)-> Cu + 2NaNO3 + Cl2
x/2 x x/2 x x/2
Cu(NO3)2 + H2O -(đpdd)-> Cu + 2HNO3 + ½ O2
a a a 2a a/2
Dung dịch B gồm: NaNO3 (x mol),HNO3 (2a mol) và Cu(NO3)2 dư (5x/2 - a mol)
Độ giảm khối lượng = mCu + mkhí = 64.x/2 + 71.x/2 + 64a + 32.a/2
Hay 4,55 = 135x/2 + 80a (1)
Do có Cu => hết Fe3+ và H+
BT N: nNO3- = nNaNO3 + nHNO3 + 2nCu(NO3)2 – nNO = x + 2a + 2(5x/2 - a) - nHNO3/4 = 6x – a/2 (mol)
BT điện tích: 2nFe2+ + 2nCu2+ + nNa+ = nNO3- => 0,08 + 2(5x/2 - a – 0,01) = 5x – a/2
=> a = 0,04,thay vào (1) ta được x = 0,02 => mchất tan trong A = 188.0,06 + 58,5.0,02 = 12,45g
2 Điện phân dung dịch A gồm Cu(NO3)2 và NaCl (điện cực trơ,có màng ngăn) cho đến khi nước bắt đầu bị điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng lại Biết rằng
i) Khi số mol của Cu(NO3)2 và NaCl ban đầu trong A lần lượt là x và y thì dung dịch sau điện phân hòa tan được 0,72g Al, thu được dung dịch B không chứa axit dư và không có khí thoát ra ii) Khi số mol của NaCl và Cu(NO3)2 ban đầu trong A lần lượt là x và y thì dung dịch sau phản ứng hòa tan được 0,032 mol Al, kết thúc phản ứng chỉ thu được khí NH3 và dung dịch X chứa 2 chất tan
Xác định x/y và khối lượng 2 chất tan trong X
Lời giải (ghi tắt vì mình buồn ngủ quá ^^)
Trang 3Xét i)
Dùng ptpt, xác định được dung dịch sau điện phân gồm: NaNO3 (y mol) và HNO3 (2x – y mol)
nNH4+ = nHNO3/10 = (2x-y)/10 mol
BT N: nNO3- = nNaNO3 + nHNO3 – nNH4+ = (18x+y)/10 mol
BT điện tích: 3nAl3+ + nNa+ + nNH4+ = nNO3-, rút gọn đi ta được 2x – y = 0,1 (1)
Xét ii)
Dung dịch sau điện phân gồm: NaNO3 (2y mol) và NaOH (x – 2y mol)
PTHH: 8Al + 3NaNO3 + 5NaOH + 2H2O -> 8NaAlO2 + 3NH3
Nếu NaOH bị dư => nNaNO3 = 0,012 = 2y => y = 0,006 => x = 0,053 => x/y = 53/6 và mchất tan
NaOH phản ứng)
Nếu NaNO3 bị dư => nNaOH = 0,02 = x – 2y (2)
(1),(2) => x = 0,06 => y = 0,02 => x/y = 3 và mchất tan trong X = nNaAlO2 + nNaNO3 dư = 0,032.82 + (0,04 – 0,032.3/8).85 = 5,004g (0,032.3/8 là số mol NaNO3 phản ứng)
Hi vọng qua những lý thuyết mình đưa ra kèm 2 ví dụ minh họa đã phần nào giúp các bạn nắm thêm 1 phương pháp mới trong việc giải các bài toán điện phân Chúc các bạn sớm tìm lại được gốc hóa cho mình nhé ^^