lý thuyết và phương pháp giải bài tập điện phân

44 783 3
lý thuyết và phương pháp giải bài tập điện phân

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 MỤC LỤC A LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN I THẾ PHÂN GIẢI VÀ QUÁ THẾ II GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH NHỮNG SẢN PHẨM KHI ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH III ỨNG DỤNG CỦA SỰ ĐIỆN PHÂN B BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN I BÀI TẬP LÍ THUYẾT Dạng 1: Bài tập viết phương trình phản ứng xảy điện cực, thứ tự ion bị điện phân điện cực phương trình phản ứng chung điện phân (phương trình điện phân)… .8 1.1 Điện phân nóng chảy 1.2 Điện phân dung dịch muối tan nước Dạng 2: Bài tập giải thích tượng (sự biến đổi pH, thay đổi màu quỳ tím…) 17 II BAØI TẬP ĐỊNH LƯNG 22 DẠNG 1: BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN KHƠNG CHO GIẢ THIẾT CƯỜNG ĐỘ DỊNG ĐIỆN I VÀ THỜI GIAN ĐIỆN PHÂN t 22 DẠNG 2: BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH CHỈ CÓ H2O ĐIỆN PHÂN Ở HAI ĐIỆN CỰC 23 DẠNG 3: BÀI TỐN ĐIỆN PHÂN CĨ CHO GIẢ THIẾT CƯỜNG ĐỘ I, THỜI GIAN t 23 DẠNG 4: ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH CHỨA NHIỀU CHẤT ĐIỆN PHÂN .23 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 A LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN Năm 1800, Đavy (1778 - 1829), nhà vật lý hóa học Anh, lần dùng dòng điện pin Volta để điện phân nước khẳng định giả thuyết A Lavoisier (1743 - 1794) nước gồm có oxi hiđro Bằng cách điện phân, Đavy điều chế kim loại Na, K, Mg, Ca Ba Nghiên cứu tượng điện phân, năm 1834 M Faraday (1791 - 1867), học trò Đavy, phát minh quy luật điện phân mà gọi định luật Faraday I THẾ PHÂN GIẢI VÀ QUÁ THEÁ Điện phân phân hủy chất nhờ tác dụng dòng điện chiều Khi nối nguồn điện chiều với hai điện cực nhúng chất điện ly nóng chảy hay dung dịch chất điện ly điện cực bình điện phân xảy q trình oxi hóa khử làm cho chất bị phân hủy Như trình diễn ngược lại pin điện: dòng điện pin phản ứng oxi hóa khử sinh Phản ứng pin tự phát xảy phản ứng điện phân xảy có dịng điện     2+ Khi nối điện cực kẽm Zn Zn với điện cực clo Cl điều kiện chuẩn, 2Cl2 pin kẽm – clo có suất điện động E0 = 2,12V Ngược lại dùng dòng điện chiều hiệu 2,12V nối với hai điện cực trơ (bằng platin than chì) nhúng dung dịch ZnCl2 thấy kẽm kim loại bám vào điện cực nối với cực âm nguồn điện khí clo xuất điện cực nối với cực dương nguồn điện, nghĩa điện cực xảy hai nửa phản ứng: Ở điện cực âm (catot): Zn 2+ + 2e  Zn Ở điện cực dương (anot): 2Cl-  Cl2 + 2e Phản ứng chung xảy là: Dòng điện Zn2+ + 2Cl  Zn + Cl2 hiệu 2,12V  Tương tự vậy, phản ứng điện phân: Cu 2+ + 2Cl-  Cu + Cl2 xảy hiệu 1,02V Phản ứng điện phân : Trang LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 2H+ + 2Cl-  H2 + Cl2 xảy hiệu 1,36V Những hiệu 2,12V; 1,02V 1,36V gọi phân