Xác định thế của điện cực Pt được nhúng trong dung dịch A.. cầu muối với điện cực Pt được nhúng trong dung dịch A.. a Viết sơ đồ pin, phản ứng điện cực và tính sức điện động ban đ
Trang 18 DẠNG 8: BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN Câu VI (3,0 điểm) lớp 10 chuyên Vĩnh Phúc
dung dịch A
a.Xác định giá trị pH của dung dịch A
b Xác định thế của điện cực Pt được nhúng trong dung dịch A.
cầu muối) với điện cực Pt được nhúng trong dung dịch A Hãy biểu diễn sơ đồ pin và viết phương trỡnh phản ứng xảy ra trong pin
Cho: pKa (HSO4-) 2,00 ; pKa (CH3 COOH) 4,76; (RT/F) ln = 0,0592lg ;
E0 (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0,77V; E0 (MnO 4 - /Mn 2+ ) = 1,51V; E0 (Br 2 /Br - ) = 1,085V;
C (KMnO4) =0,02M; C (FeBr2) =0,05M; C (H2SO4) =0,5M;
H2SO4 -> H+ + HSO4
-0,5
- 0,5 0,5
KMnO4 -> K+ + MnO4
-0,02
- 0,02 0,02
FeBr2 -> Fe2+ + 2Br
-0,05
- 0,05 0,05
Do E0 (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0,77V < E0 (Br 2 /Br - ) = 1,085V< E0 (MnO 4 - /Mn 2+ ) = 1,51V
Nên các phản ứng xảy ra theo thứ tự:
5Fe2+ + MnO4- + 8H+ -> 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O K1 = 1062,5 >>
Bđ 0,05 0,02 0,5
Sau - 0,01 0,42 0,05 0,01
10Br- + 2MnO4- + 16H+ -> 5Br2+ Mn2+ + 8H2O K2 = 1071,8
>>
Bđ 0,1 0,01 0,42
Sau 0,05 - 0,34 0,025 0,02
Vì K1, K2 rất lớn nên nồng độ MnO4-, Fe2+ là rất không đáng kể
TPGH : Fe3+ = 0,05M; Mn2+ = 0,02M; H+ = 0,34M; K+ = 0,02M; Br2 = 0,025M;
HSO4- = 0,5M; Br- = 0,05M
Xét cân bằng:
HSO4- = H+ + SO42- Ka = 10-2
0,5 0,34
[] 0,5 – x 0,34 + x x
Ka = x.(0,34+x)/(0,5 - x) => x = 0,0137M => [H+] = 0,3537M
pHA = 0,4514
0,25
0,25
0,25
0,25 0,25
Br2 + 2e = 2Br
-Có E (Br 2 /Br - ) = E0 (Br 2 /Br - ) + (0,0592/2) Lg([Br2]/[Br-]2)
H 2
Trang 2Cùc Hi®ro: 2 H+ + 2e = H2
CH3COOH = H+ + CH3COO– ; K a = 10-4,76
C 0,01
[ ] 0,01 - x x x
x2/(0,01-x) = 10-4,76 x = [H+] = 4,08.10-4 M pH = 3,39
E (H2/CH3COOH) = - 0,0592 pH = - 0,0592 3,39 = - 0,2006 (V)
*Ta có E (Br 2 /Br - ) > E (H 2 /1=2H +) => điện cực Pt nhúng trong dung dịch A là
cực dương; điện cực hiđro là cực âm
*Sơ đồ pin: (anot) (-) (Pt) H2(PH2 = 1 atm)/CH3COOH // dd A / Pt (+) (catot)
* Phản ứng xảy ra trong pin:
Catot: Br2 + 2e -> 2Br
Anot: H2 + 2CH3COO- -> 2CH3COOH + 2e
Phản ứng xảy ra trong pin: H2 + Br2 + 2CH3COO- = 2CH3COOH + 2Br-
0,5
0,25 0,25
0,25
Câu 4: (Phản ứng oxi hóa khử và điện phân , 2 điểm ) lớp 10 chuyên Thái Bình
Một pin điện tạo bởi : một điện cực gồm tấm Cu nhúng trong dung dịch CuSO4 0,5 M, điện cực thứ hai là một dây Pt nhúng trong dung dịch Fe2+, Fe3+ với lượng [Fe3+] = 2[Fe2+] và một dây dẫn nối
Cu với Pt
a) Viết sơ đồ pin, phản ứng điện cực và tính sức điện động ban đầu của pin
b) Cho rằng thể tích dung dịch CuSO4 khá lớn, xác định tỷ số
3 2
Fe Fe
khi pin ngừng hoạt động
c) Trộn ba dung dịch: 25 ml Fe(NO3)2 0,1 M ; 25 ml Fe(NO3)3 1,0 M ; 50 ml AgNO3 0,6 M và thêm một số mảnh Ag vụn Xác định chiều phản ứng và tính giá trị tối thiểu của tỷ số
3 2
Fe Fe
để phản ứng đổi chiều?
