bài tập chuyên đề điện phân

Định nghĩa : Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch các chất điện li ; bao gồm điệ

BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN PHÂN

Lê Thanh Phong

Lớp 2010A - Khoa Hóa - ĐHSP Huế

I Định nghĩa :

Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra ở bề mặt

các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện

li nóng chảy hoặc dung dịch các chất điện li ; bao gồm

điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch chất điện li

trong nước ( điện phân dung dịch )

II Quá trình điện phân dung dịch :

1 Nguyên tắc cạnh tranh :

1.1 Ở catot (-) : nếu có nhiều chất oxi hóa thì chất nào có

tính oxi hóa mạnh hơn sẽ tham gia nhận e trước

Thứ tự nhận e ở catot ( theo chiều tăng dần tính oxi

hóa ) :

K+, Ba2+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+( kim loại nhẹ ) H2O, Zn2+,

Fe2+, Cd2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Fe3+, Hg2+, Ag+, Pt2+,

Au3+ ( kim loại nặng )

 Các cation kim loại nặng bị điện phân theo thứ tự từ

phải qua trái : Mn+ + ne → M Đặc biệt H+ của axit bị

điện phân : 2H+ + 2e → H2

 H+ của nước bị điện phân :

2H2O + 2e → 2OH- + H2

 Các cation kim loại nhẹ không bị điện phân mà thay

vào đó là sự điện phân H+ của nước

1.2 Ở anot (+): nếu có nhiều chất khử thì chất nào có tính

khử mạnh hơn sẽ tham gia nhường e trước

Thứ tự nhường e ở anot ( theo chiều tính khử tăng

dần ):NO3-, SO42-, PO43-, ClO4-, F-, H2O, RCOO-, Cl-, Br-, I

-, S2-

 Các anion gốc axit không chứa oxi bị điện phân theo

thứ tự từ phải sang trái :

S2- →S + 2e

2X- →X2 + 2e (halogen )

Kế tiếp là : RCOO- →R-R + 2CO2 + 2e

 OH- của bazơ : 4OH- →2H2O + O2 + 4e

 OH- của nước : 2H2O→4H+ + O2 + 4e

 Các anion gốc axit có chứa oxi ( trừ RCOO- ) không bị

điện phân mà thay vào đó là OH- của nước sẽ bị điện phân

2 Nguyên tắc bảo toàn : tổng số mol e nhường ở anot

bằng tổng số mol e nhận ở catot

III Định luật Faraday và một số lưu ý :

1 Công thức Faraday : m =

nF AIt

=> hệ quả - số mol e trao đổi :ne =

96500

It

( * ) với t có đơn vị là s

2 Một số lưu ý :

- Khối lượng dung dịch trước và sau điện phân : mdd sau = ∑mdd đầu - mkết tủa - mkhí

- Chất rắn thoát ra có thể là kim loại (có thể là kết tủa của một kim loại hoặc có cả hai )

- Chất khí thoát ra sau điện phân gồm cả khí thoát ra ở anot và catot ( trừ khí gây ra phản ứng phụ, tạo sản phẩm tan trong dung dịch )

- Điện phân dung dịch một muối cho đến khi catot bắt đầu

có khí thoát ra nghĩa là điện phân dung dịch muối hoàn toàn

- Nếu đề bài cho 2 yêu tố cường độ dòng điện và thời gian điện phân thì ta áp dụng công thức (*) thay cho công thức Faraday, rồi biện luận tiếp trật tự điện phân để đi đến kết quả bài toán

II BÀI TẬP VÍ DỤ :

Ví dụ 1 : Viết phương trình điện phân dung dịch AgNO3.

Catot(-) [ Ag+ , H2O ] Anot(+) [ NO3-, H2O ]

Ag+ + e → Ag 2H2O→4H+ + O2 + 4e

=> Phương trình điện phân : 4AgNO3 + 2H2O  →dp−cmn 4Ag + 4HNO3 + O2

Ví dụ 2 : Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 dùng hai

điện cực trơ và dòng điện 1 chiều cường độ I = 1A đến khi

ở catot bắt đầu có bọt khí thoát ra thì dừng lại Dung dịch sau điện phân có pH =1 Biết hiệu suất phản ứng điện phân là 100% Tính thời gian điện phân và nồng độ mol của dung dịch CuSO4

Hướng dẫn giải :

Vì điện phân đến khi catot bắt đầu có bọt khí thoát ra nên

Cu2+ đã điện phân xong

pH = 1 ⇒[H+] = 0,1M ⇒nH+= 0,01 mol

Catot : Cu2+ +2e → Cu 0,005←0,01

Anot : 2H2O→4H+ + O2 + 4e 0,01→ 0,01

Ta có : ne = (1.t)/96500 => t = 965 (s) nCu2+= 0,005 mol ⇒CM(CuSO4) = 0,05M

III BÀI TẬP:

Câu 1 : Điện phân 500 ml dung dịch CaCl2 với điện cực

platin có màng ngăn thu được 123 m khí (27oC và 1atm) ở anot Tính pH của dung dịch sau điện phân, coi thể tích

dung dịch thay đổi không đáng kể ( Đ/s : pH = 12,3 )

1

-Câu 2 : Điện phân 200 ml dung dịch Cu(NO3)2 aM đến

khi bắt đầu có khí thoát ra ở catot thì dừng lại Để yên

dung dịch sau điện phân đến khi khối lượng của catot

không đổi thì thấy có 3,2 gam kim loại bám vào catot

Tính a ( Đ/s : 1M )

Câu 3 : Điện phân dung dịch có chứa Fe(NO3)3 và

Cu(NO3)2 sau một thời gian ngừng điện phân khi dung

dịch vừa hết màu xanh thu được 0,168 lit khí (đktc) tại

anot, khối lượng dung dịch giảm 0,88 gam Tính khối

lượng từng muối có trong dung dịch trước điện phân

Câu 4 :Điện phân 100ml dung dịch Fe2(SO4)3 1M (điện

cực trơ), với cường độ dòng điện I = 2,68A trong thời gian

t giờ thì bắt đầu có khí thoát ra ở catot (hiệu suất của quá

trình điện phân là 100%) Giá trị của t là bao nhiêu ?

