Phuơng pháp giải bài tập điện phân

Ph ươ ng pháp gi i bài t p v đi n phân ả ậ ề ệ

 0 Comment  Size­  Size+  07/7/2010  Hóa  RSS 

I – NH C L I LÍ THUY T Ắ Ạ Ế

1) Đi n phân ch t đi n li nóng ch y ệ ấ ệ ả : áp d ng đ i v i MClụ ố ớ n, M(OH)n và Al2O3 (M là kim lo i nhóm IA và IIA) ạ

2) Đi n phân dung d ch ch t đi n li trong n ệ ị ấ ệ ướ : c

- Vai trò c a nủ ước: trước h t là dung môi hòa tan các ch t đi n phân, sau đó cóế ấ ệ

th tham gia tr c ti p vào quá trình đi n phân: ể ự ế ệ

+ T i catot (c c âm) Hạ ự 2O b kh : 2Hị ử 2O + 2e → H2 + 2OH –

+ T i anot (c c dạ ự ương) H2O b oxi hóa: 2Hị 2O → O2 + 4H + + 4e

- T i catot (c c âm) x y ra quá trình kh Mạ ự ả ử +, H+ (axit), H2O theo quy t c: ắ

+ Các cation nhóm IA, IIA, Al3+ không b kh (khi đó Hị ử 2O b kh ) ị ử

+ Các ion H+ (axit) và cation kim lo i khác b kh theo th t trong dãy th đi nạ ị ử ứ ự ế ệ

c c chu n (ion có tính oxi hóa m nh h n b kh trự ẩ ạ ơ ị ử ước): Mn+ + ne → M

+ Các ion H+ (axit) d b kh h n các ion Hễ ị ử ơ + (H2O)

+ Ví d khi đi n phân dung d ch h n h p ch a FeClụ ệ ị ỗ ợ ứ 3, CuCl2 và HCl thì th t cácứ ự ion b kh là: Feị ử 3+ + 1e → Fe2+ ; Cu2+ + 2e → Cu ; 2H+ + 2e → H2 ; Fe2+ + 2e → Fe

- T i anot (c c dạ ự ương) x y ra quá trình oxi hóa anion g c axit, OHả ố – (baz ki m),ơ ề H2O theo quy t c: ắ

+ Các anion g c axit có oxi nh NOố ư 3–, SO4 2–, PO43–, CO32–, ClO4–…không b oxiị hóa

+ Các trường h p khác b oxi hóa theo th t : Sợ ị ứ ự 2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH–

> H2O

3) Đ nh lu t Faraday ị ậ

m =

Trong đó:

+ m: kh i lố ượng ch t gi i phóng đi n c c (gam) ấ ả ở ệ ự

+ A: kh i lố ượng mol c a ch t thu đủ ấ ượ ở ệc đi n c c ự

+ n: s electron trao đ i đi n c c ố ổ ở ệ ự

+ I: cường đ dòng đi n (A) ộ ệ

+ t: th i gian đi n phân (s) ờ ệ

+ F: h ng s Faraday là đi n tích c a 1 mol electron hay đi n lằ ố ệ ủ ệ ượng c n thi t đầ ế ể

1 mol electron chuy n d i trong m ch catot ho c anot (F = 1,602.10ể ờ ạ ở ặ ở

-19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1)

II – M T S C S Đ GI I BÀI T P V ĐI N PHÂN Ộ Ố Ơ Ở Ể Ả Ậ Ề Ệ

- Kh i lố ượng catot tăng chính là kh i lố ượng kim lo i t o thành sau đi n phân bámạ ạ ệ vào

- m (dung d ch sau đi n phân) = m (dung d ch trị ệ ị ước đi n phân) – (m k t t a + mệ ế ủ khí)

- Đ gi m kh i lộ ả ố ượng c a dung d ch: Δm = (m k t t a + m khí) ủ ị ế ủ

- Khi đi n phân các dung d ch:ệ ị

+ Hiđroxit c a kim lo i ho t đ ng hóa h c m nh (KOH, NaOH, Ba(OH)ủ ạ ạ ộ ọ ạ 2,…) + Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…)

+ Mu i t o b i axit có oxi và baz ki m (KNOố ạ ở ơ ề 3, Na2SO4,…)

