Định nghĩa : Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch các chất điện li ; bao gồm điệ
Trang 1BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN PHÂN
Lê Thanh Phong
Lớp 2010A - Khoa Hóa - ĐHSP Huế
I Định nghĩa :
Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra
ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều
đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch các
chất điện li ; bao gồm điện phân nóng chảy và
điện phân dung dịch chất điện li trong nước ( điện
phân dung dịch )
II Quá trình điện phân dung dịch :
1 Nguyên tắc cạnh tranh :
1.1 Ở catot (-) : nếu có nhiều chất oxi hóa thì
chất nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ tham gia
nhận e trước
Thứ tự nhận e ở catot ( theo chiều tăng dần tính
oxi hóa ) :
K+, Ba2+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+( kim loại nhẹ )
H2O, Zn2+, Fe2+, Cd2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+,
Fe3+, Hg2+, Ag+, Pt2+, Au3+ ( kim loại nặng )
Các cation kim loại nặng bị điện phân theo thứ
tự từ phải qua trái : Mn+ + ne → M Đặc biệt
H+ của axit bị điện phân : 2H+ + 2e → H2
H+ của nước bị điện phân :
2H2O + 2e → 2OH- + H2
Các cation kim loại nhẹ không bị điện phân
mà thay vào đó là sự điện phân H+ của nước
1.2 Ở anot (+): nếu có nhiều chất khử thì chất
nào có tính khử mạnh hơn sẽ tham gia nhường e
trước
Thứ tự nhường e ở anot ( theo chiều tính khử tăng
dần ):NO3-, SO42-, PO43-, ClO4-, F-, H2O, RCOO-,
Cl-, Br-, I- , S2-
Các anion gốc axit không chứa oxi bị điện
phân theo thứ tự từ phải sang trái :
S2- →S + 2e
2X- →X2 + 2e (halogen )
Kế tiếp là : RCOO- →R-R + 2CO2 + 2e
OH- của bazơ : 4OH- →2H2O + O2 + 4e
OH- của nước : 2H2O→4H+ + O2 + 4e
Các anion gốc axit có chứa oxi ( trừ RCOO- )
không bị điện phân mà thay vào đó là OH- của
nước sẽ bị điện phân
2 Nguyên tắc bảo toàn : tổng số mol e nhường
ở anot bằng tổng số mol e nhận ở catot
III Định luật Faraday và một số lưu ý :
1 Công thức Faraday : m =
nF AIt
=> hệ quả - số mol e trao đổi :ne =
96500
It
( * ) với t có đơn vị là s
2 Một số lưu ý :
- Khối lượng dung dịch trước và sau điện phân : mdd sau = ∑mdd đầu - mkết tủa - mkhí
- Chất rắn thoát ra có thể là kim loại (có thể là kết tủa của một kim loại hoặc có cả hai )
- Chất khí thoát ra sau điện phân gồm cả khí thoát
ra ở anot và catot ( trừ khí gây ra phản ứng phụ, tạo sản phẩm tan trong dung dịch )
- Điện phân dung dịch một muối cho đến khi catot bắt đầu có khí thoát ra nghĩa là điện phân dung dịch muối hoàn toàn
- Nếu đề bài cho 2 yêu tố cường độ dòng điện và thời gian điện phân thì ta áp dụng công thức (*) thay cho công thức Faraday, rồi biện luận tiếp trật
tự điện phân để đi đến kết quả bài toán
II BÀI TẬP VÍ DỤ :
Ví dụ 1 : Viết phương trình điện phân dung dịch
AgNO3
Catot(-) [ Ag+ , H2O ] Anot(+) [ NO3-, H2O ]
Ag+ + e → Ag 2H2O→4H+ + O2 + 4e
=> Phương trình điện phân : 4AgNO3 + 2H2O →dp−cmn 4Ag + 4HNO3 + O2
Ví dụ 2 : Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4
dùng hai điện cực trơ và dòng điện 1 chiều cường
độ I = 1A đến khi ở catot bắt đầu có bọt khí thoát
ra thì dừng lại Dung dịch sau điện phân có pH
=1 Biết hiệu suất phản ứng điện phân là 100% Tính thời gian điện phân và nồng độ mol của dung dịch CuSO4
Hướng dẫn giải :
Vì điện phân đến khi catot bắt đầu có bọt khí thoát
ra nên Cu2+ đã điện phân xong
pH = 1 ⇒[H+] = 0,1M ⇒nH+= 0,01 mol
Catot : Cu2+ +2e → Cu 0,005←0,01
Anot : 2H2O→4H+ + O2 + 4e 0,01→ 0,01
Ta có : ne = (1.t)/96500 => t = 965 (s) nCu2+= 0,005 mol ⇒CM(CuSO4) = 0,05M
1
Trang 2-III BÀI TẬP:
Câu 1 : Điện phân 500 ml dung dịch CaCl2 với
điện cực platin có màng ngăn thu được 123 m khí
(27oC và 1atm) ở anot Tính pH của dung dịch sau
điện phân, coi thể tích dung dịch thay đổi không
đáng kể ( Đ/s : pH = 12,3 )
Câu 2 : Điện phân 200 ml dung dịch Cu(NO3)2
aM đến khi bắt đầu có khí thoát ra ở catot thì
dừng lại Để yên dung dịch sau điện phân đến khi
khối lượng của catot không đổi thì thấy có 3,2
gam kim loại bám vào catot Tính a ( Đ/s : 1M )
Câu 3 : Điện phân dung dịch có chứa Fe(NO3)3 và
Cu(NO3)2 sau một thời gian ngừng điện phân khi
dung dịch vừa hết màu xanh thu được 0,168 lit khí
(đktc) tại anot, khối lượng dung dịch giảm 0,88
gam Tính khối lượng từng muối có trong dung
dịch trước điện phân
Câu 4 :Điện phân 100ml dung dịch Fe2(SO4)3 1M
(điện cực trơ), với cường độ dòng điện I = 2,68A
trong thời gian t giờ thì bắt đầu có khí thoát ra ở
catot (hiệu suất của quá trình điện phân là 100%)
Giá trị của t là bao nhiêu ?