Câu 5: Điện phân với điện cực trơ dung dịch hỗn hợp chứ

HCl và 7,8 gam MCl2 đến khi hết M2+ thấy ở anot có 2,464

lit khí Cl2 và ở catot lúc đầu có 1,12 lit khí H2 thoát ra, sau

đó đến kim loại M thoát ra Hiệu suất phản ứng điện phân

là 100% Công thức của muối là :

A FeCl2 B ZnCl2 C CdCl2 D NiCl2

Câu 6: Điện phân dung dịch hỗn hợp hai muối CuCl2 và

FeCl2 với cường độ dòng điện không đổi I = 2A trong 48

phút 15 giây, ở catot thấy thoát ra 1,752 gam kim loại

Khối lượng Cu thoát ra là bao nhiêu gam :

A 0,576 B 0,408 C 1,344 D 1,176

Câu 7 : Chất rắn B gồm 0,84 gam Fe và 1,92 gam Cu tác

dụng hết với Cl2 dư sau đó lấy sản phẩm hòa tan trong

nước được dung dịch E Điện phân E với điện cực trơ tới

khi ở anot thu được 504 ml khí (đktc) H = 100% Khối

lượng catot tăng lên bao nhiêu gam :

A 1,41 B 0,96 C 1,14 D 0,84

Câu 8 : Điện phân dung dịch chứa 0,02 mol FeSO4 và

0,06 mol HCl với I = 1,34A trong 2h (điện cực trơ, màng

ngăn) Bỏ qua sự hòa tan của khí clo trong nước, coi hiệu

suất điện phân là 100% Khối lượng kim loại thoát ra ở

catot và thể tích khí (đktc) thoát ra ở anot là :

A 11,2 gam và 8,96 lit B 1,12 gam và 0,896 lit

C 5,6 gam và 4,48 lit D 0,56 gam và 0,448lit

Câu 9 : Dung dịch X chứa HCl, CuSO4 và Fe2(SO4)3 Lấy

400ml dung dịch X đem điện phân (điện cực trơ) với I =

7,72A đến khi ở catot được 0,08 mol Cu thì dừng lại Khi

đó ở anot có 0,1 mol một chất khí bay ra Thời gian điện

phân và nồng độ mol/lit của Fe2+ lần lượt là :

A 2300s và 0,10M B 2500s và 0,10M

C 2300s và 0,15M D 2500s và 0,15M

Câu 10 : Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau

một thời gian thu được 0,32 gam Cu ở catot và một lượng

khí X ở anot Hấp thụ hoàn toàn lượng khí X trên vào 200

ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường) Sau phản ứng

nồng độ NaOH còn lại là 0,05M (giả thiết thể tích dung

dịch thay đổi không đáng kể) Nồng độ ban đầu của dung

dịch NaOH là :

A 0,15M B 0,20M C 0,10M D 0,05M

Câu 11 : Điện phân 100ml dung dịch chứa NaCl với điện

cực trơ, có màng ngăn với I = 1,93A Thể tích dung dịch sau điện phân xem như không đổi và hiệu suất phản ứng điện phân 100% Thời gian điện phân để được dung dịch

có pH = 12 là :

A 50s B 100s C 150s D 200s

Câu 12 : Điện phân 200 ml dung dịch gồm AgNO3 0,1M

và Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ, cường độ dòng điện I

= 5 A, trong thời gian 19 phút 18 giây Khối lượng dung dịch sau điện phân giảm m gam Tính m, biết hiệu suất điện phân là 80 % , bỏ qua sự bay hơi của nước

A 3,92g B 3,056g C 6,76g D 3,44g

Câu 13 : Điện phân 100ml dung dịch chứa AgNO30,2M

và Cu(NO3)20,1M với I=2A Tính thời gian (t) điện phân

để kết tủa hết Cu

A 490s B 965s C 1505s D 1930s

Câu 14 : Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 0,50M và

Na2SO4 0,10M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ 10A trong 35 phút 23 giây Dung dịch sau điện phân có khả năng hoà tan m gam Fe3O4 Giá trị lớn nhất của m là :

A 5,800 B 6,380 C 6,960 D 6,496

Câu 15 : Tiến hành điện phân có màng ngăn xốp 500 ml

dung dịch chứa hỗn hợp HCl 0,02 M và NaCl 0,2 M sau khi ở anot giải phóng 0,448lít khí đktc Cần bao nhiêu ml

dd HNO3 để trung hòa hết dung dịch sau điện phân :

A 200 B 250 C 400 D 300

Câu 16 : Mắc nối tiếp 2 bình điện phân : bình (1) chứa

dung dịch MCl2 và bình (2) chứa dung dịch AgNO3 Sau 3 phút 13 giây thì ở catôt bình (1) thu được 1,6 gam kim loại còn ở catôt bình (2) thu được 5,4 gam kim loại Cả hai bình đều không thấy khí ở catôt thoát ra Kim loại M là :

A Zn B Cu C Ni D Pb

2