99 Bài tập hóa học điện phân

99 Bài tập hóa học điện phân Hướng dẫn giải các bài tập hóa học điện phân Bài 1 Điện phân có vách ngăn xốp đến hết lượng chất tan có trong 500 ml dung dịch hỗn hợp HCl và 7,8 gam muối clorua của kim loại M, thấy ở anot có khí Cl2 bay ra liên tục, ở catot lúc đầu có khí H2 bay ra, sau đến kim loại M thoát ra. Sau điện phân thu được 2,464 lít khí clo và m gam M, đem trộn m gam M với 1,3 gam kim loại M’ khác, rồi cho tác dụng với dung dịch H2SO4 dư thì thể tích khí H2 bay ra nhiều gấp 4 lần so với khi chỉ có 1,3 gam M’ tác dụng. Biết khi trộn 1,3 gam M’ với lưu huỳnh rồi nung nóng thu được chất rắn C và khi cho C phản ứng hết với dung dịch H2SO4 loãng dư thì được hỗn hợp khí D nặng 0,52 gam và có tỉ khối so với hidro là 13. Xác định tên M, M’ và khối lượng m. Giả sử phản ứng xảy ra hoàn toàn, thể tích dung dịch điện phân xem như không đổi.

99 BÀI TẬP HÓA HỌC ĐIỆN PHÂN

Bài 1

Điện phân có vách ngăn xốp đến hết lượng chất tan có trong 500 ml dung dịch hỗn hợp HCl

và 7,8 gam muối clorua của kim loại M, thấy ở anot có khí Cl2 bay ra liên tục, ở catot lúc đầu có khí H2 bay ra, sau đến kim loại M thoát ra Sau điện phân thu được 2,464 lít khí clo

và m gam M, đem trộn m gam M với 1,3 gam kim loại M’ khác, rồi cho tác dụng với dung dịch H2SO4 dư thì thể tích khí H2 bay ra nhiều gấp 4 lần so với khi chỉ có 1,3 gam M’ tác dụng Biết khi trộn 1,3 gam M’ với lưu huỳnh rồi nung nóng thu được chất rắn C và khi cho

C phản ứng hết với dung dịch H2SO4 loãng dư thì được hỗn hợp khí D nặng 0,52 gam và có

tỉ khối so với hidro là 13

Xác định tên M, M’ và khối lượng m

Giả sử phản ứng xảy ra hoàn toàn, thể tích dung dịch điện phân xem như không đổi

nH2y

M S :M

a mol: b mol

a Hiệu suất của quá trình điện phân?

b Nồng độ % và nồng độ mol/lít của dung dịch NaCl ban đầu?

c Khối lượng dung dịch còn lại sau điện phân?

2 mol58,5

2 2

2H OO  4H 4e (4)

- Vì chỉ thu được khí duy nhất ở A nên quá trình (4) chưa xảy ra

- Vì sau khi điện, dung dịch tác dụng với NaOH tạo ra kết tủa nên (1) chưa kết thúc

Tiến hành điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) dung dịch chứa a mol Cu(NO3)2 và

b mol NaCl đối với 3 trường hợp: 2a = b, b < 2a, b > 2a Viết các phương trình hóa học điện phân xảy ra cho tới khi H2O bắt đầu bị điện phân ở cả hai điện cực

Phản ứng điện phân: Cu(NO )3 22NaCl Cu Cl 2 2NaNO3 (1)

Nếu 2a = b, tức là Cu(NO3)2 và NaCl bị điện phân hết cùng lúc nên sau phản ứng (1) ở cả 2 điện cực H2O sẽ bị điện phân

2

H O H2 1O2

2



Nếu b < 2a, sau phản ứng (1) còn dư Cu(NO3)2

Khi đó phản ứng điện phân:

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 Tính giá trị m

Tổng số mol O2 = 0,07 mol

3A

7

20

Thí nghiệm 1: lấy m (g) hỗn hợp chứa các muối trên hòa tan trong nước, axit hóa bằng axit

nitric tạo ra khí và chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch AgNO3 0,1M hết 18,80ml

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 Một khí được hình thành có thể quan sát được Sau đó chuẩn độ bằng dung dịch AgNO3 0,1M hết 33,05ml

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

Khi nung 2 muối bị biến mất là: KHCO3 và KClO3; 2 muối hình thành là: KClO4 và K2CO3

3 KClO

Vậy khối lượng của 3 muối trước khi nung:

mKCl = 0,140 gam;

