Giải nhanh, chuyên sâu bài toán điện phân và ứng dụng

- Trong các đề thi học sinh giỏi tỉnh và quốc gia thông thường cũng hay có bài toán điện phân, theo thống kê của chúng tôi từ năm 2000 trở về đây có ít nhất một câu trong đề thi quốc gia

MỤC LỤC

PHẦN 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Lí do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu 1

1.4 Phương pháp nghiên cứu 1

PHẦN 2 2

NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2

2.1 Tình hình thực tế và biện pháp thực hiện 2

2.1.1 Tình hình thực tế trước khi thực hiện đề tài 2

2.1.2 Biện pháp thực hiện đề tài 2

2.2 Nội dung 2

2.2.1 Lí thuyết 2

2.2.2 Một số ví dụ minh họa 6

2.2.3 Một số lí thuyết mở rộng về điện phân và ứng dụng 20

2.2.4 Cơ sở thực nghiệm 23

PHẦN 3 25

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 25

- Môn hoá học trong đề THPT quốc gia, tốt nghiệp THPT quốc gia đượcthi theo hình thức trắc nghiệm khách quan nhiều lựa chọn 100% Điều đó cũngđồng nghĩa trong vòng 50 phút, học sinh phải thật bình tĩnh để lựa chọn phương

án trả lời tối ưu trong thời gian ngắn nhất Nắm bắt được điều đó, các giảng viênđại học, cao đẳng, các chuyên gia và các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm đã xuấtbản rất nhiều sách và tài liệu tham khảo về các phương pháp giải nhanh trắcnghiệm

- Thông qua các đề thi hiện nay chúng tôi nhận thấy trong đề thi THPT quốc gia, tốt nghiệp THPT quốc gia hay có 1 đến 2 câu liên quan đến điện phân Đây là dạng toán khó mà học sinh hay bị lúng túng xử lí để có đáp án đúng

- Trong các đề thi học sinh giỏi tỉnh và quốc gia thông thường cũng hay

có bài toán điện phân, theo thống kê của chúng tôi từ năm 2000 trở về đây có ít

nhất một câu trong đề thi quốc gia liên quan đến điện phân-pin điện.

- Qua 15 năm giảng dạy ở trường THPT kết hợp với những kiến thức tíchluỹ được khi ngồi trên giảng đường đại học và cao học chúng tôi đúc kết được

kinh nghiệm về giảng dạy bài điện phân đó là “Giải nhanh, chuyên sâu bài toán điện phân và ứng dụng”.

Trong đề tài này phần nội dung chúng tôi đưa ra bốn phần chính đó là lý

thuyết tổng quát về điện phân, các bài tập có thể gặp trong đề thi THPT quốc gia, đề tốt nghiệp THPT quốc gia và học sinh giỏi (tỉnh, quốc gia), lý thuyết mở rộng và ứng dụng của điện phân.

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Sáng kiến kinh nghiệm được nghiên cứu ở phần Hóa học vô cơ lớp THPT do đó tổng kết được kĩ năng giải bài tập điện phân, biết được ứng dụngđiện phân và phán đoán tình huống đặt ra trong thực tiễn

12-1.4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu chủ yếu bằng phương pháp nghiên cứu xây dựng

cơ sở lý thuyết tổng quát để suy ra vấn đề cụ thể

PHẦN 2 NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Tình hình thực tế và biện pháp thực hiện

2.1.1 Tình hình thực tế trước khi thực hiện đề tài

- Qua những năm giảng dạy tại trường phổ thông và nghiên cứu học hỏi,tôi nhận thấy rất nhiều học sinh khi làm bài tập điện phân thường hay lung túng-khúc mắc Điều đó, sẽ mất nhiều thời gian làm bài và đôi khi không làm ra đượckết quả do điện phân chỉ được học trong 1 tiết ở lớp 12

- Thực tế là học sinh hay giải bài tập phần điện phân nhầm do không hiểuhết các vấn đề của điện phân Xác định không rõ vai trò, viết sai các quá trìnhoxi hóa-khử

