Điện phân full (lý thuyết và bài tập)

Design and coppyright © NGUYEN AI NHAN Email:nguyenainhan79@yahoo.com CHUYEN DE 3 CHUYEN DE DIEN PHAN 1.Định nghĩa: Điện phân là quá trình oxi hóa khử xây ra trên bề mặt các điện cực k

Trang 1

Design and coppyright © NGUYEN AI NHAN Email:nguyenainhan79@yahoo.com

CHUYEN DE 3 CHUYEN DE DIEN PHAN

1.Định nghĩa:

Điện phân là quá trình oxi hóa khử xây ra trên bề mặt các điện cực khi có dong

điện một chiều đi qua dung dịch chất điện phân hoặc chất điện li nóng chảy

TH Cơ chê của quá trình

Cation (+) đi chuyên vẻ catot xây ra quá trình khử

Anion (-)đi chuyên về anot xây ra quá trình oxi hóa

Cực âm (-) Catot Cực dương (+) Anot

Fe, Cu, Zn” [S*, CIT, Br

Fe* +e-> Fe* S*-2e>S

Cu** +2e > Cu 27 -2e> 1, Fe?” +2e —y Fe 2C —2e—>

Zn™* +2e—> Zn 2Br —2e Dưới tác dụng của điện trường các Cation chuyên dời,

anot

-Tai catot xay ra quá trình khử: Cation nào có t

nguồn điện trước

-Tai anot xây ra quá trình oxi hóa: Anion nào

cho nguồn điện trước

-Téng sé electron chất khử nhường ở ấhọt bằng téng sé mol electron chất oxi hóa nhận ở catot

TIL Ung dung của điện phân

1.Điều chế các kim loại

2.Tỉnh chế các kim loại

3.Điều chế một số phi Ki

Trong đó:

m: Khối lượng chất thoát ra ở điện cực ( gam)

A: Khối lượng (mol) của chất đó

n: Số electron trao đồi(Chú ý n không phải là hóa trị ) (Rất nhiễu em học sinh nhằm lân chổ này)

Trang 3

Như vậy khi đã có một điện lượng, tải qua mạch là 96500C thì có một mol electron chuyên dời trong mạch ở anot hoặc 6 catot

Biều thức liên hệ

It

= It=n,96500 > n, = —— _(**

Qa 1= 1.965009 m=)

Trong giải toán về điện phân chúng ta có thể áp dung (*) hoặc (**)

V.Cac qua trinh cụ thé xây ra:

1.Điện phân nóng chảy

a Điều kiện để điện phân nóng chảy

Hop chất đem điện phân nóng chảy phải thỏa mãn đồng thời những điều Kiệ

-_ Trạng thái rắn ở điều kiện thường

-_ Bên ở nhiệt độ nóng chảy hoặc cao hơn

- Có nhiệt độ nóng chảy không quá cao hoặc tạo với phụ gi

nhiệt độ nóng chảy tháp

Kết luận:

Với các điều kiện như trên, trong thực tế ngudl

muối clorua của kim loại kiểm, kiém thé Hidroxit, oxit

mạnh

Ví dụ 1

Khi nóng chảy ta có NaCÏ c—

Khi cho dòng điện một chiều đua tàcó:

Ss 2NaCl —>2Na +Cl,

Các điềm cà ý về mặt kỉ thuật

-Cần có mà c không cho Clo tác dụng trở lại với Na ở trạng thái nóng chảy

ủa quá trình điện phân

1a thích hợp như MgCl;, KCI với tỷ lệ xác định, có thé lam giảm nhiệt độ

ia NaCl tir 850°C xuéng con khoang 610-650°C Tiết kiệm năng lượng

én thé, cường độ điện phân và các điện cực thích hợp

Trình bày cơ chế điện phân AbO: nóng chảy dé tao ra Al trong công nghiệp Nêu các điêm cân chú ý về mặt kỉ thuật _

Hướng dân øiải

Trang 4

Hay: 2.41,0, —"* > 441 +30,

Các điểm cần chú ý về mặt ki thuật

-Cần tỉnh chế AbbOa từ quặng Boxit nhôm trước khi đem điện phân

Thành phần của boxit nhôm: Al;O:( MgCO;, CaCO;, SiO;, Fe:O¿)

Quặng boxit sau khi được làm giàu, nghiền nhỏ, rồi đun trong xút đặc dư, sau khi phan ứng xây ra hoàn toàn Pha loãng bằng nước đề loại bỏ các tạp chất không tan, lọc dung dich thu được cho CO; đi qua ta thu được Al(OH);, đem đun nóng Al(OH); đến khối lượng không đôi ta thu được Al:O: rồi đem điện phân nóng chảy