3 KClO

3 KHCO

a Viết phương trình phản ứng có khả năng xảy ra khi điện phân

b Tính nồng độ mol/l các chất tan sau khi điện phân? (thể tích dung dịch coi như không đổi)

c Sau điện phân, lấy điện cực ra rồi cho vào dung dịch 5,9g một kim loại M (đứng sau M

có Hg có hóa trị không đổi) Khi phản ứng kết thúc thu được 0,672 lít khí (ở 1,6atm và 54,6°C), lọc dung dịch thu 3,26g chất rắn Xác định M và tính a

d Với thành phần dung dịch sau điện phân tương ứng với các tính toán ở câu c thì trong trường hợp không cho kim loại M mà điện phân tiếp tục thì mấ bao lâu mới thấy bọt khí thoát ra ở catot (cực âm)?

GIẢI

a Phương trình điện phân:

CuSO 2HClCuCl H SO

Nếu số mol HCl = 2 số mol CuSO4 thì sau phản ứng có H2SO4

Khi điện phân hết CuSO4 thì nước điện phân

TH1: Nếu nHCl  a 0,02Cl bị điện phân hết

0, 04 mol (a 0, 02) mol a

M cho vào dung dịch có khí  tức là khí H2

Vậy M đã phản ứng với Cu2trước, 2

GIẢI

Số mol AgNO3 = 0,4.0,5 = 0,2 (mol)

Số mol Cu(NO3)2 = 0,4.1 = 0,4 (mol)

Số mol electron cho và nhận ở mỗi điện cực: It 10.48.60

Vậy dung dịch sau điện phân: 3 2

38

Sau phản ứng (3):

3 HNO

Vậy khối lượng catot tăng bằng khối lượng Ag

mcatôt tăng = 0,075.108=8,1 gam

Để định lượng H2S trong nước người ta lấy 100,0 ml nước cho vào bình điện phân, thêm KI

dư Ở đây I- bị oxi hóa ở anot, I3 tạo ra sẽ oxi hóa H2S Điểm kết thúc điện phân xác định dựa vào sự tạo thành màu xanh của iot – hồ tinh bột Hãy tính số ppm H2S trong nước nếu điện phân với cường độ dòng điện không đổi là 36,12mA trong 10 phút 25 giây

GIẢI

Các phản ứng ở điện cực anot:

Dung dịch X có chất tan là muối M(NO3)2 Người ta dùng 200 ml dung dịch K3PO4 vừa đủ

để phản ứng với 200 ml dung dịch X, thu được kết tủa là M3(PO4)2 và dung dịch Y Khối lượng kết tủa đó (đã được sấy khô) khác khối lượng M(NO3)2 ban đầu là 6,825 gam

Điện phân 400 ml dung dịch X bằng dòng điện 1 chiều với I =2,000 ampe tới khi khối lượng catot không tăng thêm nữa thì dừng, được dung dịch Z Giả sử sự điện phân có hiệu suất 100%

a Hãy tìm nồng độ các ion của dung dịch X, dung dịch Y, dung dịch Z Cho biết sự gần đúng phải chấp nhận khi tính nồng độ dung dịch Y, dung dịch Z

b Tính thời gian (theo giây) đã điện phân

c Tính thể tích khí thu được ở 27,30C, 1 atm trong sự điện phân

GIẢI

a Phản ứng:

Dung dịch Y: dung dịch KNO3: KNO3K NO  3 (2)

Theo (1) cứ 6 mol NO3 phản ứng tạo ra 2 mol PO34làm thay đổi khối lượng 372 - 190 = 182g

x mol NO3 phản ứng tạo ra x

3 mol

3 4

PO  làm thay đổi khối lượng 6,825 gam

Vậy có ngay: x =

182

825 , 6 6

= 0,225 mol từ đó suy ra:

- Bỏ qua sự thay đổi thể tích khi tính (3) và sự có mặt M3PO4 2 

- Bỏ qua sự tan của   2 3

M PO  3M  2PO 

- Bỏ qua sự phân li của H O2 H OH 

- Coi Vdd Z ≈ Vdd X , bỏ qua sự thay đổi thể tích do sự điện phân gây ra

- Bỏ qua sự phân li của H2O vì Z là dung dịch HNO3

m 4.96500t

a Viết các PTHH xảy ra

b Tính a, m và pH của dung dịch khi kết thúc điện phân

c Sau khi kết thúc điện phân, thêm vào dung dịch thu được lượng dư H2SO4 loãng (làm môi trường) Thêm từ từ dung dịch KMnO4 0,1M vào, đồng thời khuấy đều hỗn hợp cho đến khi dung dịch bắt đầu có màu hồng nhạt thì hết V ml Tính V