giải ZnCl2 , CuCl2 HCl tương ứng dung dịch 1M Vậy hiệu tối thiểu dòng điện chiều cần đặt vào điện cực trơ để gây nên điện phân chất gọi phân giải (kí hiệu U) Những phân giải chất sức điện động pin tương ứng Thế phân giải ZnCl2 dung dịch: U = E0 Cl 2Cl - - E 2+ = 1,36 - - 0,76 = 2,12V Zn Zn Thế phân giải CuCl2 dungdịch: U = E0 Cl - - E Cu 2+ = 1,36 - 0,34 = 1,02V Cu 2Cl Thế phân giải HCl dung dịch : U = E0 Cl 2Cl - - E0 + 2H = 1,36 - 0,00 = 1,36V H2 Ba thí dụ cho thấy phân giải chất điện ly bao gồm phân giải cation phân giải anion Thế phân giải ion tối thiểu cần đặt vào điện cực để ion tích điện hay phóng điện Thế phân giải đại đa số cation anion điện cực trơ thực tế điện cực nguyên tố tương ứng Nhưng phân giải vài ion Fe2+ , Ni 2+ , H+ OH-  hay H2O  giá trị tuyệt đối lớn điện cực tương ứng Khi điện phân dung dịch chất chứa ion nước, người ta phải dùng dịng điện hiệu cao so với suất điện động E pin tương ứng Thế hiệu phụ thêm gọi (kí hiệu ΔE ) Hiện tượng có chất phức tạp phụ thuộc nhiều vào yếu tố liên quan với đặc tính động học vật liệu dùng để làm điện cực, bề mặt điện cực, trạng thái tập hợp chất thoát điện cực, với mật độ dòng điện nhiệt độ Khi điện cực thoát kim loại, đại lượng thường bé, bỏ qua trừ trường hợp sắt  ΔE = 0,24V  niken  ΔE = 0,23V  Khi điện cực thoát Trang LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 khí H2 O2 đại lượng đáng kể, bỏ qua Dưới hiđro oxi điện cực khác nhau: Điện cực Quá hiđro, V Quá oxi, V Pt (muội) 0,03 – 0,04 0,3 Fe 0,1 – 0,2 0,3 Pt (nhẵn) 0,2 – 0,4 0,5 Ni 0,2 – 0,4 0,5 Hg 0,8 – 1,0 Như phân giải chất điện ly dung dịch nước xác định bằng: U = E0a - E0c + ΔEa + ΔEc Trong U phân giải, E a chuẩn điện cực dương, E c chuẩn điện cực âm (hiệu E a - E c suất điện động pin tương ứng), E 0a anion điện cực dương ΔE 0c cation điện cực âm II GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH NHỮNG SẢN PHẨM KHI ĐIỆN PHÂN DUNG DÒCH Khi điện phân dung dịch nước chứa số loại cation số loại anion nguyên tắc, điện cực âm, cation có điện cực lớn bị khử trước điện cực dương, anion điện cực bé bị oxi hóa trước Tuy nhiên thực tế thứ tự thường bị phá vỡ tượng Do đó, điện phân dung dịch muối kim loại nước trước tiên điện cực xảy phản ứng oxi hóa – khử đòi hỏi phân giải bé Để làm sáng tỏ điều này, xét phân giải tất trường hợp xảy điện phân Thí dụ dung dịch CoCl2 1M với điện cực platin nhẵn Trường hợp thứ nhất: Ở điện cực âm: Co2+ + 2e  Co , Eo = -0,28 c Ở điện cực dương: 2Cl-  Cl2 + 2e , Eo  1,36 a Trang LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 Phản ứng điện phân: Co2+ + 2Cl-  Co + Cl2 xảy phân giải: U = 1,36-(-0,28) = 1,64V Trường hợp thứ hai: Ở điện cực âm: Co2+ + 2e  Co , Eo = 0,28 c Ở điện cực dương: H 2O  O2 + 2H + + 2e , Eo = 1,23 a Quá oxi điện cực Pt nhẵn ΔE a = 0,5 Phản ứng điện phân: Co2+ + H 2O  Co + O2 + 2H + xảy phân giải: U = 1,23 - (-0,28) + 0,5 = 2,01V Trường hợp thứ ba: Ở điện cực âm: 2H2O + 2e  H2 + 2OH- , Eo = -0,82 c Ở điện cực dương: 2Cl-  Cl2 + 2e , Eo = 1,36 a Quá hiđro điện cực Pt nhẵn ΔE c = 0,4 Phản ứng điện phân: 2Cl- + 2H2O  H2 + Cl2 + 2OH- xảy phân giải: U = 1,36 - (-0,82) + 0,4 = 2,58V Trường hợp thứ tư: Ở điện cực âm: 2H2O + 2e  H2 + 2OH- Eo = -0,82 c Ở điện cực dương: H 2O  O2 + 2H + + 2e Eo = 1,23 a Quá hiđro điện cực Pt nhẵn ΔE c = 0,4 Quá oxi điện cực Pt nhẵn ΔE a = 0,5 Phản ứng điện phân: H 2O  H + O2 xảy phân giải: U = 1,23 - (-0,82) + 0,5 + 0,4 = 2,95V Các kết thu cho thấy trường hợp thứ đòi hỏi phân giải bé nên dễ xảy sản phẩm q trình điện phân dung dịch CoCl2 dòng điện  nước kim loại coban khí clo: CoCl2  Co + Cl2 Trang LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 Tính tốn tương tự vậy, giải thích tạo thành sản phẩm trình điện phân dung dịch nước chất sau với điện cực trơ: dòng điện 2NaCl + 2H2 O  H + Cl + 2NaOH  dòng điện CuSO4 + H2 O  Cu + O2 + H 2SO4  phân hủy nước điện phân dung dịch H2SO4, NaOH, Na2SO4: H 2O  H + O2 axit, chất kiềm muối có vai trò làm tăng độ dẫn điện dung dịch III ỨNG DỤNG CỦA SỰ ĐIỆN PHÂN Phương pháp điện phân ứng dụng rộng rãi thực tế sản xuất phịng thí nghiệm nghiên cứu Trong cơng nghiệp hóa chất, điện phân thường dùng để tách lấy đơn chất từ hợp chất Nhiều trình điện phân giữ vai trò then chốt sản xuất như: - Sản xuất NaOH, Cl2 phương pháp điện phân dung dịch NaCl đậm đặc Trong trình điện phân, sản phẩm tạo NaOH, H2 Cl2 O2 O2 lớn Clo mười hóa chất sản xuất nhiều Vì vậy, nói nhà sản xuất thu lợi nhuận hàng tỉ đô la nhờ vào việc ứng dụng điện phân - Sản xuất khí H2, O2 phương pháp điện phân dung dịch K2SO4, H2SO4, NaOH…thực chất điện phân nước, chất muối, axit, kiềm, đóng vai trị làm tăng độ dẫn điện dung dịch Trong phịng thí nghiệm, điện phân nước thành H2 O2 thực từ năm 1800 đến sử dụng để điều chế H2 O2 siêu tinh khiết - Sản xuất Li, Na, Mg, Ca, Sr, Ba, Cl2, Br2…bằng phương pháp điện phân muối halogenua nóng chảy - Sản xuất Al phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy có thêm Na3AlF6 (criolit) để giảm nhiệt độ nóng chảy nhơm oxit - Sản xuất KClO3 phương pháp điện phân dung dịch KCl đặc, nóng… Trang LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 - Điều chế kim loại tinh khiết Bằng phương pháp điện phân người ta thu kim loại có độ tinh kkhiết cao Zn, Cd, Mn, Cr, Fe Ví dụ, điện phân dung dịch ZnSO4 tinh chế thêm H2SO4, H2 Zn lớn, nên catot không tạo H2 tạo Zn Sản phẩm Zn thu đạt độ tinh khiết 99,99% - Tinh chế kim loại Nhờ phương pháp điện phân tinh chế hàng loạt kim loại Cu, Ag, Au, Ni, Co Pb Phổ biến tinh chế đồng Đồng thô (lẫn tạp chất) dùng làm anot, nhúng dung dịch điện phân CuSO4 Đồng tinh khiết dùng làm catot Các ion Cu2+ từ hòa tan anot chuyển catot bị khử thành đồng tinh khiết bám vào catot - Đúc đồ vật kim loại tiến hành