phương pháp giải nhanh và chuyên sâu dạng bài toán điện phân

- Thông qua các đề thi đại học, cao đẳng hiện nay chúng tôi nhận thấy trong đề thi đại học cao đẳng luôn có 1 đến 2 câu liên quan đến điện phân.. - Trong các đề thi học sinh giỏi tỉnh và

PHẦN 1:

LÝ DO VIẾT SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

- Hoá học là môn khoa học cơ bản được giảng dạy ở các trường THCS,THPT Đây là môn mà học sinh mới được trang bị kiến thức từ khi học lớp 8bậc THCS Tuy nhiên, đây cũng là môn thường xuyên sử dụng thi tốt nghiệpTHPT và là một trong ba môn bắt buộc trong kì thi tuyển sinh vào ĐH, CĐ,THCN khối A, B

- Kể từ năm 2007, Bộ Giáo Dục và Đào Tạo đã chuyển cấu trúc thi tuyểnsinh đại học, cao đẳng môn hoá học từ tự luận sang trắc nghiệm khách quannhiều lựa chọn 100% Điều đó cũng đồng nghĩa trong vòng 90 phút, học sinhphải thật bình tĩnh để lựa chọn phương án trả lời tối ưu nhất trong thời gian ngắnnhất Nắm bắt được điều đó, các giảng viên đại học, cao đẳng, các chuyên gia vàcác nhà giáo có nhiều kinh nghiệm đã xuất bản rất nhiều sách và tài liệu thamkhảo về các phương pháp giải nhanh trắc nghiệm

- Thông qua các đề thi đại học, cao đẳng hiện nay chúng tôi nhận thấy

trong đề thi đại học cao đẳng luôn có 1 đến 2 câu liên quan đến điện phân Đây

là dạng toán khó mà học sinh hay bị lúng túng xử lí để có đáp án đúng

- Trong các đề thi học sinh giỏi tỉnh và quốc gia thông thường cũng hay

có bài toán điện phân, theo thống kê của chúng tôi từ năm 2000 trở về đây có ít

nhất một câu trong đề thi quốc gia liên quan đến điện phân-pin điện.

- Qua 7 năm giảng dạy ở trường THPT kết hợp với những kiến thức tíchluỹ được khi ngồi trên giảng đường đại học và cao học chúng tôi đúc kết được

kinh nghiệm về giảng dạy bài điện phân đó là “ Phương pháp giải nhanh và

chuyên sâu dạng bài toán điện phân”.

Trong đề tài này phần nội dung chúng tôi đưa ra bốn phần chính đó là lý

thuyết tổng quát về điện phân, các bài tập có thể gặp trong đề thi đại học-cao

đẳng và học sinh giỏi (tỉnh, quốc gia), lý thuyết mở rộng và ứng dụng của điện phân.

PHẦN 2 NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Tình hình thực tế và biện pháp thực hiện

2.1.1 Tình hình thực tế trước khi thực hiện đề tài.

- Qua những năm giảng dạy tại trường phổ thông và nhiều năm đi gia sưkhi ngồi trên ghế giảng đường đại học, tôi nhận thấy rất nhiều học sinh khi làmbài tập điện phân thường hay lung túng-khúc mắc Điều đó, sẽ mất nhiều thờigian làm bài và đôi khi không làm ra được kết quả do điện phân chỉ được họctrong 1 tiết ở lớp 12

- Thực tế là học sinh hay giải bài tập phần điện phân nhầm do không hiểuhết các vấn đề của điện phân Xác định không rõ vai trò, viết sai các quá trìnhoxi hóa-khử

- Vì vậy để nâng cao hiệu quả giải bài tập điện phân trong đề thi đại cao đẳng cũng như trong đề thi học sinh giỏi tỉnh-quốc gia chúng tôi chọn đề tàiphương pháp giải bài tập điện phân này nhằm đưa học sinh tới hiểu thấu đáo hơn

học-và giải quyết vấn đề tốt hơn

2.1.2 Biện pháp thực hiện đề tài.

2.1.2.1 Những kiến thức cần trang bị

- Nắm vững quy tắc catot, anot

- Viết được các quá trình khử và quá trình oxi hoá tại catot và anot

- Áp dụng hệ quả định luật Farađây

- Xử lí các dữ kiện bài toán: số mol, thể tích khí, khối lượng…

2.1.2.2 Những điểm cần lưu ý.

- Trong điện phân thì số mol e nhường tại A bằng số mol e nhận tại K

- Hằng số Farađây trong công thức: F = 96500 C·mol−1 ứng với t là s, F=26,8 ứng với t là h