Cho : E0(Cu2+/Cu) = 0,34 V ; E0(Fe3+/Fe2+) = 0,77 V ; E0(Ag+/Ag) = 0,8 V
Hướng dẫn giải:
(1đ)a) Theo phương trình Nernst: E(Cu2+/Cu) = 0,34 + 0,059
E(Fe3+/Fe2+) = 0,77 + 0,059
2 lg
3 2
Fe Fe
So sánh thấy E(Fe3+/Fe2+) > E(Cu2+/Cu) ® Cực Pt là cực dương, cực Cu là cực âm
Sơ đồ pin : (-) Cu ç Cu2+ (0,5 M) çç Fe2+ ; Fe3+ ç Pt (+)
Trang 3Phản ứng điện cực : - ở cực Cu xảy ra sự oxihóa : Cu ® Cu2++ 2e
- ở cực Pt xảy ra sự khử : Fe3+ + e ® Fe2+
Phản ứng chung : Cu + 2Fe3+ ® Cu2+ + 2Fe2+
Sức điện động của pin = 0,788 - 0,331 = 0,457 V
(0,5đ)b) Khi pin ngừng hoạt động thì sức điện động E = E(Fe3+/Fe2+) - E(Cu2+/Cu) = 0
Do thể tích dung dịch CuSO4 khá lớn nên coi nồng độ Cu2+ không đổi và = 0,5
Khi đó 0,77 + 0,059lg
3 2
Fe Fe
= E(Cu2+/Cu) = 0,331 V ®
3 2
Fe Fe
= 4,8 10-8
(0,5đ)c) Tổng thể tích = 100 mL
® [Fe2+] = 0,025 M ; [Fe3+] = 0,25M; [Ag+] = 0,3 M
E(Fe3+/Fe2+) = 0,77 + 0,059 lg 0,25
0,025= 0,829 V
E(Ag+/Ag) = 0,8 + 0,059 lg 0,3 = 0,769 V So sánh thấy E(Fe3+/Fe2+) > E(Ag+/Ag)
nên phản ứng xảy ra theo chiều Fe3+ + Ag ® Fe2+ + Ag+
Để đổi chiều phản ứng phải có E(Fe3+/Fe2+) < E(Ag+/Ag)
® 0,77 + 0,059 lg
3 2
Fe Fe
< 0,769 ®
3 2
Fe Fe
> 0,9617
Câu 5 Phản ứng oxi hóa khử - Điện phân (2,5 điểm) ) lớp 10 chuyên Hạ Long- Quảng Ninh
1 Cho Eo(Ag+/Ag) = 0,799 (V); Eo(Cu2+/Cu) = 0,337 (V) TAgCl = 10-10
Tính hằng số cân bằng của phản ứng : 2AgCl + Cu → 2Ag + Cu2+ + 2Cl-
2 Tính nồng độ ban đầu của HSO4- biết rằng ở 25oC, suất điện động của pin
Pt | I- 0,1 (M) I3- 0,02 (M) || MnO4- 0,05 (M) Mn2+ 0,01 (M) HSO4-C (M) | Pt
có giá trị 0,824 (V)
Cho Eo(MnO4-/Mn2+) = 1,51 (V); Eo(I3-/3I-) = 0,5355 (V)
-4
HSO
K = 10-2
Lời giải:
Đáp án
1
K =10
1x Cu → Cu + 2e K =102-1 -2E (Cu /Cu)/0,0592o 2+
2AgCl + Cu → 2Ag + Cu2+ + 2Cl
2 -1 2(E (AgCl/Ag) - E (Cu /Cu))/0,0592
1 2
K=K xK =10
Trong đó Eo(AgCl/Ag) được tính từ sự tổ hợp các cân bằng sau:
0,5 điểm
Trang 4Ag+ + e → Ag K =103 E (Ag /Ag)/0,0592o +
1
→ Eo(AgCl/Ag) = Eo(Ag+/Ag) – 0,0592x10 = 0,207 (V)
Vậy K = 102(0,207 – 0,337)/0,0592 = 10-4,39
0,5 điểm
Ephải = Eo(MnO4-/Mn2+) +
