CHUYÊN đề sự điện PHÂN

Lí do là: tuy rằng ion H+ có tính oxi hoá mạnh hơn các ion kim loại này nhưng số lượng của nó quá nhỏ so với số lượng các ion kim loại trong dung dịch muối thực nghiệm cho biết cứ 555 t

CHUYÊN ĐỀ: SỰ ĐIỆN PHÂN

II - Điện phân chất điện li nóng chảy

1) Điện phân muối halogenrua nóng chảy

2MXn ®iÖn ph©n nãng ch¶y  2M + nX2

Phương pháp này dùng để điều chế các kim loại kiềm và các kim loại kiềm thổ Thí dụ: 2NaCl ®iÖn ph©n nãng ch¶y  2Na + Cl2

MgCl2 ®iÖn ph©n nãng ch¶y  Mg + Cl2

2) Điện phân hiđroxit nóng chảy

4M(OH)n ®iÖn ph©n nãng ch¶y 4M + nO2 + 2nH2O

Phương pháp này dùng để điều chế các kim loại kiềm

Thí dụ: 4NaOH ®iÖn ph©n nãng ch¶y 4Na + O2 + 2H2O

3) Điện phân oxit nóng chảy

2M2On ®iÖn ph©n nãng ch¶y  4M + nO2

Phương pháp này dùng để điều chế nhôm

2Al2O3 ®iÖn ph©n nãng ch¶y 4Al +3O2

(Criolit)

III - Điện phân dung dịch chất điện lI trong nước

1) ở catot (cực âm): Ion dương nào dễ nhận electron thì điện phân trước, thứ tự điện

phân ở catot như sau:

- Các cation kim loại đứng sau Al3+ trong dãy điện hoá điện phân trước (kể cả ion H+của dung dịch axit)

- Sau đó đến ion H+ của H2O điện phân

2H2O + 2e   H2 + 2OH

Các cation Al3+

về trước trong dãy điện hoá không bị điện phân trong dung dịch Câu hỏi đặt ra ở đây là: Tại sao ion H+ của H2O lại điện phân sau các ion từ Zn2+ đến Pb2+trong dãy điện hoá? Lí do là: tuy rằng ion H+

có tính oxi hoá mạnh hơn các ion kim loại này nhưng số lượng của nó quá nhỏ so với số lượng các ion kim loại trong dung dịch muối (thực nghiệm cho biết cứ 555 triệu phân tử nước thì chỉ có 1 phân tử phân li thành ion H+)

2) ở anot (cực dương): Ion âm nào dễ nhường electron thì điện phân trước Nếu anot trơ

như graphit, Pt,… thì thứ tự điện phân ở anot như sau:

- Các anion gốc axit không chứa oxi điện phân trước theo thứ tự:

3) Điện phân với anot tan:

Trường hợp anot không trơ thì trước hết ở anot kim loại làm điện cực bị tan ra

Thí dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với anot bằng đồng

ở anot: Cu   Cu2+ + 2e

ở catot: Cu2+

+ 2e   Cu Phương trình điện phân:

Cu + Cu2+   Cu2+ + Cu

(Anot) (Catot)

Điện phân với anot tan được dùng để tinh chế kim loại: Thí dụ: để có vàng tinh khiết, người ta dùng anot tan là vàng thô, ở catot thu được vàng ròng có độ tinh khiết 99,99% Điện phân với anot tan cũng được dùng trong kỹ thuật mạ điện, nhằm bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn và tạo vẻ đẹp cho vật mạ Trong mạ điện, anot là kim loại dùng để mạ như Cu, Ag, Au, Cr, Ni,…… , catot là vật cần mạ Lớp mạ thường rất mỏng, có độ dày

từ 5.10-5 đền 1.10-3 cm Thí dụ: mạ kẽm, thiếc, niken, bạc, vàng,……

4) Điện phân dung dịch chứa một muối trung hoà trong nước với điện cực trơ

Khi điện phân dung dịch hỗn hợp thì dùng kiến thức như đã nêu ở trên Khi điện phân dung dịch chứa một muối trung hoà trong nước với điện cực trơ thì xảy ra 4 trường hợp sau đây:

Trường hợp 1: Điện phân dung dịch muối trung hoà của axit không chứa oxi của kim

loại từ Al về trước trong dãy điện hoá thì xảy ra phản ứng:

Muối + H2O ®iÖn ph©n dung dÞch Hiđroxit kim loại + H2 + phi kim

Thí dụ: Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn xốp giữa 2 điện cực

2NaCl + 2H2O ®iÖn ph©n dung dÞch 2NaOH + H2 + Cl2

(Có màng ngăn)

Trường hợp 2: Điện phân dung dịch muối trung hoà của axit không chứa oxi của kim

loại đứng sau Al trong dãy điện hoá thì xảy ra phản ứng:

Muối ®iÖn ph©n dung dÞch kim loại + Phi kim

Thí dụ: Điện phân dung dịch CuCl2

CuCl2 ®iÖn ph©n dung dÞch Cu + Cl2

Trường hợp 3: Điện phân dung dịch muối trung hoà của axit chứa oxi của kim loại từ

Al về trước trong dãy điện hoá thì thực chất là nước điện phân

Thí dụ: Điện phân dung dịch Na2SO4

2H2O ®iÖn ph©n dung dÞch 2H2 + O2

(Na2SO4 )

Na2SO4 đóng vai trò dẫn điện, không tham gia điện phân

Trường hợp 4: Điện phân dung dịch muối trung hoà của axit chứa oxi của kim loại

đứng sau Al trong dãy điện hoá thì xảy ra phản ứng:

Muối + H2O ®iÖn ph©n dung dÞch Kim loại + O2 + Axit tương ứng

Thí dụ: Điện phân dung dịch CuSO4

2CuSO4 + 2H2O ®iÖn ph©n dung dÞch 2Cu + O2 + 2H2SO4

IV - Định luật FaRaDay

Dựa vào công thức biểu diễn định luật Faraday ta có thể xác định được khối lượng các chất thu được ở các điện cực m = AIt

nFTrong đó m: Khối lượng chất thu được ở điện cực, tính bằng gam

A: Khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực

n: Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận

I: Cường độ dòng điện tính bằng ampe (A)

t: Thời gian điện phân, tính bằng giây (s)

F: Hằng số Faraday ( F = 96500 culong/mol )

F là điện lượng cần thiết để tạo ra A

n gam chất thoát ra ở điện cực F chính là điện lượng của 1 mol electron

Hệ quả:

- Số mol chất thoát ra ở điện cực = It

nF

- Số mol e trao đổi ở mỗi điện cực= It/F

V – Hiệu suất điện phân hoặc hiệu suất dòng

Trong quá trình điện phân, không phải tất cả các electron đều tham gia quá trình khử ở catot và quá trình oxi hoá ở anot với chất chính, nó còn tham gia các quá trình phụ khác ( thí dụ điện phân các tạp chất có mặt, điện phân thành sản phẩm phụ khác,…), do đó lượng chất thực tế thoát ra ở điện cực (mtt) nhỏ hơn lượng chất tính theo định luật

Faraday (mlt) Hiệu suất điện phân được tính theo công thức

Mật độ dòng là cường độ dòng điện trên một đơn vị diện tích điện cực d = I

STrong đó: I: có thể tính theo ampe, miliampe

S: có thể tính theo m2, dm2, cm2, mm2

Mật độ dòng có ý nghĩa rất lớn trong thực tế, nó ảnh hưởng tới hiệu suất điện phân, tới màu sắc của kim loại thoát ra ở điện cực, và đặc biệt trong mạ điện, thì ảnh hưởng tới độ bám dính của kim loại lên bề mặt vật mạ

VII – ứng dụng của sự điện phân

Sự điện phân có nhiều ứng dụng trong công nghiệp như luyện kim ( điều chế và tinh luyện các kim loại kiềm, kiềm thổ, Mg, Al, Cu, Ag, Au, … ); điều chế các phi kim như

H2, O2, F2, Cl2,…….; điều chế một số hợp chất như KMnO4, NaOH, H2O2, nước

Gia-ven,… mạ điện ( mạ Cu, Ni, Cr, Ag, Au,……)

B CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN

I Bài tập tính toán lượng chất điện phân

Câu 1

Hoà tan 7,82 gam XNO3 vào nước thu được dung dịch A Điện phân dung dịch A

với điện cực trơ

- Nếu thời gian điện phân là t giây thì thu được kim loại tại catot và 0,1792 lít khí tại anot (đktc)

- Nếu thời gian điện phân là 2t giây thì thu được 0,56 lít khí (đktc)

Xác định X và tính thời gian t biết I = 1,93A

Điện phân dung dịch A: XNO3  X+ + NO3

(với a là số mol của XNO3)

Thay a = 0,046 ta được X = 108 (Ag)

ứng với thời gian 2t số mol electron trao đổi:

F n t F

t I

n e     e 3200

1 Hãy trình bày quy trình tách nhôm oxit từ quặng boxit, viết các phương trình phản ứng

2 Viết công thức criolit và giải thích vai trò của nó Viết đầy đủ phương trình các phản ứng xảy ra ở anot, catot và phản ứng tổng quát

3 Tính năng lượng theo kWh, khối lượng boxit (chứa 60% nhôm oxit) và khối lượng graphit dùng làm anot để sản xuất 1 tấn nhôm Biết điện áp 5 V và hiệu suất dòng là 95% 4.Bảng sau đây cho các số liệu tại 970oC

Al(lỏng) O2(khí) Al2O3(rắn)

ΔHs theo kJ/mol ở 970oC 48 38 - 1610

S theo J/(K.mol) ở 970oC 78 238 98

Tính điện áp lí thuyết cần dùng trong quá trình điện phân

.Hãy giải thích vì sao không thể điều chế nhôm bằng cách điện phân dung dịch nước của muối nhôm trong môi trường axit

Lọc bỏ Fe(OH)3 Pha loãng dung dịch để cho Al(OH)4- thuỷ phân:

Al(OH)4- + aq → Al(OH)3.aq↓ + OH

-Để thúc đẩy quá trình thuỷ phân có thể thêm mầm tinh thể nhôm oxit hoặc sục khí

CO2 để làm chuyển dịch cân bằng thuỷ phân:

Al(OH)4- + CO2 → Al(OH)3↓ + HCO3

-Lọc lấy Al(OH)3 rồi nung ở nhiệt độ cao để thu Al2O3

2 Công thức của criolit: Na3AlF6 Vai trò của nó là làm dung môi (tnc= 1000 oC) để hoà tan Al2O3 (cũng có thể nói là để hạ nhiệt độ nóng chảy của Al2O3)

3 Năng lượng: 15700 kWh; Khối lượng quặng boxit: gần 3 tấn;

Khối lượng graphit: 670 kg

4 2Al2O3 → 4Al + 3O2

∆H = 3526 kJ/mol; ∆S = 674 J/mol.K; ∆G = 2688,18 kJ/mol

∆E = 2,32 V (Điện áp lý thuyết cần dùng trong quá trình điện phân)

5 Vì thế khử tiêu chuẩn của cặp Al3+/Al bằng -1,66 V nên nếu điện phân dung dịch nước thì H+ sẽ phóng điện ở catot chứ không phải Al3+ (Hoặc là, nếu Al3+ phóng điện để tạo thành Al thì nhôm kim loại được tạo thành sẽ tác dụng ngay với nước theo phản ứng

Al + H2O → Al(OH)3 + H2, nghĩa là sản phẩm cuối cùng của quá trình vẫn là hiđro) Câu 3:

Tiến hành điện phân (với điện cực trơ màng ngăn xốp) một dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl cho tới khi H2O bắt đầu bị điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng

lại Ở anốt thu được 0,448 lít khí (ở điều kiện tiêu chuẩn) Thu được dung dịch B Biết dung dịch B có thể hoà tan tối đa 0,68gam Al2O3

a Tính khối lượng m

b Tính khối lượng catốt tăng lên trong quá trình điện phân (Giả thiết nước không bay hơi)

Hướng dẫn:

Trong dung dịch có các ion Cu2+; SO42-; Na+; Cl

-Khi điện phân giai đoạn đầu:

3

2 O Al

102

68 , 0

1

= 0,01 Theo PT (1) nCl2 = nCuSO4 = 0,02 - 0,01 = 0,01

n 2

Sau (1) NaCl dư:

đp ngăn 2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH (4)

Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O (5)

Hoặc có thể viết Pt tạo ra Na[Al(OH)4]

Theo phương trình (4, 5): nNaCl =

3

2 O Al

2n = 2

102

68 , 0 = 3

04 , 0

 nCuSO 4 đầu =

3

02 ,

3

08 , 0

m = mCuSO4 + mNaCl = 2,627 (g)

mCu bám catốt = 64

3

02 , 0 (g)

Câu 4

Dung dịch X có chất tan là muối M(NO3)2 Người ta dùng 200ml dung dịch K3PO4vừa đủ phản ứng với 200ml dung dịch X, thu được kết tủa M3(PO4)2 và dung dịch Y Khối lượng kết tủa đó (đã được sấy khô) khác khối lượng M(NO3)2 ban đầu là 6,825 gam Điện phân 400 ml dung dịch X bằng dòng điện I = 2 ampe tới khi thấy khối lượng catot không tăng thêm nữa thì dừng, được dung dịch Z Giả thiết sự điện phân có hiệu suất 100%

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

b Tính thời gian (theo giây) đã điện phân

c Tính thể tích khí thu được ở 27,3oC, 1atm trong sự điện phân

Hướng dẫn

a) Phương trình phản ứng:

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

Dung dịch Y: dung dịch KNO3có KNO3  K+ + NO3 (2)

Từ (1), tính số mol M(NO3)2 theo độ tăng khối lượng = 372 1906,825 3 = 0,1125

 Nồng độ X = 0,1125

0,2 = 0,5626 (mol/l) Theo (1),

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

- Bỏ qua sự tan M3(PO4)2  3M2+ + 2PO3

4

 (4)

- Bỏ qua sự phân li H2O  H+ + OH -

Sơ đồ điện phân: Ở catot: M2+ + 2 e  M

Ở anot: 2 H2O - 2 e  1/2 O2 + 2 H+

Phương trình điện phân: M(NO3)2 + H2O M + 1/2 O2 +2 HNO3 (5)

Dung dịch Z có chất tan HNO3 Coi Vdd Z  Vdd X  400 (ml) (6)

Theo (5)

HNO M( NO )

n 2n = 2  0,5625  0,4 = 0,45(mol) Vậy

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

- Coi Vdd Z  Vdd X, bỏ qua sự thay đổi thể tích do sự điện phân gây ra

- Bỏ qua sự phân li H2O  H+ + OH - vì Z là dd HNO3

b) Tính thời gian đã điện phân:

Với số mol M tách ra ở điện cực = 0,5625  0,4 = 0,225 = It

nF(mol) Tính được: t = 0,225 nF

Từ (5) số mol O2 ↑ = 0,225: 2 = 0,1125(mol) Nên thể tích O2 = nRT 0,1125 0,082 (273 27,3)

a) Viết nửa phản ứng tại các điện cực và phương trình phản ứng chung

b) Tính pH của dung dịch sau khi điện phân

c) Tính thể tích dd NaOH 0,0001 M cần để trung hoà dd sau khi điện phân

d) Hãy cho biết nên dùng chất chỉ thị nào để xác định điểm dừng của phản ứng trung hoà Coi khối lượng riêng của dung dịch HNO3 loãng là 1 g/ml

Số mol nước bị điện phân là 0,556 mol

Khối lượng nước bị điện phân: 0,556 mol x 18 g/mol = 10,074 g

Khối lượng dung dịch trước khi điện phân là 50gam

⇒ Khối lượng dung dịch sau khi điện phân là 50 -10,074 = 39,926 (g) ~ 40 g

⇒ Thể tích dung dịch sau khi điện phân là: V = 40 ml = 0,04 L (vì d = 1 g/ml)

Số mol HNO3 = 0,05 x 10-5 = 5 10-7 (mol)

⇒

3

HNO

C = [H+] = 5.10-7/ 0,04 = 1,25 10-5 M⇒ pH = – lg [H+] = 4,903 ~ 4,9

c) Phản ứng trung hòa: NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O

nNaOH = nHNO = 5 10-7 mol ⇒ V ddNaOH = 5 10-3 L = 0,005 L = 5 ml

d) Phản ứng xảy ra giữa axit mạnh và bazơ mạnh nên có thể dùng chất chỉ thị là phenol phtalein có khoảng chuyển màu (pH) 8 - 10