- Vì vậy để nâng cao hiệu quả giải bài tập điện phân trong đề thi THPTquốc gia, thi tốt nghiệp THPT quốc gia cũng như trong đề thi học sinh giỏi tỉnh-

quốc gia chúng tôi chọn đề tài “Giải nhanh, chuyên sâu bài toán điện phân và ứng dụng” nhằm đưa học sinh tới hiểu thấu đáo hơn và giải quyết vấn đề tốt

hơn

2.1.2 Biện pháp thực hiện đề tài

2.1.2.1 Những kiến thức cần trang bị

- Nắm vững quy tắc catot, anot

- Viết được các quá trình khử và quá trình oxi hoá tại catot và anot

- Áp dụng hệ quả định luật Farađây

- Xử lí các dữ kiện bài toán: số mol, thể tích khí, khối lượng…

2.1.2.2 Những điểm cần lưu ý.

- Trong điện phân thì số mol e nhường tại A bằng số mol e nhận tại K

- Hằng số Farađây trong công thức: F = 96500 C·mol−1 ứng với t là s, F=26,8 ứng với t là h.

2.2 Nội dung

2.2.1 Lí thuyết

2.2.1.1 Định nghĩa: Điện phân là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt điện

cực dưới tác dụng của dòng điện một chiều đi qua dụng dịch chất điện li hoặcchất điện li nóng chảy

Trong điện phân có 2 điện cực:

- Cực âm (-) gọi là catot (kí hiệu K): tại đây xảy ra quá trình oxi hóa (quá trình

nhường e)

- Cực dương (+) gọi là anot (kí hiệu A): tại đây xảy ra quá trình khử (quá trình

nhận e)

* Bạn đọc chú ý: Catot cả trong điện phân và pin điện đều xảy ra quá trình oxi

hóa, và Anot là nơi mà ở đó xảy ra quá trình khử

Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl2:

Ta có trong dung dịch: CuCl2   Cu2+ + 2Cl

-Tại catot (K - ): Cu2+ + 2e    Cu

Tại anot (A + ): 2Cl-   Cl2 + 2ePhương trình điện phân: CuCl2 dp

  Cu + Cl2

* Hai loại điện phân chủ yếu: điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch

2.2.1.2 Điện phân nóng chảy (muối, bazơ, oxit)

a Điện phân nóng chảy muối (chủ yếu là muối halogen của kim loại kiềm và kiềm thổ):

Công thức muối: MXn (n là hóa trị của M, X= F, Cl, Br, I)

MXn  nc Mn+ + nXTại K (-): Mn+ + ne  M

-Tại A (+): 2Cl-  Cl2 + 2e

Phương trình điện phân tổng quát : MXn  dpnc M + X2

- Điện phân nóng chảy NaCl : NaCl nc Na+ + Cl

-Tại K (-) : Na+ + 1e  Na; Tại A (-): 2Cl-  Cl2 + 2ePhương trình điện phân tổng quát: 2NaCl  dpnc 2Na + Cl2

- Điện phân nóng chảy CaCl2 : CaCl2 nc Ca2+ + 2Cl

-Tại K (-) : Ca2+ + 2e  Ca; Tại A (-): 2Cl-  Cl2 + 2ePhương trình điện phân tổng quát: CaCl2 dpnc Ca + Cl2

M(OH)n  nc Mn+ + nOHTại K (-): Mn+ + ne  M Tại A (+): 4OH-  2H2O + O2 + 4e

-Phương trình điện phân tổng quát : 4M(OH)n   dpnc 4M + 2nH2O + nO2

Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaOH:

NaOH  nc Na+ + nOHTại K (-): Na+ + e  Na Tại A (+): 4OH-  2H2O + O2 + 4e

-Phương trình điện phân tổng quát : 4NaOH  dpnc 4Na + 2H2O + O2

M2On  nc 2Mn+ + nO

Phương trình điện phân tổng quát : 2M2On  dpnc 4M + nO2

Al2O3  nc 2Al3+ + 3O

Phương trình điện phân tổng quát: 2Al2O3  dpnc 4Al + 3O2

2.2.1.3 Điện phân dung dịch

- Giúp chất điện li phân li ra ion

- Vận chuyển các ion đến các điện cực

- Có thể tham gia vào quá trình oxi hóa khử tại bề mặt các điện cực, tứctham gia vào quá trình điện phân, cụ thể:

Tại K(-): 2H2O + 2e  2OH- + H2 ; Tại A (+): 2H2O  4H+ + O2 + 4e

2.2.1.3.2 Quy luật chung, quy tắc K, quy tắc A

Quy luật chung: - Ở catot (K): ion càng có tính oxi hóa mạnh càng dễ bị khử.

