CHỦ đề 4 tư DUY NAP 4 0 GIẢI bài TOÁN điện PHÂN

Điện phân dungdịch Y với điện cực trơ màng ngăn xốp cường độ I = 2,68A đến khi khối lượng dung dịch giảm 20,225gam mất t giây thì dừng lại thu được dung dịch Z.. Catot bắt đầu thoát khí

CHỦ ĐỀ 4

TƯ DUY NAP 4.0 GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN 4.1 Tìm hiểu về hệ điện phân

Ta có thể hiểu một hệ điện phân (dung dịch) đơn giản gồm:

+ Một bình đựng dung dịch chất điện phân, ví dụ dung dịch CuSO4, CuCl2, KCl, FeCl2, Fe(NO3)2,… hoặcdung dịch hỗn hợp nhiều chất

+ Hai cực gồm cực (+) và Anôt và cực (−) catôt được nối trực tiếp với các cực tương ứng của dòng điệnmột chiều

Các ion của kim loại từ Al3  về trước (Al3 ,Mg , Na ,Ca2   2 ,…) không bị điện phân

Phương trình điện phân H O : H O 2e2 2 2OH H2

Tại cực + anôt

Các ion âm bị hút về phía anôt

Thứ tự điện phân là: Kim loại I Br Cl H O2

Các ion 2

SO , NO , F  

không bị điện phân trong dung dịch

Phương trình điện phân H O : 2H O 4e2 2 4H O2

Chú ý: Nếu anôt làm bằng kim loại (Cu) thì anôt sẽ bị tan (bị điện phân) đầu tiên.

4.2 Tư duy giải toán điện phân

Chúng ta sẽ tư duy chặn đầu bằng cách hỏi xem:

+ Dung dịch sau điện phân còn gì ?

+ Ở hai cực xảy ra những phản ứng gì ?

+ Khối lượng thay đổi là do đâu ?

+ Số mol n có tính ngay được theo công thức e e

It Itn

+ Cuối cùng là áp các định luật bảo toàn

Ví dụ 1: Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l, sau một thời gian thuđược dung dịch Y vẫn còn màu xanh, có khối lượng giảm 8 gam so với dung dịch ban đầu Cho 16,8 gambột sắt vào Y, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 12,4 gam kim loại Giá trị của x là:

Định hướng tư duy giải:

+ Dung dịch vẫn còn màu xanh nghĩa là Cu2  chưa bị điện phân hết

+ Khối lượng giảm là do có sự tách ra của Cu và O2

Định hướng tư duy giải:

+ Vì chất rắn chứa hỗn hợp kim loại nên Ag

có dư

+ Ta sẽ tư duy đón đầu bằng cách trả lời Ví dụ hỏi: Dung dịch cuối cùng chứa gì?

- Đương nhiên là Fe(NO3)2 Thế số mol tính sao? Đơn giản thôi

BTNT.N

Fe NO NO

e H

0,15 an

Ví dụ 3: Điện phân dung dịch chứa 0,2 mol NaCl và x mol Cu(NO3)2 với điện cực trơ, sau một thời gianthu được dung dịch X (vẫn còn màu xanh) và khối lượng dung dịch giảm 21,5 gam Cho thanh sắt vàodung dịch X đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy khối lượng thanh sắt giảm 1,8 gam và thấy thoát

ra khí NO duy nhất Giá trị của x là:

Định hướng tư duy giải:

+ Có khí NO thoát ra nghĩa là dung dịch sau điện phân có H Như vậy, Cl đã bị điện phân hết

+ Dung dịch còn màu xanh chứng tỏ Cu2  chưa bị điện phân hết

+ Tư duy đón đầu với dung dịch cuối cùng chứa Fe(NO3)2 và NaNO3

Có   2  

2

BTE O NO

BTE bidien phan e e

NO H

so với dung dịch ban đầu và dung dịch này hòa tan tối đa 3,96 gam Zn(OH)2 Biết thời gian điện phân là

19300 giây Giá trị x, y cường độ dòng điện là:

A 0,6M; 0,8M; 1,2A B 1M; 1,5M; 1A C 1M; 2M; 2A D 0,6M; 2M; 2A

Định hướng tư duy giải:

+ Dung dịch sau điện phân hòa tan được    

Có đáp án là A rồi nên ta không cần làm trường hợp dung dịch sau điện phân chứa OH nữa

Ví dụ 5: Cho 14,625 gam NaCl vào 300 ml dung dịch Cu(NO3)2 1M thu được dung dịch X Tiến hànhđiện phân dung dịch X bằng điện cực trơ, màng ngăn xốp tới khi dung dịch giảm 26,875 gam thì ngừngđiện phân Cho m gam bột Fe vào dung dịch sau điện phân, kết thúc phản ứng thấy có khí NO thoát ra

(Sản phẩm khử duy nhất) và 0,6m gam hỗn hợp kim loại Giá trị gần nhất với m là:

Định hướng tư duy giải:

+ 0,6m là hỗn hợp kim loại nên Cu2  chưa bị điện phân hết.

Định hướng tư duy giải:

Bài toán này chỉ là ngược của các bài toán trên mà thôi

+ 5,7 gam là hỗn hợp kim loại nên Cu2  chưa bị điện phân hết

3 2

NaNO : 0,5V2V 0,05 0,5V

Định hướng tư duy giải:

Nhiều bạn nghĩ điện phân là kiểu bài tập khác bình thường nhưng thật chất nó cũng rất bình thường Với

kỹ thuật “Đi tắt đón đầu” các bạn sẽ thấy vẻ đẹp và sức mạnh của kỹ thuật này như thế nào

n 0,02 mol  n  0,015 mol  n  0,015 mol

Ta sẽ áp dụng kỹ thuật “Đi tắt đón đầu” với Ví dụ hỏi: Dung dịch sau điện phân có gì?

Có ngay:

4 BTDT

Định hướng tư duy giải:

Vì có hỗn hợp kim loại nên muối sau cùng là: Fe(NO3)2

3 2

Fe NO dien phan

Định hướng tư duy giải:

Khối lượng dung dịch giảm là của Cu và O2

BTKL

BTE 2

n  0,075 CuSO 0,75M

Ví dụ 10: Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l, sau một thời gian thuđược dung dịch Y vẫn còn màu xanh, có khối lượng giảm 8 gam so với dung dịch ban đầu Cho 16,8 gambột Fe vào Y, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 12,4 gam kim loại Giá trị của x là

Định hướng tư duy giải:

+ Dung dịch Y vẫn còn màu xanh nên Cu2  chưa bị điện phân hết

+ Khối lượng giảm 8 gam là Cu, O2

Ví dụ 11: Điện phân 200 ml dung dịch Fe(NO3)2 Với dòng điện một chiều cường độ dòng điện 1A trong

32 phút 10 giây thì vừa điện phân hết Fe2 , ngừng điện phân và để yên dung dịch một thời gian thì thuđược 0,28 gam kim loại Các phản ứng hoàn toàn, NO là sản phẩm khử duy nhất của N 5 Khối lượngdung dịch cuối cùng giảm là

Định hướng tư duy giải:

2

Fe BTE e

O

n 0,01 molIt

Định hướng tư duy giải:

Nước bắt đầu bị điện phân ở hai cực thì dừng lại và anot thu được hỗn hợp khí có nghĩa là H2O đã bị điệnphân ở anot còn bên catot Cu2  vừa hết

Ta có ngay

BTE 2

Định hướng tư duy giải:

2 e

Định hướng tư duy giải:

+ Cả catot và anot đều có khí và H2O vừa bị điện phân ở hai cực nghĩa là Cl bị điện phân vừa hết Cònbên catot đã có khí H2 bay ra

Ví dụ 15: Cho hỗn hợp X gồm CuO và NaOH có tỉ lệ số mol 1:1 tác dụng vừa đủ với dung dịch hỗn hợp

