bài tóan điện phân

bài tóan điện phân tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh tế,...

BÀI 21 BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN

TÀI LIỆU BÀI GIẢNG

I Nguyên tắc

Điện phân là quá trình oxi hoá khử trên bề mặt các điện cực dưới tác dụng của dòng điện 1 chiều

Điện cực anot (+): Xảy ra quá trình oxi hoá các chất và ion

Điện cực catot (-) Xảy ra quá trình khử các chất và ion

1 Điện phân nước

Tại Anot (+) : 2H2O  O2 + 4H+ + 4e

2 Quá trình điện phân tại các điện cực

a) Tại anot (+):

- Chất và ion nào có tính khử mạnh hơn sẽ bị oxi hoá trước

- Thứ tự điện phân: S2- > I- > Br- > Cl

Các ion gốc axit chứa oxi không bị oxi hoá mà xảy ra quá trình oxi hoá nước

b) Tại catot:

- Chất và ion có tính oxi hoá mạnh bị khử trước

- Thứ tự điện phần theo dãy điện hoá: ion sau bị điện phân trước

3 Công thức Farađay

A I t m I t

n F A F

ÁP DỤNG SỰ BẢO TOÀN ELECTRON ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN

e catot cho e anot nh n

I t

F

4 Chú ý

- Điện cực anot làm bằng kim loại tan

- Chất tạo thành trong quá trình điện phân tác dụng với điện cực

- Các bình điện phân mắc nối tiếp thì số mol e mà catot cho đi ở các bình điện phân là bằng nhau

và số mol e mà các anot nhận vào ở các bình điện phân cũng bằng nhau

BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1: Điện phân dung dịch chứa x mol Cu(NO3)2 và y mol KCl (với điện cực trơ, có màng ngăn xốp)

chuyển sang màu hồng thì điều kiện của x và y là

A y = 2x B y < 2x C y > 2x D 2y = x

Bài 2: Điện phân hoàn toàn dung dịch hỗn hợp CuSO4và NaCl (điện cực trơ), trong đó nồng độ mol của hai muối bằng nhau Nếu thêm vài giọt quỳ tím vào dung dịch sau khi điện phân thì màu của dung dịch thay đổi như thế nào ?

A Dung dịch có màu tím B Dung dịch có màu xanh

C Dung dịch có màu đỏ D Dung dịch không đổi màu

Bài 3: Điện phân một dung dịch muối MCln với điện cực trơ Khi ở catot thu được 16 gam kim loại M, ở anot thu được 5,6 lít khí (đktc) Kim loại M là

Bài 4: Điện phân 250 ml dung dịch NaCl 1,6M có màng ngăn, điện cực trơ cho đến khi ở catot thoát ra

20,16 lít khí (đktc) thì thể tích khí thoát ra ở anot (ở đktc) là

A 12,32 lít B 1,2 lít C 16,8 lít D 13,25 lít

Đáp án A

0,4  0,2 0,2

Ta có n NaCl = 0,251,6 = 0,4 (mol) ; n catot = 20,16

Vì

2

H catot

2H2O  2H2 + O2 (2)

0,7  0,35



2

H

n tạo ra ở (2) = 0,9 – 0,2 = 0,7 (mol)

Vậy V anot = (0,2 + 0,35)22,4 = 12,32 (lít)

Bài 5: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M và NaCl 0,5M (điện

cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A trong 3860 giây Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hoà tan m gam Al Giá trị lớn nhất của m là

Đáp án B

CuCl2  Cu + Cl2 (1)

0,05  0,05

2NaCl + 2H2O  2NaOH + H2 + Cl2 (2)

0,1 0,1  0,05

Ta có

2

CuCl

n NaCl= 0,50,5 = 0,25 mol

n F



5

 

= 1930 s

2

H

m  (ở catot) = 2 5 1930

2 96500



2

H

n = 0,1

0,1  0,1

Bài 5: Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau một thời gian thu được 0,32 gam Cu ở catot và

đp

đp

đpdd mn

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 không thay đổi) Nồng độ ban đầu của dung dịch NaOH là

Đáp án C

CuCl2   Cu + Cl2 (1)

0,005 0,005

0,005 0,01

n Cu = 0, 32

0, 01

Bài 6 Điện phân điện cực trơ 200ml dung dịch Cu(NO3)2 đến khi bắt đầu có bọt khí thoát ra ở catot thì dừng, để yên dung dịch đến khi khối lượng catot không đổi thấy khối lượng so với khối lượng lúc đầu

điện phân là

Lời giải

Cu2+ + 2e  Cu

3 2 ( )

0, 05

0, 02

M Cu NO

Bài 7 Điện phân 100 ml dung dịch HCl 0,5M và KCl 2M trong bình điện phân có màng ngăn, I = 21,23A

Cần điện phân trong thời gian bao nhiêu lâu để thu được dung dịch có pH = 12 (coi thể tích dung dịch không thay đổi trong quá trình điện phân, hiệu suất quá trình điện phân là 100%) ?