GIẢI

a Hòa tanFe O3 4 bằng dung dịchH SO2 4:

Fe O 4H SO Fe (SO ) FeSO 4H O (1)

 Dung dịch A: Fe2, Fe3,SO24 Điện phân dung dịch A:

Catot: 2Fe32e2Fe2

b Khi kết thúc quá trình điện phân Fe3+ Fe2+ thì ion H+ của axit H2SO4 bị khử ở catot và

H2O bị oxy hóa ở anot làm cho nồng độ H+ không đổi (thực tế nước bị điện phân)

Lượng Fe2+ tạo thành được tính theo công thức Faraday:

Phân hủy hoàn toàn a gam CaCO3 để lấy khí CO2 Điện phân dung dịch chứa b gam NaCl (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) tới khi còn 25% NaCl không bị điện phân và tách lấy dung dịch NaOH (dung dịch X) cho khí CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch X, ta thu được dung dịch Y Biết dung dịch Y vừa tác dụng được với dung dịch BaCl2, vừa tác dụng được với dung dịch KOH

a Viết tất cả phương trình phản ứng xảy ra

b Lập biểu thức biểu diễn quan hệ giữa a và b

Lượng NaCl bị điện phân:

1 Viết phương trình phản ứng xảy ra khi điện phân

2 Tính nồng độ ion H+ trong dung dịch sau khi điện phân (biết rằng ion ClO4, không bị

khử ở điện cực, và thể tích của dung dịch không thay đổi trong quá trình điện phân)

GIẢI

pH = 1  [H+] = 0,1 mol/l

Số mol ion H+ trong 100 ml = 0,01 mol

Sơ đồ điện phân: Cu2+, Na+, H+, ClO4, OH

Khi điện phân

Điện phân 200ml dung dịch CuSO4, dùng hai điện cực trơ và dòng điện một chiều cường

độ 1 ampe Kết thúc điện phân khi ở catot bắt đầu có bọt khí thoát ra Để trung hòa dung dịch sau khi kết thúc điện phân đã dùng vừa đủ 50ml dung dịch NaOH 0,2M Biết hiệu suất điện phân là 100%

a Viết các phương trình phản ứng xảy ra trên các điện cực và phương trình biểu diễn

b nNaOH = 0,2 0,05 = 0,01 mol

2x = 0,01 x = 0,005 lượng Cu tạo thành ở catot

Vậy trong dung dịch ban đầu có 0,005 mol CuSO4

CM của CuSO4 =

2 , 0

005 , 0

1 Tính khối lượng khí Cl2 bay ra, biết bình điện phân có màng ngăn, điện cực trơ

2 Trộn lẫn dung dịch thu được sau điện phân với một dung dịch có chứa 0,04 mol

H2SO4 rồi cô cạn dung dịch

Tính khối lượng muối khan thu được Cho các phản ứng xảy ra hoàn toàn

2 Cho biết tên kim loại trong muối sunfat

3 Hãy tính thể tích của lượng khí tạo thành tại anod ở 25oC và 770 mmHg

4 Nếu khí thu được có lẫn hơi nước, hãy giới thiệu ba hóa chất có thể làm khô khí đó

đp

MSO  H O  M O  H SO

2 Tên kim loại M:

Theo định luật Faraday:

Hoà tan 150 gam tinh thể CuSO4 5H2O vào 600 ml dung dịch HCl 0,6M được dung dịch

A Chia dung dịch A thành ba phần bằng nhau

a Tiến hành điện phân phần I với dòng điện có cường độ 1,34A trong bốn giờ Tính khối lượng kim loại thoát ra ở catốt và thể tích khí (đktc) thu được ở anốt Biết hiệu suất điện phân là 100%

b Cho 5,4 gam nhôm vào phần II Sau một thời gian thu được 1,344 lít khí (đktc), dung dịch B và chất rắn C Cho dung dịch B tác dụng với xút dư rồi lấy kết tủa nung ở nhiệt độ cao được 4 gam chất rắn Tính lượng chất rắn C

c Cho 13,7 gam kim loại Ba vào phần III Sau khi kết thúc tất cả các phản ứng, lọc kết tủa rửa sạch và đem nung ở nhiệt độ cao thì thu được bao nhiêu gam chất rắn? Biết rằng khi tác dụng với bazơ Cu2+ chỉ tạo Cu(OH)2