-Cân cho chat phụ gia là: Na:AIFs (criolit natri) với tỉ lệ thích hợp đề làm giảm nhiệt độ

nóng chảy của Al;O› từ 2050”C xuống còn khoảng 950°C

-Chọn hiệu điện thế thích hợp khoảng 4,5-5V

-Chọn cường độ điện phân thích hợp khoảng 50000A

-Chọn điện cực than chỉ: Vừa có tính dẫn điện tốt, ở nhiệt độ cao vừa tiêu

6 anot theo hai phan tng: C +O, > CO,;CO,+C —2CO

Các ban 6 biét: trube day dé tiép cdc theong khach, Nha vua Napoleo

dụng cụ bằng nhôm Tại vì thời đó chưa có công nghệ điện phân in

người ta phải dùng K đề khử Al2O› nên ở thời đó AI đắt how v

Vi du 3 -

Trình bày cơ chê điện phân NaOH nóng chảy

Khi nong chay ta co: NaOH —!>Na* +OH™

Hay: 4NaOH —®*->4Na +0, +2

Dién phan nong chay 15,8 gam một hợp chât với điện cực trơ thu được

22,4 lít H; (đkte) ở anot.Trì à hềzcủa quá trình điện phân và xác định công thức hợp chất đem điện phân

Trang 5

Design and coppyright © NGUYEN AI NHAN Email:nguyenainhan79@yahoo.com Hãy nêu ý nghĩa của Na:AlFs trong quá trình điện phan ALO3.Trong cac y nghia trên thì ý nghĩa nào quan trọng nhất

Hướng dẫn giải

- Lam giảm nhiệt độ nóng chây của AlzOs từ 2050”C xuống còn khoảng 950°C

- Làm tăng độ dân điện ở trạng thái nóng chảy

- Ngăn cản sự tác dụng trở lại của A1 với oxi làm giảm hiệu suất quá trình điện phân-(Do NasAIFs có tỷ khối nhỏ nên khi nóng chảy nó nằm phía trên ngăn can sự tác đụng trở lại của oxi với AI

- Trong các ý nghĩa trên thì ý nghĩa: Làm giảm nhiệt độ nóng chảy của AlzO; từ 2050°C xuống còn khoang 950°C là quan trọng nhất

Ví dụ 6

Trong điện phân AlzO; Ba ta dùng điện cực nào sau đây là tốt nhất?

2.Điện phân dung dịch

Khi điện phân dị lộc vào bản chất của chất đem điện phân mà dung môi nước có thê t ác quá trình xây ra ở catot và anot

2.2H* +2.2e > 2H, T(1) 4OH™ —4e > O, +2H,0(2)

Hay: 2.2H,O+2.2e— 2H, + +2.20N (1) Hay:2H,O—4e->O, +4H”(2')

Lay (1) +(2) hoặc (1°) +(2') ta được

Welcome to http://www.trithucbonphuong.com

Trang 6

Nếu đến catot gồm các cation kim loại sau hidro: Cu”, Ag, He”,

Thì chỉ đuy nhat qua trinh (2) xay ra

Vi du 2:

Trinh bay co ché dién phân dung dịch Cu(NO); với điện cực tr:

Trong dung dịch ta có các quá trình:

Cu(NO,), > Cu* +2NO;

2Cu* + H,O—* 5 2Cu+0, T +4

Hay : 2Cu(NO,), +2H,O

Các quá trình xây ra ở an

Nói chung quá trì

S* I, Br ,Cl,OH™

Néu dé ằ á ion am phía trước nhóm OH thì các anion đó sẽ nhường

electron cho ớc theo thứ tự ưu tiên từ Sĩ đến CT

t gôm các anion gốc axit chứa oxi kể ca gốc florua thi cdc anion đó nguôn điện mà dung môi nước đóng vai trò là chât khử theo quá

1.Điện phân các dung dich muối axit vô cơ có chứa oxi kế cả muối fÏorua của cde cation

kim loại đứng trước Zn trong dãy điện hóa với điện cực trơ thực chất là điện phân nước

2.Điện phân các dung dịch muối của các axit vô cơ có chứa oxi kể cả muối florua với các

cation kim loại đứng sau AI trong dãy điện hóa với điện cực trơ thì sẽ thu được kim loại

ở canot và khí O› thoát ra ở anot đồng thời trong dung dịch thu được có chứa axit tương ứng