- Ở anot (A): ion càng có tính khử mạnh càng dễ bị oxi hóa

Ví dụ: Tại A: Br-; Cl- thì 2Br-Br2 + 2e rồi mới đến 2Cl-Cl2 + 2e

H+ do axit phân li: 2H+ + 2e   H2

- Nếu Mn+ là cation kim loại sau Al3+ thì cation nhận electron (bị khử) để tạothành kim loại: Mn+ + ne  M

- Cation có tính oxi hóa càng mạnh thì càng dễ nhận e, ví dụ tại K(-) gồm: Ag+;

Fe3+; Cu2+; H+; H2O thi thứ tự nhận electron sẽ như sau:

* Đối với anot trơ (là anot không tham gia vào quá trình phản ứng)

- Nếu anot có mặt các anion: I-; Br-; Cl-; S2-; RCOO-; … thì các anion này sẽnhường electron cho điện cực (bị oxi hóa) và anion có tính khử càng mạnh càng

dễ nhường electron và thứ tự nhường electron đã được thực nghiệm tìm ra nhưsau: S2- > I-> Br- > Cl- > RCOO- > H2O

Ví dụ: tại A(+): Cl-, I-; H2O thì thứ tự nhường electron như sau:

2I-    I2 + 2e (1); 2Cl-   Cl2 + 2e (2); 2H2O   4H+ + O2 + 4e (3)

- Nếu anot có mặt các ion gốc axit vô cơ chứa O như: NO3



; SO42-; CO32-; và

F- ; OH- thì những anion này không nhường electron (không bị oxi hóa) mà H2O

sẽ nhường electron thay: 2H2O    4H+ + O2 + 4e

* Đối với anot hoạt động: đó là anot làm bằng các kim loại Cu, Zn, thì các

anot sẽ tham gia vào quá trình oxi hóa, nó sẽ nhường electron thay cho các

Chú ý: Hiện tượng dương cực tan thì:

Độ tăng khối lượng tại K = độ giảm khối lượng tại A

Ví dụ 1: Viết sơ đồ và phương trình điện phân tổng quát khi điện phân điện phân

điện cực trơ:

c dung dịch NaCl d dung dịch KNO3

Tại A (+): SO42-; H2O: 2H2O    4H+ + O2 + 4e

Phương trình điện phân tổng quát: 2Cu2+ + 2H2O   dpdd 2Cu + 4H+ + O2

hay 2CuSO4 + 2H2O   dpdd 2Cu + 2H2SO4 + O2

d KNO3    K+ + NO3

-Tại K (-): K+; H2O: 2H2O    4H+ + O2 + 4e

Tại A (+): NO3-; H2O: 2H2O + 2e    2OH- + H2

Phương trình điện phân tổng quát: 2H2O dpdd

    2H2 + O2

Nhận xét: Khi điện phân dung dịch muối:

- dung dịch muối của ion kim loại sau Al3+ và ion gốc axit không chứa O ( trừ F-) thì pH dung dịch không đổi

- dung dịch muối ion kim loại sau Al3+ và ion gốc axit chứa O, F- thì pHdung dịch giảm dần do tạo ra H+

- dung dịch muối ion kim loại trước Al3+ và ion gốc axit không chứa O ( trừ F-) thì pH dung dịch tăng dần do tạo ra OH-

- dung dịch muối ion kim loại trước Al3+ và ion gốc axit chứa O, F- thì pHdung dịch không đổi

Hướng dẫn giải:

CuSO4    Cu2+ + SO4Tại K (-): Cu2+; SO4-: Cu2+ + 2e    Cu

-Tại A (+) là Cu: SO42-; H2O: Cu    Cu2+ + 2e

Phương trình điện phân tổng quát:

Cu + Cu2+    Cu + Cu2+

NaCl b mol trong các trường hợp:

Hướng dẫn giải:

CuSO4    Cu2+ + SO4NaCl    Na+ + Cl-Tại K (-): Cu2+; Na+; H2O: Cu2+ + 2e    Cu

hay CuSO4 + 2NaCl  dpdd Cu + Cl2 + Na2SO4

sau đó: 2H2O   dpdd 2H2 + O2

b b > 2a thì: Cu2+ + 2Cl-   dpdd Cu + Cl2

hay CuSO4 + 2NaCl  dpdd Cu + Cl2 + Na2SO4

sau đó: 2Cu2+ + 2H2O dpdd

    2Cu + 4H+ + O2

hay 2CuSO4 + 2H2O   dpdd 2Cu + 2H2SO4 + O2

c b < 2a thì: Cu2+ + 2Cl-   dpdd Cu + Cl2

hay CuSO4 + 2NaCl  dpdd Cu + Cl2 + Na2SO4

sau đó: 2Cl- + 2H2O   dpdd 2OH- + H2 + Cl2

Hay: 2NaCl + 2H2O dpdd

2.2.1.4 Biếu thức định luật Farađây

Dùng để tính khối lượng các chất thoát ra ở điện cực, giả sử tại điện cực

A hay K thoát ra chất X, ta có:

X X e

Với: AX là khối lượng mol của X (gam/mol)

ne là số electron trao đổi tại điện cực

I là cường độ dòng điện (A)

F hằng số Farađây : F = 96500 (Culong/mol.s) nếu t tính bằng giây(second) hoặc F =26,8 nếu t tính bằng giờ (hour)

t (times) : thời gian tính bằng giây (s) hoặc giờ (h)

Chú ý:

- Khi tính theo (1) thì phương trình điện cực các chất ở điện cực phải viết theo

hệ số nguyên tối giản

- Từ (1) ta có:

X

e X

m (g) I.t

F A (g/mol) = số mol electron trao đổi đây là hệ quả rất

quan trọng ta sẽ sử dụng đề tính toán trong các bài tập điện phân.

- Điện phân là quá trình oxi hóa khử nên số mol electron nhường tại A= số mol electron nhận tại K.

2.2.2 Một số ví dụ minh họa

2.2.2.1 Ví dụ cơ bản

Ví dụ 1:(Trích đề thi đại học khối A năm 2012) Điện phân 150 ml dung dịch

AgNO3 1M với điện cực trơ trong t giờ, cường độ dòng điện không đổi 2,68A(hiệu suất quá trình điện phân là 100%), thu được chất rắn X, dung dịch Y vàkhí Z Cho 12,6 gam Fe vào Y, sau khi các phản ứng kết thúc thu được 14,5 gamhỗn hợp kim loại và khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) Giá trị của t là

A 0.8 B 0,3 C 1,0 D 1,2.

Hướng dẫn giải:

Dung dịch Y gồm: AgNO3, HNO3 Cho Fe + dd Y sau phản ứng thu được 14,5ghỗn hợp kim loại nên Fe dư có các phản ứng:

Gọi x là số mol AgNO3 bị điện phân nHNO3 = x, dung dịch Y: HNO3: x mol;AgNO3 dư: 0,15 –x mol

Theo (2,3) nFe phản ứng = 3x/8 + (0,15-x)/2 = 0,075 –x/8 mol

Tại A (+): 2H2O    4H+ + O2 + 4e  nO2 = 0,25 mol

Vậy mdung dịch trước điện phân = 100 + 0,5 2 + 0,25.32 = 109 gam

Ta có mNaOH không đổi = 100.6/100 = 6 gam

Vậy CM (NaOH)trước điện phân =

6.100%

Ví dụ 3: (Trích đề thi đại học khối B năm 2009) Điện phân nóng chảy Al2O3

với anot than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu được m kg Al ở catot và 67,2m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 16 Lấy 2,24 lít (ở đktc)

hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa.Giá trị của m là

Hướng dẫn giải:

Al2O3  nc 2Al3+ + 3OTại K (-): Al3+ + 3eAl

2-Tại A (+): 2O2-  O2 + 4e

Phương trình điện phân tổng quát: 2Al2O3   dpnc 4Al + 3O2

O2 tạo ra đốt cháy A bằng than chì tạo khí X: CO, CO2, O2(dư)

Gọi x, y, z là số mol CO, CO2, O2 dư trong 2,24 lít X Khi sục X qua nước vôitrong dư có phản ứng: CO2 + Ca(OH)2   CaCO3 + H2O (1)

(lít) tương ứng với (mol), còn (m3) tương ứng với (kmol) (kilo mol)