HCl 1M và H2SO4 0,5M thu được dung dịch Y chỉ chứa m gam hỗn hợp muối trung hòa Điện phân dungdịch Y với điện cực trơ màng ngăn xốp cường độ I = 2,68A đến khi khối lượng dung dịch giảm 20,225gam mất t giây thì dừng lại thu được dung dịch Z Cho m gam Fe vào dung dịch Z sau khi phản ứng kếtthúc thu được 0,9675m gam hỗn hợp 2 kim loại Giá trị của t là

Định hướng tư duy giải:

+ 0,9675m gam là hỗn hợp kim loại nên Cu2  chưa bị điện phân hết

+ Khối lượng kim loại giảm nên trong dung dịch phải có H vì nếu chỉ có Fe tác dụng với Cu2  thì khốilượng chất rắn phải tăng

Trong Y chứa gì? – Tất nhiên là

Định hướng tư duy giải:

Catot bắt đầu thoát khí (H2) nghĩa là Cu2  vừa hết

Ví dụ 19: Điện phân dung dịch chứa m gam muối AgNO3 với cường độ dòng điện I (ampe), sau thời gian

t (giây) thì AgNO3 điện phân hết, ngắt dòng điện, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn ta thu được 3,36lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm NO2 và O2, dung dịch Y và kim loại Ag Giá trị lớn nhất của m là

Ví dụ 20: Tiến hành điện phân (với điện cực trơ, hiệu suất 100% dòng điện có cường độ không đổi) dung

dịch X gồm 0,2 mol CuSO4 và 0,15 mol HCl, sau một thời gian điện phân thu được dung dịch Y có khốilượng giảm 14,125 gam so với khối lượng dung dịch X Cho 15 gam bột Fe vào Y đến khi kết thúc các

phản ứng thu được m gam chất rắn Biết các khí sinh ra hòa tan không đáng kể trong nước Giá trị của mlà

có) là NO duy nhất Giá trị mX mY gần nhất là?

Định hướng tư duy giải:

BÀI TẬP RÈN LUYỆN Câu 1: Hỗn hợp X gồm Fe(NO3)2 và KCl Cho 80,7 gam X tan hết vào H2O thu được dd Y Điện phândung dịch Y (có màng ngăn, điện cực trơ) đến khi H2O bắt đầu điện phân ở hai cực thì dừng điện phân.Thấy số mol khí thoát ra ở anot bằng 3 lần số mol khí thoát ra từ catot Lấy ½ dung dịch Y cho tác dụngvới dung dịch AgNO3 dư thu được y gam kết tủa Các phản ứng hoàn toàn Giá trị của y là:

Câu 2: Cho 7,76 gam hỗn hợp X gồm Fe và Cu (tỉ lệ số mol Fe : Cu = 7 : 6) tác dụng với dung dịch chứa

0,4 mol HNO3 thu được dung dịch Y và khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N 5) Tiến hành điện phândung dịch Y với điện cực trơ, cường độ dòng điện không đổi I = 9,65A trong thời gian t giây, thấy khốilượng catot tăng 4,96 gam (kim loại sinh ra bám hết vào catôt) Giá trị của t là

Câu 5: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 xM, KCl yM (điện cực trơ, màng ngăn) đến khinước bắt đầu điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng lại Dung dịch sau điện phân có khối lượng giảm 14 gam

so với dung dịch ban đầu và dung dịch này hòa tan tối đa 3,96 gam Zn(OH)2 Biết thời gian điện phân là

19300 giây Giá trị x, y, cường độ dòng điện là:

A 0,6M; 0,8M; 1,2A B 1M; 1,5M; 1A C 1M; 2M; 2A D 0,6M; 2M; 2A

Câu 6: Cho 14,625 gam NaCl vào 300 ml dung dịch Cu(NO3)2 1M thu được dung dịch X Tiến hành điệnphân dung dịch X bằng điện cực trơ, màng ngăn xốp tới khi dung dịch giảm 26,875 gam thì ngừng điệnphân Cho m gam bột Fe vào dung dịch sau điện phân, kết thúc phản ứng thấy có khí NO thoát ra (sản

phẩm khử duy nhất) và 0,6m gam hỗn hợp kim loại Giá trị gần nhất với m là:

Câu 7: Điện phân dung dịch chứa 0,2 mol NaCl và x mol Cu(NO3)2 với điện cực trơ, sau một thời gianthu được dung dịch X (vẫn còn màu xanh) và khối lượng dung dịch giảm 21,5 gam Cho thanh sắt vàodung dịch X đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy khối lượng thanh sắt giảm 1,8 gam và thấy thoát

ra khí NO duy nhất Giá trị của x là:

Câu 8: Điện phân dung dịch X chứa a mol CuSO4 và 0,15 mol KCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường

độ dòng điện không đổi) trong thời gian t giây thu được 2,24 lít khí ở anot (đktc) Nếu thời gian điện phân

là 2t giây thì tổng thể tích khí thu được ở 2 điện cực là 4,76 lít (đktc) Biết hiệu suất của quá trình điệnphân đạt 100% và các khí sinh ra không tan trong dung dịch Giá trị của a là:

Câu 9: Điện phân dung dịch chứa 0,15 mol Fe(NO3)3; 0,25 mol Cu(NO3)2 với điện cực trơ cường độ dòngđiện 2,68A trong 8 giờ thu được dung dịch X Lấy dung dịch X ra khỏi bình điện phân và để yên cho đếnkhi phản ứng kết thúc thu được dung dịch Y và có khí NO thoát ra Dung dịch Y có thể hòa tan tối đa baonhiêu gam Cu? (biết NO là sản phẩm khử duy nhất của các phản ứng trên)

Câu 10: Điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl và 0,05 mol CuSO4 bằng dòng điện một chiều có cường độ2A (điện cực trơ, có màng ngăn) Sau thời gian t giây thì ngừng điện phân, thu được khí ở hai điện cực cótổng thể tích là 2,352 lít (đktc) và dung dịch X Dung dịch X hòa tan được tối đa 2,04 gam Al2O3 Giả sửhiệu suất điện phân là 100%, các khí sinh ra không tan trong dung dịch Giá trị của t là

Câu 11: Điện phân dung dịch chứa 0,15 mol Fe(NO3)3; 0,25 mol Cu(NO3)2 với điện cực trơ cường độdòng điện 2,68A trong 8 giờ thu được dung dịch X Lấy dung dịch X ra khỏi bình điện phân và để yêncho đến khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch Y và có khí NO thoát ra Dung dịch Y có thể hòa tantối đa bao nhiêu gam Cu? (biết NO là sản phẩm khử duy nhất của các phản ứng trên)

(sản phẩm khử duy nhất) và 13,5 gam chất rắn Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn và hiệu suất của quátrình điện phân là 100% Giá trị của t là:

Câu 16: Có 2 đựng dung dịch điện phân, trong đó bình (1) đựng 20ml dung dịch NaOH 1,73M; bình (2)

đựng dung dịch gồm 0,225 mol Cu(NO3)2 và 0,2 mol HCl.Mắc nối tiếp bình (1) và bình (2) Điện phâncác dung dịch bằng dòng điện một chiều với cường độ dòng điện không đổi trong một thời gian Khidừng điện phân, tháo ngay catot ở các bình Sau phản ứng, thấy nồng độ NaOH ở bình (1) là 2M Chotiếp 14 gam bột Fe vào bình (2) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn không tan.Biết NO là sản phẩm khử duy nhất của N+5 Giá trị m là

Câu 17: Tiến hành điện phân (với điện cực trơ, hiệu suất 100% dòng điện có cường độ không đổi) dung

dịch X gồm 0,05 mol FeCl3,0,1 mol CuCl2 và 0,2 mol HCl, sau một thời gian điện phân thu được dungdịch Y có khối lượng giảm 8,525 gam so với khối lượng dung dịch X Cho 4,32 gam bột Mg vào Y đếnkhi kết thúc các phản ứng thu được m gam chất rắn Biết các khí sinh ra hòa tan không đáng kể trongnước Giá trị của m là:

Câu 18: Hòa tan hết 27,2 gam hỗn hợp rắn X gồm Fe3O4, Fe2O3 và Cu trong dung dịch chứa 0,9 mol HCl(dùng dư), thu được dung dịch Y có chứa 13,0 gam FeCl3 Tiến hành điện phân dung dịch Y bằng điệncực trơ đến khi ở catot bắt đầu có khí thoát ra thì dừng điện phân, thấy khối lượng dung dịch giảm 13,64gam Cho dung dịch AgNO3 dư vào dung dịch sau điện phân, kết thúc phản ứng thấy khí NO thoát ra (sảnphẩm khử duy nhất); đồng thời thu được m gam kết tủa Giá trị của m là:

A 116,85 gam B 118,64 gam C 117,39 gam D 116,31 gam

Câu 19: Điện phân 100 gam dung dịch X chứa 0,15 mol CuSO4 và a mol KCl (điện cực trơ, màng ngănxốp), đến khi nước bắt đầu bị điện phân ở cả hai điện cực thì ngừng, thu được dung dịch Y Dung dịch Yhòa tan tối đa 2,7 gam Al Giả sử hiệu suất điện phân là 100%, khí sinh ra không tan trong nước Nồng độphần trăm của K2SO4 trong Y là ?

Câu 20: Chia 1,6 lít dung dịch chứa Cu(NO3)2 và HCl thành hai phần bằng nhau Điện phân phần 1 (điệncực trơ) với cường độ dòng điện là 2,5A, sau t giây thu được 0,14 mol khí duy nhất ở anot Dung dịch sauđiện phân phản ứng vừa đủ với 550 ml dung dịch NaOH 0,8M và thu được 1,96 gam kết tủa Cho m gambột Fe vào phần 2 đến khi phản ứng hoàn toàn thu được 0,7m gam hỗn hợp kim loại và khí NO (sản phẩm

khử duy nhất ở đktc) Giá trị của m gần nhất với:

Câu 21: Điện phân 500 ml dung dịch hỗn hợp CuSO4 a mol/l và NaCl 1 mol/l với điện cực trơ, màngngăn xốp, cường độ dòng điện không đổi 5A trong thời gian 96,5 phút (hiệu suất quá trình điện phân là

100%, nước bay hơi không đáng kể) thu được dung dịch có khối lượng giảm so với ban đầu là 17,15 gam.Giá trị của a là

Câu 22: Hòa tan hết 8,56 gam hỗn hợp X gồm Fe3O4 và CuO trong 400 ml dung dịch HNO3 1M, kết thúccác phản ứng thu được dung dịch Y và 0,01 mol NO (sản phẩm khử duy nhất) Điện phân dung dịch Y(điện cực trơ, không màng ngăn, hiệu suất 100%) vói cường độ dòng điện không đổi 5A, trong 1 giờ 36phút 30 giây Khối lượng catot tăng lên và tổng thể tích khí thoát ra (đktc) ở hai điện cực khi kết thúc điệnphân lần lượt là:

A 1,28 gam và 2,744 lít B 3,8 gam và 1,400 lít.

C 3,8 gam và 2,576 lít D 1,28 gam và 3,584 lít.

Câu 23: Hòa tan 72 gam hỗn hợp gồm Fe2(SO4)3 và CuSO4 có tỉ lệ mol tương ứng là 2:1 vào bình đựng0,1 mol H2SO4 loãng thì thu được dung dịch X Tiến hành điện phân dung dịch X (với điện cực trơ) vớicường độ dòng điện 10A trong thời gian 4825 giây Khối lượng dung dịch sau điện phân giảm bao nhiêugam so với dung dịch trước điện phân? (giả sử trong quá trình điện phân nước bay hơi không đáng kể)

Câu 24: Điện phân với điện cực trơ (H = 100%) 100 gam dung dịch X chứa FeCl3 16,25%; HCl 3,65%

và CuCl2 13,5% trong 1 giờ 15 phút với cường độ dòng điện không đổi là 7,72 ampe thu được dung dịch

Y và thấy tổng thể tích các khí ở hai cực thoát ra ở đktc là V lít (biết khí sinh ra không tan trong nước vànước bay hơi không đáng kể) Giá trị của V là:

A 4,704 lít B 4,256 lít C 5,376 lít D 4,480 lít.