2.2 Nội dung

2.2.1 Lí thuyết

2.2.1.1 Định nghĩa: Điện phân là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề

mặt điện cực dưới tác dụng của dòng điện một chiều đi qua dụng dịch chất điện

li hoặc chất điện li nóng chảy

Trong điện phân có 2 điện cực:

- Cực âm (-) gọi là catot (kí hiệu K): tại đây xảy ra quá trình oxi hóa (quá trình

nhường e)

- Cực dương (+) gọi là anot (kí hiệu A): tại đây xảy ra quá trình khử (quá trình

nhận e)

* Bạn đọc chú ý: Catot cả trong điện phân và pin điện đều xảy ra quá trình oxi

hóa, và Anot là nơi mà ở đó xảy ra quá trình khử

Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl2:

Ta có trong dung dịch: CuCl2  →Cu2+ + 2Cl

-Tại catot (K - ): Cu2+ + 2e  → CuTại anot (A + ): 2Cl-  →Cl2 + 2ePhương trình điện phân: CuCl2 →dp Cu + Cl2

* Hai loại điện phân chủ yếu: điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch

2.2.1.2 Điện phân nóng chảy (muối, bazơ, oxit)

a Điện phân nóng chảy muối (chủ yếu là muối halogen của kim loại kiềm và kiềm thổ):

Công thức muối: MXn (n là hóa trị của M, X= F, Cl, Br, I)

MXn →nc Mn+ + nXTại K (-): Mn+ + ne → M

-Tại A (+): 2Cl-→ Cl2 + 2e

Phương trình điện phân tổng quát : MXn dpnc→M + X2

Ví dụ : Điện phân nóng chảy NaCl, CaCl2

- Điện phân nóng chảy NaCl : NaCl→nc Na+ + Cl

-Tại K (-) : Na+ + 1e → Na; Tại A (-): 2Cl-→ Cl2 + 2ePhương trình điện phân tổng quát: 2NaCl dpnc→2Na + Cl2

Tại K (-) : Ca2+ + 2e → Ca; Tại A (-): 2Cl-→ Cl2 + 2ePhương trình điện phân tổng quát: CaCl2 dpnc→Ca + Cl2

b Điện phân nóng chảy hiđroxit M(OH) n (M là kim loại kiềm, kiềm thổ)

M(OH)n →nc Mn+ + nOHTại K (-): Mn+ + ne → M Tại A (+): 4OH- → 2H2O + O2 + 4e

-Phương trình điện phân tổng quát : 4M(OH)n dpnc→4M + 2nH2O + nO2

Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaOH:

NaOH →nc Na+ + nOHTại K (-): Na+ + e → Na Tại A (+): 4OH- → 2H2O + O2 + 4e

-Phương trình điện phân tổng quát : 4NaOH dpnc→4Na + 2H2O + O2

c Điện phân nóng chảy oxit kim loại M 2 O n

M2On →nc 2Mn+ + nOTại K (-): Mn+ + ne → M Tại A (+): 2O2-→ O2 + 4e

2-Phương trình điện phân tổng quát : 2M2On dpnc→4M + nO2

Ví dụ: Điện phân nóng chảy Al2O3

Al2O3 →nc 2Al3+ + 3OTại K (-): Al3+ + 3e→Al Tại A (+): 2O2-→ O2 + 4e

2-Phương trình điện phân tổng quát: 2Al2O3 dpnc→4Al + 3O2

2.2.1.3 Điện phân dung dịch

2.2.1.3.1 Vai trò của H 2 O trong điện phân:

- Giúp chất điện li phân li ra ion

- Vận chuyển các ion đến các điện cực

- Có thể tham gia vào quá trình oxi hóa khử tại bề mặt các điện cực, tứctham gia vào quá trình điện phân, cụ thể:

