Thầy Phạm Văn Thuận Bộ Sách Công Phá 8 + Môn Hóa 1 ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH I LÝ THUYẾT 1 LÍ THUYẾT Kim loại từ Li → Al (Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al) không tham gia điện phân, và gốc axit có oxi (SO42 , NO3[.]
Trang 1ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH
I LÝ THUYẾT
1 LÍ THUYẾT
Kim loại từ Li → Al (Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al) không tham gia điện phân, và gốc axit có oxi (SO42-, NO3-…) không tham gia điện phân, khi đó nước sẽ tham gia điện phân
Catot (cực âm): chất oxi hóa, ion dương về, giải phóng H2,
Anot (cực dương) : chất khử, ion âm về, giải phóng O2,
Chất khử: bị oxi hóa, sự oxi hóa, quá trình oxi hóa, nhường e, số oxi hóa tăng
Chất oxi hóa: bị khử, sự khử, quá trình khử, nhận e, số oxi hóa giảm
2 THỨ TỰ ĐIỆN PHÂN CÁC ĐIỆN CỰC
Quá trình khử xảy ra ở catot
Các ion kim loại từ Al3+ thì bị khử thành kim loại, với thứ tự ưu tiên ngược từ dưới lên Thứ tự điện phân: Ag,Fe3 ,Cu2 ,H(của axit), Pb2 Fe2 ,H(của nước)
Các cation K+, Na+, Ca2+, Al3+không bị khử Nếu catot chỉ chứa các anion này thì H2Osẽ bị khử:
O
Lưu ý: Nếu trong dung dịch điện phân có chứa Fe2 , khi anot đã xảy ra điện phân nước trước khi Fe2 thì H+sinh ra ở anot sẽ di chuyển về catot và bị điện phân trước Fe2+
Khi anot chưa xảy ra điện phân nước trước khi Fe2+thì ở catot Fe2+sẽ bị điện phân chuyển thành Fe
Thứ tự điện phân: S2 I Br Cl OH
Các anion chứa oxi như: , , , , 3 , 4
4
2 3
2 3
2 4 3
SO CO SO PO ClO
Nếu anot chỉ chứa các anion này thì H2Osẽ bị oxi hóa:
e H O
O
2 2 2
Trang 23 CÁCH VIẾT PHƯỚNG TRÌNH ĐIỆN PHÂN
Ví dụ 1: điên phân dung dịch NaCl
NaCl, H2O
2H2O + 2e → H2+ 2OH- Cl-→ Cl2+ 2e
H2O → O2+ 4H++ 4e
Ví dụ 2: điên phân dung dịch CuSO4
CuSO4, H2O
2H2O + 2e → H2+ 2OH
Trang 3-Ví dụ 3: điện phân dung dịch CuCl2
CuSO4, H2O
4 CÔNG THỨC TÍNH
- Số mol chất thu được ở điện cực: số mol = It/nF
Trong đó:
+ I (A) là cường độ dòng điện;
+ t (giây): thời gian điện phân;
+ F = 96500
+ n: số e trao đổi trong phản ứng ở điện cực (nếu kim loại: n là hóa trị của kim loại)
- Số mol e trao đổi ở điện cực ne= It/F
II BÀI TẬP ÁP DỤNG
Câu 1 – MH 2015.Điện phân với điện cực trơ dung dịch chứa 0,2 mol Cu(NO3)2, cường độ dòng điện 2,68A,trong thời gian t (giờ), thu được dung dịch X Cho 14,4 gam bột Fe vào X, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) và 13,5 gam chất rắn Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn và hiệu suất của quá trình điện phân là 100% Giá trị của t là
Câu 2 – THPTQG 2015:Điện phân dung dịch muối MSO4(M là kim loại) với điện cực trơ, cường
độ dòng điện không đổi Sau thời gian t giây, thu được a mol khí ở anot Nếu thời gian điện phân là 2t giây thì tổng số mol khí thu được ở cả hai điện cực là 2,5a mol Giả sử hiệu suất điện phân là 100%, khí sinh ra không tan trong nước Phát biểu nào sau đây là sai?