Ví dụ 4: (Trích đề thi đại học khối A năm 2011) Điện phân dung dịch gồm 7,45

gam KCl và 28,2 gam Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khí khốilượng dung dịch giảm đi 10,75 gam thì ngừng điện phân (giả thiết lượng nướcbay hơi không đáng kể) Tất cả các chất tan trong dung dịch sau điện phân là

A KNO3 và KOH B KNO3, KCl và KOH

C KNO3 và Cu(NO3)2 D KNO3 , HNO 3 và Cu(NO 3 ) 2

Hướng dẫn giải:

Ta có: nKCl= 0,1 mol; nCu(NO3)2 = 0,15 mol

Phương trình phân li: KCl    K+ + Cl

-Cu(NO3)2    Cu2+ + 2NO3

2H2O   4H+ + O2 + 4e (3)Nếu tại K mà Cu2+ phản ứng hết ta có: ne nhận  0,15.2 = 0,3 mol và hiển nhiên tại

A thì Cl- hết  mdung dịch giảm  mCu + mCl2 = 13,15 gam > mdung dịch giảm đề cho nên

Cu2+ phải dư.

Nếu tại A mà Cl- dư thì ne nhường  0,1 mol, lúc đó nCu ở K  0,1/2 = 0,05 mol nênmdung dịch giảm  0, 05.71 + 0,05 64 = 6,75 gam < mdung dịch giảm đề cho nên Cl- phảihết

Vậy dung dịch sau điện phân gồm: Cu2+ dư, K+; H+ tạo ra và NO3

-hay gồm D KNO 3 , HNO 3 và Cu(NO 3 ) 2

Ví dụ 5: (Trích đề thi đại học khối A năm 2011) Hòa tan 13,68 gam muối

MSO4 vào nước được dung dịch X Điện phân X (với điện cực trơ, cường độdòng điện không đổi) trong thời gian t giây, được y gam kim loại M duy nhất ởcatot và 0,035 mol khí ở anot Còn nếu thời gian điện phân là 2t giây thì tổng sốmol khí thu được ở cả hai điện cực là 0,1245 mol Giá trị của y là

Tại A (+): SO42-; H2O: H2O   2H+ + 1/2O2 + 2e

Tại thời gian t giây có 0,035 mol khí tại A nên 2t giây có 0,07 mol khí tại A và

số mol e nhường =0,07.4 = 0,28 mol   khí tại K: 0,1245 – 0,07 = 0,0545 mol

và ne (2) = 0,109 mol và ne(1)= 0,171 mol nM2+ = 0,0855 mol

và MMSO4 = M + 96 = 160  M=64 là Cu

Tại thời gian t giây thì số mol e nhường = 0,035.4 = 0,14 mol < 2nCu2+ nên lúc

đó Cu2+ dư và Cu tạo ra = 0,14/2 = 0,07 mol  y =4,480 gam

Ví dụ 6: (Trích đề tham khảo năm 2019): Điện phân dung dịch X chứa 3a mol

Cu(NO3)2 và a mol KCl (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khi khối lượngcatot tăng 12,8 gam thì dừng điện phân, thu được dung dịch Y Cho 22,4 gambột Fe vào Y, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí NO (sảnphẩm khử duy nhất của N+5) và 16 gam hỗn hợp kim loại Giả thiết hiệu suấtđiện phân là 100% Giá trị của a là

Hướng dẫn giải:

Vì cho Fe vào dung dịch Y sau điện phân có khí NO và được hỗn hợp kim loạinên Cu2+ dư và Cl- hết

Dung dịch X: Cu(NO3)2: 3a, KCl: a mol

Tại K(-): Cu2+; K+; H2O: Cu2+ + 2e  Cu

 mK tăng = mCu = 12,8 gam  nCu = 0,2 mol ne = 0,4 molTại A (+): Cl-, NO3-; H2O: 2Cl-  Cl2 + 2e

2H2O  4H+ + O2 + 4e  nH+ = 0,4 – a molDung dịch Y gồm: Cu2+ dư: 3a – 0,2; K+: a; H+; 0,4 – a; NO3-: 6a mol