Tại K(-): 2H2O + 2e → 2OH- + H2↑ Tại A (+): 2H2O → 4H+ + O2↑ + 4e

2.2.1.3.2 Quy luật chung, quy tắc K, quy tắc A

Quy luật chung: - Ở catot (K): ion càng có tính oxi hóa mạnh càng dễ bị khử, ví

dụ: Tại K: Ag+; Cu2+ thì Ag+ + 1e→Ag rồi mới đến Cu2+ + 2e→Cu

- Ở anot (A): ion càng có tính khử mạnh càng dễ bị oxi hóa, ví dụ: Tại A: Br-;

Cl- thì 2Br-→Br2 + 2e rồi mới đến 2Cl-→Cl2 + 2e

a Quy tắc ở K: Ở K có mặt cation kim loại Mn+ và H+( do nước hoặc axit phânli) thì:

- Nếu Mn+ là cation kim loại trước Al3+ và Al3+ thì cation này không nhậnelectron (không bị khử) mà cation H+nhận electron (bị khử):

H+ do nước phân li: 2H2O¬ →2H+ + 2OH

2H+ + 2e  →H2 2H2O + 2e  →H2 + 2OH-

H+ do axit phân li: 2H+ + 2e  →H2

- Nếu Mn+ là cation kim loại sau Al3+ thì cation nhận electron (bị khử) để tạothành kim loại: Mn+ + ne →M

- Cation có tính oxi hóa càng mạnh thì càng dễ nhận e, ví dụ tại K(-) gồm: Ag+;

Fe3+; Cu2+; H+; H2O thi thứ tự nhận electron sẽ như sau:

* Đối với anot trơ (là anot không tham gia vào quá trình phản ứng)

- Nếu anot có mặt các anion: I-; Br-; Cl-; S2-; RCOO-; … thì các anion này sẽnhường electron cho điện cực (bị oxi hóa) và anion có tính khử càng mạnh càng

dễ nhường electron và thứ tự nhường electron đã được thực nghiệm tìm ra nhưsau: S2- > I-> Br- > Cl- > RCOO- > H2O

Ví dụ tại A(+): Cl-, I-; H2O thì thứ tự nhường electron như sau:

2I-  →I2 + 2e (1); 2Cl-  →Cl2 + 2e (2); 2H2O →4H+ + O2 + 4e (3)

- Nếu anot có mặt các ion gốc axit vô cơ chứa O như: NO3

−

; SO42-; CO32-; và

F- ; OH- thì những anion này không nhường electron (không bị oxi hóa) mà H2O

sẽ nhường electron thay: 2H2O  →4H+ + O2 + 4e

* Đối với anot hoạt động: đó là anot làm bằng các kim loại Cu, Zn, thì các

anot sẽ tham gia vào quá trình oxi hóa, nó sẽ nhường electron thay cho cácanion: Zn  →Zn2+ +2e; Cu →Cu2+ +2e

Chú ý: Hiện tượng dương cực tan thì:

Độ tăng khối lượng tại K = độ giảm khối lượng tại A

Ví dụ 1: Viết sơ đồ và phương trình điện phân tổng quát khi điện phân điện phân

điện cực trơ:

a dung dịch FeCl2 b dung dịch CuSO4

c dung dịch NaCl d dung dịch KNO3

Phương trình điện phân tổng quát: 2Cu2+ + 2H2O dpdd→ 2Cu + 4H+ + O2↑

hay 2CuSO4 + 2H2O dpdd→ 2Cu + 2H2SO4 + O2↑

c NaCl  → Na+ + Cl

-Tại K (-): Na+; H2O: 2H2O + 2e  → 2OH- + H2↑

Tại A (+): Cl-; H2O: 2Cl-  → Cl2↑ + 2e

Phương trình điện phân tổng quát: 2Cl- + 2H2O dpdd→2OH- + H2↑ + Cl2↑

hay: 2NaCl + 2H2O dpdd→2NaOH + H2↑ + Cl2↑

d KNO3  → K+ + NO3

-Tại K (-): K+; H2O: 2H2O  → 4H+ + O2↑ + 4e

Tại A (+): NO3-; H2O: 2H2O + 2e  → 2OH- + H2↑

Phương trình điện phân tổng quát: 2H2O dpdd→2H2↑ + O2↑

Nhận xét: Khi điện phân dung dịch muối:

- dung dịch muối của ion kim loại sau Al3+ và ion gốc axit không chứa O ( trừ F-) thì pH dung dịch không đổi

- dung dịch muối ion kim loại sau Al3+ và ion gốc axit chứa O, F- thì pHdung dịch giảm dần do tạo ra H+

- dung dịch muối ion kim loại trước Al3+ và ion gốc axit không chứa O ( trừ F-) thì pH dung dịch tăng dần do tạo ra OH-

- dung dịch muối ion kim loại trước Al3+ và ion gốc axit chứa O, F- thì pHdung dịch không đổi

Ví dụ 2: Viết phương trình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực anot là Cu

Hướng dẫn giải:

CuSO4  → Cu2+ + SO4Tại K (-): Cu2+; SO4-: Cu2+ + 2e  → Cu

-Tại A (+) là Cu: SO42-; H2O: Cu  → Cu2+ + 2e

Phương trình điện phân tổng quát:

Cu + Cu2+  → Cu↓ + Cu2+

Ví dụ 3: Viết phương trình điện phân dung dịch hỗn hợp CuSO4 a mol;

NaCl b mol trong các trường hợp:

Hướng dẫn giải:

CuSO4  → Cu2+ + SO4NaCl  → Na+ + Cl-Tại K (-): Cu2+; Na+; H2O: Cu2+ + 2e  → Cu

-2H2O + 2e  → 2OH- + H2↑

hay CuSO4 + 2NaCldpdd →Cu + Cl2↑ + Na2SO4

sau đó: 2Cu2+ + 2H2O dpdd→ 2Cu + 4H+ + O2↑

hay 2CuSO4 + 2H2O dpdd→ 2Cu + 2H2SO4 + O2↑

c b < 2a thì: Cu2+ + 2Cl- dpdd → Cu + Cl2↑

hay CuSO4 + 2NaCldpdd →Cu + Cl2↑ + Na2SO4

sau đó: 2Cl- + 2H2O dpdd→2OH- + H2↑ + Cl2↑

Hay: 2NaCl + 2H2O dpdd→2NaOH + H2↑ + Cl2↑

2.2.1.4 Biếu thức định luật Farađây

Dùng để tính khối lượng các chất thoát ra ở điện cực, giả sử tại điện cực

A hay K thoát ra chất X, ta có:

X

A m

.

X e

ne là số electron trao đổi tại điện cực

I là cường độ dòng điện (A)

F hằng số Farađây : F = 96500 (Culong/mol.s) nếu t tính bằng giây(second) hoặc F =26,8 nếu t tính bằng giờ (hour)

t (times) : thời gian tính bằng giây (s) hoặc giờ (h)

Chú ý:

- Khi tính theo (1) thì phương trình điện cực các chất ở điện cực phải viết theo

hệ số nguyên tối giản

- Từ (1) ta có: . ( ) .

( / )

X

e X

m g

I t

n

quan trọng ta sẽ sử dụng đề tính toán trong các bài tập điện phân.

- Điện phân là quá trình oxi hóa khử nên số mol electron nhường tại A= số mol

electron nhận tại K.

2.2.2 Một số ví dụ minh họa

2.2.2.1 Ví dụ cơ bản

Ví dụ 1:(Trích đề thi đại học khối A năm 2012) Điện phân 150 ml dung dịch

AgNO3 1M với điện cực trơ trong t giờ, cường độ dòng điện không đổi 2,68A(hiệu suất quá trình điện phân là 100%), thu được chất rắn X, dung dịch Y vàkhí Z Cho 12,6 gam Fe vào Y, sau khi các phản ứng kết thúc thu được 14,5 gamhỗn hợp kim loại và khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) Giá trị của t là

A 0.8 B 0,3 C 1,0 D 1,2.