Câu 6

Người ta cho đi qua một dung dịch muối vàng một điện lượng bằng điện lượng cần thiết để kết tủa 2,158g bạc từ dung dịch AgNO3 Khối lượng vàng kết tủa trên catot là 1,314g Xác định đương lượng của vàng và hóa trị của vàng trong hợp chất bị điện phân Hướng dẫn:

Chỉ cần áp dụng định luật Faraday cho điện lượng trong hai trường hợp như nhau

1 Cho biết muối của kim loại nào bị điện phân? Biết rằng 5,18 gam của kim loại

đó đẩy được 1,59 gam Cu từ dung dịch đồng sunfat

2 Cho biết muối của axit hữu cơ nào bị điện phân?

3 Viết các phương trình phản ứng xảy ra trên các điện cực

Hướng dẫn

1 Điện lượng Q = It = 0,5 x 2 x 3600 = 3600C dùng để tạo ra 3,865 g kim loại

Khối lượng mol của kim loại: A = n  Vì kim loại này đẩy đồng ra khỏi dung dịch nên đương lượng của Cu: Cu = A/2 = 63,6/2 = 31,8

Vì không có nguyên tố với A > 240 và bằng 104 có tính kim loại và có mức ôxi hoá là +1 Do đó kim loại phải tìm chỉ có thể là Pb (A = 207,6)

2 Tại anốt khi điện phân có C2H6 và CO2 thoát ra là sản phẩm của sự ôxi hoá anion hữu cơ, muối này có công thức Pb (RCOO)2 Sự tạo ra êtan chứng tỏ gôc hidrocacbon trong axit là CH3 - ; còn sự tạo thành CO2 là do oxi hóa nhóm COO-

Như vậy muối điện phân là Pb(CH3COO)2

3 Các phản ứng xảy ra trên các điện cực:

= 273K và P= 0,1atm

a Viết các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực

b Tính số mol H2 và khối lượng Cu thoát ra ở catot

2

6 H

là:

QCu = 20000 – QH = 2 – 1,7219 = 0,2781C Lượng Cu sinh ra là: 0,2781/(2.96500) = 1,4412.10-6

(mol)

Câu 10

Đem điện phân 100ml dung dịch X gồm NiCl2 0,20M và MCl2 0,25 M với điện cực trơ, có cường độ dòng điện một chiều không đổi là 9,65 M Sau thời gian 10 phút thấy catot tăng lên 1,734 gam và dung dịch sau điện phân chỉ có một chất tan Nhỏ 100ml

dung dịch gồm K2Cr2O7 0,50M và H2SO4 2M vào 100ml dung dịch MCl2 0,60M, sau phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch Y

1 Xác định muối MCl2

2 Thiết lập một pin điện tạo bởi điện cực Pt nhúng trong dung dịch Y với điện cực Ag nhúng trong dung dịch [ Ag(NH3)2]NO3 0,50M, KCN 2,10M Viết các bán phản ứng ở mỗi điện cực, phản ứng khi pin phóng điện và suất điện động của pin mới được thiết lập Cho: E0(Cr2O72-/Cr3+)= 1,33 V; E0(Fe3+/Fe2+)= 0,77 V; E0(Ag+/Ag)= 0,80V;

[] (0,5-x) x 0,1+4x

 β-1

= x.(0,1+4x)4/(0,5-x) = 10-20,67; Giả sử x<< 0,1 => x = 10-16,97(t/m)

Vậy E [Ag(CN)4]3-/Ag+ = 0,80 + (0,0592/1)lg10-16,97 = -0,20V

 Do E(Cr2O72-/2Cr3+) = 1,35V > E Ag(CN)43-/Ag = -0,20V, nên có sơ

Na2SO4; nồng độ của muối CuSO4 bằng 0,100nM, của Na2SO4 bằng 0,100M giữa 2 điện cực có một điện thế không đổi Lớp vàng đóng vai trò catot, còn dây vàng đóng vai trò anot Lớp đồng (Epitaxi) có 100 lớp đơn nguyên tử được kết tạo trên nền vàng Au (100) Vàng có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt và hằng số mạng của là 4,077.10-8 cm Tính nồng độ CuSO4 trong dung dịch điện ly sau khi kết tạo lớp đồng epitaxi

