bài tập điện hóa

bài tập điện hóa

I OLYMPIC HÓA HỌC VIỆT NAM:

OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN TOÀN QUỐC 2003 (Bảng A):

Brom lỏng tác dụng được với H3PO3 theo phản ứng:

H3PO3 + Br2 + H2O  H3PO4 + 2H+ + 2Br

-1) Tính hằng số cân bằng của phản ứng ở 298K

2) Tính thế điện cực chuẩn Eo(H3PO4/H3PO3) nếu biết Eo

(Br2/2Br-) = 1,087V 3) Tính thế điện cực chuẩn Eo(H3PO3/H3PO2) nếu biết Eo

(H3PO4/H3PO2) = 1,087V Cho biết các số liệu sau ở 298K:

3 = ∆Go1 - ∆Go2 -2FEo3 = -4FEo1 – (-2FEo2)  Eo3 = -0,62V

OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN TOÀN QUỐC 2003 (Bảng A):

Cho biết các thế điện cực chuẩn: Eo

(Cu2+/Cu) = 0,34V; Eo(Cu2+/Cu+) = 0,15V; Eo(I2/2I-) = 0,54V

1) Hỏi tại sao người ta có thể định lượng Cu2+ trong dung dịch nước thông qua dung dịch KI? Cho biết thêm rằng dung dịch bão hoà của CuI trong nước ở nhiệt độ thường (25o

C) có nồng độ là 10-6

M 2) Sử dụng tính toán để xác định xem Cu có tác dụng được với HI để giải phóng khí H2 hay không?

3) Muối Cu2SO4 có bền trong nước hay không? Giải thích

2 1

Vậy có phản ứng: 2Cu + 2HI → 2CuI + H2

OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN TOÀN QUỐC 2005 (Bảng A):

Để loại trừ các ion NO3- trong nước (các ion NO3- có mặt trong nước xuất phát từ phân bón) có thể khử nó thành NO2- bằng cách cho đi qua lưới có chứa bột Cd

1) Viết nửa phản ứng của hai cặp NO3-/HNO2 và HNO2/NO trong môi trường axit Chứng minh rằng HNO2 bị phân hủy trong môi trường pH = 0 đến 6

2) Ở pH = 7, nồng độ NO3- là 10-2M Viết phản ứng giữa Cd và NO3- Hỏi NO3- có bị khử hoàn toàn ở 25oC trong điều kiện này không? Tính nồng độ NO3- còn lại trong nước khi cân bằng

3) Tính thế khử (thế oxy hóa - khử) chuẩn của cặp NO3-/NO2- ở pH = 14 và 25oC

Cho biết các số liệu sau ở 25o

C: Eo(NO3-/HNO2) = 0,94V; Eo(HNO2/NO) = 0,98V;

Eo(HNO2/NO) vẫn lớn hơn Eo

(NO3-/HNO2) nên HNO2 vẫn không bền 2) Cd + NO3- + H2O ⇌ Cd2++ NO2- + 2OH-

Giả thiết phản ứng là hoàn toàn thì [Cd2+

14 4 45

45 1

1

10.325,1)10.(

10.5.10.65,

2

10.65,242

,45059

,0

)40,094,0(2lg

Hằng số K rẩt lớn nên phản ứng gần như hoàn toàn Ở pH = 7 ta có:

Cd + NO3- + H2O ⇌ Cd2+ + NO2- + 2OH-

Nđcb: (10-2 – x) =  x = 10-2 x = 10-2 10-7

Như vậy ta có:

 NO3 33M

2 7 2 2 14

10.55,7)

10.(

10.1010

017,0059

,0

)40,0(

2lg

2 3 2

OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN TOÀN QUỐC 2005 (Bảng A):

Có thể hoà tan hoàn toàn 100mg bạc kim loại trong 100ml dung dịch amoniac nồng độ 0,1M khi tiếp xúc với không khí được không?

Cho biết nguyên tử khối của Ag = 107,88; hằng số điện li bazơ của amoniac là Kb =

1,74.10-5; các hằng số bền của phức [Ag(NH3)i]+ tương ứng là: lg1 = 3,32(i = 1) và lg2 = 6,23(i = 2)

Các thế khử (thế oxy hóa - khử) chuẩn ở 25o

C: Eo(Ag+/Ag) = 0,799V; Eo(O2/OH-) = 0,401V Áp suất riêng phần của oxy trong không khí là 0,2095atm Phản ứng được thực hiện ở

Chúng ta sẽ kiểm tra khả năng hoà tan theo quan điểm điện hóa và nhiệt động:

Ag+ + e  Ag E1 = Eo1 + 0,059lg[Ag+]

2

lg4

059,0

OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN TOÀN QUỐC 2005 (Bảng B):

1) Trộn hai thể tích bằng nhau của hai dung dịch SnCl2 0,100M và FeCl3 0,100M Xác định nồng độ các ion thiếc và sắt khi cân bằng ở 25oC Tính thế của các cặp oxy hóa - khử khi cân bằng

2) Nhúng một sợi Ag vào dung dịch Fe2(SO4)3 2,5.10-2M Xác định nồng độ của Fe3+

[Fe2+] = 0,05M; [Sn4+] = 0,025M; [Sn2+] = 0,025M; [Fe3+] = M

2

10.58,10025

,010.1

025,0

)05,0.(

025,

025,0lg2

059,015,005,0

10.58,

Ag x x

x

3 3

2 2

2

10.6

10.38,431

,005

10.6lg059,077,

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA VIỆT NAM 2002 (BẢNG A)

1 Biết thế oxi hóa-khử tiêu chuẩn :

EoCu2+/Cu+ = +0,16V, EoCu+/Cu = +0,52V, Eo Fe3+/Fe2+ = +0,77V, EoFe2+/Fe

= -0,44V

Hãy cho biết hiện tượng gì xảy ra trong các trường hợp sau:

(a) Cho bột sắt vào dung dịch Fe 2 (SO 4 ) 3 0,5M

(b) Cho bột đồng vào dung dịch CuSO 4 1M

2 Dung dịch X gồm Na 2 S 0,010M, KI 0,060M, Na 2 SO 4 0,050M

Axit hoá chậm dung dịch X đến pH = 0 Thêm FeCl 3 cho đến nồng độ 0,10M

i Tính thế của cực platin nhúng trong dung dịch thu được so với cực calomen bão

hoà (Hg 2 Cl 2 /2Hg,2Cl - )

ii Biểu diễn sơ đồ pin, viết phương trình phản ứng xảy ra tại các điện cực và phản

ứng tổng quát khi pin hoạt động

Cho : axit có H2S pK1 = 7,00, pK2 = 12,90; HSO4 - có pK = 2,00; Tích số tan của PbS = 10-26

và cuối cùng làm mất màu (hoặc tạo màu xanh nhạt) dung dịch

b) E o Cu + /Cu = + 0,52 V > E o Cu 2+ /Cu + = + 0,16 V nên:

Tính oxi hoá: Cu + mạnh hơn Cu 2+

Tính khử: Cu +

mạnh hơn Cu

Do đó phản ứng tự phát xảy ra giữaa 2 cặp là: Cu +

+ Cu +  Cu 2+ + Cu

Phản ứng nghịch (Cu 2+

phản ứng với Cu tạo thành ion Cu + ) không xảy ra Do đó khi bỏ bột đồng vào dung dịch CuSO 4 không xảy ra phản ứng và quan sát không thấy hiện tượng gì

2 Axit hoá dung dịch X:

S2- + 2H+  H2S (C H2S = 0,010 < S H2S nên H2S chưa bão hoà, không thoát ra khỏi dung dịch)

Phản ứng: 2 Fe 3+

+ H 2 S  2 Fe 2+ + S + 2 H + K=10 21 0,1 0,01

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA VIỆT NAM 2002 (BẢNG A)

Cho dòng điện 0,5A đi qua dung dịch muối của một axit hữu cơ trong 2 giờ Kết quả sau quá trình điện phân là trên catot tạo ra 3,865 gam một kim loại và trên anot có khí etan và khí cacbonic thoát ra

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

9650 865 3 n

A   

+

A1 = 103,6 x 1 = 103,6

A2 = 103,6 x 2 = 207,2

A3 = 103,6 x 3 = 310,8

Vì không có nguyên tử với A > 240 và bằng 104 có tính kim loại và có mức oxi hoá là +1

Do đó kim loại phải tìm chỉ có thể là Pb (A = 207,6)

2 Tại anot khi điện phân có C2H6 và CO2 thoát ra là sản phẩm của sự oxi hoá anion hữu cơ, muối này có công thức Pb(RCOO)2 Sự tạo ra etan

(CH3 - CH3) và CO2 từ nhóm COO- chứng tỏ muối điện phân là

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA VIỆT NAM 2004 (BẢNG A)