A.Khi thu được 1,8a mol khí ở anot thì vẫn chưa xuất hiện bọt khí ở catot
Trang 4B.Tại thời điểm 2t giây, có bọt khí ở catot.
C.Dung dịch sau điện phân có pH<7
D.Tại thời điểm t giây, ion M2+chưa bị điện phân hết
Câu 3 – MH 2016: Điện phân dung dịch hỗn hợp CuSO4 và KCl đến khi thấy bọt khí đều xuất hiện ở hai điện cực trơ thì ngắt dòng điện Thấy ở anot có 448 ml khí (ở đktc) thoát ra và dung dịch sau điện phân có thể hòa tan tối đa 0,8 gam MgO Khối lượng dung dịch sau điện phân giảm (coi như H2O bay hơi không đáng kể):
Câu 4 – THPTQG 2016:Điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl và 0,05 mol CuSO4 bằng dòng điện một chiều có cường độ 2A (điện cực trơ, có màng ngăn) Sau thời gian t giây thì ngừng điện phân, thu được khí ở hai điện cực có tổng thể tích là 2,352 lít (đktc) và dung dịch X Dung dịch
X hoà tan được tối đa 2,04 gam Al2O3 Giả sử hiệu xuất điện phân là 100%, các khí sinh ra không tan trong dung dịch Giá trị của t là
Câu 5 – MH Lần 2 - 2017:Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm CuSO4 và KCl vào H2O, thu được dung dịch Y Điện phân Y (có màng ngăn, điện cực trơ) đến khi H2O bắt đầu điện phân ở cả hai điện cực thì dừng điện phân Số mol khí thoát ra ở anot bằng 4 lần số mol khí thoát ra từ catot Phần trăm khối lượng của CuSO4 trong X là
Câu 6 – MH Lần 3 - 2017: Điện phân dung dịch NaCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp), thu được dung dịch X Hấp thụ CO2 dư vào X, thu được dung dịch chất Y Cho Y tác dụng với Ca(OH)2 theo tỉ lệ mol 1 : 1, tạo ra chất Z tan trong nước Chất Z là
A.Ca(HCO3)2 B.Na2CO3 C.NaOH D.NaHCO3
Câu 7 – THPTQG 2017 - 201: Điện phân 200 ml dung dịch gồm CuSO4 1,25M và NaCl a mol/lít (điện cực trơ, màn ngăn xốp, hiệu suất điện phân 100%, bỏ qua sự hòa tan của khí trong nước và
sự bay hơi của nước) với cường độ dòng điện không đổi 2A trong thời gian 19300 giây Dung dịch thu được có khối lượng giảm 24,25 gam so với dung dịch ban đầu Giá trị của a là
Câu 8 – THPTQG 2017 - 202:Điện phân 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm CuSO4a mol/l và NaCl 2M (điện cực trơ, màng ngăn xốp, hiệu suất điện phân 100%, bỏ qua sự hòa tan của khí trong
Trang 5nước và sự bay hơi của nước) với cường độ dòng điện không đổi 1,25A trong 193 phút Dung dịch sau điện phân có khối lượng giảm 9,195 gam so với dung dịch ban đầu Giá trị của a là
Câu 9 – THPTQG 2017 - 203: Điện phân 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm CuSO4 0,5M và NaCl 0,6M (điện cực trơ, màng ngăn xốp, hiệu suất điện phân 100%, bỏ qua sự hòa tan của khí trong nước và sự bay hơi của nước) với cường độ dòng điện không đổi 0,5 A trong thời gian t giây Dung dịch sau điện phân có khối lượng giảm 4,85 gam so với dung dịch ban đầu Giá trị của t là