NCu = 100 1,203.10-15 = 1,203.1017

Số mol của Cu trong lớp epitaxi bằng:

nCu = Cu -7

23 A

N 1,203.10 = = 1,999.10 mol

N 6.02214.10Xác định số mol CuSO4 trong chất điện phân sau khi kết tủa của lớp epitaxi

Số mol CuSO4 trong chất điện phân sau khi kết tủa bằng số mol ban đầu của CuSO4 trừ đi số mol của Cu kết tủa trên nền Au (100)

b) Trong quá trình điện phân, bình điện phân trên được được mắc nối tiếp với một bình điện phân khác có chứa 2 mol AgNO3 với điện cực dương bằng Pt gắn một khối đồng nặng 192 gam Cu, cực âm bằng Pt Tính khối lượng muối còn lại trong dung dịch khi ngừng điện phân

Hướng dẫn:

a) Các phản ứng điện phân:

Cu(NO3)2 + H2O → Cu + ½ O2 + 2HNO3

Có thể có: H2O → H2 + ½ O2 (2)

→C H tối đa thu được nếu điện phân hết Cu(NO3)2: 0,09M<0,1 M

→ có sự giảm thể tích dung dịch để tăng nồng độ H+

→ H2O bị điện phân, Cu(NO3)2 đã bị điện phân hoàn toàn

→ H2O bị điện phân ở (2) là 2,75 mol

Câu 13

A là dung dịch CuSO4 và NaCl Điện phân 500 ml dung dịch A với điện cực trơ, màng ngăn xốp bằng dòng điện I=10A Sau 19 phút 18 giây ngừng điện phân được dung dịch B có khối lượng giảm 6,78 gam so với dung dịch A Cho khí H2S từ từ vào dung dịch B được kết tủa, sau khi phản ứng xong được dung dịch C có thể tích 500 ml, pH

=1,0

Tính nồng độ mol của CuSO4 , NaCl trong dung dịch A?

Hướng dẫn:

Khí H2S tạo kết tủa với dung dịch B nên sau khi điện phân còn dư CuSO4

Phương trình điện phân:

đã bị điện phân bằng 0,06 mol

Khối lượng dung dịch giảm trong điện phân là do mất Cu, Cl2 và có thể O2

Giả sử: nếu không xảy ra (2) thì khối lượng dung dịch giảm:

mCu + mCl2 = 64 0,06 + 71.0,06 = 8.1 g > 6.78 g => không phù hợp, vậy phải xảy ra (2) Gọi : n Cu2+(1) = x; n Cu2+ (2) = y

Câu 14

A là hỗn hợp gồm Cu và Ag m gam A tan hết vào dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch B và 6,72 lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất ở đktc Trung hòa lượng axit dư trong B cần dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,1 M Thêm 5,91 gam hỗn hợp X gồm NaCl, KBr vào dung dịch sau trung hòa, sau phản ứng lọc bỏ kết tủa, dung dịch C thu được có C% của NaNO3 : C% của KNO3 = 4,25 : 3,03 Cho một thanh Zn dư vào dung dịch C sau phản ứng thấy khối lượng thanh Zn tăng thêm 17,065 gam ( cho rằng các kim loại giải phóng bám hết vào Zn)

1 Tính khối lượng NaCl, KBr trong 5,91 gam X

2 Tính m

3 Điện phân dung dịch C với điện cực trơ bằng dòng 10 A trong thời gian 1 giờ

20 phút 25 giây Ngay sau điện phân khối lượng Katot tăng bao nhiêu gam? Coi hiệu suất điện phân đạt 100 %

Hướng dẫn:

1 Các PTPƯ

3 Cu + 8HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2NO + 4 H2O (1)

3 Ag + 4 HNO3 → 3AgNO3 + NO + 2 H2O (2)

HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O (3)