4 2+
0,0592 [MnO ].[H ] 0,0592 0,05.[H ]
Ở điện cực trái: 3I- → I3- + 2e
Etrái = Eo(I3-/3I-) +
-3
[I ]
Epin = Ephải - Etrái
lg(5.[H ] ) -0,574 2
→ [H+] = 0,054 (M)
0,5điểm
0,5điểm
Mặt khác từ cân bằng
HSO4- → H+ + SO4- Ka = 10-2
Co C
[ ] C – [H+] [H+] [H+]
-2
+
[H ] (0,054) 10
C 0,054
C [H ]
-4
HSO
0,5điểm
Câu 7 (2,0 điểm) ) lớp 10 chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm- Quảng Nam
Điện phân 500 ml dung dịch Y gồm: AgNO3 0,1M, Ni(NO3)2 0,5M, HNO3 0,1M ở 250C
1 Cho biết thứ tự điện phân ở catot
2 Tính điện thế phù hợp cần đặt vào catot để quá trình điện phân có thể xảy ra.
3 Tính khoảng thế đặt ở catot phù hợp để tách ion Ag+ ra khỏi dung dịch Coi một ion được tách hoàn toàn khi nồng độ ion đó trong dung dịch nhỏ hơn 10-6M
Trang 54 Dùng dòng điện có hiệu thế đủ lớn, có I = 5A điện phân dung dịch Y trong thời gian 1,8228 giờ
thu được dung dịch X Tính thế của điện cực khi nhúng thanh Ni vào X, coi thể tích dung dịch thay đổi
không đáng kể và bỏ qua sự tạo phức hiđroxo của Ni2+
Cho: Eo(Cu2+/Cu) = 0,337 (V), Eo(Ag+/Ag) = 0,799 (V) ,Eo(Ni2+/Ni) = -0,233 (V)
Eo(2H+/H2) = 0,000 (V) 2,302 RT/F = 0,0592 F = 96500 C/mol
Đáp án
1 Cực âm (catot):
E(Ag+/Ag) = Eo(Ag+/Ag) + 0,0592lg [Ag+] = 0,799 + 0,0592 lg 0,1 = 0,7398 (V)
E(Ni2+/Ni) = Eo(Ni2+/Ni) + 0,0592
2+] = -0,233 + 0,0592
E(2H+/H2) = Eo(2H+/H2) + 0,0592lg [H+] = -0,0592 (V)
Nhận thấy: E(Ag+/Ag)> E(2H+/H2)> E(Ni2+/Ni)
Vậy thứ tự điện phân ở catot:
Ag+ + 1e ® Ag0
2H+ + 2e ® H2
Ni2+ + 2e ® Ni0
2H2O + 2e ® H2 + 2OH
-2 Điện thế phù hợp cần đặt vào catot để quá trình điện phân có thể xảy ra:
E< E(Ag+/Ag) = 0,7398 (V)
3 Khi ion Ag+ được tách:
E'(Ag+/Ag) = Eo(Ag+/Ag) +0,0592lg [Ag+]
= 0,799 + 0,0592 lg 10-6 = 0,4438 (V)
[Ag+]= 10-6 rất nhỏ, coi như toàn bộ Ag+ đã điện phân
4Ag+ + 2H2O ® 4Ag + O2 + 4H+
C0 0,1M 0,1M
TPGH: - 0,1 0,2M
E'(2H+/H2) = Eo(2H+/H2) + 0,0592lg [H+] = -0,0592lg0,2 = -0,0414 (V)
Khi catot có thế là -0,0414V thì H+ bắt đầu điện phân
Vậy khoảng thế phù hợp để tách Ag+ ra khỏi dung dịch:
-0,0414 (V) < Ecatot < 0,4338 (V)
4 ne = It
5.1,8228.3600
0,34
n0 (Ag+) = 0,05 mol n0 (Ni2+) = 0,25 mol n0 (H+) = 0,05 (mol)
Trang 64Ag+ + 2H2O ® 4Ag + O2 + 4H+
(1) 0,05 0,05 ne = 0,05
2H+ + 2e ® H2 (2)
0,1 0,1 ne = 0,1
Ni2+ + 2e ® Ni0
(3) 0,095 0,19
Số mol e trao đổi ở (3) = 0,34 -0,15 = 0,19 (mol)
n(Ni2+) = 0,25 -0,095 = 0,155 (mol) => [Ni2+] = 0,31 (M)
Vậy thế của thanh Ni nhúng vào dung dịch X sau điện phân:
E(Ni2+/Ni) = Eo(Ni2+/Ni) + 0,0592
2+]
= -0,233 + 0,0592
Câu 7: Phản ứng oxi hóa khử - Điện phân (lớp 10 chuyên Biên Hoà- Hà Nam)
trong 200ml dung dịch gồm Cu(NO3)2 0,020M, Co(NO3)2 1,00M, HNO3 0,01M
1 Viết phương trình các nửa phản ứng có thể xảy ra trên catot và anot trong quá trình điện phân
cực của bình điện phân Hãy cho biết hiện tượng xảy ra và viết phương trình phản ứng minh họa
nhất trên catot (coi quá trình điện phân là hoàn toàn khi nồng độ của ion bị điện phân còn lại trong dung dịch là 0,005% so với nồng độ ban đầu)
dung dịch không thay đổi trong suốt quá trình điện phân
Cho
Hằng số Faraday F = 96500 C.mol-1, ở 250C
Hướng dẫn giải:
Trang 7Bài 9 (lớp 10 chuyên Bắc Giang)
Điện phân dd KCl hai giờ ở 80°C trong một bình điện phân với điện áp là 6V và cường độ dòng điện 2A Sau khi điện phân, CO2 được dẫn qua dung dịch đến khi bão hòa Sau đó, cô cạn cẩn thận cho nước bay hơi thấy có cặn trắng Phân tích cho thấy trong cặn đó có mặt ba muối chúng là những muối gì?
Thí nghiệm 1: lấy m (g) hỗn hợp chứa các muối trên hòa tan trong nước, axit hoá bằng axit nitric
tạo ra khí và chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch AgNO3 0,1M hết 18,80 ml
Thí nghiệm 2: m (g) hỗn hợp này được đun nóng đến 600°C (hỗn hợp nóng chảy), làm lạnh lần
nữa và khối lượng mẫu rắn còn lại (m - 0,05) g Kiểm tra mẫu rắn thấy một muối ban đầu vẫn giữ nguyên nhưng hai muối kia đã chuyển thành hai muối mới
Thí nghiệm 3: lấy (m - 0,05) g của mẫu rắn còn lại hòa tan trong nước và axit hóa với axit nitric.
ml
a Viết các phương trình phản ứng hóa học xảy ra Hai muối biến mất và hai muối mới hình thành là gì?
