Tư duy Hóa Học mới - GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN

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,… hoặc dung 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 điện một chiều.

         Tại cực − catôt

Các ion dương bị hút về phía catôt.

Thứ tự điện phân là: .

Các ion của kim loại từ về trước (,,…) không bị điện phân.

Phương trình điện phân .

         Tại cực + anôt

Các ion âm bị hút về phía anôt.

Thứ tự điện phân là: Kim loại.

Các ion không bị điện phân trong dung dịch.

Phương trình điện phân .

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 có tính ngay được theo công thức ?

+ Cần chú ý sau điện phân có và thì .

+ 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 thu được dung dịch Y vẫn còn màu xanh, có khối lượng giảm 8 gam so với dung dịch ban đầu. Cho 16,8 gam bột sắt vào Y, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 12,4 gam kim loại. Giá trị của x là:

A. 1,25. B. 2,25 C. 3,25. D. 1,5.

Định hướng tư duy giải:

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

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

Có ngay

Và

Tài liệu này được trích từ bộ “Tư duy Hóa Học hiện đại NAP 4.0 Vô Cơ 8-9-10 điểm”
Trọn bộ tài liệu này bao gồm:

+ Tư duy Hóa Học hiện đại NAP 4.0 Vô Cơ 6-7-8 điểm(400 trang word)
+ Tư duy Hóa Học hiện đại NAP 4.0 Vô Cơ 8-9-10 điểm(400 trang word)
+ Tư duy Hóa Học hiện đại NAP 4.0 Hữu Cơ 6-7-8 điểm(400 trang word)
+ Tư duy Hóa Học hiện đại NAP 4.0 Hữu Cơ 8-9-10 điểm(400 trang word)
Thầy cô muốn mua file word bộ tài liệu này liên hệ SĐT 0963.981.569(Call,SMS,Zalo,…) để được tư vấn hỗ trợ xem thử đầy đủ(Giá 1 bộ - 499.000đ, 4 bộ - 1.499.000đ)

Ví dụ 2: 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 và khí Z. Cho 12,6 gam Fe vào Y, sau khi các phản ứng kết thúc thu được 14,5 gam hỗn hợp kim loại và khí NO (sản phẩm khử duy nhất của ). Giá trị của t là

A. 0,8 B. 1,2 C. 1,0 D. 0,3

Định hướng tư duy giải:

+ Vì chất rắn chứa hỗn hợp kim loại nên 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

Có

Nhiều bạn nói mình giải tắt. Thật ra các bạn chưa thật hiểu kỹ cách tư duy trong Hóa học nên mới nói vậy. Bài toán trên là một ví dụ:

- Tại sao có ngay

Lý do là vì không bị điện phân và dung dịch luôn trung hòa về điện nên nếu mất đi thì phải có một ion dương nào đó thay thế vào. Và đó chỉ có thể là .

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 gian thu được dung dịch X (vẫn còn màu xanh) và khối lượng dung dịch giảm 21,5 gam. Cho thanh sắt vào dung 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:

A. 0,4 B. 0,5 C. 0,6 D. 0,3

Định hướng tư duy giải:

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

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

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

Có

Ví dụ 4: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 xM, KCl yM (điện cực trơ, màng ngăn) đến khi nước 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

Định hướng tư duy giải:

+ Dung dịch sau điện phân hòa tan được

Nên dung dịch sau điện phân phải chứa và .

Trường hợp 1:

Nếu dung dịch sau điện phân chứa

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

Ví dụ 5: Cho 14,625 gam NaCl vào 300 ml dung dịch Cu(NO3)2 1M thu được dung dịch X. Tiến hành điện phân dung dịch X bằng điện cực trơ, màng ngăn xốp tới khi dung dịch giảm 26,875 gam thì ngừng điện 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:

A. 11 B. 12 C. 14 D. 13

Định hướng tư duy giải:

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

Ta có

Ví dụ 6: Tiến hành điện phân V lít dung dịch chứa Cu(NO3)2 1M và NaCl 0,5M bằng điện cực trơ tới khi khối lượng dung dịch giảm m gam thì dừng điện phân. Cho 9,5 gam Fe vào dung dịch sau điện phân, kết thúc phản ứng thu được 1,12 lít khí NO thoát ra (sản phẩm khử duy nhất) và còn lại 5,7 gam hỗn hợp rắn không tan. Giá trị của m gần nhất với:

A. 12 B. 15 C. 17 D. 14

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 chưa bị điện phân hết.