Sau phản ứng Al còn dư 0,2 - 0,04 = 0,16 mol và phản ứng tiếp với CuSO4 tạo dung dịch

B Dung dịch B tác dụng với xút dư vẫn có kết tủa nên trong dung dịch B còn CuSO4 Gọi

a là số mol CuSO4 đã phản ứng với Al ta có:

Cho 3,44 gam hỗn hợp A gồm Cu và Ag tác dụng với một lượng dung dịch HNO3 31,5% gấp đôi lượng cần thiết tham gia phản ứng thì thu được hỗn hợp khí B gồm NO và NO2 có thể tích 1 lít (ở 54,6°C và 0,8064 atm) và dung dịch C Hỗn hợp khí B có tỷ khối đối với

hydro là 19

1 Tính khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp A

2 Tính lượng dung dịch HNO3 31,5% đem dùng

M 46 Áp dụng quy tắc đường chéo:







Tổng số mol NO3 vừa tạo muối vừa tham gia phản ứng oxy hóa khử là:

0,04 + 0,02 + 0,015 + 0,015 = 0,09 mol

 Số mol HNO3 cần thiết là: 0,09 mol

Khối lượng dung dịch HNO3 31,5% là: dd 0, 09.63

mol AgNO mol Cu(NO ) mol

uC

Khối lượng kim loại bám vào catot: m0,01.108 0,0012.64 1,1568  gam

Sau phản ứng có hỗn hợp kim loại là Ag và Fe dư Vậy dung dịch Y gồm HNO3 và AgNO3

dư Do Fe dư nên sau phản ứng tạo Fe2+

Khối lượng kim loại tăng = 14,5 – 12,6 = 1,9 gam

Hợp chất A tạo bởi 2 ion M2+ và XOm Tổng số hạt electron trong A là 91, trong ion XOm

có 32 electron Biết trong M có số nơtron nhiều hơn số proton là 6 hạt X thuộc chu kỳ 2 và

có số nơtron bằng số proton

a Xác định công thức phân tử của A

b Cho m gam hỗn hợp gồm A và NaCl Điện phân dung dịch hỗn hợp trên với điện cực trơ,

có màng ngăn đến khi nước bắt đầu điện phân ở 2 điện cực thì ngừng điện phân Ở anot thu được 4,48 lít khí (đktc) và dung dịch sau điện phân hòa tan vừa hết 16,2 gam ZnO Tính m?

a Xác định công thức của muối đã bị điện phân?

b Viết phương trình phản ứng xảy ra trên các điện cực?

Vậy công thức phân tử của muối bị điện phân là (CH3COO)2Pb

b Phương trình phản ứng xảy ra trên các điện cực:

Phương trình điện phân: (CH3COO)2Pb  Pb + CH3CH3 + 2CO2

c Theo phương trình điện phân ta có: số mol Pb = số mol CH3CH3 = 1

B, dung dịch B phản ứng vừa hết với 100 ml dung dịch KMnO4 0,04M

a Viết các phương trình phản ứng và xác định thành phần dung dịch A Xem quá trình điện phân ion H+ không tham gia phản ứng

b Tính % khối lượng 2 kim loại trong X

c Tính V, biết lượng axit phản ứng với hỗn hợp X chỉ bằng 10% lượng axit trong dung dịch đầu

GIẢI

a Các phương trình phản ứng:

là trên hay dưới mức cho phép?

Khi H2S bị điện phân hết, I- bị điện phân tạo I2 làm xanh hồ tinh bột

Khi điện phân dung dịch KI ta có:

2

3

5 I

Hàm lượng H2S trong không khí của nhà máy: 27,2 10-3 mg/l hay 0,0272 mg/l

Vậy không khí ở nhà máy đó đã bị ô nhiễm

Bài 24

Điện phân 100 ml một dung dịch có hòa tan 13,5 gam CuCl2 và 14,9 gam KCl (có màng ngăn và điện cực trơ)

a Trình bày sơ đồ và phương trình hóa học của phản ứng điện phân có thể xảy ra?

b Hãy cho biết chất nào còn lại trong dung dịch sau điện phân Biết thời gian điện phân là

2 giờ, cường độ dòng điện là 5,1A

c Hãy xác định nồng độ mol các chất có trong dung dịch sau điện phân Biết rằng dung dịch sau điện phân đã được pha loãng cho đủ 200 ml

GIẢI

a Sơ đồ và phương trình điện phân:

Catot (-)  CuCl2 Anot (+)

