CHUYÊN ĐỀ NHIỆT PHÂNĐIỆN PHÂN

A. KiÕn thøc c¬ b¶n. I. Sự điện phân 1. Định nghĩa. Điện phân là sự thực hiện các quá trình oxi hoá khử trên bề mặt điện cực nhờ dòng điện một chiều bên ngoài Quá trình điện phân được biểu diễn bằng sơ đồ điện phân. Ví dụ: Sơ đồ điện phân NaCl nóng chảy. NaClnc Na + Cl Catôt ( ) Anôt ( + ) Na Cl Ở catôt: xảy ra quá trình khử. 2Na +2eNa Ở anôt: xảy ra quá trình oxi hoá. 2Cl 2e  Cl2 Phương trình điện phân NaCl nóng chảy: 2NaCl 2Na + Cl2 2. Điện phân hợp chất nóng chảy. Ở trạng thái nóng chảy, các tinh thể chất điện phân bị phá vỡ thành các ion chuyển động hỗn loạn. Khi có dòng điện một chiều chạy qua, ion dương chạy về catôt và bị khử ở đó, ion âm chạy về anôt và bị oxi hoá ở đó. Ví dụ: Điện phân KOH nóng chảy. KOH nc K + OH Catôt ( ) Anôt ( + ) K OH 2K +2e K 2OH 2e  H2O + O2 Phương trình điện phân 2 KOH 2K + H2O + O2 Điện phân nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ cao nên có thể xảy ra phản ứng phụ giữa sản phẩm điện phân (O2, Cl2 ... ) và điện cực (anôt) thường làm bằng than chì. Ví dụ: điện phân Al2O3 nóng chảy (có pha thêm criolit 3NaF.AlF3) ở 1000oC Al2O3 nc 2Al + 3O Catôt ( ) Anôt ( + ) Al O 2Al +6e2Al 3O 6e  O2 Phương trình điện phân Al2O3 2Al + O2 Phản ứng phụ: C +O2 CO2 (Than chì làm anôt bị mất dần, nên sau một thời gian phải bổ sung vào điện cực). Ứng dụng: Phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy được dùng để điều chế các kim loại hoạt động mạnh:  Điều chế kim loại kiềm: Điện phân muối clorua hoặc hiđroxit nóng chảy.  Điều chế kim loại kiềm thổ: Điện phân muối clorua nóng chảy.  Điều chế Al: Điện phân Al2O3 nóng chảy. 3. Điện phân dung dịch nước a) Nguyên tắc: Khi điện phân dung dịch, tham gia các quá trình oxi hoá khử ở điện cực ngoài các ion của chất điện phân còn có thể có các ion H+ và OH của nước và bản thân kim loại làm điện cực. Khi đó quá trình oxi hoá khử thực tế xảy ra phụ thuộc vào so sánh tính oxi hoá khử mạnh hay yếu của các chất trong bình điện phân. b) Thứ tự khử ở catôt Kim loại càng yếu thì cation của nó có tính oxi hoá càng mạnh và càng dễ bị khử ở catôt (trừ trường hợp ion H+). Có thể áp dụng quy tắc sau:  Dễ khử nhất là các cation kim loại đứng sau Al trong dãy thế điện hoá (trừ ion H+), trong đó ion kim loại càng ở cưối dãy càng dễ bị khử.  Tiếp đến là ion H+ của dung dịch  Khó khử nhất là các ion kim loại mạnh, kể từ Al, về phía đầu dãy thế điện hoá. (Al3+, Mg2+, Ca2+, Na+, …). Những ion này thực tế không bao giờ bị khử khi điện phân trong dung dịch. c) Thứ tự oxi hoá ở canôt Nói chung ion hoặc phân tử nào có tính khử mạnh thì càng dễ bị oxi hoá. Có thể áp dụng kinh nghiệm sau:  Dễ bị oxi hoá nhất là bản thân các kim loại dùng làm anôt. Trừ trường hợp anôt trơ (không bị ăn mòn) làm bằng Pt, hay than chì (C).  Sau đó đến các ion gốc axit không có oxi: I, Br, Cl, …  Rồi đến ion OH của nước hoặc của kiềm tan trong dung dịch.  Khó bị oxi hoá nhất là các anion gốc axit có oxi như , ,… Thực tế các anion này không bị oxi hoá khi điện phân dung dịch. Quy t¾c Cat«t : ( XÐt ë ®iÖn cùc th«ng th­êng ). C¸c cation vÒ cat«t ( ) , nhËn electron theo thø tù tõ dÔ ®Õn khã sau: Ion kim lo¹i yÕu ( Tõ Hg2+ ®Õn Cu2+) H+ cña axit Ion kim lo¹i trung b×nh ( Tõ Pb2+ ®Õn Zn2+) H+ Cña n­íc Ion cña kim lo¹i m¹nh ( Tõ Al3+ ®Õn K+) DÔ nhËn electron nhÊt Khã nhËn electron nhÊt + Kh¶ n¨ng nhËn electron trong dung dÞch H2O cña mét sè ion th­êng gÆp gi¶m dÇn nh­ sau: Hg2+ > Ag+ > Hg > Fe3+ > Cu2+ > H+ cña axit > Pb2+ > Sn2+ > Ni2+ > Fe2+ > Zn2+ > H+ cña n­íc > ( K+ ®Õn Al3+ ) thùc tÕ kh«ng bÞ khö trong dung dÞch H2O Quy t¾c An«t: ( XÐt víi ®iÖn cùc tr¬: Pt, grafit, thanh ch×, Iri®i). C¸c anion vÒ an«t ( + ) , nh­êng electron theo thø tù tõ dÔ ®Õn khã sau: Anion kh«ng cã oxi ( S2, I , Br , Cl …) vµ RCOO OH cña baz¬ cña H2O Anion cã oxi ( NO , CO , SO vµ F ) DÔ nh­êng electron nhÊt Khã nh­êng electron nhÊt HiÖn t­îng d­¬ng cùc tan: Qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n x¶y ra ë An«t ( nÕu an«t lµm b»ng kim lo¹i Cu, Sn, Ag,.. ) chÝnh lµ qu¸ tr×nh tan cña kim lo¹i lµm an«t ( nghÜa lµ chÝnh kim lo¹i lam an«t tan , bÞ oxi ho¸ ). C¸c an«t kh¸c cã mÆt trong dung dÞch ®iÖn li hÇu nh­ cßn nguyªn vÑn ( kh«ng bÞ oxi ho¸ ). NÕu an«t lµm b»ng kim lo¹i mµ c¸c ion cña nã cã trong dung dÞch , khi ®iÖn ph©n an«t bÞ hoµ tan dÇn  HiÖn t­îng ®ã gäi lµ hiÖn t­îng d­¬ng cùc tan. Khi ®ã ®é gi¶m khèi l­îng cña an«t b»ng ®é t¨ng khèi l­îng cña cat«t ( do kim lo¹i bÞ ®Èy ra ngoµi bÞ ®Èy ra b¸m vµo cat«t ). Chó ý: Ngoµi ph¶n øng chÝnh x¶y ra khi ®iÖn ph©n, cßn cã thÓ cã ph¶n øng phô x¶y ra gi÷a c¸c ®iÖn cùc , chÊt tan trong dung dÞch, chÊt dïng lµm ®iÖn cùc. d) Một số ví dụ áp dụng quy tắc trên. Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực than chì: CuCl2 dd Cu2 + 2Cl H2O H+ + OH  Catôt ( ) Anôt ( + ) Cu2 , H+ Cl , OH  Cu2 + 2e Cu 2Cl 2e  Cl2 Phương trình điện phân: CuCl2 Cu + Cl2 Ví dụ 2: Điện phân dung dịch NiCl2 với điện cực bằng niken NiCl2 dd Ni2 + 2Cl H2O H+ + OH Catôt ( ) Anôt ( + ) Ni Ni2 , H+ Cl , OH i Ni2 + 2e Ni Ni 2e Ni2 Thực chất quá trình điện phân là sự vận chuyển Ni từ anôt sang catôt nhờ dòng điện. Phương pháp được ứng dụng để tinh chế kim loại. Ví dụ 3: Điện phân dung dịch Na2SO4 với điện cực Pt: Na2SO4 dd 2Na + SO H2O H+ + OH  Catôt ( ) Anôt ( + ) Na , H+ SO , OH  2H + 2e H2  2OH 2e  H2O + O2 Phương trình điện phân: H2O H2  + O2 Ví dụ 4: Điện phân dung dịch NaCl với anôt bằng than chì: NaCl dd 2Na + Cl H2O H+ + OH  Catôt ( ) Anôt ( + ) Na , H+ Cl , OH  2H + 2e H2  2Cl 2e  Cl2 Phương trình điện phân: 2 NaCl + 2H2O H2  + Cl2 + 2Na + 2OH  Trong quá trình điện phân, dung dịch ở khu vực xung quanh catôt, ion H+ bị mất dần., H2O tiếp tục điện li, do đó ở khu vực này giàu ion OH tạo thành (cùng với Na+) dung dịch NaOH. Ở anôt, ion Cl bị oxi hoá thành Cl2. Một phần hoà tan vào dung dịch và một phần khuếch tán sang catôt, tác dụng với NaOH tạo thành nước Javen: Vì vậy muốn thu được NaOH phải tránh phản ứng tạo nước Javen bằng cách dùng màng ngăn bao bọc lấy khu vực anôt để ngăn khí Cl2 khuếch tán vào dung dịch. Ví dụ 5: Điện phân dung dịch KNO3 với anôt bằng Cu. KNO dd K + NO H2O H+ + OH  Catôt ( ) Anôt ( + ) Cu K , H+ NO , OH Cu 2H + 2e H2  Cu 2e  Cu2+ Khi điện phân, ở khu vực catôt, ion H+ mất dần, nồng độ OH tăng dần, dung dịch ở đó có tính kiềm tăng dần. ở anôt ion Cu2+ tan vào dung dịch. Trong dung dịch xảy ra phản ứng. Cu2+ + 2 OH  Cu(OH)2 xanh lam Phương trình điện phân: Cu + 2H2O Cu(OH)2 + H2  Bản thân KNO3 không bị biến đổi nhưng nồng độ tăng dần. Ứng dụng của điện phân dung dịch:  Điều chế kim loại đứng sau Al trong dãy thế điện hoá.  Tinh chế kim loại.  Mạ và đúc kim loại bằng điện.  