→ Th c t là đi n phân Hự ế ệ 2O đ cho Hể 2 ( catot) và Oở 2 ( anot) ở

- Khi đi n phân dung d ch v i anot là m t kim lo i không tr (không ph i Pt hayệ ị ớ ộ ạ ơ ả

đi n c c than chì) thì t i anot ch x y ra quá trình oxi hóa đi n c c ệ ự ạ ỉ ả ệ ự

- Có th có các ph n ng ph x y ra gi a t ng c p: ch t t o thành đi n c c,ể ả ứ ụ ả ữ ừ ặ ấ ạ ở ệ ự

ch t tan trong dung d ch, ch t dùng làm đi n c c Ví d :ấ ị ấ ệ ự ụ

+ Đi n phân nóng ch y Alệ ả 2O3 (có Na3AlF6) v i anot làm b ng than chì thìớ ằ

đi n c c b ăn mòn d n do chúng cháy trong oxi m i sinhệ ự ị ầ ớ

+ Đi n phân dung d ch NaCl không màng ngăn t o ra nệ ị ạ ước Gia–ven và có khí H2 thoát ra catotở

+ Ph n ng gi a axit trong dung d ch v i kim lo i bám trên catot ả ứ ữ ị ớ ạ

- Vi t ph n ng (thu ho c nhế ả ứ ặ ường electron) x y ra các đi n c c theo đúng thả ở ệ ự ứ

t , không c n vi t phự ầ ế ương trình đi n phân t ng quát ệ ổ

- Vi t phế ương trình đi n phân t ng quát (nh nh ng phệ ổ ư ữ ương trình hóa h c thôngọ

thường) đ tính toán khi c n thi t ể ầ ế

- T công th c Faraday → s mol ch t thu đừ ứ ố ấ ượ ở ệc đi n c c ự

- N u đ bài cho I và t thì trế ề ước h t tính s mol electron trao đ i t ng đi n c cế ố ổ ở ừ ệ ự

(ne) theo công th c: nứ e = (*) (v i F = 96500 khi t = giây và F = 26,8 khi t = gi ).ớ ờ Sau đó d a vào th t đi n phân, so sánh t ng s mol electron nhự ứ ự ệ ổ ố ường ho cặ

nh n v i nậ ớ e đ bi t m c đ đi n phân x y ra Ví d đ d đoán xem cation kimể ế ứ ộ ệ ả ụ ể ự

lo i có b kh h t không hay nạ ị ử ế ước có b đi n phân không và Hị ệ 2O có b đi n phânị ệ thì đi n c c nào… ở ệ ự

- N u đ bài cho lế ề ượng khí thoát ra đi n c c ho c s thay đ i v kh i lở ệ ự ặ ự ổ ề ố ượ ng dung d ch, kh i lị ố ượng đi n c c, pH,…thì d a vào các bán ph n ng đ tính sệ ự ự ả ứ ể ố mol electron thu ho c nhặ ường m i đi n c c r i thay vào công th c (*) đ tính Iở ỗ ệ ự ồ ứ ể

ho c t ặ

- N u đ bài yêu c u tính điên lế ề ầ ượng c n cho quá trình đi n phân thì áp d ngầ ệ ụ công th c: Q = I.t = nứ e.F

- Có th tính th i gian t’ c n đi n phân h t m t lể ờ ầ ệ ế ộ ượng ion mà đ bài đã cho r i soề ồ sánh v i th i gian t trong đ bài N u t’ < t thì lớ ờ ề ế ượng ion đó đã b đi n phân h tị ệ ế còn n u t’ > t thì lế ượng ion đó ch a b đi n phân h t ư ị ệ ế

- Khi đi n phân các dung d ch trong các bình đi n phân m c n i ti p thì cệ ị ệ ắ ố ế ườ ng

đ dòng đi n và th i gian đi n phân m i bình là nh nhau → s thu ho cộ ệ ờ ệ ở ỗ ư ự ặ

nhường electron các đi n c c cùng tên ph i nh nhau và các ch t sinh ra ở ệ ự ả ư ấ ở các đi n c c cùng tên t l mol v i nhau ệ ự ỉ ệ ớ