Dung dịch A gồm AgNO 3 0,050 M và Pb(NO 3 ) 2 0,100 M

1 Tính pH của dung dịch A

2 Thêm 10,00 ml KI 0,250 M và HNO 3 0,200 M vào 10,00 ml dung dịch A Sau phản ứng người ta nhúng một điện cực Ag vào dung dịch B vừa thu được và ghép thành pin (có cầu muối tiếp xúc hai dung dịch) với một điện cực có Ag nhúng vào dung dịch X gồm AgNO 3 0,010 M và KSCN 0,040 M a) Viết sơ đồ pin

b) Tính sức điện động E pin tại 25 0 C

c) Viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin hoạt động

8 ,

K s1 << K s2 , vậy trong dung dịch cân bằng (4) là chủ yếu Sự tạo phức hidroxo của Pb 2+

10

10Pb

10.1I

K

16 1

001,0E

10.31,3lg0592,0799,0Aglg0592,0E

E

1

14 0

Ag Ag 1

- 0,030 0,010 AgSCN ⇌ Ag + + SCN ; 10 -12,0 0,030

x (0,030 + x) x0,030 + x) = 10 -12

2

12

10.33,310x

10x



 

V179,0E

10.33,3lg0592,0799,0Aglg0,05920,799

E

2

11 2

3 a) Khi thêm lượng nhỏ NaOH vào dung dịch B , có thể xảy ra 3 trường hợp:

- Lượng NaOH qúa ít không đủ để trung hoà HNO 3 : Sự tạo phức hidroxo của Pb 2+

vẫn không đáng kể, do đó E pin không thay đổi

- Lượng NaOH đủ để trung hoà HNO 3 : Có sự tạo phức hidroxo của Pb 2+

do đó Pb 2+

giảm, Nồng độ I

sẽ tăng lên, do đó nồng độ Ag + giảm xuèng, E 1 giảm ; vậy E pin tăng

- Lượng NaOH đủ dư để trung hoà hết HNO 3 và hoà tan PbI 2 tạo thành PbO 2 – , do đó Pb 2+

giảm và E pin tăng PbI 2 + 4 OH –  PbO 2 – + 2 H 2 O + 2 I –

b) Thêm ít Fe 3+ vào dung dịch X: Fe 3+

+ SCN –  FeSCN 2+

Nồng độ ion SCN – giảm, do đó nồng độ ion Ag + tăng, E 2 tăng  E pin tăng

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA VIỆT NAM 2005 (BẢNG A)

Ở pH = 0 và ở 25 o C thế điện cục tiêu chuẩn E o

của một số cặp oxi hóa-khử được cho như sau:

2IO 4/I 2 (r) = 1,31V; 2IO 3/I 2 (r) = 1,19V; 2HIO/I 2 (r) = 1,45V ; I 2 (r)/2I = 0,54V

ở 25 o C, ln = 0,0592 lg ; Độ tan của iot trong nước bằng 5,0.10 4

0592,

3 )

( / 2

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA VIỆT NAM 2005 (BẢNG A)

Một bình điện phân chứa dung dịch NaOH (pH=14) và một bình điện phân khác chứa dung dịch H 2 SO 4 (pH = 0) ở 298K Khi tăng hiệu điện thế từ từ ở hai cực mỗi bình ngườii ta thấy

có khí giống nhau thoát ra ở cả hai bình tại cïng điện thế

1 Giải thích hiện tượng trên Viết các phưng trình phản ứng xảy ra ở mỗi bình (không xét sự tạo

thành H 2 O 2 và H 2 S 2 O 8 )

2 Tính hiệu điện thế tối thiểu phải đặt vào hai cực mỗi bình để cho qúa trình điện phân xảy ra

3 Người ta muốn giảm pH của dung dịch NaOH xuống còn 11 Có thể dùng NH 4 Cl được không? Nếu được, hãy giải thích và tính khối lượng NH 4 Cl phải dùng để giảm pH của 1 lít dung dịch NaOH từ 14 xuống còn 11

4 Khi pH của dung dịch NaOH bằng 11, thì hiệu điện thế tối thiểu phải đặt vào hai cực của bình điện phân để cho qúa trình điện phân xảy ra là bao nhiêu?