b Xác định khối lượng của 3 muối trong hỗn hợp rắn ban đầu và 3 muối trong phần nóng chảy
Hướng dẫn giải:
đp 2KCl 2H O 2 ®2KOH Cl 2 H 2
o t 6KOH 3Cl 2 KClO 3 5KCl 3H O 2
®
Ba muối là KCl, KHCO3 và KClO3
KHCO3 và KClO3 bị phân hủy; KClO4 và K2CO3 được hình thành
Phản ứng với AgNO3:
Ag+ + Cl- → AgCl Khi nung ở 600oC:
o t
o t
Khối lượng giảm sau khi nung = mCO2 mH O2 = m-(m-0,05) = 0,05 gam
2 3
K CO
H O CO KHCO
1
2
→ mK CO2 3= 138 x 8,06x10-4 = 0,111 (gam)
→ mKHCO3= 2x8,06x10-4 x100 = 0,161(g)
KCl Cl Ag
n n - n = 18,8x0,1x10-3 = 1,88x10-3(mol)
→ mKCl=74,5x1,88x10-3 = 0,140 (gam)
Sau khi nung:
KCl Cl Ag
n n - n = 33,05x0,1x10-3 = 3,305x10-3(mol)
KCl
KCl
n (do KClO3 phân hủy ra) = 3,305x10-3 - 1,88x10-3 = 1,425x10-3(mol)
3
KClO
n = 4xnKCl = 5,7x10-3(mol) → mKClO3=122,5x5,7x10-3 = 0,698 (gam)
Trang 8KClO KCl
→mKClO4= 138,5x4,275 x 10-3 = 0,592 (gam)
Vậy khối lượng của 3 muối trước khi nung:
KCl
m = 0,140 gam; mKClO3= 0,698 gam; mKHCO3= 0,161gam.
Khối lượng của 3 muối sau khi nung:
KCl
m = 0,246 gam; mKClO4= 0,592 gam; mK CO2 3= 0,111gam.
Câu 7: (Phản ứng oxi hóa – khử, điện phân) chuyên 10 Bắc Ninh
1 Tính sức điện động của pin:
Pt, H2 (1atm) HCl 0,02M, CH∣ HCl 0,02M, CH 3COONa (0,04M) AgCl, Ag∣ HCl 0,02M, CH Cho: E0AgCl/Ag 0 , 222 V ; KCH COOH 1 , 8 10 5.
3
-
2 Tiến hành điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) một dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl cho tới khi H2O bắt đầu bị điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng lại Ở anốt thu được 0,448 lít khí (ở đktc) Dung dịch sau điện phân có thể hòa tan tối đa 0,68 gam Al2O3
a Tính khối lượng của m
b Tính khối lượng catốt tăng lên trong quá trình điện phân
Hướng dẫn giải:
Câu 7: (Phản ứng oxi hóa – khử, điện phân)
1.Ta có : (-) H2 - 2e = 2H+
(+) AgCl + 1e = Ag + Cl
-2AgCl + H2 → 2Ag + 2Cl- + 2H+
CH3COO- + H+ = CH3COOH
[ ] 0,02 - 0,02
CH3COOH CH⇄ CH 3COO- + H+
C 0,02 0,02
[ ] 0,02 - x 0,02 + x x
x 0,02 x
1,8.10 0,02 x
-
-x<< 0,02 → x = 1,8.10-5
→ pin:
-3
3
Cl 0,02M, CH COO 0,02M
H 1,8.10 M, CH COOH 0,02M
0
P AgCl / Ag
1
Cl
2
2
2 0
T 2 H / H
H
H 0,059
-2 (1 điểm):
Trong dung dịch có các ion Cu2+; SO42-; Na+; Cl
-Khi điện phân giai đoạn đầu:
Cu 2+ +2e -> Cu 2Cl - -> Cl2 + 2e
Sau điện phân thu được dung dịch B, hoà tan được Al2O3 vậy dd B có axit hoặc kiềm:
Trang 9(TH1): nNaCl < 2nCu SO4
Sau (1)CuSO4 dư
Khi nước bắt đầu điện phân ở hai điện cực thì Cu2+ hết