Câu 25: Điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) dung dịch X chứa CuSO4 và NaCl (có tỉ lệ moltương ứng 3:2) bằng dòng điện một chiều có cường độ 5 A, sau thời gian t giờ thu được dung dịch Y chứahai chất tan và thấy khối lượng dung dịch Y giảm 33,1 gam so với khối lượng của dung dịch X Dungdịch Y hòa tan tối đa 3,6 gam Al Giả sử khí sinh ra trong quá trình điện phân thoát hết ra khỏi dung dịch.Giá trị của t gần nhất với giá trị nào sau đây?

A x = 3y B x = 1,5y C y = 1,5x D x = 6y

Câu 28: Điện phân hỗn hợp 0,2 mol NaCl và a mol Cu(NO3)2 sau một thời gian thu được dung dịch X vàkhối lượng dung dịch giảm 21,5.Cho thanh sắt vào dung dịch X đến phản ứng hoàn toàn thấy khối lượngthanh sắt giảm 2,6 gam và thoát ra khí NO duy nhất.Tính a?

Câu 29: Điện phân với điện cực trơ dung dịch chứa 0,3 mol AgNO3 bằng cường độ dòng điện 2,68 ampe,trong thời gian t (giờ) thu được dung dịch X Cho 22,4 gam bột Fe vào dung dịch X thấy thoát ra khí NO(sản phẩm khử duy nhất) thu được 34,28 gam chất rắn Các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của t là

Câu 30: Điện phân dung dịch chứa 0,2 mol NaCl và x mol Cu(NO3)2 với điện cực trơ, sau một thời gianthu được dung dịch X và khối lượng dung dịch giảm 21,5 gam Cho thanh sắt vào dung dịch X đến khicác phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy khối lượng thanh sắt giảm 1,8 gam và thấy thoát ra khí NO duy nhất.Giá trị của x là:

Câu 31: Đế bảo vệ vật bằng sắt, người ta mạ Ni ở bề ngoài vật bằng cách điện phân dung dịch muối Ni2+

với điện cực catot là vật cần mạ, anot là một điện cực làm bằng Ni Điện phân với cường độ dòng điện1,93 ampe trong thời gian 20.000s Tính bề dày lớp mạ nếu diện tích ngoài của vật là 2dm2; tỉ trọng của

Ni là 8,9 g/cm3

Câu 32: Điện phân (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) dung dịch chứa đồng thời 0,15 mol

Cu(NO3)2 và 0,12 mol HCl trong thời gian t giờ với cường độ dòng điện không đổi 2,68A thì ở anot thoát

ra 0,672 lít khí (đktc) và thu được dung dịch X Dung dịch X hòa tan tối đa m gam bột sắt (sản phẩm khử

của NO3

là khí NO duy nhất) Giá trị của t và m lần lượt là

A 0,6 và 10,08 B 0,6 và 8,96 C 0,6 và 9,24 D 0,5 và 8,96

Câu 33: Điện phân với điện cực trơ (H = 100%) 100 gam dung dịch X chứa FeCl3 16,25%; HCl 3,65%

và CuCl2 13,5% trong 1 giờ 15 phút với cường độ dòng điện không đổi là 7,72 ampe thu được dung dịch

Y Khối lượng dung dịch Y thay đổi thế nào so với khối lượng dung dịch X (biết khí sinh ra không tantrong nước và nước bay hơi không đáng kể)?

A giảm 12,72 gam B giảm 19,24 gam C giảm 12,78 gam D giảm 19,22 gam Câu 34: Điện phân dung dịch X gồm x mol KCl và y mol Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp), khinước bắt đầu bị điện phân ở cả hai điện cực thì ngừng điện phân thu được dung dịch Y (làm quỳ tím hóaxanh), có khối lượng giảm 2,755 gam so với khối lượng dung dịch X ban đầu (giả thiết nước bay hơikhông đáng kể) Cho toàn bộ lượng Y trên tác dụng với dung dịch AgNO3 dư, kết thúc phản ứng thu được2,32 gam kết tủa Tỉ lệ x : y là