AgNO3 + NaCl → NaNO3 + AgCl (4)

AgNO3 + KBr→ KNO3 + AgBr (5)

2AgNO3 + Zn→ Zn(NO3)2 + 2Ag (6)

Cu(NO3)2 + Zn → Zn(NO3)2 + Cu (7)

Vì phản ứng (7) làm giảm khối lượng Zn , phản ứng (6) làm tăng khối lượng Zn,

mà sau phản ứng khối lượng Zn tăng chứng tỏ AgNO3 dư do đó các muối NaCl, KBr đã hết

Số mol NaNO3 trong dung dịch trong dung dịch C = nNaOH + nNaCl

Đặt x, y lần lượt là số mol NaCl và KBr có trong 5,91 gam X

Ta có hệ :

Suy ra : x = 0,04; y = 0,03

mNaCl = 2,34 gam mKBr = 3,57 gam

Đặt a,b lần lượt là số mol Cu, Ag có trong m gam hỗn hợp A

Ta có : 2nCu + nAg = 3 nNO

mZn tăng = mAg + mCu – mZn tan = 21,335 gam

Dung dịch C có số mol AgNO3 = a - 0,07 ; số mol Cu(NO3)3 = b

x y

Giải được : a = 0,3 ; b = 0,3

m = 51,6 gam

Điện phân dung dịch C thì các phản ứng xảy ra theo thứ tự:

4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + O2 + 4HNO3 (8)

2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu + O2 + 4HNO3 (9)

Số mol e trao đổi:

Ta thấy: nAg < ne < nAg + 2 nCu chứng tỏ AgNO3 bị điện phân hoàn toàn ,

Cu(NO3)2 chưa bị điện phân hết

a) Viết sơ đồ và phương trình điện phân?

b) Tính thể tích khí thoát ra ở anot(đktc), khối lượng catot tăng lên và nồng độ của

các ion trong dung dịch B khi thời gian điện phân t = 84 phút, hiệu suất điện phân đạt 90% Giả sử, thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể trong quá trình điện phân

c) Dung dịch B phản ứng vừa đủ với V ml hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2

0,2M thu được m gam kết tủa Tính V và m?

Hướng dẫn

a) Sơ đồ điện phân:

- Tại anot(+): thứ tự xảy ra quá trình oxi hóa là

2Cl-  Cl2 + 2e 2H2O  4H+ + O2 + 4e

- Tại catot(-): thứ tự xảy ra quá trình khử là

Fe3+ + 1e  Fe2+

Cu2+ + 2e  Cu 2H2+ + 2e  H2

Fe2+ + 2e  Fe 2H2O + 2e  H2 + 2OH-Thứ tự các phản ứng điện phân là

2FeCl3  2FeCl2 + Cl2CuCl2  Cu + Cl22HCl  H2 + Cl2 FeCl2  Fe + Cl22NaOH + 2H2O dpmndd 2NaCl + H2 + Cl22H2O  2H2 + O2

2H+ + 2e  H2

0,003 0,003 0,0015

Do đó, khối lượng catot tăng lên là 0,02.64 = 1,28 (g)

- Dung dịch B sau điện phân gồm: Fe2+: 0,02 mol; H+: 0,012 mol; Na+: 0,02 mol; Cl-: 0,072 mol

Nồng độ của các ion trong dung dịch B là

Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2 0,02 0,04 0,02

 V = (0,012 + 0,04) / (0,1 + 0,2.2) = 0,104 lít = 104 ml

DẠNG II: Bài tập tính thế phân cực chưa kể đến quá thế

Câu 1:

A là dung dịch hỗn hợp CuSO4 0,1 M và H2SO4 0,05 M

Tiến hành điện phân dung dịch A với anot trơ và catot bằng Cu Tăng từ từ hiệu điện thế

ở 2 cực của bình điện phân

Tính hiệu điện thế tối thiểu phải đặt vào 2 cực của bình điện phân để cho quá trình điện phân xảy ra (giả sử HSO4- điện li hoàn toàn, không xét sự tạo thành H2O2 và H2S2O8) Cho biết: Eo(4H+, O2 / 2H2O) = 1,23 V; Eo(Cu2+/Cu) = + 0,34 V