+ Ta có:

+ Dung dịch sau cùng chứa gì?

Ví dụ 7: Điện phân 2000 ml (điện cực trơ, có màng ngăn) dung dịch gồm CuSO4 và 0,01 mol NaCl đến khi cả 2 điện cực đều thoát ra 448 ml khí (đktc) thì ngừng điện phân. Giả sử nước bay hơi không đáng kể trong quá trình điện phân. Giá trị pH dung dịch sau điện phân là:

A. 1,4 B. 1,7 C. 1,2 D. 2,0

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.

Bên cực anot:

Bên catot:

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

Có ngay:

Ví dụ 8: Điện phân 100 ml dung dịch Cu(NO3)2 2M với điện cực trơ trong t giây, cường độ dòng điện không đổi 1,93A (hiệu suất quá trình điện phân là 100%), thu được chất rắn X, dung dịch Y và khí Z. Cho 16,8 gam Fe vào Y, sau khi các phản ứng kết thúc thu được 15,99 gam hỗn hợp kim loại và khí NO (sản phẩm khử duy nhất của ). Giá trị của t là

A. 5000 B. 4820 C. 3610 D. 6000

Định hướng tư duy giải:

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

Ta có:

Ví dụ 9: Sau một thời gian điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ, khối lượng dung dịch giảm 4 gam. Để làm kết tủa hết ion còn lại trong dung dịch sau khi điện phân cần dùng 50 ml dung dịch H2S 0,5M. Nồng độ mol/l của dung dịch CuSO4 trước lúc điện phân là

A. 0,375M B. 0,420M C. 0,735M D. 0,750M

Định hướng tư duy giải:

Khối lượng dung dịch giảm là của Cu và O2.

Ta có

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

A. 2,25 B. 1,5 C. 1,25 D. 3,25

Định hướng tư duy giải:

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

+ Khối lượng giảm 8 gam là Cu, O2.

Có ngay

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 , ngừng điện phân và để yên dung dịch một thời gian thì thu được 0,28 gam kim loại. Các phản ứng hoàn toàn, NO là sản phẩm khử duy nhất của . Khối lượng dung dịch cuối cùng giảm là

A. 0,16 gam B. 0,72 gam C. 0,59 gam D. 1,44 gam

Định hướng tư duy giải:

+ Ta có

+ Sau cùng

Ví dụ 12: Điện phân 2 lít dung dịch chứa hỗn hợp gồm NaCl và CuSO4 với điện cực trơ, có màng ngăn đến khi H2O bắt đầu điện phân ở cả hai cực thì dừng lại. Tại catot thu 1,28 gam kim loại đồng thời tại anot thu 0,336 lít hỗn hợp khí (đktc). Coi thể tích dung dịch không đổi thì pH của dung dịch sau điện phân là:

A. 12 B. 2 C. 13 D. 3

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 điện phân ở anot còn bên catot vừa hết.

Ta có ngay

Ví dụ 13: Điện phân 400 ml dung dịch hỗn hợp CuSO4 1M và NaCl 1M một thời gian đến khi ở catôt thu được 4,48 lít khí thì dừng điện phân. Thể tích khí thu được ở anôt là (các khí cùng đo ở đktc):

A. 11,2 lít B. 8,96 lít C. 6,72 lít D. 5,6 lít

Định hướng tư duy giải:

Ta có

Ví dụ 14: Hỗn hợp X gồm Fe(NO3)2 và KCl. Cho 80,7 gam X tan hết vào H2O thu được dung dịch Y. Điện phân dung dịch Y (có màng ngăn, điện cực trơ) đến khi H2O bắt đầu điện phân ở hai cực thì ngừng 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 dụng với dung dịch AgNO3 dư thu được y gam kết tủa. Các phản ứng hoàn toàn. Giá trị của y là:

A. 86,1 B. 53,85 C. 43,05 D. 29,55

Định hướng tư duy giải:

+ Cả catot và anot đều có khí và H2O vừa bị điện phân ở hai cực nghĩa là bị điện phân vừa hết. Còn bên catot đã có khí H2 bay ra.