- Trong nhi u trề ường h p có th dùng đ nh lu t b o toàn mol electron (s molợ ể ị ậ ả ố electron thu đượ ởc catot = s mol electron nhố ường anot) đ gi i cho nhanh ở ể ả

III – M T S VÍ D MINH H A Ộ Ố Ụ Ọ

Ví d 1 ụ : Đi n phân hòa toàn 2,22 gam mu i clorua kim lo i tr ng thái nóngệ ố ạ ở ạ

ch y thu đả ược 448 ml khí ( đktc) anot Kim lo i trong mu i là: ở ở ạ ố

A Na B Ca C

K D Mg

H ướ ng d n ẫ : nCl2 = 0,02

T i catot: Mạ n+ + ne → M Theo đlbt kh i lố ượng mM = m(mu i) – m(Clố 2) = 2,22 – 0,02.71 = 0,8 gam

T i anot: 2Clạ – → Cl2 + 2e Theo đlbt mol electron ta có nM = → M = 20.n → n

= 2 và M là Ca

(ho c có th vi t phặ ể ế ương trình đi n phân MClệ n M + n/2Cl2 đ tính) → ể đáp

án B

Ví d 2 ụ : Ti n hành đi n phân (v i đi n c c Pt) 200 gam dung d ch NaOH 10 %ế ệ ớ ệ ự ị

đ n khi dung d ch NaOH trong bình có n ng đ 25 % thì ng ng đi n phân Thế ị ồ ộ ừ ệ ể tích khí ( đktc) thoát ra anot và catot l n lở ở ầ ượt là:

A 149,3 lít và 74,7 lít B 156,8 lít và 78,4 lít

C 78,4 lít và 156,8 lít D 74,7 lít và 149,3 lít

H ướ ng d n ẫ : mNaOH (trước đi n phân) = 20 gam ệ

Đi n phân dung d ch NaOH th c ch t là đi n phân nệ ị ự ấ ệ ước: H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) → NaOH không đ i → m (dung d ch sau đi n phân) = 80 gam → mổ ị ệ (H2O b đi n phân) = 200 – 80 = 120 gam → nHị ệ 2O = 20/3 mol → VO = 74,7 lít và

VH = 149,3 lít → đáp án D

Ví d 3 ụ : Sau m t th i gian đi n phân 200 ml dung d ch CuSOộ ờ ệ ị 4 ( d = 1,25 g/ml)

v i đi n c c graphit (than chì) th y kh i lớ ệ ự ấ ố ượng dung d ch gi m 8 gam Đ làm k tị ả ể ế

t a h t ion Cuủ ế 2+ còn l i trong dung d ch sau đi n phân c n dùng 100 ml dungạ ị ệ ầ

d ch Hị 2S 0,5 M N ng đ ph n trăm c a dung d ch CuSOồ ộ ầ ủ ị 4 ban đ u là: ầ

A 12,8 % B 9,6 % C 10,6

% D 11,8 %

H ướ ng d n ẫ : nH2S = 0,05 mol

- G i x là s mol CuSOọ ố 4 tham gia quá trình đi n phân: CuSOệ 4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 (1) → m (dung d ch gi m) = m Cu(catot) + m Oị ả 2(anot) = 64x + 16x

= 8 → x = 0,1 mol - CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 (2)

→ nH2S = nCuSO4 = 0,05 mol

- T (1) và (2) → nCuSOừ 4 (ban đ u) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% =ầ

→ đáp án B

Ví d 4 ụ : Đi n phân 100 ml dung d ch CuSOệ ị 4 0,2 M v i cớ ường đ dòng đi nộ ệ

9,65A Tính kh i lố ượng Cu bám vào catot khi th i gian đi n phân tờ ệ 1 = 200 s và t2 =

500 s Bi t hi u su t đi n phân là 100 % ế ệ ấ ệ

A 0,32 gam và 0,64 gam B 0,64 gam và 1,28 gam

C 0,64 gam và 1,60 gam D 0,64 gam và 1,32 gam

H ướ ng d n ẫ : nCuSO4 = 0,02 = nCu2+

Th i gian c n thi t đ đi n phân h t Cuờ ầ ế ể ệ ế 2+ là t = s → t1 < t < t2 →

T i tạ 1 có 1/2 s mol Cuố 2+ b đi n phân → mị ệ 1 = 0,01.64 = 0,64 gam và t i tạ 2 Cu 2+ đã

b đi n phân h t → mị ệ ế 2 = 1,28 gam → đáp án B

Ví d 5 ụ : Đi n phân 200 ml dung d ch CuSOệ ị 4 v i đi n c c tr và cớ ệ ự ơ ường đ dòngộ