Hướng dẫn giải:

Phương trình điện phân: 4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + O2 + 4HNO3 (1)Dung dịch Y gồm: AgNO3, HNO3 Cho Fe + dd Y sau phản ứng thu được 14,5ghỗn hợp kim loại nên Fe dư có các phản ứng:

3Fe + 8HNO3 → 3Fe(NO3)3 + 2NO + 4H2O (2)

Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag (3)Gọi x là số mol AgNO3 bị điện phân→ nHNO3 = x, dung dịch Y: HNO3: x mol;AgNO3 dư: 0,15 –x mol

Theo (2,3) nFe phản ứng = 3x/8 + (0,15-x)/2 = 0,075 –x/8 mol

điện 0,67 A trong thời gian 40 giờ Dung dịch thu được sau điện phân có khốilượng 100 gam và nồng độ NaOH là 6% Nồng độ dung dịch NaOH trước điệnphân là (giả thiết lượng nước bay hơi không đáng kể)

Hướng dẫn giải:

Điện phân dung dịch NaOH chính là sự điện phân H2O, phương trình điện phân:2H2O dpNaOH→2H2 + O2 (1)

Số mol e trao đổi = 0,67.4026,8 = 1 mol

Tại K(-): 2H2O + 2e  → 2OH- + H2→ nH2 = 0,5 mol

Tại A (+): 2H2O  → 4H+ + O2 + 4e → nO2 = 0,25 mol

Vậy mdung dịch trước điện phân = 100 + 0,5 2 + 0,25.32 = 109 gam

Ta có mNaOH không đổi = 100.6/100 = 6 gam

Vậy CM (NaOH)trước điện phân = 6.100%

109 ≈ 5,50 %

Ví dụ 3: (Trích đề thi đại học khối B năm 2009) Điện phân nóng chảy Al2O3

với anot than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu được m kg Al ở catot và 67,2m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 16 Lấy 2,24 lít (ở đktc)hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa.Giá trị của m là

Hướng dẫn giải:

Al2O3 →nc 2Al3+ + 3OTại K (-): Al3+ + 3e→Al

2-Tại A (+): 2O2-→ O2 + 4e

Phương trình điện phân tổng quát: 2Al2O3 dpnc→4Al + 3O2

O2 tạo ra đốt cháy A bằng than chì tạo khí X: CO, CO2, O2(dư)

Gọi x, y, z là số mol CO, CO2, O2 dư trong 2,24 lít X Khi sục X qua nước vôitrong dư có phản ứng: CO2 + Ca(OH)2  →CaCO3↓ + H2O (1)

(lít) tương ứng với (mol), còn (m3) tương ứng với (kmol) (kilo mol)

Ví dụ 4: (Trích đề thi đại học khối A năm 2011) Điện phân dung dịch gồm 7,45

gam KCl và 28,2 gam Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khí khốilượng dung dịch giảm đi 10,75 gam thì ngừng điện phân (giả thiết lượng nướcbay hơi không đáng kể) Tất cả các chất tan trong dung dịch sau điện phân là

A KNO3 và KOH B KNO3, KCl và KOH

C KNO3 và Cu(NO3)2 D KNO 3 , HNO 3 và Cu(NO 3 ) 2

Hướng dẫn giải:

Ta có: nKCl= 0,1 mol; nCu(NO3)2 = 0,15 mol

Phương trình phân li: KCl  → K+ + Cl

-Cu(NO3)2  → Cu2+ + 2NO3Taị K (-): Cu2+, K+, H2O: Cu2+ + 2e  → Cu (1)

-Tại A (+): Cl-; NO3-; H2O: 2Cl-  → Cl2 + 2e (2)

2H2O →4H+ + O2 + 4e (3)

Nếu tại K mà Cu2+ phản ứng hết ta có: ne nhận≥ 0,15.2 = 0,3 mol và hiển nhiên tại

A thì Cl- hết → mdung dịch giảm ≥ mCu + mCl2 = 13,15 gam > mdung dịch giảm đề cho nên

Cu2+ phải dư

Nếu tại A mà Cl- dư thì ne nhường ≤ 0,1 mol, lúc đó nCu ở K ≤ 0,1/2 = 0,05 mol nên

mdung dịch giảm ≤ 0, 05.71 + 0,05 64 = 6,75 gam < mdung dịch giảm đề cho nên Cl- phảihết

Vậy dung dịch sau điện phân gồm: Cu2+ dư, K+; H+ tạo ra và NO3

-hay gồm D KNO 3 , HNO 3 và Cu(NO 3 ) 2

Ví dụ 5: (Trích đề thi đại học khối A năm 2011) Hòa tan 13,68 gam muối

MSO4 vào nước được dung dịch X Điện phân X (với điện cực trơ, cường độdòng điện không đổi) trong thời gian t giây, được y gam kim loại M duy nhất ởcatot và 0,035 mol khí ở anot Còn nếu thời gian điện phân là 2t giây thì tổng sốmol khí thu được ở cả hai điện cực là 0,1245 mol Giá trị của y là

Hướng dẫn giải:

MSO4  →M2+ + SO4Tại K (-): M2+; H2O: M2+ + 2e  → M (1)

2-2H2O + 2e  →2OH- + H2↑ (2)Tại A (+): SO42-; H2O: H2O →2H+ + 1/2O2↑ + 2e

Tại thời gian t giây có 0,035 mol khí tại A nên 2t giây có 0,07 mol khí tại A và

số mol e nhường =0,07.4 = 0,28 mol → khí tại K: 0,1245 – 0,07 = 0,0545 mol

và ne (2) = 0,109 mol và ne(1)= 0,171 mol→ nM2+ = 0,0855 mol

và MMSO4 = M + 96 = 160 → M=64 là Cu

Tại thời gian t giây thì số mol e nhường = 0,035.4 = 0,14 mol < 2nCu2+ nên lúc

đó Cu2+ dư và Cu tạo ra = 0,14/2 = 0,07 mol → y =4,480 gam

2.2.2.2 Ví dụ chuyên sâu

Ví dụ 1: (Trích đề thi HSGQG năm 2011) Ở 250C, cho dòng điện một chiều cócường độ 0,5A đi qua bình điện phân chứa 2 điện cực platin nhúng trong 200 mldung dịch gồm Cu(NO3)2 0,020M, Co(NO3)2 1,0 M, HNO3 0,010M

1 Viết phương trình các nửa phản ứng có thể xảy ra trên catot và anottrong quá trình điện phân

2 Khi 10% lượng ion kim loại đầu tiên bị điện phân, người ta ngắt mạch

và nối đoản mạch hai điện cực của bình điện phân Hãy cho biết hiện tượng xảy

ra và viết phương trình phản ứng minh họa

3 Xác định khoảng thế của nguồn điện ngoài đặt vào catot để có thể điệnphân hoàn toàn ion thứ nhất trên catot (coi quá trình điện phân là hoàn toàn khinồng độ của ion bị điện phân còn lại trong dung dịch là 0,005% so với nồng độban đầu)

4 Tính thể tích khí thoát ra (đktc) trên anot khi điện phân được 25 phút.Khi đó, giá trị thế catot là bao nhiêu?

Chấp nhận: Áp suất riêng của khí hidro pH2 = 1 atm; khi tính toán không

kể đến quá thế; nhiệt độ dung dịch không đổi trong suốt quá trình điện phân

Cho: E 2

0 /

Cu+ Cu= 0,337 V; E 2

0 /

1 Phương trình các nửa phản ứng trên catot và anot

Các quá trình có thể xảy ra trên catot (-): Cu2+ + 2e → Cu↓ (1)

2H+ + 2e → H2↑ (2)

Co2+ + 2e → Co↓ (3)Quá trình xảy ra trên anot (+): 2H2O → 4H+ + O2↑ + 4e (4)

2 Theo phương trình Nerst: 2 2

/ /

0,0592

log[ ] 2

Cu Cu H H Co Co

E + >E + >E + nên thứ tự nhận e là: Cu2+ > H+ > Co2+Khi 10% Cu2+ bị điện phân thì, 2 2