Điều chế một số hoá chất thông dụng: H2, Cl2, O2,…, hiđroxit kim loại kiềm  Tách riêng một số kim loại khỏi hỗn hợp dung dịch. 4. Công thức Farađây. a. C«ng thøc hîp nhÊt c¸c ®Þnh luËt Fara®ay. m = . = . Trong đó: m là khối lượng chất được giải phóng khi điện phân (gam) A là khối lượng mol của chất đó. n là số e trao đổi khi tạo thành một nguyên tử hay phân tử chất đó. Q là điện lượng phóng qua bình điện phân (Culông). F là số Farađây (F = 96500 Culông.mol1). Nếu t (s) : F = 96500; nếu t(h) : F = 26,8 l là cường độ dòng điện (Ampe) t là thời gian điện phân (giây) Ví dụ: Tính khối lượng oxi được giải phóng ở anôt khi cho dòng điện 5 ampe qua bình điện phân đựng dung dịch Na2SO4 trong 1 giờ 20 phút 25 giây. Giải: Áp dụng công thức Farađây: A = 16 , n = 2 , t = 4825 giây , I = 5; m = . = 2 gam Chú ý: + q = It ( q là điện lượng ) khi các bình điện phân mắc nối tiếp. + là đương lượng gam của chất được giải phóng ở điện cực. b. C«ng thøc hîp nhÊt c¸c ®Þnh luËt Fara®ay. §¹i l­îng tÝnh ra gam, gäi lµ ®­¬ng l­îng gam cña X ( §lg X ). Tæng sè §lg c¸c chÊt tho¸t ra ë K ph¶i b»ng A . Khèi l­îng chÊt tho¸t ra ë c¸c ®iÖn cùc tØ lÖ thuËn víi §lg cña chóng. = Sè mol c¸c chÊt X, Y thu ®­îc ë c¸c ®iÖn cùc tØ lÖ nghÞch víi ho¸ trÞ cña chóng: = c. HiÖu suÊt ®iÖn ph©n: ( hay hiÖu suÊt dßng) H% ®p . l­îng chÊt tho¸t ra ë c¸c ®iÖn cùc x 100% H% = l­îng chÊt tho¸t ra tÝnh theo ®Þnh luËt Fara®©y • Mét sè l­u ý khÝ gi¶i to¸n : + NÕu lµ l­îng ®¬n chÊt ta dïng c«ng thøc Fara®ay. + NÕu lµ l­îng hîp chÊt, ta tÝnh l­îng ®¬n chÊt tr­íc sau ®ã dùa vµo ph­¬ng tr×nh ®iÖn ph©n tÝnh l­îng hîp chÊt. • NÕu gÆp bµi to¸n biÕn d¹ng: + NhiÕu b×nh ®iÖn ph©n m¾c nèi tiÕp: c­êng ®é dßng ®iÖn ( I ) ë mçi B§P b»ng nhau ( I1 = I2 = I3 =... ) thêi gian ®iÖn ph©n nh­ nhau, bëi vËy ( Q = I. t ) Qua mçi B§P nh­ nhau. L­u ý: Khi ®iÖn ph©n nhiÒu B§P m¾c nèi tiÕp , sù phô thu hoÆc nh­ênh electron ë c¸c ®iÖn cùc cïng tªn ph¶i nh­ nhau vµ c¸c chÊt sinh ra ë c¸c ®iÖn cùc cïng tªn tØ lÖ mol víi nhau. Vidô: M¾c nèi tiÕp B§P ( 1 ) chøa dung dÞch AgNO3, B§P ( 2 ) chøa dung dÞch CuSO4 th× cã dßng ®iÖn mét chiÒu ®i qua: ë ( K ) B§P ( 1 ): 2Ag + + 2e  2Ag ë ( K ) B§P ( 2 ): Cu2 + + 2e  Cu Vµ nAg = 2nCu • NhiÒu B§P m¾c song song: Khi 2 B§P m¾c song song, nÕu R1 = R2 th× I1 = I2 = B. Bµi tËp vËn dông . Loại 1: Bài tập lý thuyết. Bài 1: a> Sự điện li và sự điện phân có phải là quá trình oxi hoá khử không ? b> Viết phương trình phản ứng có thể xảy ra khi điện phân dung dịch hỗn hợp gồm HCl, CuCl2, NaCl với điện cực trơ có màng ngăn. Hãy cho biết pH dung dịch thay đổi như thế nào ( tăng hay giảm ) trong quá trình điện phân. Hướng dẫn. a> Sự điện li không phải là quá trình oxi hoá khử do không có sự thay đổi số oxi hoá các nguyên tố. Ví dụ: NaCl→ Na+ + Cl Sự điện phân là quá trình oxi hoá khử vì có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố. Ví dụ: NaCl Na +Cl2 b> Ở catot ( ), quá trình khử xảy ra theo trật tự: Cu2+ + 2e → Cu ( pH < 7, không đổi ) 2H+ + 2e →H2 ( pH tăng dần đến 7 ) 2H2O + 2e →H2 + 2OH ( pH tăng dần với pH > 7 ) Ở anot ( + ), xảy ra quá trình oxi hoá : 2Cl 2e → Cl2 Có thể chia thành các giai đoạn sau: Giai đoạn 1: CuCl2 Cu + Cl2 Giai đoạn 2: 2HCl H2 + Cl2 Giai đoạn 3: 2NaCl + 2H2O NaOH + H2 + Cl2 Giai đoạn 4: 2H2O 2H2 + O2 Bài 2: a> Hãy nêu bản chất của quá trình điện phân. b> Những quá trình nào đã xảy ra trên bề mặt điện cực Platin khi điện phân dung dịch AgNO3. Viết sơ đồ điện phân và phương trình dạng tổng quát. c> Nếu môi trường của dung dịch sau điện phân có pH = 3 với hiệu suất điện phân là 80%. thể tích dung dịch xem như không đổi ( 1 lít ), thì nồng độ của các chất trong dung dịch sau điện phân là bao nhiêu? Tính khối lượng AgNO3 trong dung dịch đầu ? Hướng dẫn. a> Bản chất của quá trình điện phân: Sự oxi hoá khử xảy ra tại bề mặt điện cực ( của bình điện phân ) dưới tác dụng của dòng điện một chiều. b> AgNO3 → Ag+ + NO H2O → H++ OH Catot ( ) Ag+ + e→Ag Anot ( + ) 2H2O 4e → 4H+ + O2 Ptđp: 4AgNO3 + 2H2O 4Ag + O2 + 4HNO3 c> Nếu dung dịch sau khi điện phân có pH = 13  H+ = 1013 = 0,001 moll. 4AgNO3 + 2H2O 4Ag + O2 + 4HNO3 t đp x đp 0,001 0,001 Sau đp ( x – 0,001) 0,001 Do hiệu suất điện phân là 80% nên :0,001 = 80% .x  x = 1,25.103. Khối lượng AgNO3 trong dung dịch đầu là : 170 .1,25.103 = 0,2125 gam. Sau điện phân: Nồng độ HNO3 là : 103 M và của AgNO3 là 0,25.103M Bài 3: Hãy nêu sự giống và khác nhau giữa hai quá trình Cu tác dụng với dung dịch AgNO3 và điện phân dung dịch AgNO3 với anot bằng Cu. Hướng dẫn. Quá trình Cu tác dụng với dung dịch AgNO3 Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag Cu + 2Ag+ = Cu2+ + Ag Quá trình điện phân dung dịch AgNO3 có anot làm bằng Cu khi có dòng điện một chiều đi qua: Ở catot: Ag + + e → Ag Ở anot: Cu 2e → Cu2+ Giống nhau: 2 quá trình đều là quá trình oxi hoá khử: Cu khử ion Ag+ thành Ag tách ra khỏi dung dịch . Khác nhau: Quá trình Cu tác dụng AgNO3 xảy ra trên bề mặt thanh Cu không cần dòng điện. Quá trình điẹn phân xảy ra trên bề mặt hai điện cực và chỉ xảy ra khi có tác dụng của dòng điện một chiều. Bài 4: Điện phân muối nóng chảy AX ( A là kim loại kiềm , X là Cl , Br, hoặc I ) ta thu được chất rắn A và khí B . Cho A tác dụng với nước được dung dịch A’ và B’. Cho B tác dụng với B được khí D. Cho D tác dụng với dung dịch A’ được dung dịch E. Cho một ít quì tím vào dung dịch E. Viết phương trình phản ứng xảy ra và giải thích quì tím có màu gì? Hướng dẫn. Các phương trình phản ứng. 2AX 2A + X2 (1) (B) 2A + 2H2O= 2AOH + H2 (2) (A’) (B’) H2 + X2 = 2HX (3) (D) AOH + HX = AX + H2O (4) Từ các phản ứng trên suy ra: nAOH = nA = n AX nHX = 2nX = nAX Bài 5: a> Cho bột Fe vào dung dịchCuSO4 thì màu xanh của dung dịch lại nhạt dần, ngược lại khi cho bột Cu vào dung dịch Fe2(SO4)3 thì dung dịch có màu đỏ nâu nhạt dần và màu xanh đậm dần. Giải thích hiện tượng xảy ra. b> Nếu tiến hành điện phân với điện cực trơ có màng ngăn một dung dịch chứa các ion Fe2+, Fe3+ , Cu2+ thì thứ tự các ion bị điện phân ở catot như thế nào ? Tại sao? c> Cho 1 gam bột Fe tiếp xúc với oxi một thời gian thấy khối lượng bột đã vượt quá 1,41g. Nếu chỉ tạo thành oxit sắt duy nhất thì đó là oxit sắt nào ? Hướng dẫn. a> Fe + CuSO4 Cu + FeSO4 màu xanh của dung dịch nhạt dần do: Cu2+ Cu Cu + Fe2(SO4)3 CuSO4 + 2FeSO4 màu đỏ nâu của dung dịch nhạt dần do: Fe3+ Fe2+ màu xanh của dung dịch đậm dần do: Cu Cu2+ b> Thứ tự các ion bị điện phân ở catot ( thu e ) phụ thuộc vào khả năng oxi hoá. Ta biết khả năng oxi hoá của Fe3+ > Cu2+ > Fe2+ ( dựa trên thế điện hoá ) nên thứ tự điện phân ở catot. Fe3+ + e Fe2+ Cu2+ +2e Cu Fe2+ +2e Fe c> xFe + O2 FexOy 56x 16y 56x + 16y tăng 16 y gam. Thực tế 1 gam sắt phản ứng tăng :1,41 – 1 = 0,41 gam. Ta có : =  x : y = 2: 3 . Vậy oxit sắt trên là: Fe2O3 . Bài 6: a> Khi điện phân có màng ngăn dung dịch hỗn hợp NaCl và HCl, sau một thời gian xác định thấy : Dung dich thu được làm quì tím hoá đỏ. Dung dịch thu được không làm đổi màu quì tím. Dung dịch thu được làm quì tím hoá xanh. Hãy giải thích quá trình điện phân trên . Viết phương trình phản ứng xảy ra? b> Viết sơ đồ điện phân dung dịch hỗn hợp KCl, MnCl2, Cu(NO3)2 (Với điện cực trơ). Hướng dẫn. a> Thứ tự điện