đi n 1A Khi th y catot b t đ u có b t khí thoát ra thì d ng đi n phân Đ trungệ ấ ở ắ ầ ọ ừ ệ ể hòa dung d ch thu đị ược sau khi đi n phân c n dùng 100 ml dung d ch NaOHệ ầ ị 0,1M Th i gian đi n phân và n ng đ mol c a dung d ch CuSOờ ệ ồ ộ ủ ị 4 ban đ u là: ầ

A 965 s và 0,025 M B 1930 s và 0,05 M

C 965 s và 0,05 M D 1930 s và 0,025 M

H ướ ng d n ẫ : nNaOH = 0,01 mol

- Khi catot b t đ u có b t khí (Hở ắ ầ ọ 2) thoát ra ch ng t CuSOứ ỏ 4 đã b đi n phân h tị ệ ế theo phương trình:

CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4

- nNaOH = nOH– = 0,01 mol → nH2SO4 = 0,5.nH+ = 0,5.nOH– = 0,005 (mol) → nCu = nCuSO4 = 0,005 (mol) → = 0,005 → t = 965 s và CM(CuSO ) =

M (ho c có th d a vào các ph n ng thu ho c nhặ ể ự ả ứ ặ ường electron ở

đi n c c đ tính) → ệ ự ể đáp án A

Ví d 6 ụ : Đi n phân 200 ml dung d ch h n h p AgNOệ ị ỗ ợ 3 0,1 M và Cu(NO3)2 0,2 M

v i đi n c c tr và cớ ệ ự ơ ường đ dòng đi n b ng 5A Sau 19 phút 18 giây d ng đi nộ ệ ằ ừ ệ phân, l y catot s y khô th y tăng m gam Giá tr c a m là: ấ ấ ấ ị ủ

A 5,16 gam B 1,72 gam C 2,58 gam D

3,44 gam

H ướ ng d n ẫ : nAg+ = 0,02 mol ; nCu2+ = 0,04 mol

- Th t các ion b kh t i catot: ứ ự ị ử ạ

Ag+ + 1e → Ag (1) → sau (1) còn 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron

0,02 0,02 0,02

Cu2+ + 2e → Cu (2) → sau (2) còn d 0,02 mol Cuư 2+

0,02 0,04 0,02

m (catot tăng) = m (kim lo i bám vào) = 0,02.(108 + 64) = 3,44 gam → ạ đáp án D

Ví d 7 ụ : Hòa tan 50 gam tinh th CuSOể 4.5H2O vào 200 ml dung d ch HCl 0,6 Mị thu được dung d ch X Đem đi n phân dung d ch X (các đi n c c tr ) v i cị ệ ị ệ ự ơ ớ ườ ng

đ dòng đi n 1,34A trong 4 gi Kh i lộ ệ ờ ố ượng kim lo i thoát ra catot và th tíchạ ở ể khí thoát ra anot ( đktc) l n lở ở ầ ượt là (Bi t hi u su t đi n phân là 100 %): ế ệ ấ ệ

A 6,4 gam và 1,792 lít B 10,8 gam và 1,344 lít

C 6,4 gam và 2,016 lít D 9,6 gam và 1,792 lít

H ướ ng d n ẫ : nCuSO4.5H2O = nCuSO4 = 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol

- Th t đi n phân t i catot và anot là: ứ ự ệ ạ

T i catot: Cuạ 2+ + 2e → Cu → Cu2+ ch a b đi n phân h t → m (kim lo i catot) =ư ị ệ ế ạ ở 0,1.64 = 6,4 gam

0,1 0,2 0,1

T i anot: ạ

2Cl– → Cl2 + 2e → ne (do Cl– nhường) = 0,12 < 0,2 mol → t i anot Clạ – đã b đi nị ệ phân h t và ế