Lời giải

Tại catot, thứ tự điện phân như sau:

2H+ + 2e  H2

0,05 0,05 2H2O + 2e  H2 + 2OH–

2Cl–  Cl2 + 2e

272, 73 (gi©y)

21, 23

e e

n F

I t

đpdd

Bài 8 Điện phân một dung dịch chứa 400 ml dung dịch chứa AgNO3 0,05M và Cu(NO3)2 0,2M với 2 điện

cự trơ, trong thời gian 19 phút 18 giây với cường độ dòng 5A (hiệu suất quá trình điện phân là 100%) Khối lượng kim loại được giải phóng ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (đktc) là

Lời giải : Số mol e chuyển qua bình điện phân là :

96500

e

I t

F



– Tại catot : catot cho 0,06 mol e, thứ tự nhận electron

Ag+ + e  Ag

0,04 0,02 Catot giải phóng được m = 0,02.108 + 0,02.64 = 3,44 (gam)

không bị điện phân)

H2O – 2e  2H+ + 1

2O2

Thể tích khí thoát ra V = 0,015.22,4 = 0,336 (lít)

Bài 9 Tiến hành điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,6M và HCl 0,3M với cường độ dòng I = 1,34A trong thời gian 4 giờ, hiệu suất điện phân là 100%, thì ở catot thu được m gam chất rắn và ở anot thu được

V lít khí (đktc) Giá trị của m và V lần lượt là

Lời giải

Số mol e chuyển qua bình điện phân là

96500

e

I t

F

4

n  mol n  mol

– Tại catot : catot cho 0,2 mol e, thứ tự nhận electron

Cu2+ + 2e  Cu

2H+ + 2e  H 2

2H2O + 2e  H2 + 2OH–

0,05 0,025 Catot giải phóng được m = 0,06.64 + 0,055.22,4 = 5,072 (g)

H2O  2H+ + 1

2O2 + 2e

0,0425 0,17

Thể tích khí thoát ra ở anot V = (0,015 + 0,0425).22,4 = 1,288 (lít)

Bài 10 Hoà tan 1,936 gam hỗn hợp X gồm Cu, Fe bằng dung dịch H2SO4 đặc dư, được dung dịch A Pha

thì mất 9 phút 20 giây (hiệu suất quá trình điện phân là 100%) Phần trăm khối lượng Cu và Fe trong X lần lượt là

Lời giải

n x mol n  y mol

Thứ tự điện phân :

Fe3+ + e  Fe2+

2

y

2

y

Cu2+ + 2e  Cu

x 2x

Fe

0, 0271.64 y

x = 0,0271 2x + = 0,056

1,936 2

y = 0,0036

Cu m





Bài 11 Điện phân 500 ml dung dịch gồm CuCl2 0,1M ; FeCl3 0,1M ; HCl 0,1M rồi điện phân bằng điện cực trơ với cường độ dòng điện I = 9,65A trong thời gian 41 phút 40 giây (hiệu suất quá trình điện phân là 100%) Khối lượng các chất thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra tại anot (đktc) là

Lời giải

Số mol e chuyển qua bình điện phân là :

96500

e

I t

F

Fe3+ + e  Fe2+

2H

Fe2+ + 2e  Fe

Catot giải phóng được m = 0,05.64 + 0,025.2 + 0,025.56 = 4,65 (gam)

2Cl2 + e

Anot giải phóng V = 0,125.22,4 = 2,8 (lít)

Bài 12 Mắc nối tiếp hai bình điện phân :

Thời điểm khi Ag trong bình (2) bị điện phân hết thì ở catot bình (1) khối lượng chất được giải phóng là

Lời giải

Bình (1):

Bình (2):

AgNO

– Tại catot bình (2):

Ag+ + e  Ag

– Catot của bình (1) cho đi 0,4 mol e

Cu2+ + 2e  Cu 0,1 0,2 0,1 2H+ + 2e  H2

0,2 0,2 0,1 Catot giải phóng được 0,1.64 + 0,1.2 = 6,6 (g)

Bài 13 Trong bình điện phân (I) người ta hoà tan 0,3725g muối clorua của kim loại kiềm vào nước Mắc

hết thì dừng lại, thấy catot bình (II) có 0,16g kim loại được giải phóng Tên kim loại X là

A Na B K C Li D Cs

Lời giải

– Tại anot bình (1) : 2Cl– – 2e  Cl2

0,005 0,005 0,3725

0, 005

Câu 14: Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu được m kg Al ở

X sục vào nước vôi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa Giá trị của m là

Đáp án B

2Al2O3  4Al + 3O2 (1)

2,8 2,1

đpnc

C + O2  CO2 (2)

0,6  0,6

2C + O2  2CO (3)