Ta có

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 dung dịch Y với điện cực trơ màng ngăn xốp cường độ I = 2,68A đến khi khối lượng dung dịch giảm 20,225 gam mất t giây thì dừng lại thu được dung dịch Z. Cho m gam Fe vào dung dịch Z sau khi phản ứng kết thúc thu được 0,9675m gam hỗn hợp 2 kim loại. Giá trị của t là

A. 11522 B. 10684 C. 12124 D. 14024

Định hướng tư duy giải:

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

+ Khối lượng kim loại giảm nên trong dung dịch phải có vì nếu chỉ có Fe tác dụng với thì khối lượng chất rắn phải tăng.

Trong Y chứa gì? – Tất nhiên là

Gọi

Dung dịch sau cùng chứa

Ví dụ 16: Hòa tan hết 8,56 gam hỗn hợp X gồm Fe3O4 và CuO (tỉ lệ mol tương ứng là 3:2) trong lượng vừa đủ dung dịch HCl, thu được dung dịch Y. Điện phân dung dịch Y (điện cực trơ, có màng ngăn, hiệu suất 100%) với cường độ dòng điện không đổi 5A, đến khi khối lượng dung dịch giảm 11,18 gam thì dừng điện phân và thu được dung dịch Z. Dung dịch Z tác dụng vừa đủ với V ml dung dịch KMnO4 0,1M trong H2SO4 loãng. Giá trị của V là

A. 240 ml B. 80 ml C. 160 ml D. 400 ml

Định hướng tư duy giải:

Ta có ngay

Dễ thấy

Vậy Z chứa

Ví dụ 17: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 0,1 mol FeCl3, 0,2 mol CuCl2 và 0,1 mol HCl (điện cực trơ). Khi ở catot bắt đầu thoát khí thì ở anot thu được V lít khí (đktc). Biết hiệu suất của quá trình điện phân là 100%. Giá trị của V là

A. 5,60 B. 11,20 C. 22,40 D. 4,48

Định hướng tư duy giải:

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

Ví dụ 18: Để bảo vệ vật bằng sắt, người ta mạ Ni ở bên ngoài vật bằng cách điện phân dung dịch muối với điện cực catot là vật cần mạ, anot là một điện cực làm bằng Ni. Điện phân với cường độ dòng điện 1,93 ampe trong thời gian 20.000s. Tính bề dày lớp mạ nếu diện tích ngoài của vật là 2 ; tỉ trọng của Ni là 8,9g/.

A. 0,066cm B. 0,033cm C. 0,066mm D. 0,033mm

Định hướng tư duy giải:

Ta xem lớp mạ là khối HCN:

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 3,36 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm NO2 và O2, dung dịch Y và kim loại Ag. Giá trị lớn nhất của m là

A. 34,0 B. 68,0 C. 42,5 D. 51,0

Định hướng tư duy giải:

Ta có:

Hết sức chú ý: Nếu như anot là điện cực trơ thì ta sẽ có cách giải bài toán như trên và

. Tuy nhiên, bài hỏi giá trị lớn nhất có thể có của m ta phải hiểu anot làm bằng Ag (tan) và khi đó lúc đầu xảy ra

Sau khi Ag lẫn trong Anot bị tan hết thì mới xảy ra . Do đó khối lượng m sẽ phụ thuộc vào hàm lượng Ag bị lẫn trong anot. Với các dữ kiện của bài toán này thì ta sẽ không thể tính chính xác được m là bao nhiêu mà chỉ chọn đáp án có m lớn nhất trong 4 đáp án. (Trong thực tế Ag tan ra ở Anot sau đó lại được tạo thành ở Catot, điều này được ứng dụng để tinh chế kim loại, mạ điện).

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 khối lượng 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 m là

A. 8,6 B. 15,3 C. 10,8 D. 8,0

Định hướng tư duy giải:

Ta có:

Dung dịch sau điện phân chứa

Ví dụ 21: Điện phân 1 lít dung dịch X gồm Cu(NO3)2 0,6M và FeCl3 0,4M đến khi anot thoát ra 17,92 lít khí (đktc) thì dừng lại. Lấy catot ra khỏi bình điện phân, khuấy đều dung dịch để phản ứng xảy ra hoàn toàn thì thu được dung dịch Y. Giả thiết kim loại sinh ra đều bám lên catot, sản phẩm khử của (nếu có) là NO duy nhất. Giá trị gần nhất là?

A. 92 gam B. 102 gam C. 101 gam D. 91 gam

Định hướng tư duy giải:

Ta có:

Bên catot

Dung dịch sau điện phân chứa