phân. 2HCl H2 + Cl2 (1) 2NaCl + H2O 2NaOH + H2 + Cl2 (2) Khi dung dịch thu được làm quì tím hoá đỏ tức là axit còn dư, phản ứng (1) đang xảy ra phản ứng (2) chưa xảy ra. Khi dung dịch thu được không làm đổi màu quì tím tức là môi trường trung tính, phản ứng (1) xảy ra vừa đủ , HCl hết phản ứng (2) chưa xảy ra. Khi dung dịch thu được làm quì tím đổi màu xanh tức là môi trường bazơ,phản ứng (1) , (2) xảy ra HCl hết phản ứng (2) đang xảy ra. b> Điện phân dung dịch hỗn hợp KCl, MnCl2, Cu(NO3)2 (Với điện cực trơ). Phương trình điện li KCl → K+ + Cl MnCl2 →Mn2+ + 2Cl Cu(NO3)2 → Cu2+ + NO H2O H+ + OH Khi có dòng điện một chiều đi qua. Ở catot có sự khử theo thứ tự Cu2+, Mn2+ nếu thời gian điện phân cho phép , cuối cùng H2O sẽ tham gia điện phân. Cu2+ +2eCu Mn2+ +2eMn 2H2O + 2eH2 +2OH Ở anot Cl tham gia điện phân trước , nếu thời gian điện phân cho phép cuối cùng H2O sẽ tham gia điện phân. 2Cl 2eCl2 H2O 2e O2 +2H Bài 7: a> Thiết lập sơ đồ điện phân dung dịch hỗ hợp ( H2SO4 , CuSO4 , KBr ) trong đó nồng độ mol của hai muối bằng nhau. Nếu thêm vai giọt quì tím vào dung dịch thì màu của dung dịch thay đổi như thế nào trong quá trình điện phân. b> Nếu thành nguyên tắc chung trong trường hợp điện phân dung dịch muối để nhận được dung dịch axit, dung dịch kiềm? Cho ví dụ minh hoạ? Hướng dẫn. a> Điện phân dung dịch hỗ hợp ( H2SO4 , CuSO4 , KBr ) trong đó nồng độ mol của hai muối bằng nhau. Sự điện li. H2SO4 = 2H+ + SO CuSO4 = Cu2+ + SO KBr = K+ + Br H2O H+ + OH Khi có dòng điện một chiều đi qua. Ở catot: Cu2+ +2eCu Khi hết Cu2+ 2H+ + 2eH2 Ở anot: 2Br 2eBr2 Khi hết Br H2O 2e O2 +2H Như vậy ban đầu xảy ra phương trình điện phân : CuSO4 + 2KBr Cu + Br2 + K2SO4 (1) Vì nCuSO = n KBr nên sau phản ứng (1) còn ½ số mol CuSO4 sẽ tiếp tục điện phân theo phản ứng sau: CuSO4 + H2O Cu + O2 +H2SO4 (2) Khi hết CuSO4 trong dung dịch còn H2SO4 và K2SO4 sẽ tiếp tục xảy ra phản ứng điện phân. H2O H2 + O2 (3) Như vậy sau 3 lần điện phân H2SO4 không những không mất đi mà nồng độ còn tăng thêm do phản ứng (2). b> Điện phân dung dịch muối cho dung dịch axit, dung dịch kiềm. Tạo dung dịch axit: Ta biết muối có cấutạo gồm hai thành phần : Phần kim loại và phần gốc axit: Kí hiệu đơn giản của muối là MmXn do đó trong dung dịch muối có 4 ion : Mn+, Xm, H+ và OH . Muối sau khi điện phân dung dịch thu được có môi trường axit HnX (H+ ,X m) thì Mn+ và OH phải tham gia điện phân như vậy Mn+ phải đứng sau Al3+ trong dãy Bêkêtop và để OH phải tham gia điện phân ( tức H2O tham gia điện phân ) thì X m phải là ion âm có oxi như NO , SO . Ví dụ: FeSO4 + H2O Fe + O2 + H2SO4 Tạo dung dịch kiềm M(OH)n ( Mn+ , OH ) thì Mn+ phải là ion kim loại mạch như Na+, K+, Ca2+, Ba2+… và Xm phải tham gia điện phân tức là anion không có oxi như ( Cl ,Br , I …)… Ví dụ: 2KCl + H2O H2 + Cl2 + 2KOH Kết luận: • Dung dịch muối tạo bởi kim loại đứng sau Al trong dãy Bêkêtop và axit có oxi điện phân cho dung dịch axit. • Dung dịch muối tạo bởi kim loại kiềm , kiềm thổ ( trừ Be và Mg ) và axit không có oxi khi điện phân ( có màng ngăn xốp ) cho dung dịch bazơ . Bài 8: a> Nêu sự khác nhau về quá trình cho nhận electron trong phản ứng oxi hoá khử và trong phản ứng điện phân? b> Viết các phương trình phản ứng điện phân xảy ra khi điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp ) dung dịch chứa amol CuSO4, b mol NaCl trong 3 trường hợp: b = 2a, b< 2a, b>2a? Hướng dẫn. a> Phản ứng oxi hoá khử : Là quá trình cho nhận electron xảy ra khi các nguyên tử , phân tử va chạm nhau và trao đổi trực tiếp electron từ chất cho đến chất nhận ( hợp chất ion ) hoặc tạo thành cặp electron dùng chung lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn ( hợp chất cộng hoá trị ). Phương trình điện phân: là quá trình cho nhận electron gián tiếp nhờ vào dòng điện một chiều . Ở catot chất oxi hoá nhận eletron còn ở anot chất khử nhường eletron. Phản ứng oxi hoá khử. Mg + Cl2 MaCl2 ( hợp chất ion ) H2 + Cl2 2HCl ( hợp chất cộng hoá trị ). Sự điện phân nóng chảy NaCl khi có dòng điện một chiều đi qua. Ở catot: 2Na+ + 2e 2Na Ở anot: 2Cl 2e Cl2 b> Sự điện li. CuSO4 = Cu2+ + SO NaCl = Na+ + Cl H2O H+ + OH Khi có dòng điện một chiều đi qua. Ở catot: Cu2+ +2eCu Ở anot: 2Cl 2eCl2 Như vậy ban đầu xảy ra phương trình điện phân : CuSO4 + 2NaCl Cu + Cl2 + Na2SO4 (1) Nếu b = 2a CuSO4 , NaCl xảy ra theo phản ứng (1) tham gia hết , dung dịch sau điện phân là Na2SO4 nên tiếp tục điện phân thì H2O sẽ tham gia điện phân. H2O H2 + O2 (2) Nếu b > 2a: Theo phản ứng (1) dung dịch thu được sau phản ứng ngoài Na2SO4 (a mol ) còn có NaCl dư ( b – 2a ) mol. Nếu tiếp tục điện phân thì NaCl trong dung dịch điện phân trước theo phản ứng. 2NaCl + H2O H2 + Cl2 + 2NaOH (3) Dung dịch thu được sau (3) có Na2SO4 a mol và NaOH (b 2a) mol. Nếu tiếp tục điện phân thì H2O bị điện phân theo phản ứng (2). Nếu b < 2a: Theo phản ứng (1) dung dịch thu được sau phản ứng ngoài Na2SO4 ( mol ) còn có CuSO4 dư ( a – ) mol. Nếu tiếp tục điện phân thì CuSO4 trong dung dịch điện phân trước theo phản ứng. CuSO4 + H2O Cu + O2 + H2SO4 (4) Dung dịch thu được sau (4) có Na2SO4 mol và H2SO4 (a ) mol. Nếu tiếp tục điện phân thì H2O bị điện phân theo phản ứng (2). Bài 9: a> Cho các chất ACln , RxOy , MOH ở trạng thái nóng chảy. Viết phương trình điện phân từng chất. Phương pháp trên dùng để điều chế kim loại nào ? b> Trong công nghiệp khi điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn hai điện cực , thu được hỗn hợp gồm NaOH + NaCl ở khu vực catot. Bằng phương pháp nào có thể tách được NaCl để thu được NaOH tinh khiết. c> Phân huỷ hoàn toàn a gam CaCO3 để lấy khí CO2. Điện phân dung dịch chứa b gam NaCl (điện cực trơ , màng ngăn xốp ) tới khi còn lại 25% NaCl không bị điện phân và tách lấy dung dịch NaOH (dd X ); cho khí CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch X được dung dịch Y. Biết dung dịch Y vừa tác dụng được với dung dịch KOH và vừa tác dụng được với dung dịch BaCl2. Viết ptpư xảy ra, lập biểu thức biễu diễn quan hệ giữa a và b? Hướng dẫn. a> Phường trình điện phân. 2ACln 2A + Cl2 (1) Điều chế kim loại từ K đến Al. 2RxOy 2xR + yO2 (2) Điều chế Al trong công nghiệp. 4MOH 4M + O2 + 2H2O (3) Điều chế Na, K b> Tách NaOH ra khỏi hỗn hợp NaCl và NaOH dùng phương pháp kết tinh phân đoạn dựa vào độ tan của NaCl bé hơn NaOH nên khi cô cạn thì NaCl kết tinh trước còn lại NaOH. c> Các phản ứng xảy ra. CaCO3 CaO + CO2 (1) 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2+ Cl2 (2) CO2 + NaOH NaHCO3 (3) NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O (4) NaHCO3 + KOH NaKCO3 + H2O (5) Na2CO3 + BaCl2 BaCO3 + 2NaCl (6) Vì CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch NaOH (X) được dung dịch (Y) có khả năng vừa tác dụng được với KOH vừa có khả năng tác dụng được với BaCl2 nên dung dịch Y phải gồm 2 muối (muối trung hoà và muối axit).  Điều kiện: 1 < < 2  n = n CaCO = mol. nNaOH = nNaCl điện phân = x = mol. Vậy ta có: < < 2.