tương tự tinh chế kim loại Trong trình điện phân, kim loại anot tan dần thành Mn+ bị khử thành kim loại bám thành lớp khuôn đúc catot - Mạ điện Trong kĩ thuật, người ta mạ kim loại Zn, Cd, Cu, Ni, Cr, Sn, Ag Au lên bề mặt đồ vật kim loại để chống gỉ, tăng vẻ bóng, đẹp đồ vật phương pháp điện phân Trong mạ điện, kim loại để mạ dùng làm anot nhúng dung dịch muối Vật cần mạ dùng làm catot Trong trình điện phân, kim loại làm anot tan dần thành Mn+ catot, Mn+ bị khử thành lớp kim loại bám bề mặt đồ vật làm catot - Phân tích định tính, định lượng tách kim loại hỗn hợp chúng Nguyên tắc dựa phóng điện khác ion kim loại hỗn hợp Ví dụ: Trong dung dịch có chứa đồng thời số ion kim loại khác Bằng cách tăng dần điện đặt vào hai điện cực bình điện phân, kim loại điện cực Qua xác định dung dịch có ion kim loại khối lượng chúng Trang LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 B BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN I BÀI TẬP LÍ THUYẾT Dạng 1: Bài tập viết phương trình phản ứng xảy điện cực, thứ tự ion bị điện phân điện cực phương trình phản ứng chung điện phân (phương trình điện phân)… Để làm dạng tập cần phải ý đến thứ tự phản ứng ion điện cực 1.1 Điện phân nóng chảy Thường muối, oxit  Al2O3  hiđroxit (NaOH) Đối với muối người ta thường điện phân muối clorua nóng chảy chúng khơng bị phân hủy nóng chảy Phương trình phản ứng dạng tổng quát sau: ñpnc 2ACln  2A + NaCl2 1  ñpnc 2An Om  2nA + mO2    ñpnc 2A  OH n  4A + nO2 + 2nH2O   3 Phản ứng (1) thường dùng để điều chế Na, K, Ca, Mg, Ba,… Phản ứng (2) dùng để điều chế Al công nghiệp Phản ứng (3) thường dùng để điều chế Na * Cách viết sơ đồ điện phân: - Cực âm (-)(catot): xảy trình nhận electron - Cực dương (+)(anot): xảy trình nhường electron Ví dụ 1: Điện phân nóng chảy NaCl Sơ đồ điện phân: Catot  -  Na  +  Anot NaCl + Na + + 1e  Na  Cl2Cl  Cl2 + 2e  đpnc  Phương trình điện phân: NaCl  Na + Cl2 Trang LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 Ví dụ 2: Điện phân nóng chảy NaOH Sơ đồ điện phân:  Catot  -  NaOH Na   +  +  Anot OH - 4OH-  O2 + 2H2O + 4e  Na + + 1e  Na  đpnc Phương trình điện phân: 2NaOH  2Na + O2 + H2O  Ví dụ 3: Điện phân nóng chảy Al2O3 Sơ đồ điện phân: Catot  -    Al2O3  +  Anot   3+ O 2- Al3+ + 3e  Al  2O2-  O2 + 4e  Al ñpnc Phương trình điện phân: Al2O3  2Al +  O2 * Lưu ý: Khi điện phân nóng chảy hỗn hợp nhiều chất thứ tự phản ứng cation ngược với thứ tự nguyên tố kim loại dãy hoạt động hóa học kim loại, nghĩa nguyên tố kim loại đứng sau cation bị khử trước Ví dụ 1: Điện phân nóng chảy hỗn hợp muối ZnCl 2, NiCl 2, CuCl catot, thứ tự phản ứng cation sau: Cu 2+ + 2e  Cu  Ni2+ + 2e  Ni  Zn 2+ + 2e  Zn  1.2 Điện phân dung dịch muối tan nước Cách viết sơ đồ điện phân: - Cực (-) catot : xảy trình nhận electron Ion kim loại sau nhôm nhận electron, ion kim loại từ nhôm trở trước không nhận electron