ở anot: H 2 O 1/2 O 2 + 2 H + + 2 e

ở catot: 2 H + + 2 e H 2

H2O H2 + 1/2 O2 Khí thoát ra ở 2 bình đều là hidro và oxi

U min = E an«t  E cat«t = 1,23 V

(khi tính U min không xét đến quá thế)

3 Có thể dùng NH4Cl để giảm pH của dung dịch NaOH từ 14 xuống 11

NH4 + + OH NH3 + H2O

pOH của dung dịch NaOH đã thêm

NH4Cl để giảm pH của dung dịch NaOH từ 14 xuống 11 được tính theo công thức:

Khi pH của dung dịch NaOH giảm từ 14 xuống 11 thì [OH] của dung dịch giảm đi: 1 

103 = 0,999 mol Đây chính là số mol NH 3 hình thành Vậy [NH 3 ] = 0,999 mol/L và:

[NH3] [NH4+]

[NH3] [NH4+]

NH4 NH3

4 Khi pH = 11, dung dịch NaOH:

E anot = 0,4 V + lg

E cat«t = 0 + lg (1011 ) 2

U min = E anot  E catot = 0,4 + 3  0,0592 + 0,0592  11  1,23 V

II OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ:

KỲ THI OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ LẦN THỨ 30:

Vàng kim loại thường được phát hiện trong các loại đá aluminosilicat và bị phân tán

nhuyễn trong các khoáng chất khác Vàng có thể được tách bằng cách cho đá nghiền vụn tác dụng với dung dịch natri xianua đã sục không khí Trong qúa trình này vàng kịm loại được chuyển chậm thành [Au(CN)2]- tan được trong nước (phản ứng (1))

Sau khi đạt đến cân bằng, phần dung dịch (pha dung dịch) được bơm ra và vàng kim loại được thu hồi bằng cách cho phức vàng tác dụng với kẽm, kẽm được chuyển thành [Zn(CN)4]2-(phản ứng 2)

1) Viết và cân bằng các phương trình ion của phản ứng (1) và (2)

Vàng trong tự nhiên thường ở dạng hợp kim với bạc và bạc cũng bị oxy hoá bởi dung dịch natri xianua đã sục không khí

2) 500L dung dịch chứa [Au(CN)2]- 0,0100M và [Ag(CN)2]- 0,0030M được cho bay hơi đến chỉ còn một phần ba thể tích ban đầu và được xử lý bằng kẽm (40g) Giả thiết rằng sự sai lệch so với điều kiện tiêu chuẩn là không quan trọng và cũng giả thiết là các phản ứng oxy hóa khử xảy ra hoàn toàn Hãy tính các nồng độ của [Au(CN)2]- và [Ag(CN)2]- sau khi phản ứng kết thúc

Cho biết:

[Zn(CN)4]2- + 2e- Zn + 4CN- Eo = -1,26V

[Au(CN)2]- + e- Au + 2CN- Eo = -0,60V

[Ag(CN)2]- + e- Ag + 2CN- Eo = -0,31V

3) [Au(CN)2]- là một phức rất bền trong một số điều kiện nhất định Nồng độ của natri xianua

là bao nhiêu để giữ được 99% theo số mol của vàng trong dung dịch ở dạng phức xianua? Biết Kb([Au(CN)2]-) = 4.1028

4) Đã có một số cố gắng phát triển các qúa trình tách chiết vàng khác để thay thế cách trên Tại sao? Hãy chọn phương án đúng:

a) Dung dịch natri xianua ăn mòn các dụng cụ khai thác mỏ

b) Natri xianua thoát vào nước ngầm trong đất và tạo ra hydroxianua rất độc với nhiều động vật

c) Vàng thu được từ phương pháp này không tinh khiết

BÀI GIẢI:

1) Phản ứng (1): 4Au + 8CN

+ O2 + 2H2O  4[Au(CN)2]- + 4OH- Phản ứng (2): Zn + 2[Au(CN)2]- [Zn(CN)4]2- + 2Au

1 (103)2

0,0592 2

Nên 0,61 mol Zn sẽ tiêu thụ 1,2mol [Ag(CN)2]

-[Ag(CN)2]- còn lại = 1,5 – 1,2 = 0,3mol

(

)(

)(

2 2

2 2

CN Au

CN Au

CN Au

K b

Nên 100[Au(CN)2]- = 99[Au+] + 99{[Au(CN)2]-}

Do đó [Au+

] = [Au(CN)2]-/99 Thay vào Kb ta tính được [CN-] = 5.10-14M

4) b)

KỲ THI OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ LẦN THỨ 32:

Ăn mòn kim loại thường đi kèm với các phản ứng điện hóa Việc ăn mòn rỉ sắt trên bề mặt cũng theo cơ chế này Phản ứng điện cực ban đầu thường là:

1 Eo(pin) = Eophải- Eotrái = 0,40 – (-0,44) = 0,84V

2 Phản ứng xảy ra ở hai nửa pin:

Trái: 2Fe → 2Fe2+

+ 4e (nhân 2) Phải: O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

Toàn bộ phản ứng: 2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe2+

n(e) = Q/F = 0,1075mol

→ m(Fe) = 3,00g

)(

Felog05916,0

2

4 2

2 )