0,9  1,8

0,02  0,02

n X đem pư = 2, 24

22, 4 = 0,1 (mol) ; n CaCO3= 2



2

Mặt khác n X thoát ra = 67,2

2

CO

n = 20 3

100



= 0,6 (kmol)

3

x  x

= 32 (g/mol)



2

O

n sinh ra ở (1) = 0,6 + 0,9 + 0,6 = 2,1 (kmol)

BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN

Bài 1 Điện phân 200ml dung dịch AgNO3 0,4M với điện cực trơ trong 4 giờ với cường độ dòng là 0,402A Khối lượng Ag thu được và nồng độ mol của axit trong dung dịch sau điện phân là (thể tích dung dịch sau điện phân thay đổi không đáng kể)

Bài 2 Cho hỗn hợp A gồm một muối clorua và hiđroxit của cùng một kim loại kiềm được hoà tan vào

dung dịch B Dung dịch B chỉ còn một chất tan và có nồng độ là 6% (d =1,05g/ml) Cho biết 10 ml dung dịch (B) phản ứng vừa đủ với 5 ml dung dịch HCl 2,25 M Nguyên tố kim loại kiềm đó là

Bài 3 Điện phân 500ml dung dịch A chứa AlCl3 và NaCl bằng dòng điện một chiều có cường độ 5A Khi

A 32810 (giây); 1,006M ; 0,382M

C 32810 (giây); 0,160M ; 0,382M

D 32810 (giây); 1,006M ; 0,320M

Bài 4 Điện phân một dung dịch chứa 1,35 gam muối clorua của một kim loại cho đến khi ở catot có khí

thoát ra thì ngừng và thu được ở anot 224ml khí (đktc) Tên kim loại đó là

Bài 5 Điện phân nóng chảy hoàn toàn 1,9 gam muối clorua của một kim loại hoá trị hai, thu được 0,48

gam kim loại ở catot Xác định tên kim loại đó, theo các kết quả sau :

Bài 6 Hoà tan hỗn hợp gồm FeCl3, Fe(NO3)3, CuCl2 và Cu(NO3)2 vào nước thành 200 ml dung dịch A

6,4 gam, đồng thời khối lượng dung dịch giảm 17,05 gam Dung dịch sau điện phân phản ứng với NaOH vừa đủ thu được kết tủa B, nung B trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 16 gam hỗn hợp hai oxit kim loại Cô cạn 100 ml dung dịch A còn lại thu được m gam hỗn hợp muối khan Giá trị m là

HƯỚNG DẪN

Bài 1

3

4.3600.0, 402

96500

n  mol n   mol

: 0,08(mol) ; H2O

Ag

Tại anot : H2O ; NO3

H O  O  H e

C   mol l C   mol l

Đáp án đúng là B

Bài 2 Khi điện phân dung dịch hỗn hợp MCl, MOH (có vách ngăn, điện cực trơ) thì MCl bị điện phân :

100

B

0, 01125.200

10

12, 6

0, 225

MOH

MOH

Đáp án đúng là C

Bài 3 Thời gian điện phân hết Cl2 :

2

1, 7.96500

32810 (gi©y) 5

e

It

F

Các quá trình xảy ra khi điện phân :

NaCl H O NaOH H Cl

AlCl H O Al OH Cl H

Al OH NaOH Na Al OH

3

( )

( )

0,382

1, 006

M NaCl

M AlCl

x

y





Đáp án đúng là A

đem điện phân :

®pdd

2

2MCl n 2MnCl 

n

0, 224

0, 01

n

Vậy M là Cu

Đáp án đúng là D

Bài 5 Đặt kim loại và khối lượng mol là A

ACl2 ®pnc

Theo trên và đề, ta có :

71

M  M

Kim loại A là Mg

Đáp án đúng là B

Bài 6 Kết thúc điện phân khối lượng dung dịch giảm 17,05g, chính là khối lượng chất rắn được giải phóng ở catot và khí thoát ra ở anot :

2

17, 05 6, 4

71

Cl

n    mol

và Cu2+ dư

Tại anot : anot thu vào 0,3 mol e

Cl  Cl  e

, Cu2+

2

2



2

2

2

Fe Fe OH Fe OH Fe O

mol

Cu Cu OH CuO





Fe3+ : 0,1 mol ; Cu2+ : 0,2 mol ; Cl– : 0,3 mol

Theo định luật bảo toàn điện tích :

3

®t(+)

®t( )

y mol

n  y n  y



Vậy trong 100ml dung dịch có :

Fe3+ : 0,1 mol ; Cu2+ : 0,2 mol ; Cl– : 0,3 mol ; NO3: 0, 4mol

Khi cô cạn 100 ml dung dịch trên khối lượng muối khan thu được là

Đáp án đúng là C

Giáo viên: Phạm Ngọc Sơn Nguồn: Hocmai.vn