102
68 , 0
= 0,02mol
2
O
n = n CuSO4
2
1
= 0,01 Theo PT (1) nCl 2 = nCuSO 4 = 0,02 - 0,01 = 0,01
NaCl
n = nCl2 = 0,02
4
CuSO n
m = 160.0,03 + 58,5.0,02 = 5,97(gam)
mcatốt tăng = mCu = 1,92 (g)
(TH2): nNaCl > 2nCu SO4
Sau (1) NaCl dư:
đp ngăn
Hoặc có thể viết Pt tạo ra Na[Al(OH)4]
Theo phương trình (4, 5): nNaCl = 2nAl2O3 = 2
102
68 , 0
=
3
04 , 0
nCuSO 4 đầu =
3
02 , 0
n NaCl đầu =
3
08 , 0
mCu bám catốt = 64
3
02 , 0
(g)
Câu 8 THPT Chu Văn An- Hà Nội
Muối KClO4 được điều chế bằng cách điện phân dung dịch KClO3 Thực tế khi điện phân ở một điện cực, ngoài nửa phản ứng tạo ra sản phẩm chính là KClO4 còn đồng thời xẩy ra nửa phản ứng phụ tạo thành một khí không màu Ở điện cực thứ hai chỉ xẩy ra nửa phản ứng tạo ra một khí duy nhất Hiệu suất tạo thành sản phẩm chính chỉ đạt 60%
1 Viết ký hiệu của tế bào điện phân và các nửa phản ứng ở anot và catot
2 Tính điện lượng tiêu thụ và thể tích khí thoát ra ở điện cực (đo ở 250C và 1atm) khi điều chế được 332,52g KClO4
Cho F = 96500; R = 0,082 atm.lít/mol.K; H = 1; O = 16; Cl = 35,5; K = 39
Hướng dẫn giải:
1 Kí hiệu của tế bào điện phân: Pt ç KClO3 (dd) ç Pt
Phản ứng chính: anot: ClO3- - 2e + H2O ® ClO4 - + 2H+
Phản ứng phụ: anot: H2O - 2e ® 2H+ +
2
1
O2
H2O ®
2 1
O2 + H2
Trang 102 M KClO4
138,5 g/mol
mol 4 , 2 551 , 138
52 , 332
q = I.t = 2,4.F.100/60 = 8F = 772000 C
Khí ở catot là hydro: nH 2
=
mol mol
F
F
4 /
2
8
VH2 = nRT/P = 97,7 lít Khí ở anot là oxy: điện lương tạo ra O2 = 8 F 0,4 = 3,2 F
nO 2 = 3,2F/4F = 0,8 mol
VO2 = 19,55 lít
Câu 7: Phản ứng oxi hóa khử - Điện phân (lớp 10 chuyên Biên Hoà- Hà Nam)
trong 200ml dung dịch gồm Cu(NO3)2 0,020M, Co(NO3)2 1,00M, HNO3 0,01M
1 Viết phương trình các nửa phản ứng có thể xảy ra trên catot và anot trong quá trình điện phân
2 Khi 10% lượng ion kim loại đầu tiên bị điện phân, người ta ngắt mạch điện và nối đoản mạch hai cực của bình điện phân Hãy cho biết hiện tượng xảy ra và viết phương trình phản ứng minh họa
3 Xác định khoảng thế của nguồn điện ngoài đặt vào catot để có thể điện phân hoàn toàn ion thứ nhất trên catot (coi quá trình điện phân là hoàn toàn khi nồng độ của ion bị điện phân còn lại trong dung dịch là 0,005% so với nồng độ ban đầu)
dung dịch không thay đổi trong suốt quá trình điện phân
Cho
Hằng số Faraday F = 96500 C.mol-1, ở 250C
Hướng dẫn giải:
7.1 Các quá trình có thể xảy ra trên catot:
Quá trình xảy ra trên anot: 2H2O
7.2