phuong phap gia bai tap dien phan

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN

I.  Kiến thức và chú ý

A.  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 chất điện li.

+ Tại catot (cực âm - ) xảy ra quá trình khử (nhận e)

+ Tại Anot (cực dương +) xảy ra quá trình OXH (cho e)+ ion (-) là anion (A) ; ion (+) là cation 

• § Khác với phản ứng oxi hóa – khử thông thường, phản ứng điện phân do tác dụng của điện năng và các chất trong môi trường điện phân không trực tiếp cho nhau electron mà phải truyền qua dây dẫn.

B. Các trường hợp điện phân

1. Điện phân nóng chảy

Phương pháp điện phân nóng chảy chỉ áp dụng điều chế các kim loại hoạt động rất mạnh như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al

a) Điện phân nóng chảy oxit: chỉ áp dụng điều chế Al

+ Catot (-):   Al3+ + 3e   →   Al        

+ Anot (+):   2O2- + 4e   →  O2 Pt điện phân: 2Al2O3 ----> 4Al+3O2

b) Điện phân nóng chảy hiđroxit

Điện phân nóng chảy hiđroxit của kim loại nhóm IA và , ,  để điều chế các kim loại tương ứng.

 2M(OH)n---->2M+n/2O2+nH2O

c) Điện phân nóng chảy muối clorua

Điện phân nóng chảy muối clorua của kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ để điều chế các kim loại tương ứng.

 MCln--->M+n/2Cl2

2. Điện phân dung dịch

- Áp dụng để điều chế các kim loại trung bình, yếu.

- Trong điện phân dung dịch nước giữ một vai trò quan trọng:

+ Là môi trường để các cation và anion di chuyển về 2 cực.

+ Có thể tham gia vào quá trình điện phân:

Tại catot (-) H2O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH– 

Tại anot (+) H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 

Về bản chất nước nguyên chất không bị điện phân do điện ở quá lớn (I=0). Do vậy muốn điện phân nước cần hoà thêm các chất điện li mạnh như: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh.. 

- Tại catot (cực âm) xảy ra quá trình khử M+, H+ (axit), H2O theo quy tắc và theo thứ tự:

• Dễ nhận e nhất là các ion (+) KL yếu từ Mg trở đi

• Dễ nhận 2 thứ 2 là các ion H+ trong axit 2H+ + 2e --> H2
• Ion H+OH:  2H+OH + 2e → H2 + 2OH– 
• Khó nhận e nhất là ion KL mạnh Na+, K+ ( coi như không điện phân)

+ Ví dụ khi điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl3, CuCl2 và HCl thì thứ tự các ion bị khử là: 

Fe3+ + 1e → Fe2+ ; Cu2+ + 2e → Cu ; 2H+ + 2e → H2 ; Fe2+ + 2e → Fe-  

- Tại catot (cực âm):

• Dễ nhường e nhất là ion (-) gốc axit không có Oxi: Cl-, Br-,..

Bị oxi hóa theo thứ tự: S2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH– > H2O 

• OH- (bazo) OH- -2e --> 1/2O2 + H+
• Dễ nhường e thứ 3 HOH-2HOH- -4e --> O2 + 4H+
• Các anion gốc axit có oxi như NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–…không bị oxi hóa

 C. Công thức Faraday

Dựa vào công thức biểu diễn định luật Faraday ta có thể xác định được khối lượng các chất thu được ở các điện cực:

                                            m=AIt/nF   

A: khối lượng mol

n: số e mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận

I: cường độ dòng điện (A)

t: thời gian điện phân (giây)

F: hằng số Faraday: F=96500

Công thức tính nhanh số mol e trao đổi :n(e trao đổi)=It/F

 

II – MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA

 

Ví dụ 1: Điện phân hòa toàn 2,22 gam muối clorua kim loại ở trạng thái nóng chảy thu được 448 ml khí (ở đktc) ở anot. Kim loại trong muối là: A. Na B. Ca C. K D. Mg

 