Câu 5: Điện phân với điện cực trơ dung dịch hỗn
hợp chứ HCl và 7,8 gam MCl2 đến khi hết M2+
thấy ở anot có 2,464 lit khí Cl2 và ở catot lúc đầu
có 1,12 lit khí H2 thoát ra, sau đó đến kim loại M
thoát ra Hiệu suất phản ứng điện phân là 100%
Công thức của muối là :
A FeCl2 B ZnCl2 C CdCl2 D NiCl2
Câu 6: Điện phân dung dịch hỗn hợp hai muối
CuCl2 và FeCl2 với cường độ dòng điện không đổi
I = 2A trong 48 phút 15 giây, ở catot thấy thoát ra
1,752 gam kim loại Khối lượng Cu thoát ra là bao
nhiêu gam :
A 0,576 B 0,408 C 1,344 D 1,176
Câu 7 : Chất rắn B gồm 0,84 gam Fe và 1,92 gam
Cu tác dụng hết với Cl2 dư sau đó lấy sản phẩm
hòa tan trong nước được dung dịch E Điện phân
E với điện cực trơ tới khi ở anot thu được 504 ml
khí (đktc) H = 100% Khối lượng catot tăng lên
bao nhiêu gam :
A 1,41 B 0,96 C 1,14 D 0,84
Câu 8 : Điện phân dung dịch chứa 0,02 mol
FeSO4 và 0,06 mol HCl với I = 1,34A trong 2h
(điện cực trơ, màng ngăn) Bỏ qua sự hòa tan của
khí clo trong nước, coi hiệu suất điện phân là
100% Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể
tích khí (đktc) thoát ra ở anot là :
A 11,2 gam và 8,96 lit B 1,12 gam và 0,896 lit
C 5,6 gam và 4,48 lit D 0,56 gam và 0,448lit
Câu 9 : Dung dịch X chứa HCl, CuSO4 và
Fe2(SO4)3 Lấy 400ml dung dịch X đem điện phân
(điện cực trơ) với I = 7,72A đến khi ở catot được 0,08 mol Cu thì dừng lại Khi đó ở anot có 0,1 mol một chất khí bay ra Thời gian điện phân và nồng độ mol/lit của Fe2+ lần lượt là :
A 2300s và 0,10M B 2500s và 0,10M
C 2300s và 0,15M D 2500s và 0,15M
Câu 10 : Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực
trơ, sau một thời gian thu được 0,32 gam Cu ở catot và một lượng khí X ở anot Hấp thụ hoàn toàn lượng khí X trên vào 200 ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường) Sau phản ứng nồng độ NaOH còn lại là 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể) Nồng độ ban đầu của dung dịch NaOH là :
A 0,15M B 0,20M C 0,10M D 0,05M
Câu 11 : Điện phân 100ml dung dịch chứa NaCl
với điện cực trơ, có màng ngăn với I = 1,93A Thể tích dung dịch sau điện phân xem như không đổi
và hiệu suất phản ứng điện phân 100% Thời gian điện phân để được dung dịch có pH = 12 là :
A 50s B 100s C 150s D 200s
Câu 12 : Điện phân 200 ml dung dịch gồm
AgNO3 0,1M và Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ, cường độ dòng điện I = 5 A, trong thời gian 19 phút 18 giây Khối lượng dung dịch sau điện phân giảm m gam Tính m, biết hiệu suất điện phân là
80 % , bỏ qua sự bay hơi của nước
A 3,92g B 3,056g C 6,76g D 3,44g
Câu 13 : Điện phân 100ml dung dịch chứa
AgNO30,2M và Cu(NO3)20,1M với I=2A Tính thời gian (t) điện phân để kết tủa hết Cu
A 490s B 965s C 1505s D 1930s
Câu 14 : Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4
0,50M và Na2SO4 0,10M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ 10A trong 35 phút
23 giây Dung dịch sau điện phân có khả năng hoà tan m gam Fe3O4 Giá trị lớn nhất của m là :
A 5,800 B 6,380 C 6,960 D 6,496
Câu 15 : Tiến hành điện phân có màng ngăn xốp
500 ml dung dịch chứa hỗn hợp HCl 0,02 M và NaCl 0,2 M sau khi ở anot giải phóng 0,448lít khí đktc Cần bao nhiêu ml dd HNO3 để trung hòa hết dung dịch sau điện phân :
A 200 B 250 C 400 D 300
Câu 16 : Mắc nối tiếp 2 bình điện phân : bình (1)
chứa dung dịch MCl2 và bình (2) chứa dung dịch AgNO3 Sau 3 phút 13 giây thì ở catôt bình (1) thu được 1,6 gam kim loại còn ở catôt bình (2) thu được 5,4 gam kim loại Cả hai bình đều không thấy khí ở catôt thoát ra Kim loại M là :
A Zn B Cu C Ni D Pb
2