mà nước nhận electron 2H2O + 2e  2OH- + H2  Trang LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN K + Ba 2+ Ca 2+ Na + Mg 2+ Al3+    2009 Zn2+ Fe2+ Ni2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Hg22+ Ag+ Hg2+    Cation kim loaïi thu e Mn+ + ne  M H + ( H O) thu e 2H O + 2e H  + 2OH - - Cực (+) anot: xảy trình nhường electron: ion gốc axit khơng có oxi nhường electron Ion gốc axit có oxi không nhường electron mà nước nhường electron * Chú ý: Đối với cacboxylat (muối axit cacboxylic) - Ở catot: 2H2O + 2e  2OH- + H2  2H2O  4H+ + O2  4e  - Ở anot: 2RCOO-  R-R + 2CO2  + 2e  Phương trình điện phân: ñpdd 2RCOONa + 2H 2O  H  + 2NaOH + 2CO2 + R-R           Catot Anot Nếu khơng có ngăn: CO2 + NaOH  NaHCO3  Khi nhiệt độ bình điện phân lớn 400 C thì: 2NaHCO3  Na 2CO3 + CO2 + H2O  Ví dụ 1: Điện phân dung dịch NaCl Catot      NaCl   +  Anot  Na + , H O Cl- , H O 2H2O + 2e  2OH- + H2  2Cl  Cl2 + 2e  ñpdd  Phương trình điện phân: 2NaCl + 2H 2O  2NaOH + H + Cl mn      Catot Ví dụ 2: Điện phân dung dịch CuSO4 Catot  -    CuSO4 Anot   +  Anot  Cu 2+ , H 2O SO4 2- ,H O Cu 2+ + 2e  Cu  2H2O  4H+ + O2  4e  ñpdd  Phương trình điện phân: CuSO4 + H2O  Cu + H2SO4 + O2 Bài 1: Viết sơ đồ phương trình điện phân muối sau: a) Điện phân nóng chảy Ba  OH 2 b) Điện phân dung dịch AgNO3, KBr, Na2SO4 Trang 10 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 Bài 1: Tiến hành điện phân 200ml dung dịch CuSO4 với dòng điện I = 1,93A catot bắt đầu xuất khí thời gian cần 250 giây Tính nồng độ mol dung dịch CuSO4 thể tích khí anot (đktc) Giải: Phương trình điện phân: CuSO4  Cu 2  SO4  - Ở catot: điện phân đến bắt đầu có khí tức Cu2+ điện phân vừa hết Cu 2  2e  Cu (1) - Ở anot: H 2O  O2  H   2e (2) Số mol electron thu nhường điện cực: ne  I t 1,93  250   0, 005(mol ) F 96500 Từ (1)  nCu  ne  2 CM (CuSO4 )  0, 0025  0, 00125M Từ (2)  nO  ne  0, 005  0, 0025(mol ) 0, 005  0, 00125(mol )  VO2  0,00125  22,  0,028(l ) Bài 2: Điện phân dung dịch AgNO3 thời gian 15 phút, thu 0,432g Ag catot Sau đó, để làm kết tủa hết ion Ag+ lại dung dich sau điện phân cần dùng 25 ml dung dịch NaCl 0,4M a/ Viết phương trình điện phân phản ứng hóa học xảy b/ Tính cường độ dịng điện dùng c/ Khối lượng AgNO3 có dung dịch ban đầu Giải: a/ Phương trình điện phân phản ứng xảy ra: Trang 30 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 đpdd 4AgNO3 + 2H2O  2Ag + 2O2 + 4HNO3 (1)  AgNO3 + NaCl  NaNO3 + AgCl (2) b/ Cường độ dòng điện: I 96500 1 0, 432  4, 29( A) 108 15  60 c/ Khối lượng AgNO3: Số mol Ag sinh (1): nAg  0, 432  0, 004(mol ) 108 Số mol NaCl tham gia (2): nNaCl  0,  25  0, 01(mol ) 1000 Theo (1): nAg  nAgNO  0,004(mol ) Theo (2): nNaCl  nAgNO  0,01(mol ) Khối lượng AgNO3 có dung dịch ban đầu: mAgNO3  170  (0,04  0,01)  2,38( g ) Bài 3: Điện phân 200ml dung dịch AgNO3 0,4M với điện cực trơ, thời gian giờ, cường độ dịng điện 0,402A a/ Tính lượng Ag thu sau điện phân b/ Tính nồng độ mol/l chất có dung dịch sau điện phân Coi thể tích dung dịch sau điện phân thay đổi khơng đáng kể Giải: a/ Khối lượng Ag thu được: mAg  108  0, 402   60  60  6, 48( g ) 96500 1 ứng với 6,48  0,06( mol) Ag 108 b/ Nồng độ mol/l chất sau điện phân: Số mol AgNO3 dung dịch trước điện phân: Trang 31 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 nAgNO3  0,  0,  0,08(mol ) Phương trình điện phân AgNO3: ñpdd 4AgNO3 + 2H2O  2Ag + 2O2 + 4HNO3  Theo phương trình điện phân: Số mol AgNO3 bị điện phân = Số mol HNO3 sinh = Số mol Ag = 0,06 mol Số mol Ag dư sau điện phân: nAgNO3  0,08  0,06  0,02(mol ) Nồng độ mol/l chất dung dịch sau điện phân: CM AgNO  0, 02 0, 06  0,1M , CM HNO   0,3M 0, 0, Bài 4: Sau điện phân 965 giây dung dịch NaOH với dòng điện ampe dừng lại a) Nồng độ dung dịch NaOH thay đổi b) Tính thể tích khí thu 54,60C 1atm Giải:  -  Na + OH HOH 2H2O + 2e  2OH- + H2  2H2O + 2e  2OH- + H2  ñpdd 2H2O  2H2  + O2   (1) a) Thực chất điện phân dung dịch NaOH H 2O điện phân, sau điện phân, nồng độ NaOH tăng lên nước (dung mơi) giảm, cịn lượng chất tan NaOH khơng đổi b) m It = A 96500n Nếu xét với H n=1; với O n=2 Với H: m 3.965 =  0, 03 A 96500.1 Trang 32 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 m = 0, 03 số mol nguyên tử H A 0,03 Vậy n H2 = = 0,015  mol  Theo (1), số mol khí tổng cộng: n khí = n H2 + n O2 = 0,015 + 0,015  0, 0225  mol  P0 V0 PV 1.0,0225.22,4 1.V =  =  V = 0,6048  lít  T0 T 273 273+54,6 Bài 5: Có 400ml dung dịch chứa HCl KCl, đem điện phân bình điện phân có vách ngăn với I = 9,65 A 20 phút dung dịch chứa chất tan có pH = 13 a) Viết ptpư điện phân b) Tính nồng độ mol dung dịch ban đầu (coi thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể) Giải: 10-14 pH = 13;  H+ = 10-13 ; OH-  = -13 = 10-1   10 dpdd Thứ tự điện phân: 2HCl  H2 + Cl2  (1) dpdd 2KCl + 2H2O  2KOH + H2  + Cl(2)   mn Số mol OH- là: n OH = 0,4.0,1 = 0,04  mol  - n Cl2 = m It = A n.F n Cl2 = 9, 65.1200 = 0,06  mol  2.96500 n Cl2 2 = 0,04 n OH- = = 0,02  mol  2 n Cl21 = 0,06 - 0,02 = 0,04  mol  ; n HCl = 0,08  mol  CM  KCl = 0,04 = 0,1M 0,4 Trang 33 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN CM  HCl = 2009 0,08 = 0,2M 0,4 Bài 6: Điện phân 100ml dung dịch hỗn hợp chứa Ag 2SO4 CuSO4 có số mol 0,0008 mol Thời gian điện phân 7’43” với cường độ dịng điện 0,5 A a) Tính khối lượng kim loại bám vào catot b) Tính nồng độ mol chất có dung dịch sau điện phân Giải: a) Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa Ag 2SO4 CuSO4 Ag 2SO4 bị điện phân trước Giả sử Ag 2SO4 bị điện phân hết dpdd Ag 2SO4 + 2H 2O  4Ag +  0,0008mol   O2 + 2H 2SO4 0,0016mol  0,0008mol  - Tính thời gian điện phân Ag 2SO4 : m= AIt 108.0,5.t  0,0016.108 =  t = 308,8  s  n.F 1.96500 - Thời gian lại để điện phân CuSO4 : 463 – 309 = 154 (s) - Tính