Thêm Fe: 0,4 mol vào thu được hỗn hợp kim loại nên tạo muối Fe2+

3Fe + 8H+ + NO3- → 3Fe2+ + 2NO + 4H2O

Ta có: mkim loại = 64.(3a0,2) + 56.[0,4

-3 (0,4 - a)

 a= 0,08 mol chọn D

Ví dụ 7: (Trích đề THPT quốc gia năm 2018) Điện phân dung dịch X gồm

CuSO4 và KCl (tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 5) với điện cực trơ, màng ngăn xốp,cường độ dòng điện không đổi I = 2A Sau 1930 giây, thu được dung dịch Y vàhỗn hợp khí gồm H2 và Cl2 (có tỉ khối so với H2 là 24) Mặt khác, nếu điện phân

X trong thời gian t giây thì khối lượng dung dịch giảm 2,715 gam Giả thiết hiệusuất điện phân là 100%, các khí sinh ra không tan trong nước và nước không bayhơi trong quá trình điện phân Giá trị của t là

Hướng dẫn giải:

Khi: t= 1930s: Hỗn hợp khí H2, Cl2 có M khi= 48 nên ta có H2: x mol, Cl2: 2x mol

và ở A không có điện phân H2O: ne = 0,04 mol Cl2: 0,02 mol; H2: 0,01 mol vànCu2+ = (0,04-0,02)/2 = 0,01 mol = nCuSO4 và nKCl = 0,05 mol

Khi điện phân t (s) thì mgiảm = 2,715 gam dễ thấy đó là khi ở A ion Cl- hết

Tại K(-):

Cu2+ + 2e  Cu0,01 0,02 0,01

2H2O + 2e2OH- + H2

Tại A(+):

2Cl-  Cl2 + 2e0,05 0,025 0,05

2H2O  4H+ + O2 + 4e

b 2b b/2 2b

Ta có mdd giảm = 0,01.64 + 2a + 0,025.71 + 32.b/2 = 2,715 (I)

Giải hệ (I, II) ta được: a = 0,03 và b = 0,015

Vậy ne = 0,02 + 2a = 0,08 = It/F  t= 3860 (s)  chọn A

Ví dụ 8: (Trích đề THPT quốc gia năm 2018) Điện phân dung dịch X gồm

Cu(NO3)2 và NaCl với điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dòng điện khôngđổi I = 2,5A Sau t giây, thu được 7,68 gam kim loại ở catot, dung dịch Y (vẫncòn màu xanh) và hỗn hợp khí ở anot có tỉ khối so với H2 bằng 25,75 Mặt khác,nếu điện phân X trong thời gian 12352 giây thì tổng số mol khí thu được ở haiđiện cực là 0,11 mol Giả thiết hiệu suất điện phân là 100%, các khí sinh rakhông tan trong nước và nước không bay hơi trong quá trình điện phân Số molion Cu2+ trong Y là

Hướng dẫn giải:

Thời gian t giây: mCu = 7,68 gam  nCu = 0,12 mol

khí ở A là Cl2, O2 và từ M khi= 51,5  Cl2, O2 có số mol = nhau = 0,04 mol

 Dung dịch X: Cu(NO3)2, NaCl: 0,08 mol

Khi điện phân ở thời gian 12352s thì ne = 0,32 mol

Ví dụ 9: (Trích đề THPT quốc gia năm 2019) Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn

hợp CuSO4 và NaCl vào nước thu được dung dịch X Tiến hành điện phân X vớicác điện cực trơ, màng ngăn xốp, dòng điện có cường độ không đổi Tổng sốmol khí thu được trên cả hai điện cực (n mol) phụ thuộc vào thời gian điện phân(t giây) được mô tả như đồ thị bên (đồ thị gấp khúc tại các điểm M, N) Giả thiếthiệu suất điện phân là 100%, bỏ qua sự bay hơi của nước

Giá trị của m là

Hướng dẫn giải:

Dễ thấy đoạn OM khí là Cl2: 0,01 mol  ne = 0,02 mol

Đoạn MN thì đỡ dốc hơn nên khí thoát ra là O2

Đoạn từ điểm N trở đi thì dốc nhất nên khí thoát ra là O2, H2

Tại a (s) thì Cl- hết nên nCl- = 2nCl2 =0,02 mol và ne = 0,02 mol

Tại 6a (s) thì nCl2 + nO2 + nH2 = 0,045 mol và ne = 0,12 mol

 nO2 = (0,12-0,02)/4 = 0,025 mol  nH2 = 0,01 mol

 nCu2+ = (0,12-0,02)/2 = 0,05 mol

Vậy m= 0,02.58,5 + 0,05.160 = 9,17 gam chọn D.