Câu 10 – THPTQG 2017 - 204: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp gồm CuSO4 0,3M và NaCl 1M (điện cực trơ, màng ngăn xốp, hiệu suất điện phân 100%, bỏ qua sự hòa tan của khí trong nước và sự bay hơi của nước) với cường độ dòng điện không đổi 0,5 A trong thời gian t giây Dung dịch sau điện phân có khối lượng giảm 9,56 gam so với dung dịch ban đầu Giá trị của t là
Câu 11 – MH 2018.Điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp) dung dịch gồm CuSO4 và NaCl (tỉ
lệ mol tương ứng 1 : 3) với cường độ dòng điện 1,34A Sau thời gian t giờ, thu được dung dịch
Y (chứa hai chất tan) có khối lượng giảm 10,375 gam so với dung dịch ban đầu Cho bột Al dư vào Y, thu được 1,68 lít khí H2 (đktc) Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, hiệu suất điện phân 100%, bỏ qua sự hòa tan của khí trong nước và sự bay hơi của nước Giá trị của t là
Câu 12: (Thanh Oai A – Hà Nội lần 1) Điện phân 200ml dung dịch gồm NaCl, HCl và CuSO4 0,04M (điện cực trơ, màng ngăn xốp) với cường độ dòng điện 1,93A Mối liên hệ giữa thời gian điện phân và pH của dung dịch điện phân được biểu diễn bằng đồ thị bên Giả thiết thể tích dung dịch không đổi trong suốt quá trình điện phân
Giá trị của t (giây) trên đồ thị là:
13 7
Thời gian (giây) 0
pH
2
t
Trang 6Câu 13: (cụm 8 trường chuyên lần 2)Điện phân dung dịch X gồm FeCl2và MgCl2(có màng ngăn),
sự phụ thuộc khối lượng của dung dịch X theo thời gian được biểu diễn theo đồ thị sau:
Giá trị x là
Câu 14: (chuyên KHTN – Hà Nội lần 2) Điện phân dung dịch X chứa KCl và CuSO4 bằng dòng điện một chiều có cường độ không đổi 5A (điện cực trơ, màng ngăn xốp, hiệu suất điện phân 100%, các khí sinh ra không tan trong dung dịch) Toàn bộ khí sinh ra trong quá trình điện phân (ở cả hai điện cực) theo thời gian được biểu diễn bằng đồ thị sau:
Phát biểu nào sau đây đúng?
A.Dung dịch sau điện phân có pH > 7
B.Tỉ lệ mol CuSO4: KCl trong X là 2 : 5
C.Tại thời điểm z giây, khối lượng dung dịch giảm 10,38 gam
D.Tại thời điểm 2x giây, tổng thể tích khí thoát ra ở hai điện cực là 2,80 lít (đktc)
Thời gian (giây)
Thể tích khí ở đktc (lít)
0,896 0
3,584 4,928
m dd (gam) 100
87,3 x
y 1,5y 2,5y t (s) 0
Trang 7Câu 15 (sở Yên Bái lần 1 mã đề 017) Hòa tan hết hỗn hợp gồm Cu và Fe3O4 trong dung dịch
chứa 0,6 mol HCl, thu được dung dịch X Tiến hành điện phân dung dịch X bằng điện cực trơ
với cường độ dòng điện không đổi Quá trình điện phân được biểu diễn theo đồ thị sau:
Nếu cho dung dịch AgNO3 đến dư vào X, kết thúc phản ứng thấy thoát ra V lít khí NO (đktc,
sản phẩm khử duy nhất của N+5) Giá trị của V là
Câu 16 (sở Yên Bái lần 1 mã đề 018)Hòa tan m gam hỗn hợp CuSO4 và KCl vào nước thu được
dung dịch X Điện phân dung dịch X với cường độ dòng điện không đổi (điện cực trơ, màng
ngăn xốp) Thể tích khí (V) thoát ra theo thời gian (t) được biểu diễn theo đồ thị sau:
Nếu dừng điện phân ở thời điểm 250 giây thu được dung dịch Y Nhúng thanh nhôm (dư) vào
Y, sau khi phản ứng hoàn toàn, khối lượng dung dịch Y thay đổi như thế nào?