Hướng dẫn: nCl2 = 0,02 Tại catot: Mn+ + ne → M Theo đlbt khối lượng mM = m(muối) – m(Cl2) = 2,22 – 0,02.71 = 0,8 gam Tại anot: 2Cl– → Cl2 + 2e Theo đlbt mol electron ta có nM = → M = 20.n → n = 2 và M là Ca (hoặc có thể viết phương trình điện phân MCln M + n/2Cl2 để tính) → đáp án B

 

Ví dụ 2: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến khi dung dịch NaOH trong bình có nồng độ 25 % thì ngừng điện phân. Thể tích khí (ở đktc) thoát ra ở anot và catot lần lượt là: A. 149,3 lít và 74,7 lít B. 156,8 lít và 78,4 lít C. 78,4 lít và 156,8 lít D. 74,7 lít và 149,3 lít

 

Hướng dẫn: mNaOH (trước điện phân) = 20 gam Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước: H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) → NaOH không đổi → m (dung dịch sau điện phân) = 80 gam → m (H2O bị điện phân) = 200 – 80 = 120 gam → nH2O = 20/3 mol → VO = 74,7 lít và VH= 149,3 lít → đáp án D

 

Ví dụ 3: Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 ( d = 1,25 g/ml) với điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm 8 gam. Để làm kết tủa hết ion Cu2+ còn lại trong dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M. Nồng độ phần trăm của dung dịch CuSO4 ban đầu là: A. 12,8 % B. 9,6 % C. 10,6 % D. 11,8 %

 

Hướng dẫn: nH2S = 0,05 mol - Gọi x là số mol CuSO4 tham gia quá trình điện phân: CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 (1) → m (dung dịch giảm) = m Cu(catot) + m O2(anot) = 64x + 16x = 8 → x = 0,1 mol - CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 (2) → nH2S = nCuSO4 = 0,05 mol - Từ (1) và (2) → nCuSO4 (ban đầu) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% = → đáp án B

 

Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện 9,65A. Tính khối lượng Cu bám vào catot khi thời gian điện phân t1 = 200 s và t2 = 500 s. Biết hiệu suất điện phân là 100 % A. 0,32 gam và 0,64 gam B. 0,64 gam và 1,28 gam C. 0,64 gam và 1,60 gam D. 0,64 gam và 1,32 gam

 

Hướng dẫn: nCuSO4 = 0,02 = nCu2+ Thời gian cần thiết để điện phân hết Cu2+ là t = s → t1 < t < t2 → Tại t1 có 1/2 số mol Cu2+ bị điện phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam và tại t2 Cu2+ đã bị điện phân hết → m2 = 1,28 gam → đáp án B

 

Ví dụ 5: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1A. Khi thấy ở catot bắt đầu có bọt khí thoát ra thì dừng điện phân. Để trung hòa dung dịch thu được sau khi điện phân cần dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,1M. Thời gian điện phân và nồng độ mol của dung dịch CuSO4 ban đầu là: A. 965 s và 0,025 M B. 1930 s và 0,05 M C. 965 s và 0,05 M D. 1930 s và 0,025 M

 

Hướng dẫn: nNaOH = 0,01 mol - Khi ở catot bắt đầu có bọt khí (H2) thoát ra chứng tỏ CuSO4 đã bị điện phân hết theo phương trình:CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 - nNaOH = nOH– = 0,01 mol → nH2SO4 = 0,5.nH+ = 0,5.nOH– = 0,005 (mol) → nCu = nCuSO4 = 0,005 (mol) → = 0,005 → t = 965 s và CM(CuSO) = M (hoặc có thể dựa vào các phản ứng thu hoặc nhường electron ở điện cực để tính) → đáp án A

 

Ví dụ 6: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M và Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ và cường độ dòng điện bằng 5A. Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khô thấy tăng m gam. Giá trị của m là: A. 5,16 gam B. 1,72 gam C. 2,58 gam D. 3,44 gam

 

Hướng dẫn: nAg+ = 0,02 mol ; nCu2+ = 0,04 mol - Ta có ne = mol - Thứ tự các ion bị khử tại catot: Ag+ + 1e → Ag (1) → sau (1) còn 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron 0,02 0,02 0,02 Cu2+ + 2e → Cu (2) → sau (2) còn dư 0,02 mol Cu2+ 0,02 0,04 0,02 m (catot tăng) = m (kim loại bám vào) = 0,02.(108 + 64) = 3,44 gam → đáp án D