0,12 0,06 0,12 đ n nế ước b đi n phân → nị ệ e (do H2O nhường) = 0,2 – 0,12 = 0,08 mol

2H2O → O2 + 4H+ + 4e

0,02 0,08

V (khí thoát ra anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → ở đáp án A

Ví d 8 ụ : Có 200 ml dung d ch h n h p Cu(NOị ỗ ợ 3)2 và AgNO3, đ đi n phân h t ionể ệ ế kim lo i trong dung d ch c n dùng cạ ị ầ ường đ dòng đi n 0,402A trong 4 gi Sauộ ệ ờ khi đi n phân xong th y có 3,44 gam kim lo i bám catot N ng đ mol c aệ ấ ạ ở ồ ộ ủ Cu(NO3)2 và AgNO3 trong h n h p đ u l n lỗ ợ ầ ầ ượt là:

A 0,2 M và 0,1 M B 0,1 M và 0,2 M

C 0,2 M và 0,2 M D 0,1 M và 0,1 M

H ướ ng d n ẫ :

- T i catot: Agạ + + 1e → Ag Ta có h phệ ương trình:

x x (mol)

Cu2+ + 2e → Cu → CM Cu(NO3)2 = CM AgNO3 = 0,1 M → đáp

án D

y y (mol)

Ví d 9 ụ : Hòa tan 4,5 gam tinh th MSOể 4.5H2O vào nước được dung d ch X Đi nị ệ phân dung d ch X v i đi n c c tr và cị ớ ệ ự ơ ường đ dòng đi n 1,93A N u th i gianộ ệ ế ờ

đi n phân là t (s) thì thu đệ ược kim lo i M catot và 156,8 ml khí t i anot N uạ ở ạ ế

th i gian đi n phân là 2t (s) thì thu đờ ệ ược 537,6 ml khí Bi t th tích các khí đo ế ể ở đktc Kim lo i M và th i gian t l n lạ ờ ầ ượt là:

A Ni và 1400 s B Cu và 2800 s

C Ni và 2800 s D Cu và 1400 s

H ướ ng d n ẫ : G i nMSOọ 4 = nM 2+ = x mol

Ví d 10 ụ : M c n i ti p hai bình đi n phân: bình (1) ch a dung d ch MClắ ố ế ệ ứ ị 2 và bình (2) ch a dung d ch AgNOứ ị 3 Sau 3 phút 13 giây thì catot bình (1) thu đở ược 1,6 gam kim lo i còn catot bình (2) thu đạ ở ược 5,4 gam kim lo i C hai bình đ uạ ả ề không th y khí catot thoát ra Kim lo i M là: ấ ở ạ

A Zn B Cu C Ni D Pb

H ướ ng d n ẫ : - Do hai bình m c n i ti p nên ta có: ắ ố ế

Q = I.t = → M = 64 → Cu → đáp án B

Ví d 11 ụ : Đi n phân nóng ch y Alệ ả 2O3 v i anot than chì (hi u su t đi n phân 100ớ ệ ấ ệ

%) thu được m kg Al catot và 67,2 mở 3 ( đktc) h n h p khí X có t kh i so v iở ỗ ợ ỉ ố ớ hiđro b ng 16 L y 2,24 lít ( đktc) h n h p khí X s c vào dung d ch nằ ấ ở ỗ ợ ụ ị ước vôi trong (d ) thu đư ược 2 gam k t t a Giá tr c a m là: ế ủ ị ủ

A 54,0 kg B 75,6 kg C 67,5

kg D 108,0 kg

H ướ ng d n ẫ : 2Al2O3 4Al + 3O2 (1) ; C + O2 CO2 (2) ; 2C + O2

2CO (3)

- Do X = 32 → h n h p X có COỗ ợ 2 ; CO (x mol) và O2 d (y mol) ư

- 2,24 lít X + Ca(OH)2 d → 0,02 mol k t t a = nCOư ế ủ 2 → trong 67,2 m 3 X có 0,6 CO2

- Ta có h phệ ương trình: và 0,6 + x + y = 3 → x = 1,8 và y = 0,6

T (1) ; (2) ; (3) → mAl = ừ kg → đáp án B