Ví dụ 10: (Trích đề THPT quốc gia năm 2019) Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn

hợp CuSO4 và NaCl vào nước, thu được dung dịch X Tiến hành điện phân Xvới các điện cực trơ, màng ngăn xốp, dòng điện có cường độ không đổi Tổng sốmol khí thu được trên cả hai điện cực (n) phụ thuộc vào thời gian điện phân (t)được mô tả như đồ thị bên (đồ thị gấp khúc tại các điểm M, N) Giả sử hiệu suấtđiện phân là 100% bỏ qua sự bay hơi của nước Giá trị của m là

A 17,84 B 11,08 C 13,42 D 15,76.

Hướng dẫn giải:

Dễ thấy đoạn OM khí là Cl2: 0,04 mol  ne = 0,08 mol

Đoạn MN thì dốc hơn nên khí thoát ra là Cl2, H2

Đoạn từ điểm N trở đi thì dỡ dốc nhất nên khí thoát ra là O2, H2

Tại a (s) thì Cu2+ hết nên nCu = nCl2 =0,04 mol và ne = 0,08 mol

Tại 3,5a (s) thì nCl2 + nO2 + nH2 = 0,021 mol và ne = 0,28 mol

 nH2 = (0,28-0,08)/2 = 0,1 mol  nCl2 + nO2 = 0,11 mol (I)

Bảo toàn e: 2nCl2 + 4nO2 = 0,28 (II)

Từ (I, II) suy ra nCl2 = 0,08; nO2 = 0,03

Vậy m= 0,04.160 + 0,16.58,5 = 15,76 gam chọn D.

2.2.2.2 Ví dụ chuyên sâu

Ví dụ 1: (Trích đề thi HSGQG năm 2011) Ở 250C, cho dòng điện một chiều cócường độ 0,5A đi qua bình điện phân chứa 2 điện cực platin nhúng trong 200 mldung dịch gồm Cu(NO3)2 0,020M, Co(NO3)2 1,0 M, HNO3 0,010M

1 Viết phương trình các nửa phản ứng có thể xảy ra trên catot và anottrong quá trình điện phân

2 Khi 10% lượng ion kim loại đầu tiên bị điện phân, người ta ngắt mạch

và nối đoản mạch hai điện 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 điệnphân hoàn toàn ion thứ nhất trên catot (coi quá trình điện phân là hoàn toàn khinồng độ của ion bị điện phân còn lại trong dung dịch là 0,005% so với nồng độban đầu)

4 Tính thể tích khí thoát ra (đktc) trên anot khi điện phân được 25 phút.Khi đó, giá trị thế catot là bao nhiêu?

Chấp nhận: Áp suất riêng của khí hidro pH2 = 1 atm; khi tính toán không

kể đến quá thế; nhiệt độ dung dịch không đổi trong suốt quá trình điện phân

Hướng dẫn giải:

1 Phương trình các nửa phản ứng trên catot và anot

Các quá trình có thể xảy ra trên catot (-): Cu2+ + 2e  Cu (1)

Quá trình xảy ra trên anot (+): 2H2O  4H+ + O2 + 4e (4)

lúc đó H2 chưa thoát ra và nếu ngắt mạch điện, nối đoản mạch hai cực của bình

điện phân sẽ tạo ra pin điện có cực dương (catot) là O 2 /H 2 O và cực âm (anot) là

Trên anot: Cu → Cu2+ + 2ePhản ứng xảy ra trong pin là: 2Cu + 4H+ + O2  2Cu2+ + 2H2O

Sự phóng điện của pin chỉ dừng khi thế của 2 điện cực bằng nhau

3 Để tách được hoàn toàn ion Cu2+ thì thế cần đặt vào catot là:

Vậy trong trường hợp tính không kể đến quá thế của H2 trên điện cực

platin thì thế catot cần khống chế trong khoảng - 0,077 V < Ec < 0,159 V, khi đó

Cu2+ sẽ bị điện phân hoàn toàn

4 Ta có: ne =

It

F= 7,772.10-3 mol < 2nCu2+ = 8.10 -3 mol nên Cu2+ dư, và nCu2+

dư = 1,14 10-4 mol [Cu2+]dư =5,7.10-4V,