THÇY GI¸O: MAI TIÕN DòNG

TR-êng THPT hËu léc 2

* BỒI DƯỠNG HỌC SINH KHÁ - GIỎI

* LUYỆN THI THPT QUỐC GIA

TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

Quỏ trỡnh điện phõn được biểu diễn bằng sơ đồ điện phõn

Vớ dụ: Sơ đồ điện phõn NaCl núng chảy.

NaCln/c  t0

Na + ClCatụt (- ) Anụt ( + )

2 Điện phõn hợp chất núng chảy

Ở trạng thỏi núng chảy, cỏc tinh thể chất điện phõn bị phỏ vỡ thành cỏc ion chuyển động hỗn

loạn Khi cú dũng điện một chiều chạy qua, ion dương chạy về catụt và bị khử ở đú, ion õm chạy

về anụt và bị oxi hoỏ ở đú.

Vớ dụ: Điện phõn KOH núng chảy.

2 KOH dpnc 2K + H2O +

2

1

O2Điện phõn núng chảy xảy ra ở nhiệt độ cao nờn cú thể xảy ra phản ứng phụ giữa sản phẩm điện phõn (O2, Cl2 ) và điện cực (anụt) thường làm bằng than chỡ

Vớ dụ: điện phõn Al2O3 núng chảy (cú pha thờm criolit 3NaF.AlF3) ở 1000oC

Al2O3 n/c  t0

2Al3 + 3O2Catụt (- ) Anụt ( + )

Al2O3dpnc 2Al +

2

3

O2Phản ứng phụ: C +O2  t0

CO2

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

(Than chỡ làm anụt bị mất dần, nờn sau một thời gian phải bổ sung vào điện cực)

Ứng dụng: Phương phỏp điện phõn hợp chất núng chảy được dựng để điều chế cỏc kim loại hoạt động mạnh:

 Điều chế kim loại kiềm: Điện phõn muối clorua hoặc hiđroxit núng chảy.