 

Ví dụ 7: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu được dung dịch X. Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện 1,34A trong 4 giờ. Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (ở đktc) lần lượt là (Biết hiệu suất điện phân là 100 %): A. 6,4 gam và 1,792 lít B. 10,8 gam và 1,344 lít C. 6,4 gam và 2,016 lít D. 9,6 gam và 1,792 lít

 

Hướng dẫn: nCuSO4.5H2O = nCuSO4 = 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol - Ta có ne = mol - Thứ tự điện phân tại catot và anot là: Tại catot: Cu2+ + 2e → Cu → Cu2+ chưa bị điện phân hết → m (kim loại ở catot) = 0,1.64 = 6,4 gam 0,1 0,2 0,1 Tại anot: 2Cl– → Cl2 + 2e → ne (do Cl– nhường) = 0,12 < 0,2 mol → tại anot Cl– đã bị điện phân hết và 0,12 0,06 0,12 đến nước bị điện phân → ne (do H2O nhường) = 0,2 – 0,12 = 0,08 mol2H2O → O2 + 4H+ + 4e 0,02 0,08 V (khí thoát ra ở anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → đáp án A

 

Ví dụ 8: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 và AgNO3, để điện phân hết ion kim loại trong dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A trong 4 giờ. Sau khi điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám ở catot. Nồng độ mol của Cu(NO3)2 và AgNO3 trong hỗn hợp đầu lần lượt là: A. 0,2 M và 0,1 M B. 0,1 M và 0,2 M C. 0,2 M và 0,2 M D. 0,1 M và 0,1 M

 

Hướng dẫn: - Ta có ne = mol - Tại catot: Ag+ + 1e → Ag Ta có hệ phương trình: x x (mol) Cu2+ + 2e → Cu → CM Cu(NO3)2 = CM AgNO3 = 0,1 M → đáp án D y y (mol)

 

Ví dụ 9: Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H2O vào nước được dung dịch X. Điện phân dung dịch X với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1,93A. Nếu thời gian điện phân là t (s) thì thu được kim loại M ở catot và 156,8 ml khí tại anot. Nếu thời gian điện phân là 2t (s) thì thu được 537,6 ml khí . Biết thể tích các khí đo ở đktc. Kim loại M và thời gian t lần lượt là: A. Ni và 1400 s B. Cu và 2800 s C. Ni và 2800 s D. Cu và 1400 s

 

Hướng dẫn: Gọi nMSO4 = nM2+ = x mol 

 

Ví dụ 10: Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl2 và bình (2) chứa dung dịch AgNO3. Sau 3 phút 13 giây thì ở catot bình (1) thu được 1,6 gam kim loại còn ở catot bình (2) thu được 5,4 gam kim loại. Cả hai bình đều không thấy khí ở catot thoát ra. Kim loại M là: A. Zn B. Cu C. Ni D. Pb

 

Hướng dẫn: - Do hai bình mắc nối tiếp nên ta có: Q = I.t = → M = 64 → Cu → đáp án B

 

Ví dụ 11: Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100 %) thu được m kg Al ở catot và 67,2 m3 (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: A. 54,0 kg B. 75,6 kg C. 67,5 kg D. 108,0 kg

 

Hướng dẫn: 2Al2O3 4Al + 3O2 (1) ; C + O2 CO2 (2) ; 2C + O2 2CO (3) - Do X = 32 → hỗn hợp X có CO2 ; CO (x mol) và O2 dư (y mol) - 2,24 lít X + Ca(OH)2 dư → 0,02 mol kết tủa = nCO2 → trong 67,2 m3 X có 0,6 CO2 - Ta có hệ phương trình: và 0,6 + x + y = 3 → x = 1,8 và y = 0,6 Từ (1) ; (2) ; (3) → mAl = kg → đáp án BIII. Bài tập luyện thêm 

 

Câu 1: Cho một dòng điện có cường độ không đổi đi qua 2 bình điện phân mắc nối tiếp, bình 1 chứa 100ml dd CuSO4 0,01M, bình 2 chứa 100ml AgNO3 0,01M. Biết rằng sau thời gian điện phân 500s thì bên bình 2 xuất hiện khí bên catot. Cường độ dòng điện, khối lượng của Cu bám trên catôt và thể tích khí (đktc) xuất hiện bên anot của bình 1 lần lượt là:

      A. 0,193A; 0,032g Cu; 11,2ml O2                                  B. 0,386A; 0,064g Cu; 22,4ml O2

      C. 0,193A; 0,032g Cu; 22,4ml O2                                  D. 0,193A; 0,032g Cu; 5,6ml O2

Câu 2: Điện phân 400ml dung dịch CuSO4 0,2M với cường độ dòng điện I=10A trong thời gian t, ta thấy có 224ml khí (đktc) thoát ra ở anot. Giả thiết rằng điện cực trơ và hiệu suất là 100%. Thời gian điện phân là:

      A. 6 phút 26 giây            B. 3 phút 10 giây               C. 7 phút 20 giây            D. 5 phút 12 giây

Câu 3 : Khi điện phân dung dịch muối, giá trị pH ở gần 1 điện cực tăng lên. Dung dịch muối đó là:

      A. KCl                          B. CuSO4                  C. AgNO3                           D. K2SO4

Câu 4: Điện phân (điện cực trơ, có vách ngăn) một dung dịch có chứa các ion: Fe2+, Fe3+, Cu2+. Thứ tự xảy ra sự khử ở catot lần lượt là:

      A. Fe3+, Cu2+, Fe2+.       B. Cu2+, Fe3+, Fe2+.         C. Fe3+, Fe2+, Cu2+.       D. Fe2+, Fe3+, Cu2+.

Câu 5: Điện phân 400ml dung dịch AgNO3 0,2M và Cu(NO3)2 0,1M với cường độ dòng điện I=10A, anot bằng bạch kim. Sau thời gian t, ta ngắt dòng điện, thấy khối lượng catot tăng thêm m gam trong đó có 1,28g Cu. Thời gian điện phân t là: (hiệu suất điện phân là 100% ).

      A. 19,3s                           B. 1158s                             C. 772s                            D. 193s

 Câu 7: Điện phân 200ml dung dịch CuSO4 0,1M và MgSO4 cho đến khi bắt đầu xuất hiện khí bên catot thì ngừng điện phân. Tính khối lượng kim loại bám trên catot và thể tích khí thu được bên anot.

      A. 1,28g; 1,12 lít             B. 0,64g; 1,12 lít                C. 0,64g; 2,24 lít             D. 1,28g; 2,24 lít

Câu 8: Điện phân dung dịch CuSO4 và NaCl với số mol , dung dịch có chứa vài giọt quỳ tím. Điện phân với điện cực trơ. Màu của quỳ tím sẽ biến đổi như thế nào trong quá trình điện phân?

      A. đỏ sang xanh             B. tím sang đỏ                   C. xanh sang đỏ              D. tím sang xanh

Câu 9: Điện phân 2 bình điện phân mắc nối tiếp. Bình 1 chứa 100ml dung dịch CuSO4 0,1M, bình 2 chứa 100ml dung dịch NaCl 0,1M. Ngừng điện phân khi dung dịch thu được trong bình 2 có pH=13. Nồng độ ion Cu2+ còn lại trong bình 1 (thể tích dung dịch coi như không đổi) là:

      A. 0,04M                          B. 0,1M                               C. 0,08M                          D. 0,05M

Câu 10: Thực hiện phản ứng điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl với cường độ dòng điện là 5A. Đến thời điểm t, tại 2 điện cực nước bắt đầu điện phân thì ngắt dòng điện. Dung dịch sau điện phân hoà tan vừa đủ 1,6g CuO và ở anot của bình điện phân có 448ml khí bay ra (đktc). Khối lượng dung dịch giảm do phản ứng điện phân là:

      A. 3,59g                           B. 3,15g                              C. 1,295g                         D. 2,95g

Câu 11: Thực hiện phản ứng điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl với cường độ dòng điện là 5A. Đến thời điểm t, tại 2 điện cực nước bắt đầu điện phân thì ngắt dòng điện. Dung dịch sau điện phân hoà tan vừa đủ 1,6g CuO và ở anot của bình điện phân có 448ml khí bay ra (đktc). Nếu thể tích dung dịch không thay đổi V= 500ml thì nồng độ mol của các chất trong dung dịch là:

      A. 0,04M; 0,08M             B. 0,12M; 0,04M                C. 0,3M; 0,05M               D. 0,02M; 0,12M

Câu 12: Điện phân 100ml dung dịch CuSO4 0,2M với cường độ dòng điện I= 9,65A. Khối lượng Cu bám trên catot khi thời gian diện phân t1= 200s và t2= 500s (hiệu suất điện phân là 100%).