Cu2+, H2O H2O H2O, Cl

-2

Phương trình điện phân: CuCl2đp CuCl2 (1)

Tiếp theo là quá trình điện phân dung dịch KCl (có màng ngăn):

Catot (-)  KCl  Anot (+)

K+, H2O H2O H2O, Cl

-2 2

2H O 2e H 2OH 2Cl Cl22e

Phương trình điện phân: 2KCl 2H O 2 2KOH H 2Cl2 (2)

Ở thời điểm này, còn lại dung dịch KOH, nếu tiếp tục điện phân:

Catot (-)  KOH  Anot (+)

K+, H2O H2O H2O, OH

2H O 2e H 2OH 4OH O22H O 4e2 

Phương trình điện phân: 2H O2 2H2O2

Sự điện phân dừng lại, trong bình điện phân còn lại KOH rắn

b Chất còn lại sau điện phân

c Nồng độ mol các chất trong dung dịch sau điện phân

Theo phương trình (2): nKCl nKOH 2nH2 2.0,090,18 mol

Số mol KCl còn lại sau điện phân: 0,2 – 0,18 = 0,02 mol

Dung dịch sau trung hòa tác dụng với AgNO3 sinh ra kết tủa trắng, chứng tỏ ở anot ion Cl

-chưa bị điện phân hết Vậy khí thoát ra ở anot là khí Cl2

1 Tính trị số x

2 Biết I = 2A, tính thời gian điện phân

3 Tính thể tích khí thoát ra ở anot tại nhiệt độ 27,3°C và áp suất 0,98 atm

Vì dung dịch A sau điện phân không tạo kết tủa với dung dịch NaCl chứng tỏ Ag+ đã bị khử hết, dung dịch A là dung dịch HNO3

B tới khi ở catot bắt đầu thoát khí thì dừng lại, thấy ở anot thoát ra 2,688 lít khí (đktc), cô cạn dung dịch sau điện phân, rồi lấy muối khan đem điện phân nóng chảy thì thu được 4 gam kim loại ở catot

1 Tính khối lượng nguyên tử của M

2 Tính khối lượng m và m1

GIẢI

Các phương trình phản ứng:

Vì hòa tan bằng dung dịch HCl dư có giải phóng khí nên A1 phải gồm: CuO, MO và muối cacbonat còn dư:

Điện phân dung dịch khi catot bắt đầu thoát khí thì dừng lại  Chứng tỏ HCl còn dư không

bị điện phân (nếu HCl điện phân thì ở catot sẽ có khí H2 giải phóng)

Cô cạn dung dịch sau điện phân được muối khan chứng tỏ toàn bộ CuCl2 bị điện phân ở trạng thái dung dịch, còn MCl2 chỉ bị điện phân ở trạng thái nóng chảy:

- Xét 2 trường hợp sau (vì không biết CO2 phản ứng với NaOH cho ra 1 trong 2 muối):

Trường hợp 1: Chỉ xảy ra phản ứng (3) để tạo Na2CO3 không có phản ứng (4)

1 Tính hiệu suất của quá trình điện phân

2 Thêm vào dung dịch sau khi điện phân 16g CuSO4 rồi tiếp tục điện phân với dòng điện

có cường độ như trên trong 3 giờ Tính % khối lượng đã bám trên catot Cho hiệu suất 100%

1 Số mol Ag giải phóng ra bám vào catot:

Ta có: 2

4

CuSO Cu

%m 100 62,8 37, 2%

Bài 29

Hỗn hợp A gồm M2CO3 và BaCO3 (M là kim loại kiềm) Cho 10 gam A tác dụng vừa đủ với HCl 0,4M thấy thoát ra 1,467 lít khí (25°C, 1atm) Cô cạn dung dịch thu được hỗn hợp muối B Điện phân B nóng chảy đến khi ở anot không còn khí thoát ra thì thu được 2 kim loại ở catot Cho hỗn hợp hay kim loại này hòa tan vào nước sau đó cho tác dụng với dung dịch (NH4)2SO4 dư thu được khí C và 9,32 gam kết tủa

1 Tính khối lượng nguyên tử của M

2 Tính thể tích của dung dịch HCl đã dùng

3 Tính % về khối lượng các chất trong A

4 Người ta nén lượng khí C thu được ở trên vào bình dung tích 5 lít có chứa sẵn O2 ở 25oC, sau khi nén đem về nhiệt độ ban đầu 25oC thì áp suất trong bình là 1,0268 atm Nung nóng