Câu 17: (Sở Đà Nẵng lần 1)Tiến hành điện phân dung dịch X chứa hỗn hợp CuSO4 và KCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp) với cường độ dòng điện không đổi thu được kết quả như bảng sau:
Thời gian
điện phân
Tổng số chất khí thoát ra ở
hai điện cực
Tổng thể tích khí thoát ra ở
hai
Trang 8(giây) điện cực (lít)
Giả sử hiệu suất của phản ứng điện phân là 100%, các khí sinh ra không tan trong nước và nước không bay hơi trong quá trình điện phân Giá trị của V là
Câu 18: (Lương Thế Vinh – Hà Nội lần 2)Điện phân dung dịch X chứa a mol CuSO4và 0,15 mol KCl bằng điện cực trơ, cường độ dòng điện không đổi Sau t giây thu được 0,1 mol khí ở anot Sau 2t giây thì tổng thể tích khí thu được ở cả hai điện cực là 4,76 lít ở đktc Biết hiệu suất phản ứng điện phân là 100% Giá trị a là
Câu 19: (chuyên Nguyễn Quang Diêu – Đồng Tháp lần 1) Điện phân (với điện cực trơ, màng
bằng dòng điện một chiều có cường độ ổn định Sau t (h), thu được dung dịch X và sau 2t (h),
ứng xảy ra hoàn toàn, các khí sinh ra không hòa tan vào nước Phát biểu nào dưới đây đúng?
Câu 20: (chuyên Phan Bội Châu lần 2) Tiến hành điện phân dung dịch chứa NaCl 0,4M và Cu(NO3)2 0,5M bằng điện cực trơ, màng ngăn xốp với cường độ dòng điện không đổi I = 5A trong thời gian 8492 giây thì dừng điện phân, ở anot thoát ra 3,36 lít khí (đktc) Cho m gam bột Fe vào dung dịch sau điện phân, kết thúc phản ứng, thấy khí NO thoát ra (sản phẩm khử duy nhất của N+5) và 0,8m gam rắn không tan Giá trị của m là
Trang 9Câu 21: (Yên Lạc 2 – Vĩnh Phúc lần 3)Điện phân điện cực trơ màng ngăn xốp, dung dịch X chứa
a gam Cu(NO3)2 và b gam NaCl đến khi có khí thoát ra ở cả 2 điện cực thì dừng lại, thu được
dung dịch Y và 0,51 mol khí Z Dung dịch Y hòa tan tối đa 12,6 gam Fe giải phóng NO (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch T Dung dịch T cho kết tủa với dung dịch AgNO3 Tổng giá trị của (a + b) là
Câu 22: (chuyên Nguyễn Khuyến HCM lần 2) Điện phân dung dịch X chứa 2a mol CuSO4 và a mol NaCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dòng điện không đổi) trong thời gian t giây, thu được V lít khí ở anot (đktc) Nếu thời gian điện phân là 2t giây thì tổng thể tích khí thu được
ở cả hai điện cực là 8,96 lít (dkdtc) và dung dịch sau điện phân hòa tan vừa hết 12 gam MgO
Biết hiệu suất điện phân 100%, các khí sinh ra không tan trong dung dịch Giá trị của V gần nhất
với giá trị nào sau đây?