 Điều chế kim loại kiềm thổ: Điện phõn muối clorua núng chảy.

 Điều chế Al: Điện phõn Al2O3 núng chảy

3 Điện phõn dung dịch nước

 Tiếp đến là ion H + của dung dịch

 Khú khử nhất là cỏc ion kim loại mạnh, kể từ Al, về phớa đầu dóy thế điện hoỏ.

(Al3+, Mg2+, Ca2+, Na+, …) Những ion này thực tế khụng bao giờ bị khử khi điện phõn trong dung dịch

c) Thứ tự oxi hoỏ ở canụt

Núi chung ion hoặc phõn tử nào cú tớnh khử mạnh thỡ càng dễ bị oxi hoỏ Cú thể ỏp dụng kinh nghiệm sau:

 Dễ bị oxi hoỏ nhất là bản thõn cỏc kim loại dựng làm anụt Trừ trường hợp anụt trơ (khụng

bị ăn mũn) làm bằng Pt, hay than chỡ (C).

 Sau đú đến cỏc ion gốc axit khụng cú oxi: I, Br, Cl, …

 Rồi đến ion OH của nước hoặc của kiềm tan trong dung dịch.

 Khú bị oxi hoỏ nhất là cỏc anion gốc axit cú oxi như , ,… Thực tế cỏc anion này

khụng bị oxi hoỏ khi điện phõn dung dịch

* Quy tắc Catôt : ( Xét ở điện cực thông th-ờng )

Các cation về catôt ( - ) , nhận electron theo thứ tự từ dễ đến khó sau:

Ion kim loại yếu

( Từ Hg2+

đến Cu2+

)

H+của axit

Ion kim loại trung bình ( Từ Pb2+

đến Zn2+

)

H+Của n-ớc

Ion của kim loại mạnh

( Từ Al3+

đến K+

)

Dễ nhận electron nhất Khó nhận electron nhất

+ Khả năng nhận electron trong dung dịch H2O của một số ion th-ờng gặp giảm dần nh- sau:

Hg2+ > Ag+ > Hg2

2 > Fe3+ > Cu2+ > H+ của axit > Pb2+ > Sn2+ > Ni2+ > Fe2+ > Zn2+ > H+ của n-ớc > ( K+ đến Al3+ ) thực tế không bị khử trong dung dịch H2O

* Quy tắc Anôt: ( Xét với điện cực trơ: Pt, grafit, thanh chì, Iriđi) Các anion về anôt ( + ) ,

nh-ờng electron theo thứ tự từ dễ đến khó sau:

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

Dễ nh-ờng electron nhất Khó nh-ờng electron nhất

* Hiện t-ợng d-ơng cực tan: Quá trình điện phân xảy ra ở Anôt ( nếu anôt làm bằng kim loại Cu, Sn, Ag, ) chính là quá trình tan của kim loại làm anôt ( nghĩa là chính kim loại lam anôt tan , bị oxi hoá ) Các anôt khác có mặt trong dung dịch điện li hầu nh- còn nguyên vẹn ( không bị oxi hoá )

Nếu anôt làm bằng kim loại mà các ion của nó có trong dung dịch , khi điện phân anôt

bị hoà tan dần  Hiện t-ợng đó gọi là hiện t-ợng d-ơng cực tan Khi đó độ giảm khối l-ợng của anôt bằng độ tăng khối l-ợng của catôt ( do kim loại bị đẩy ra ngoài bị đẩy ra bám vào catôt )

Chú ý: Ngoài phản ứng chính xảy ra khi điện phân, còn có thể có phản ứng phụ xảy ra giữa các điện cực , chất tan trong dung dịch, chất dùng làm điện cực

Na, H+ SO2

4 , OH  2H + 2e H2  2OH - 2e  H2O +

2

1

O2Phương trỡnh điện phõn:

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

Catụt (- ) Anụt ( + )

Na, H+ Cl, OH 

2H + 2e H2  2Cl- 2e  Cl2

Phương trỡnh điện phõn:

2 NaCl + 2H2O ðp dd H2  + Cl2 + 2Na + 2OH 

Trong quỏ trỡnh điện phõn, dung dịch ở khu vực xung quanh catụt, ion H+ bị mất dần., H2O tiếp tục điện li, do đú ở khu vực này giàu ion OH tạo thành (cựng với Na+) dung dịch NaOH

Ở anụt, ion Cl bị oxi hoỏ thành Cl2 Một phần hoà tan vào dung dịch và một phần khuếch tỏn sang catụt, tỏc dụng với NaOH tạo thành nước Javen:

Vỡ vậy muốn thu được NaOH phải trỏnh phản ứng tạo nước Javen bằng cỏch dựng màng ngăn bao bọc lấy khu vực anụt để ngăn khớ Cl2 khuếch tỏn vào dung dịch

Vớ dụ 5: Điện phõn dung dịch KNO3 với anụt bằng Cu

KNO3 dd  t0

K + NO3

H2O H+ + OH Catụt (- ) Anụt ( + ) Cu

K, H+ NO3, OH Cu

2H + 2e H2 Cu - 2e  Cu2+

Khi điện phõn, ở khu vực catụt, ion H+ mất dần, nồng độ OH tăng dần, dung dịch ở đú cú tớnh kiềm tăng dần ở anụt ion Cu2+ tan vào dung dịch

Trong dung dịch xảy ra phản ứng

Cu2+ + 2 OH Cu(OH)2 xanh lam

Phương trỡnh điện phõn:

Cu + 2H2O ðp dd Cu(OH)2 + H2 

Bản thõn KNO3 khụng bị biến đổi nhưng nồng độ tăng dần

Ứng dụng của điện phõn dung dịch:

 Điều chế kim loại đứng sau Al trong dóy thế điện hoỏ

 Tinh chế kim loại

 Mạ và đỳc kim loại bằng điện

 Điều chế một số hoỏ chất thụng dụng: H2, Cl2, O2,…, hiđroxit kim loại kiềm

 Tỏch riờng một số kim loại khỏi hỗn hợp dung dịch

Trong đú: m là khối lượng chất được giải phúng khi điện phõn (gam)

A là khối lượng mol của chất đú

n là số e trao đổi khi tạo thành một nguyờn tử hay phõn tử chất đú

Q là điện lượng phúng qua bỡnh điện phõn (Culụng)

F là số Farađõy (F = 96500 Culụng.mol-1) Nếu t (s) : F = 96500; nếu t(h) : F = 26,8

l là cường độ dũng điện (Ampe)

t là thời gian điện phõn (giõy)

Vớ dụ: Tớnh khối lượng oxi được giải phúng ở anụt khi cho dũng điện 5 ampe qua bỡnh điện phõn đựng dung dịch Na2SO4 trong 1 giờ 20 phỳt 25 giõy

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

là đương lượng gam của chất được giải phúng ở điện cực

b Công thức hợp nhất các định luật Farađay

tính ra gam, gọi là đ-ơng l-ợng gam của X ( Đlg X )

Tổng số Đlg các chất thoát ra ở K phải bằng A Khối l-ợng chất thoát ra ở các điện cực tỉ lệ thuận với Đlg của chúng

X D

lg lg

Số mol các chất X, Y thu đ-ợc ở các điện cực tỉ lệ nghịch với hoá trị của chúng:

c Hiệu suất điện phân: ( hay hiệu suất dòng) H% đp

l-ợng chất thoát ra ở các điện cực x 100%

H% =

l-ợng chất thoát ra tính theo định luật Farađây

 Một số l-u ý khí giải toán :

+ Nếu là l-ợng đơn chất ta dùng công thức Farađay

+ Nếu là l-ợng hợp chất, ta tính l-ợng đơn chất tr-ớc sau đó dựa vào ph-ơng trình

điện phân tính l-ợng hợp chất

 Nếu gặp bài toán biến dạng:

+ Nhiếu bình điện phân mắc nối tiếp: c-ờng độ dòng điện ( I ) ở mỗi BĐP bằng nhau (

I1 = I2 = I3 = ) thời gian điện phân nh- nhau, bởi vậy ( Q = I t )

Qua mỗi BĐP nh- nhau

L-u ý: Khi điện phân nhiều BĐP mắc nối tiếp , sự phụ thu hoặc nh-ờnh electron ở các điện cực cùng tên phải nh- nhau và các chất sinh ra ở các điện cực cùng tên tỉ lệ mol với nhau

Vidụ: Mắc nối tiếp BĐP ( 1 ) chứa dung dịch AgNO3, BĐP ( 2 ) chứa dung dịch CuSO4 thì có dòng điện một chiều đi qua:

Loại 1: Bài tập lý thuyết

Bài 1: a> Sự điện li và sự điện phõn cú phải là quỏ trỡnh oxi hoỏ khử khụng ?