3.Điện phân dung dịch các axit vô cơ có chứa oxi kế axit 'flohidrie với điện cực trơ thực

chất là điện phân nước

4.Điện phân dung dịch các bazơ của kim loại kiềm và kiểm thổ thực chất là điện phân

nước

Trang 7

Vi du 3

Khi điện phan dung dich CuSO,, đấu hiệu nào chính xác nhất đề biết CuSO, vira

bị điện phân hết

A.Dung địch từ màu xanh chuyên sang không màu

B.Co khí không màu thoát ra ở Catot

C.Có kết tủa Cu màu đỏ bám vào catot

D.Bỏ quỳ tím vào dung dịch điện phân thì có màu đỏ

A Mắt người cảm nhận màu sắc là khác nhau nên không chính xác

B Tại thời điểm CuSO, via điện phân hết thì H'(H›O) bị điện phân tạo khí không màu thoát ra.(Hiện tượng này chính xác nhất)

C Trong điện phân tất nhiên là có Cu xuất hiện

D Trong quá trình điện phân CuSO¿ tạo ra HzSO;¿ cho nên làm quỳ tím hỏa đỏ, hiện tượng này cũng không chính xác

Không thê điện phân nóng chảy được em tác giả phân tích ở trên)

Các cation tir AP* trở về trước i a ì được trong dung dịch với điện cực trơ Còn với điện cực băng Hg thì lỆ thân ‹ luge (Trước đây có rat nhieu nha may điện

C Dung dịch có màu hồng ở anot

D Dung dịch có màu xanh ở anot

Điện phân dung dịch Na;SOx_ thực chất là điện phân nước

Khi H) sé thoat ra tai Catot theo qua trinh: 2H,0+ 2e > H, + 20H™

Khí O; sẽ thoat ra tai anot theo qua trinh: 2H,0—4e > O, +4H™

Welcome to http://www trithucbonphuong.com

Trang 8

Tai cuc 4m co mdi truong bazo 2H,O+2e— H, +2OH nén lam phénolphtalein co mau héng

C.Dung dịch có màu đỏ ở Catot

D.Dung dịch có màu xanh ở Catot

Điện phân dung dịch Na:SO, thực chât là điện phân nước

Khí H; sẽ thoát ra tai Catot theo qua trinh:2H,O0+2e— H, +20H™

Khí O; sẽ thoát ra tại atot theo quá trình: 2⁄7,@— 4e —> Ó, + 4”

m uy tim hoa Tại cực âm (catot) có môi trường bazo 2H,O0+2e > H, + °

xanh

—>Chọn D

Ví dụ 7

Điện phân hỗn hop CuCh, HCL, NaCl

Trình bày cơ chế của quá trình điện phân

Trong quá trình điện phân thì giá trị pH biến Ế nà

Hướng Trong dung dịch ta có các quá trinh satis

Đầu tiên Xây ra quá trình (1) và (4) thue chat 1a dién phan CuCh

CuCl,—®#” y Cụ + Cl,.G quá trình này nồng độ HỶ không bị biến đổi nên pH không

Khi (1) bị điện phân hết thì đến quá trình (2) và (4) thực chất là điện phân HCI

2HCI—®# > H, + Cl, G quá trình này nồng độ H” bị giảm do (2) nên pH tăng

Khi quá trình (2) và (4) vừa điện phân xong thì pH sẽ bằng 7

Tiếp theo là quá trình (3) và (4) thực chất là điện phân dung dich NaCl

2NaCl+2H,O—®— >2 NaOH + CÍ, + H, Ö quá trình này tạo ra NaOH nên pH tiếp tục

Tiep theo 1a qua trinh (3) va (5) thực chât là điện phân nước với chât điện giải là NaOH

Trang 9

Design and coppyright © NGUYEN AI NHAN Email:nguyenainhan79@yahoo.com Lúc này thé tich dung dich giảm, số mol NaOH không thay đổi nên nồng độ OH' tiếp tục tăng > pH lại tiếp tục tăng

Khi cho dòng điện một chiều đi qua ta có:

2H,O0 +2e > H, +20H™ 2CT ~ 2e — Cl,

Phương trình điện phân la: 2H,0 +2Cl —®“ > H, +Cl, +20H;

Hay: 2H,O+2NaCl —®@“>H,+Cl,+2NaOH

Nếu không có màng ngăn thì khí Clo sau khi tạo ra sẽ tác

giavel: Cl, + 2NaOH — NaCl + NaClO + H,O

Điện phân dung dịch MgC†} với điện cực trơ

Hiện tượng quan sát được đúng nhất trong qui

A.Có khí không màu thoát ra ở anot

B.Có khí màu vàng lục thoát ra ở Cat‹

20H} +H, T(khéng mau) = 2Cl” — 2e > Cl, (mau vang luc)

trinh phan tng 1a: 2H,0+2Cl —®# > Cl, + H, +20H™

ậ ở Catot sẽ tác dụng với Mg”” tạo thành Mg(OH)»;

MgCI, +⁄H,O—#®—>H, Ầ +CI, 1 +Mg(OH), Ý

Trong dung dịch ta có các quá trình sau:

CuSO, > Cu?* + SO?