( )

(

O p

OH n

KỲ THI OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ LẦN THỨ 37:

Chiufen, thị trấn mỏ nằm ở trên đồi của miền Bắc Đài Loan, là một nơi mà bạn có thể khám phá ra lịch sử Đài Loan Đó cũng là một trong những nơi có mỏ vàng lớn nhất châu Á Chính vì vậy Chiufen thường được gọi là thủ đô vàng của châu Á KCN thường được dùng để chiết vàng từ quặng Vàng tan trong dung dịch xianua trong sự có mặt của không khí để tạo thành Au(CN)2- bền vững trong dung dịch nước

4Au(r) + 8CN-(aq) + O2(k) + 2H2O(l) 4Au(CN)2-(aq) + 4OH-(aq)

1 Viết công thức cấu tạo của Au(CN)2-, chỉ ra vị trí lập thể của từng nguyên tử

2 Cần bao nhiêu gam KCN để chiết vàng từ quặng?

Nước cường thủy, là một hỗn hợp gồm HCl và HNO3 lấy theo tỉ lệ 3:1 về thể tích, đã được tìm ra và phát triển bởi các nhà giả kim thuật để hoà tan vàng Qúa trình này là một phản ứng oxy hóa - khử xảy ra theo phương trình:

Au(r) + NO3-(aq) + Cl-(aq) AuCl4-(aq) + NO2(k)

3 Viết hai nửa phản ứng và sử dụng nó để cân bằng phương trình trên

4 Chỉ ra qúa trình nào là oxy hóa, qúa trình nào là khử

Vàng không hề phản ứng với axit nitric Tuy nhiên vàng có thể phản ứng với nước cường thủy vì tạo thành ion phức AuCl4- Cho biết các thế sau:

3 Oxy hóa: Au(r)4Cl(aq) AuCl4(aq) 3e

Khử hóa: 3NO3-(aq) + 6H+(aq) + 3e- 3NO2(k)+ 3H2O(l)

Au(r) + 3NO3-(aq) + 6H+(aq) + 4Cl-(aq) AuCl4-(aq) + 3NO2(k) + 3H2O(l)

4 Tác nhân oxy hóa: HNO3

Tác nhân khủ: Au

 Au(r) + Au3+(aq) + 4Cl-(aq)  AuCl4-(aq) + Au(r) Eo = 0,50V

E = (RT/nF)lnK = (0,059/n)lgK  K = 1025,42 = 2,6.1025

6 a)

III BÀI TẬP CHUẨN BỊ CHO OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ:

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ LẦN THỨ 32:

Kỹ thuật điện hóa học thường được dùng để xác định tính tan của các muối khó tan Do sức điện động là hàm bậc nhất theo logarit của nồng độ cho nên có thể xác định được các nồng độ dù rất nhỏ

Bài tập này sử dụng một pin điện hóa gồm hai phần, được nối bằng cầu muối Phần bên trái của sơ đồ pin là một thanh Zn(r) nhúng trong dung dịch Zn(NO3)2(aq) 0,200M; còn phần bên phải

là một thanh Ag(r) nhúng trong dung dịch AgNO3(aq) 0,100M Mỗi dung dịch có thể tích 1,00L tại

25oC

a) Vẽ giản đồ pin và viết phương trình phản ứng tương ứng của pin

b) Hãy tính sức điện động của pin và viết phương trinh phản ứng khi pin phóng điện

Giả sử pin phóng điện hoàn toàn và lượng Zn có dư

c) Hãy tính điện lượng phóng thích trong qúa trình phóng điện

Trong một thí nghiệm khác, KCl(r) được thêm vào dung dịch AgNO3 ở phía bên phải của pin ban đầu Xảy ra sự kết tủa AgCl(r) và làm thay đổi sức điện động Sau khi thêm xong, sức điện động bằng 1,04V và [K+

] = 0,300M

d) Hãy tính [Ag+] tại cân bằng

e) Hãy tính [Cl-] tại cân bằng và tích số tan của AgCl

Thế điện cực chuẩn tại 25oC như sau:

Trái, oxy hóa: Zn(r) Zn2+(aq) + 2e

Phải, khử: Ag+

(aq) + e  Ag(r) (nhân cho 2) Phản ứng của pin Zn(r) + Ag+ Zn2+(aq) + 2Ag(r)

b) Eopin = Eo(phải) – Eo(trái) = 1,56V

Phương trình Nernst tương ứng với pin nêu trên (Cũng có thể trình bày theo nửa pin và các bán phản ứng):