      A. 0,32g; 0,64g               B. 0,32g; 1,28g                  C. 0,64g; 1,28g                D. 0,64g; 1,32g

Câu 13: Điện phân 400ml dung dịch AgNO3 0,2M và Cu(NO3)2 0,1M với cường độ dòng điện I=10A, anot bằng bạch kim. Sau thời gian t, ta ngắt dòng điện, thấy khối lượng catot tăng thêm m gam trong đó có 1,28g Cu. Giá trị của m là:

      A. 11,2g                           B. 1,28g                              C. 9,92g                           D. 2,28g

Câu 14: Điện phân (có màng ngăn, điện cực trơ) một dung dịch chứa hỗn hợp CuSO4 và NaCl. Dung dịch sau điện phân có thể hoà tan bột Al2O3. Dung dịch sau điện phân có thể chứa:

      A. H2SO4 hoặc NaOH      B. NaOH                             C. H2SO4                                                     D. H2O

Câu 15: Điện phân 400ml dung dịch CuSO4 0,2M với cường độ dòng điện I=10A trong thời gian t, ta thấy có 224ml khí (đktc) thoát ra ở anot. Giả thiết rằng điện cực trơ và hiệu suất là 100%. Khối lượng của catot tăng lên là:

      A. 1,28g                           B. 0,75g                              C. 2,5g                             D. 3,1g

Câu 16: Điện phân 100ml dung dịch chứa CuSO4 0,2M và AgNO3 0,1M, với cường độ dòng điện I=1,93A. Tính thời gian điện phân để được một khối lượng kim loại bám trên catot là 1,72g.

      A. 500s                            B. 1000s                             C. 750s                            D. 250s

Câu 17: Điện phân dung dịch NaOH với cường độ dòng điện là 10A trong thời gian 268 giờ. Sau khi điện phân còn lại 100g dung dịch NaOH có nồng độ 24%. Nồng độ % của dd NaOH trước khi điện phân là:

      A. 4,2%                            B. 2,4%                               C. 1,4%                            D. 4,8%

Câu 18: Điện phân 400ml dung dịch CuSO4 0,2M với cường độ dòng điện I=10A trong thời gian t, ta thấy có 224ml khí (đktc) thoát ra ở anot. Giả thiết rằng điện cực trơ và hiệu suất là 100%. Nếu thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể thì nồng độ của ion H+ trong dung dịch sau điện phân là:

      A. 0,1M                            B. 0,3M                               C. 0,4M                            D. 0,02M

Câu 19: Cho các dung dịch sau: KCl, Na2SO4, KNO3, AgNO3, ZnSO4, NaCl, NaOH, CaCl2, H2SO4. Dung dịch nào khi điện phân thực chất là điện phân nước?

      A. KCl, Na2SO4, KNO3                                               B. Na2SO4, KNO3, H2SO4, NaOH

      C. Na2SO4, KNO3, CaCl2, H2SO4, NaOH                      D. KNO3, AgNO3, ZnSO4, NaCl, NaOH

Câu 20: Điện phân 500ml dung dịch AgNO3 0,1M và Cu(NO3)2 0,2M với cường độ dòng điện I = 10A và điện cực trơ. Sau thời gian t ta ngắt dòng điện. Dung dịch sau điện phân được lấy ra ngay để đo nồng độ các chất. Nếu hiệu suất điện phân là 100% và thể tích dung dịch coi như không thay đổi, nồng độ mol ion H+ là 0,16M. Nồng độ mol/l của muối nitrat trong dd sau điện phân là:

            A. 0,2M           B. 0,17M         C. 0,15M         D. 0,3M