/ /

0,0592

log[ ] 2

Cu Cu Cu Cu

lúc đó H chưa thoát ra và nếu ngắt mạch điện, nối đoản mạch hai cực của bình

điện phân sẽ tạo ra pin điện có cực dương (catot) là O 2 /H 2 O và cực âm (anot) là cặp Cu 2+

/Cu Phản ứng xảy ra là: Trên catot: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O

Trên anot: Cu → Cu2+ + 2ePhản ứng xảy ra trong pin là: 2Cu + 4H+ + O2 → 2Cu2+ + 2H2O

Sự phóng điện của pin chỉ dừng khi thế của 2 điện cực bằng nhau

3 Để tách được hoàn toàn ion Cu2+ thì thế cần đặt vào catot là:

2 2

H H H H

+

Vậy trong trường hợp tính không kể đến quá thế của H2 trên điện cực

platin thì thế catot cần khống chế trong khoảng - 0,077 V < Ec < 0,159 V, khi đó

Cu2+ sẽ bị điện phân hoàn toàn

4 Ta có: ne = It

F = 7,772.10-3 mol < 2nCu2+= 8.10-3 mol nên Cu2+ dư, và nCu2+

dư = 1,14 10-4 mol→ [Cu2+]dư =5,7.10-4V,

Cu Cu Cu Cu

E + =E + + Cu + = 0,241 V

Và nO2 = 1

4n e= 1,93.10-3 mol → VO2 = 1,93.10-3 22,4 lít = 0,0432 lít

Ví dụ 2: (Đề thi casio hóa học tỉnh Thanh Hóa năm 2012, QG năm 2001-bảng

A) Dung dịch X có chất tan là muối M(NO3)2 Người ta dùng 200 ml dung dịch

K3PO4 vừa đủ để phản ứng với 200 ml dung dịch X, thu được kết tủa là

M3(PO4)2 và dung dịch Y Khối lượng kết tủa đó (đã được sấy khô) khác khốilượng M(NO3)2 ban đầu là 6,825 gam

Điện phân 400 ml dung dịch X bằng dòng điện 1 chiều với I =2,000 ampetới khi khối lượng catot không tăng thêm nữa thì dừng, được dung dịch Z Giả

sử sự điện phân có hiệu suất 100%

a Hãy tìm nồng độ các ion của dung dịch X, dung dịch Y, dung dịch Z.Cho biết sự gần đúng phải chấp nhận khi tính nồng độ dung dịch Y, dung dịchZ

b Tính thời gian (theo giây) đã điện phân

c Tính thể tích khí thu được ở 27,30C, 1 atm trong sự điện phân

Hướng dẫn giải:

a Phản ứng:

3M(NO3)2 + 2K3PO4  → M3(PO4)2 ↓ + 6KNO3 (1)

Dung dịch Y: dung dịch KNO3: KNO3  → K+ + NO3- (2)Theo (1) cứ 6 mol NO3- phản ứng tạo ra 2 mol PO43- làm thay đổi khối lượng372-190=182g

x mol NO3- phản ứng tạo ra x/3 mol PO43- làm thay đổi khối lượng 6,825 gamVậy có ngay: x =

182

825 , 6 6

= 0,225 mol từ đó suy ra:

- Trong dung dịch X: 3

2

NO M

225 ,

- Theo (1): nK+ = nNO3- = nKNO3 =2.nM(NO3)2 = 2.0,1125 = 0,225 mol

Coi VddY ≈ VddX + Vdd K3PO4 ≈ 400 ml Vậy trong dung dịch Y:

C(K+) =C(NO3-) = 00,225,4 = 0,5625M (3)Dung dịch Y có nồng độ: C(K+) =C(NO3-) = 0,5625M

Các gần đúng đã chấp nhận khi tính nồng độ dung dịch Y:

- Bỏ qua sự thay đổi thể tích khi tính (3) và sự có mặt M3(PO4)2 ↓

- Bỏ qua sự tan của M3(PO4)2⇄ 3M2+ + 2PO4