H,OC——>H'+OH"

Trang 10

Khi cho dong điện một chiều đi qua ta có:

Cu”, H;O HO, SO,”

2Cu* + H,O—®* > 2Cu+ 0, +4H*

hay 2CuSO, + H,O—®“ > 2Cu + O, +2H,SO,

tại anot (cực đương làm bằng kim loại Cu) có O> thoát ra và ở đây có môi trường axit Nén c6 phan tng 2Cu+O,+4H* — 2Cu* +2H,O Két quả là điện cực bị hòa tan và đi vào dung dịch chất điện phân (Đây gọi là hiện trợng dương cực tan)

Ví dụ 11 ;

Trình bày cơ chê điện phân dung dich CH;COONa voi dién cuc trơ c

ngăn

Trong dung dịch ta có các quá trình sau:

CH,COONa - CH,COO™ + Na”

Welcome to http://www trithucbonphuong.com

Trang 12

Fe* +1e— Fe” (1) 2H,O->O,+ 4H” + 4e(5)

01 01 01

Cu2* +2e > Cu (2) Khi ở catot đã xuất hiện 0,15 mol khí thì

02 04 02 các ion trong dung dịch đã bị điện phân hết

? > > r0i( lúc này nước da bi điện phân ở hai điện

Fe” +2e —> Fe Ì (3) cực)

01 02 01 m =0,1.56+0,2.64=18,4g H,O+2e — H, Ì+2OH (4) > Chon A

015 03 015 0,3

khối lượng cafot tăng lên 3,84 gam Kim loại M BO

i lông thay đôi).Nông độ ban đâu của NaOH là(KA2007)

Trang 13

Sé mol electron trao déi ở các điện cực là n, =— =——— = 0,01mol

ay 400ml dung địch X đem điện phân ( Điện

đến khi ở catot thu được 0,08 mol Cu thì dừng

jay ra Thdi gian điện phân và nòng độ mol1 của

cla Cu voi Fe”)

Trang 14

Điện phân 1 lít dung dịch Cu(NO); 0,2M và Fe(NO); 0,1M với cường độ điện phân I=10

A đến khi thấy thoát ra ở catot thấy thoát ra 3,36 lít khí(đktc) thì đừng điện phân Thẻ tích khí O; thoát ra gấp bao nhiêu lần thê tích khí H;

0,02 mol FeSO, va 0,06 mol HC] với cường độ I=1,34 Ab

tro, mang ngăn).Bỏ qua sự hòa tan của khí clo trong nước, coi hiệu

hân 100%.Khôi lượng kim loại thoát ra ở catot và thê tích khí thoát 8,96L — B.11/2gvà0,896L

Trang 15

Vậy khối lượng Fe 1a m,, = 0,02.56 = 1,12

Thé tich khi thoat ra la V;,, = (0,03 + +0,01).22, 4 = 0,896L

điêu kiện của a và b là

Phương trình phản ứng điện phân là

2CuSO, + 2H,O —> 2Cu + 2H,SO, +O, Ÿ

Trang 16

4 AgNO, +2H,O—®> 44g \ +4HNO, +0, T

Điện phân hoàn toàn dung dịch X chứa

kim loại ở catot và 4,48 lít khí ở

A 0,2 va 0,4 B

NO: vềCu(NO;); thu được 56 gam hỗn hợp

ô mol AgNO; và Cu(NO:); lân lượt là

Trang 17

Hoa tan 1,28 gam CuSO, vao nude rồi đem điện phân hoàn toàn , sau một thời gian thu

được 800ml đung dich có pH=12.Hiệu suất phan ứng điện phân là

pH =2->[H”]=10 =0,011/

nụ =0,01.0,8= 0,008 sự sọ, = 0,004zmof

Phương trình điện phân là

2CuSO, +2H,O—*—>2Cu+2H,SO, +O, ?

Điện phân dung dich hén hop CuSO, và KCI đến khi nước bắt lêh phần ở hai

điện cực thì dừng lại Thấy thoat ra 448ml khi(dktc) 6 anot, dién phan hoa

tan được tối đa 0,8gam MgO.Khối lượng dung dịch sau điệi bao nhiêu gam (Coi khối lượng nước bay hơi không đáng kê.)

Cu” +2e—> Cu()

0,03 0,

Ap dung di

Ta suy ra ố

2CT —>Cl,+ 2e(2) 0,02 0,01 0,02

e vào(1,2,3) 2H,O->O,+ 4e+ 4Hˆ@)

Tiêu đề	Điện Phân Full (Lý Thuyết Và Bài Tập)
Thể loại	Tài Liệu

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	4,06 MB