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

b> Viết phương trỡnh phản ứng cú thể xảy ra khi điện phõn dung dịch hỗn hợp gồm HCl, CuCl2, NaCl với điện cực trơ cú màng ngăn Hóy cho biết pH dung dịch thay đổi như thế nào ( tăng hay giảm ) trong quỏ trỡnh điện phõn

Ở anot ( + ), xảy ra quỏ trỡnh oxi hoỏ :

2Cl - 2e → Cl2

Cú thể chia thành cỏc giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: CuCl2ðp dd Cu + Cl2Giai đoạn 2: 2HCl ðpdd H2 + Cl2Giai đoạn 3: 2NaCl + 2H2Oðp dd NaOH + H2 + Cl2 Giai đoạn 4: 2H2O ðp dd 2H2 + O2

Bài 2: a> Hóy nờu bản chất của quỏ trỡnh điện phõn

b> Những quỏ trỡnh nào đó xảy ra trờn bề mặt điện cực Platin khi điện phõn dung dịch AgNO3 Viết sơ đồ điện phõn và phương trỡnh dạng tổng quỏt

c> Nếu mụi trường của dung dịch sau điện phõn cú pH = 3 với hiệu suất điện phõn là 80% thể tớch dung dịch xem như khụng đổi ( 1 lớt ), thỡ nồng độ của cỏc chất trong dung dịch sau điện phõn là bao nhiờu? Tớnh khối lượng AgNO3 trong dung dịch đầu ?

Anot ( + ) 2H2O - 4e → 4H+ + O2

Ptđp: 4AgNO3 + 2H2O ðp dd 4Ag + O2 + 4HNO3

c> Nếu dung dịch sau khi điện phõn cú pH = 13  [H+] = 10-13 = 0,001 mol/l

4AgNO3 + 2H2O ðp dd 4Ag + O2 + 4HNO3

t đp x

đp 0,001 0,001

Sau đp ( x – 0,001) 0,001

Do hiệu suất điện phõn là 80% nờn :0,001 = 80% x  x = 1,25.10-3

Khối lượng AgNO3 trong dung dịch đầu là : 170 1,25.10-3 = 0,2125 gam

Sau điện phõn: Nồng độ HNO3 là : 10-3 M và của AgNO3 là 0,25.10-3M

Bài 3: Hóy nờu sự giống và khỏc nhau giữa hai quỏ trỡnh Cu tỏc dụng với dung dịch AgNO3 và điện phõn dung dịch AgNO3 với anot bằng Cu

Hướng dẫn

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

Quỏ trỡnh Cu tỏc dụng với dung dịch AgNO3

Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag

Cu + 2Ag+ = Cu2+ + Ag Quỏ trỡnh điện phõn dung dịch AgNO3 cú anot làm bằng Cu khi cú dũng điện một chiều đi qua:

Ở catot: Ag + + e → Ag

Ở anot: Cu - 2e → Cu2+

* Giống nhau: 2 quỏ trỡnh đều là quỏ trỡnh oxi hoỏ khử:

Cu khử ion Ag+ thành Ag tỏch ra khỏi dung dịch

* Khỏc nhau:

Quỏ trỡnh Cu tỏc dụng AgNO3 xảy ra trờn bề mặt thanh Cu khụng cần dũng điện Quỏ trỡnh điẹn phõn xảy ra trờn bề mặt hai điện cực và chỉ xảy ra khi cú tỏc dụng của dũng điện một chiều

Bài 4: Điện phõn muối núng chảy AX ( A là kim loại kiềm , X là Cl , Br, hoặc I ) ta thu được chất rắn A và khớ B Cho A tỏc dụng với nước được dung dịch A’ và B’ Cho B tỏc dụng với B được khớ D Cho D tỏc dụng với dung dịch A’ được dung dịch E Cho một ớt quỡ tớm vào dung dịch E Viết phương trỡnh phản ứng xảy ra và giải thớch quỡ tớm cú màu gỡ?

Hướng dẫn

Cỏc phương trỡnh phản ứng

2AX dpnc 2A + X2 (1)

(B) 2A + 2H2O= 2AOH + H2 (2)

(A’) (B’)

H2 + X2 = 2HX (3)

(D) AOH + HX = AX + H2O (4)

Từ cỏc phản ứng trờn suy ra: nAOH = nA = n AX

nHX = 2nX2 = nAX

Bài 5: a> Cho bột Fe vào dung dịchCuSO4 thỡ màu xanh của dung dịch lại nhạt dần, ngược lại khi cho bột Cu vào dung dịch Fe2(SO4)3 thỡ dung dịch cú màu đỏ nõu nhạt dần và màu xanh đậm dần Giải thớch hiện tượng xảy ra

b> Nếu tiến hành điện phõn với điện cực trơ cú màng ngăn một dung dịch chứa cỏc ion

Fe2+, Fe3+ , Cu2+ thỡ thứ tự cỏc ion bị điện phõn ở catot như thế nào ? Tại sao?

c> Cho 1 gam bột Fe tiếp xỳc với oxi một thời gian thấy khối lượng bột đó vượt quỏ 1,41g Nếu chỉ tạo thành oxit sắt duy nhất thỡ đú là oxit sắt nào ?

Hướng dẫn

a> Fe + CuSO4  Cu + FeSO4

màu xanh của dung dịch nhạt dần do: Cu2+  Cu

Cu + Fe2(SO4)3 CuSO4 + 2FeSO4

màu đỏ nõu của dung dịch nhạt dần do: Fe3+  Fe2+

màu xanh của dung dịch đậm dần do: Cu  Cu2+

b> Thứ tự cỏc ion bị điện phõn ở catot ( thu e ) phụ thuộc vào khả năng oxi hoỏ Ta biết khả năng oxi hoỏ của Fe3+ > Cu2+ > Fe2+ ( dựa trờn thế điện hoỏ ) nờn thứ tự điệ n phõn ở catot

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

Fe3+ + e  Fe2+

Cu2+ +2e Cu

Fe2+ +2e Fe c> xFe +

2

y

O2 FexOy 56x 16y 56x + 16y tăng 16 y gam

Thực tế 1 gam sắt phản ứng tăng :1,41 – 1 = 0,41 gam

16y  x : y = 2: 3 Vậy oxit sắt trờn là: Fe2O3

Bài 6: a> Khi điện phõn cú màng ngăn dung dịch hỗn hợp NaCl và HCl, sau một thời gian xỏc

định thấy :

* Dung dich thu được làm quỡ tớm hoỏ đỏ

* Dung dịch thu được khụng làm đổi màu quỡ tớm

* Dung dịch thu được làm quỡ tớm hoỏ xanh

Hóy giải thớch quỏ trỡnh điện phõn trờn Viết phương trỡnh phản ứng xảy ra?

b> Viết sơ đồ điện phõn dung dịch hỗn hợp KCl, MnCl2, Cu(NO3)2 (Với điện cực trơ)

Hướng dẫn

a> Thứ tự điện phõn

2HCl ðp dd H2 + Cl2 (1) 2NaCl + H2O ðp dd 2NaOH + H2 + Cl2 (2)

* Khi dung dịch thu được làm quỡ tớm hoỏ đỏ tức là axit cũn dư, phản ứng (1) đang xảy ra phản ứng (2) chưa xảy ra

* Khi dung dịch thu được khụng làm đổi màu quỡ tớm tức là mụi trường trung tớnh, phản ứng (1) xảy ra vừa đủ , HCl hết phản ứng (2) chưa xảy ra

* Khi dung dịch thu được làm quỡ tớm đổi màu xanh tức là mụi trường bazơ,phản ứng (1) , (2) xảy ra HCl hết phản ứng (2) đang xảy ra

b> Điện phõn dung dịch hỗn hợp KCl, MnCl2, Cu(NO3)2 (Với điện cực trơ)

Phương trỡnh điện li

KCl → K+ + Cl MnCl2 →Mn2+ + 2ClCu(NO3)2 → Cu2+ + NO2

3

H2O H+ + OHKhi cú dũng điện một chiều đi qua

Ở catot cú sự khử theo thứ tự Cu2+, Mn2+ nếu thời gian điện phõn cho phộp , cuối cựng H2O sẽ tham gia điện phõn

Cu2+ +2eCu

Mn2+ +2eMn 2H2O + 2eH2 +2OH

Ở anot Cl

tham gia điện phõn trước , nếu thời gian điện phõn cho phộp cuối cựng

H2O sẽ tham gia điện phõn

2Cl -2eCl2

H2O - 2e

2 1

O2 +2H

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

Bài 7: a> Thiết lập sơ đồ điện phõn dung dịch hỗ hợp ( H2SO4 , CuSO4 , KBr ) trong đú nồng độ mol của hai muối bằng nhau Nếu thờm vai giọt quỡ tớm vào dung dịch thỡ màu của dung dịch thay đổi như thế nào trong quỏ trỡnh điện phõn

b> Nếu thành nguyờn tắc chung trong trường hợp điện phõn dung dịch muối để nhận được dung dịch axit, dung dịch kiềm? Cho vớ dụ minh hoạ?