Câu 23 (đề sở Hà Nội) Điện phân dung dịch AgNO3với điện cực trơ, cường độ dòng điện I = 2A Sau thời gian t giây, khối lượng dung dịch giảm là a gam và catot chỉ thu được kim loại Sau thời gian 2t giây khối lượng dung dịch giảm (a + 5,36) gam (biết a > 5,36) và thu được
dung dịch X Biết dung dịch X hòa tan tối đa được 3,36 gam Fe (sản phẩm khử của N+5 chỉ là NO) Coi lượng nước bay hơi trong quá trình điện phân không đáng kể, bỏ qua sự hoàn tan của khí trong nước Giá trị của t là
Câu 24: (chuyên Nguyễn Trãi Hải Dương lần 1) Điện phân hỗn hợp NaCl và 0,125 mol CuSO4 bằng dòng điện một chiều có cường độ 2A (với điện cực trơ, có màng ngăn) Sau thời gian t giây thì ngừng điện phân, thu được hỗn hợp khí ở 2 điện cực có tổng thể tích là 5,88 lít (ở đktc) và
dung dịch X Dung dịch X hòa tan được tối đa 5,1 gam Al2O3 Biết hiệu suất của quá trình điện phân là 100%, các khí sinh ra không tan trong dung dịch Giá trị của t là
Câu 25 (chuyên Hạ Long Quảng Ninh lần 2) Điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 và KCl bằng điện cực trơ, màng ngăn xốp với cường độ dòng điện không đổi Sau thời gian t giây, ở anot thoát ra 2,688 lít hỗn hợp khí (đktc) Nếu thời gian điện phân là 2t giây, thể tích khí thoát ra ở anot gấp 3 lần thể tích khí thoát ra ở catot (đo cùng điều kiện), đồng thời khối lượng catot tăng 18,56 gam Giá trị của m là
Trang 101 ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH
Câu 1 – MH 2015.
Gọi số mol Cu2+phản ứng là x (x < 0,2 mol)
2
Cu 2e Cu
0,2 x
2H O 4e 4H O
2x 2x
Cu
m 0,2.64 12,8 gam 13,5gam Fe dư
2
3Fe 8H 2NO 3Fe 2NO 4H O
3
x 2x
4
0,2 x 0,2 x 0,2 x
Chất rắn thu được là:
Fe (14,4 56.( x 0,2 x)3
4
gam) và Cu tạo thành (64.(0,2-x) gam)
cr
3
m 13,5 14,4 56.( x 0,2 x) 64.(0,2 x) 13,5
4
1 2,68.t
x 0,05mol t 3600s 1h
2 96500
Chọn B
Câu 2 – THPTQG 2015:
2
M 2eM 2H O 4e2 4H O2
Trang 11Sau thời gian t giây, thu được a mol khí ở anot
sau 2t giây thu được 2a mol khí ở anot và 0,5 mol khí ở catot Khẳng định B là đúng
Ở anot sinh ra H+làm dung dịch có tính axit Khẳng định C đúng
Xét tại 2t (s)
2
2H O 2e 2OH H
2H O 4e2 4H O2
Bảo toàn e ta có: M 2
8a a
2
Tại thời điểm t (s) ta có: 2nM 2 4a ion M2+chưa bị điện phân hết, D đúng
Chọn A
Câu 3 – MH 2016:
Vì dung dịch sau điện phân hòa tan được MgO nên nước đã bị điện phân ở anot
2
2
H
Cl
n 2n 0,04 mol n 0,01mol
n 0,01mol
Anot:
2 4
2
Cl ;SO
2Cl 2e Cl
0,02 0,01 2H O 4e 4H O
0,04 0,04 0,01
n 0,06 mol n 0,03mol
Catot:
2
2
Cu ;K
Cu 2e Cu
0,06 0,03
Khối lượng dung dịch giảm là:
m m m 0,03.64 0,01.71 0,01.32 2,95gam
Chọn D
Trang 12Câu 4 – THPTQG 2016:
n 0,105mol
Ở cả 2 điện cực đều có khí nên H2O đã bị điện phân ở catot
2 3
Na SO CuSO
n 0,02 mol n 0,04 mol
Bảo toàn Na ta có: nNaCl nNaOH 2nNa SO2 4 0,14 molnCl2 0,07 mol
Đặt nH2 a;nO2 b
n a b 0,07 0,105
Bảo toàn e ta có: 0,05.2 2a 0,07.2 4b
e
a 0,03
b 0,005
n 0,16 mol t 7720s
Chọn B
Câu 5 – MH Lần 2 - 2017:
Coi nCuSO4 1mol;nKCl x mol
Do có khí thoát ra ở catot nên Cu2+hết, H2O đã bị điên phân Khi H2O bị điện phân ở 2 điện cực thì dừng lại nên anot vừa hết Cl
Anot:
2 2
2
Cl H
2Cl 2e Cl
x
2
n
Catot:
2
Cu 2e Cu
2H O 2e H 2OH
Trang 13Bảo toàn e ta có: x 2 x x 8
4
CuSO
%m 44,61%
Chọn B
Câu 6 – MH Lần 3 - 2017:
dpdd
2NaCl H O Cl H 2NaOH
2
CO (dư) 2NaOH Na CO2 3H O2
NaHCO Ca(OH) CaCO NaOH H O
Chọn C
Câu 7 – THPTQG 2017 - 201:
4
e
n 0,25mol;n 0,2a
It
n
F
Tại catot: nCu 0,2 mol
Tại anot nCl2 0,1a;nO2 b
Bảo toàn e ta có: 2.0,1a 4b 0,4
Khối lượng dung dịch giảm là: 0,2.64 71.0,1a 32b 24,25gam
Giải ra ta có: a = 1,5; b = 0,025
Chọn D
Câu 8 – THPTQG 2017 - 202:
It
F
Tại anot: nCl2 0,075mol
Tại catot: nCu 0,075 m (dung dịch giảm) mCumCl2 10,125 9,195 ở catot phải có nước bị điện phân
Đặt x, y lần lượt là số mol của Cu và H2
Trang 14n 2x 2y 0,15mol
Khối lượng dung dịch giảm 64x 2y 0,075.71 9,195
Giải ra ta có: x = 0,06; y = 0,015
x
0,1
Chọn D
Câu 9 – THPTQG 2017 - 203:
4
n 0,05mol;n 0,06 mol
CuSO 2NaCl Cu Cl H SO (1)
0,03 0,06 0,03 0,03
Sau phản ứng (1) khối lượng dung dịch giảm là: 0,03.64+0,03.71 = 4,05 < 4,85
CuSO4tiếp tục bị điện phân:
1 CuSO H O Cu O H SO (2)
2 0,02 0,02 0,01
Sau (1) và (2) khối lượng dung dịch giảm là: 4,05 0,02.64 0,01.32 5,65 4,85 phản ứng (2) chưa xong
1 CuSO H O Cu O H SO (2)
2
Khối lượng dung dịch giảm là 4,05 64x 32.0,5x 4,85 x 0,01
e Cu
It
F
Chọn D
Câu 10 – THPTQG 2017 - 204:
4
n 0,06 mol;n 0,2 mol
CuSO 2NaCl Cu Cl H SO (1)
0,06 0,12 0,06 0,06
Trang 15Sau phản ứng (1) khối lượng dung dịch giảm là: 0,06.64+0,06.71 = 8,1 < 9,56 NaCl tiếp tục bị điện phân:
2NaCl 2H O H Cl 2NaOH (2)
0,08 0,04 0,04
Sau (1) và (2) khối lượng dung dịch giảm là: 8,1 0,04.2 0,04.71 11,02 9,56 phản ứng (2) chưa xong
2NaCl 2H O H Cl 2NaOH (2)
Khối lượng dung dịch giảm là 8,1 2x 71x 9,56 x 0,02
2
It
F
Chọn B
Câu 11 – MH 2018.
Dung dịch Y chứa 2 chất tan gồm: Na2SO4và NaOH
2
n 0,075moln 0,05mol
Đặt nCuSO4 a molnNa SO2 4 a
Bảo toàn Na ta có: nNaCl nNaOH 2nNa SO2 4 2a 0,05
4
CuSO NaCl
n : n 1 : 3 2a 0,05 3a a 0,05
Tại catot: nCu 0,05mol;nH2 u
Tại anot: nCl2 0,075;nO2 v
Bảo toàn e ta có: 2u 0,05.2 4v 0,075.2
Khối lượng dung dịch giảm là: 0,05.64 2u 0,075.71 32v 10,375
Giải ra ta có: u = 0,125; v = 0,05
e
It
F
Chọn A