4KBr = K+ + Br

H2O H+ + OHKhi cú dũng điện một chiều đi qua

Ở catot: Cu2+ +2eCu Khi hết Cu2+ 2H+ + 2eH2

Ở anot: 2Br -2eBr2 Khi hết Br

H2O - 2e

2

1

O2 +2HNhư vậy ban đầu xảy ra phương trỡnh điện phõn :

b> Điện phõn dung dịch muối cho dung dịch axit, dung dịch kiềm

* Tạo dung dịch axit: Ta biết muối cú cấutạo gồm hai thành phần : Phần kim loại và phần gốc axit: Kớ hiệu đơn giản của muối là MmXn do đú trong dung dịch muối cú 4 ion :

Mn+, Xm-, H+ và OH Muối sau khi điện phõn dung dịch thu được cú mụi trường axit HnX (H+ ,Xm-) thỡ Mn+ và OH phải tham gia điện phõn như vậy Mn+ phải đứng sau Al3+ trong dóy Bờkờtop

Vớ dụ: 2KCl + H2O ðp dd H2 + Cl2 + 2KOH

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

Phương trỡnh điện phõn: là quỏ trỡnh cho nhận electron giỏn tiếp nhờ vào dũng điện một chiều Ở catot chất oxi hoỏ nhận eletron cũn ở anot chất khử nhường eletron

* Phản ứng oxi hoỏ khử

Mg + Cl2  MaCl2 ( hợp chất ion )

H2 + Cl2  2HCl ( hợp chất cộng hoỏ trị )

* Sự điện phõn núng chảy NaCl khi cú dũng điện một chiều đi qua

Ở catot: 2Na+ + 2e  2Na

Ở anot: 2Cl- - 2e  Cl2b> Sự điện li

CuSO4 = Cu2+ + SO2

4NaCl = Na+ + Cl

H2O H+ + OHKhi cú dũng điện một chiều đi qua

Ở catot: Cu2+ +2eCu

Ở anot: 2Cl -2eCl2 Như vậy ban đầu xảy ra phương trỡnh điện phõn :

2NaCl + H2O ðp dd H2 + Cl2 + 2NaOH (3) Dung dịch thu được sau (3) cú Na2SO4 a mol và NaOH (b - 2a) mol Nếu tiếp tục điện phõn thỡ H2O bị điện phõn theo phản ứng (2)

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

* Nếu b < 2a: Theo phản ứng (1) dung dịch thu được sau phản ứng ngoài Na2SO4 (

) mol Nếu tiếp tục điện phõn thỡ

H2O bị điện phõn theo phản ứng (2)

Bài 9: a> Cho cỏc chất ACln , RxOy , MOH ở trạng thỏi núng chảy

Viết phương trỡnh điện phõn từng chất Phương phỏp trờn dựng để điều chế kim loại nào ?

b> Trong cụng nghiệp khi điện phõn dung dịch NaCl cú màng ngăn hai điện cực , thu được hỗn hợp gồm NaOH + NaCl ở khu vực catot Bằng phương phỏp nào cú thể tỏch được NaCl để thu được NaOH tinh khiết

c> Phõn huỷ hoàn toàn a gam CaCO3 để lấy khớ CO2 Điện phõn dung dịch chứa b gam NaCl (điện cực trơ , màng ngăn xốp ) tới khi cũn lại 25% NaCl khụng bị điện phõn và tỏch lấy dung dịch NaOH (dd X ); cho khớ CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch X được dung dịch Y Biết dung dịch Y vừa tỏc dụng được với dung dịch KOH và vừa tỏc dụng được với dung dịch BaCl2 Viết ptpư xảy ra, lập biểu thức biễu diễn quan hệ giữa a và b?

Hướng dẫn

a> Phường trỡnh điện phõn

2AClnðp dd 2A + Cl2 (1) Điều chế kim loại từ K đến Al 2RxOy ðpdd 2xR + yO2 (2) Điều chế Al trong cụng nghiệp 4MOH ðp dd 4M + O2 + 2H2O (3) Điều chế Na, K

b> Tỏch NaOH ra khỏi hỗn hợp NaCl và NaOH dựng phương phỏp kết tinh phõn đoạn dựa vào độ tan của NaCl bộ hơn NaOH nờn khi cụ cạn thỡ NaCl kết tinh trước cũn lại NaOH

c> Cỏc phản ứng xảy ra

CaCO3  t0

CaO + CO2 (1) 2NaCl + 2H2O  ðpdd 2NaOH + H2+ Cl2 (2)

CO2 + NaOH  NaHCO3 (3) NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O (4) NaHCO3 + KOH NaKCO3 + H2O (5)

Na2CO3 + BaCl2 BaCO3 + 2NaCl (6)

Vỡ CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch NaOH (X) được dung dịch (Y) cú khả năng vừa tỏc dụng được với KOH vừa cú khả năng tỏc dụng được với BaCl2 nờn dung dịch Y phải gồm 2 muối (muối trung hoà và muối axit)

b

= 78

b

mol

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

Loại 2: Điện phõn núng chảy

* Một số lưu ý: Để cú cỏc kim loại: Li, Na, K, Ba, Mg người ta phải điện phõn núng chảy cỏc muối halogenua hoặc hiđroxit của kim loại này, riờng Al điện phõn núng chảy Al2O3

* Một số phương trỡnh điện phõn (Đó trỡnh bày ở phần kiến thức trọng tõm )

Vớ dụ 1: Điện phõn muối clorua kim loại kiềm núng chảy, người ta thu được 0,896 lớt khớ (đktc )

ở Anụt và 3,12 gam kim loại ở Katụt Hóy xỏc định cụng thức muối đó điện phõn

Hướng dẫn

Gọi RCl là muối clrrua của kim loại kiềm R

Phương trỡnh điện phõn của muối RCl núng chảy

896 , 0

= 0,08 ( mol )

 R =

08 , 0

12 , 3

= 39 Vậy R là kali, muối là KCl

Vớ dụ 2: Sản xuất nhụm bằng phương phỏp điện phõn Al2O3 núng chảy hóy cho biết lượng Al2O3

và C (A) cần dựng để cú thể xản xuất được 0,54 tấn nhụm Cho rằng toàn bộ lượng O2 sinh ra đó đốt chỏy cực dương thành CO2

=1,02 tấn

mC (anụt) =

108

54 , 0 36

= 0,18 tấn

Vớ dụ 3: Người ta thực hiện sự điện phõn để sản xuất nhụm từ quặng boxit với dũng điện 50000

ampe, điện thế 4,5 vụn, liờn tục trong 1 ngày

a> Tớnh lượng Al thu được

b> Tớnh lượng than chỡ ( làm anot ) thiờu thụ trong 1 ngày , biết chỉ cú 2 khớ CO và CO2sinh ra với tỉ lệ thể tớch 3:7

 Viết cỏc phương trỡnh điện li ( cú thể cú hoặc khụng )

 Viết cỏc phương trỡnh cho - nhận electron xảy ra ở cỏc điện cực

Theo đỳng trỡnh tự xảy ra ở Catụt và Anụt

 Viết phương trỡnh điện phõn

( Ngoài ra chỳ ý : Nếu cú phản ứng phụ xảy ra  phải xột từng phản ứng phụ Nếu là bài toỏn sản xuất phải xột điều kiện sản xuất )

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

c> Tớnh khối lượng quặng cần thiết dựng trong một ngày, biết rằng quặng chứa 60% Al2O3

và hiệu suất tinh chế Al2O3 từ quặng là 80%

Hướng dẫn

a> Phương trỡnh điện phõn

Al2O3 + 3Cdpnc 2Al + 3CO (1) 2Al2O3 + 3Cdpnc 4Al + 3CO2 (2)

mAl ( thu được trong một ngày ) =

nF

AIt

=

8 , 26

24 50000 27

Vỡ quặng chứa 60% Al2O3 và hiệu suất tinh chế ra Al2O3 từ quặng là 80% nờn năng lượng thực dựng trong một ngày là :

Bài 1: Điện phõn muối clorua của kim loại ở trạng thỏi núng chảy khi trờn Catot xuất hiện 6,24

gam kim loại thỡ trờn Anot thu được 1,792 lớt khớ (đktc)

Xỏc định tờn của muối clorua trờn

Đỏp số: KCl

Bài 2: Hỗn hợp A gồm M2CO3 và BaCO3 ( M là kim loại kiếm ) Cho 10 gam, A tỏc dụng vừa đủ với HCl 0,4 M thấy thoỏt ra 1,467 lớt khớ ( 250C và 1 atm ) Cụ cạn dung dịch thu được hỗn hợp muối B Điện phõn B núng chảy đến khi ở anot khụng cũn khớ thoỏt ra thỡ thu được 2 kim loại ở catot Cho hỗn hợp 2 kim loại này hoàn tan vào nước sau đú cho tỏc dụng với dung dịch (NH4)2SO4 dư thu được khớ C và 9,32 gam kết tủa

a> Tớnh khối lượng nguyờn tử của M

b> Tớnh thể tớch của dung dịch HCl đó dựng

c> Tớnh % về khối lượng cỏc chất trong A

d> Người ta nộn khớ C thu được ở trờn vào bỡnh dung tớch 5 lớt cú chứa són O2 ở 250C , sau khi nộn đem về nhiệt độ ban đầu (250C ) thỡ ỏp suất trong bỡnh là 1,0268 atm

Nung núng bỡnh một thời gian, giả sử lỳc đú 90% NH3 bị chỏy thành N2 và H2O, sau đú đưa nhiệt độ bỡnh về 136,50C

d1> Tớnh % theo thể tớch cỏc khớ trong bỡnh sau khi đốt chỏy

d2> Tớnh ỏp suất trong bỡnh ( ở 136,50C ) sau khi chỏy

Đỏp số: a> M = 23 ( Na )

b> 0,3 l ớt c> Na2CO3 ( 21,2% ) và BaCO3 ( 78,8% ) d> + NH3 ( 0,012 mol ) chiếm 5,06 %

+ O2 ( 0,009 mol ) chiếm 3,8 % + N2 ( 0,054 mol ) chiếm 22,785 %

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

+ H2O ( 0,162 mol ) chiếm 68,355 % + Áp suất trong bỡnh 1,59 atm

Bài 3: Điện phõn núng chảy a gam muối A tạo bởi kim loại M và halogen X ta thu được 0,96 gam

kim loại M ở catot và 0,896 lớt khớ (ở đktc ) Mặt khỏc hoà tan a gam muối A vào nước sau đú cho tỏc dụng với AgNO3 dư thỡ thu được 11,48 gam kết tủa

1> X là halogen nào ?

2> Trộn 0,96 gam kim loại M với 2,242 gam kim loại M’ cú cựng hoỏ trị duy nhất, rồi đốt hết hỗn hợp bằng oxi thỡ thu được 4,162 gam hỗn hợp 2 oxit Để hoà tan hoàn toàn hỗn hợp oxit này cần 500 ml dung dịch H2SO4 nồng độ c mol/l

a> Tớnh % số mol của cỏc oxit trong hỗn hợp của chỳng

b> Tớnh thỉ lệ khối lượng nguyờn tử của M và M’

Một số dấu hiệu của quỏ trỡnh điện phõn cần chỳ ý

+ Khi catot bắt đầu cú bọt khớ xuất hiện hoặc khối lượng catot khụng đổi nữa cú nghĩa là cỏc ion kim loại bị điện phõn trong dung dịch đó điện phõn hết, tại catot bắt đầu điện phõn H 2 O

+ Khi pH của dung dịch khụng đổi nữa cũng cú nghĩa là cỏc ion õm hoặc dương cú thể bị điện

phõn trong dung dịch đó bị điện phõn hết Khi đú tiếp tục điện phõn sẽ là điện phõn H 2 O hoặc

H 2 O trong dung dịch bazơ hay dung dịch axit chứa oxi sinh ra trong quỏ trỡnh điện phõn

+ Với quỏ trỡnh điện phõn cú sinh ra kết tủa hay giải phúng khớ :

+ Viết cỏc phản ứng điện li

+ Giai đoạn 1: Cỏc cation (Mn+) di chuyển về ( Catụt ) , anion ( Xm-) di chuyển về ( Anụt)

+ Giai đoạn 2: Cỏc cation (Mn+) bị khử ở ( Catụt ), cỏc anion ( Xm-) bị oxi hoỏ ở( Anụt)

Nếu trong dung dịch hết Cation (Mn+) mà vẫn tiếp tục điện phõn thỡ tại Catot ( K )

cú khớ H2 thoỏt ra do điện phõn nước

K: 2H2O + 2e  H2 + 2OH

Nếu trong dung dịch hết Anion ( Xm-) mà vẫn tiếp tục điện phõn thỡ tại Anot ( A )

cú khớ O2 thoỏt ra do điện phõn nước

A: 2H2O - 2e  2H++ O2

+ Giai đoạn 3: Chỉ cú H2O bị điện phõn : ở (K) cú H2 , (A) cú O2

Do đú cần dựa vào số mol (Mn+) và số mol ( Xm-) … để biết sau mỗi giai đoạn

trong dung dịch đó hết ion nào và ion nào cũn điện phõn Từ đú xỏc định được giai đoạn kế

tiếp đến lượt ion nào bị điện phõn hay chỉ cú H2O bị điện phõn

Tr-ờng thpt hậu lộc 2 ôn thi đại học chuyên đề điện phân

Phương trỡnh điện phõn:

2MCln ðp dd 2M + nCl2 2M(g) n ( mol )

16 gam 0,25 mol

 M = 32n  n = 2 ; M =64 ( Cu )

Vớ dụ 2: Điện phõn dung dịch NaOH với cường độ 10A trong thời gian 268 giờ Sau điện phõn

cũn lại 100 gam dung dịch NaOH 24% Tớnh nồng độ phần trăm của dung dịch NaOH trước điện phõn

Hướng dẫn:

Phương trỡnh điện phõn:

mNaOH ( trước điện phõn) = mNaOH ( sau điện phõn) = 24 gam

phương trỡnh điện phõn dung dịch NaOH

268 10

= 50 mol

m ddNaOH ( ban đầu ) = m dd sau + mH O

2 ( bị điện phõn ) = 100 + 18x50 = 1000 gam Vậy C% dd NaOH ( ban đầu ) =

1000

24.100% = 2,4 %

Vớ dụ 3: Điện phõn 500 ml dung dịch AgNO3 xM sau một thời gian thấy khối lượng catụt thay đổi 2,16 gam và thu được dung dịch A Biết A khụng tạo được kết tủa với dung dịch NaCl

a> Tớnh trị số của x

b> Biết I = 2A Tớnh thời gian điện phõn

c> Tớnh thể tớch khớ thoỏt ra ở anụt tại nhiệt độ 27,30C và ỏp suất 0,98 atm

4AgNO3 + 2H2Oðp dd 4Ag + O2 + 4HNO3

Vỡ dung dịch A sau điện phõn khụng tạo kết tủa với dung dịch NaCl chứng tỏ Ag+ đó hết , dung dịch A là dung dịch HNO3

T ừ ( 1 ): nAg = nAgNO3 = nHNO3 =

108

16,2 = 0,02 ( mol )

a> CM dd AgNO3 = x (M) =

500

02 , 0

.1000 = 0,4 M

b> Từ cụng thức : nAg =

F n

) 3 , 27 273 (

273

4 , 22 4

02 , 0



= 0,1257 lớt