số mol đồng giải phóng catot: gọi x số mol Cu 64x = 64.0,5.154 2.96500 Rút x = 0,0004 mol - Tính khối lượng kim loại bám vào catot: mKL =  0,0016.108 +  0,00064.64 = 0,1984  g  dpdd b) CuSO4 + H 2O  Cu  0,0004   + H 2SO4 + O2 0,0004  0,0004  Dung dịch sau điện phân chứa : n H2SO4 = 0,0008 + 0,0004 = 0,0012  mol  n CuSO4 (dư) = 0,0008 - 0,0004 = 0,0004  mol Trang 34 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN CM  H2SO4  = 0,0012 = 0,012  M  0,1 CM  CuSO4  = 2009 0,004 = 0,004  M  0,1 Bài tập tự giải Bài 1: Điện phân dung dịch chứa 10g hỗn hợp KCl KOH với dịng điện 5A hết phút 25 giây a) Tính thành phần phần trăm hỗn hợp đầu b) Tính thể tích dung dịch HCl 10% (D = 1,1 g/ cm3 ) để trung hòa dung dịch đầu Bài 2: a) Bao nhiêu gam đồng sinh điện cực âm điện phân dung dịch CuCl2 với dịng điện có cường độ 5A? b) Điện phân 500ml dung dịch CuSO4 0,2 M (d = 1,1) với cường độ dòng điện 2,5 A Xác định nồng độ phần trăm dung dịch sau điện phân? c) Cho dòng điện 5A qua dung dịch crom (III) nitrat dư 30 phút có gam crom kim loại bám catot? DẠNG 4: ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH CHỨA NHIỀU CHẤT ĐIỆN PHÂN Lưu ý: - Ở cực catot trơ: ion kim loại có tính oxi hóa mạnh tham gia điện phân trước - Ở cực anot trơ: ion âm oxi tham gia điện phân (nếu có Cl  , Br  Br  điện phân trước) Bài 1: Điện phân 0,8 lít dung dịch hỗn hợp HCl, Cu(NO3)2 điện cực trơ với I = 2,5A thời gian t (giây) khí anot tích 3,136 lít (đktc) Dung dịch sau điện phân phản ứng đủ với 550ml dung dịch NaOH 0,8M 1,96g kết tủa Tính nồng độ mol chất dung dịch đầu thời gian điện phân Trang 35 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 Giải: - Ở anot: Cl  bị điện phân trước Vì sinh khí Cl2 nên H2O không bị điện phân  nCl  0,14(mol ) Cl   2e  Cl2  ne Cl  nhường  0,14   0, 28 (mol) - Dung dịch sau điện phân tác dụng với NaOH tạo kết tủa chứng tỏ phải có Cu2+ dư nên H+ chưa điện phân Tóm lại điện phân dung dịch xảy sau: + Ở catot: Cu 2  2e  Cu  0,14  0, 28  0,14(mol ) + Ở anot: Cl   2e  Cl2 Dung dịch sau điện phân chứa : H+ ban đầu, NO3 , Cu 2 dư, Cl  dư  nNaOH phản ứng  0,55  0,8  0, 44 (mol) Cu2+dư 2OH   Cu(OH )2  0,02  0,04  0,02 (mol)  nCu 2 dư  nCu (OH )2  1,96  0, 02 (mol) 98  nCu 2 ban đầu  0,14  0,02 0,16 (mol)  CM Cu ( NO )  0,16  0, 2M 0,8  nOH  phản ứng với H   0, 44  0,04  0, (mol) H   OH   H 2O  nH   0,04 (mol)  CM HCl  Ta có ne  0,  0,5M 0,8 It 96500 Trang 36 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN t  2009 96500  0, 28  10808 (giây) 2,5 Bài 2: Điện phân 400ml dung dịch chứa muối KCl CuCl2 với điện cực trơ màng ngăn anot 3,36 lít khí (đktc) ngừng điện phân Để trung hòa dung dịch sau điện phân cần 100ml dung dịch HNO31M Dung dịch sau trung hòa tác dụng với dung dịch AgNO3 dư, sinh 2,87g kết tủa trắng Tính nồng độ mol/l muối có dung dịch trước điện phân Giải: Phương trình điện phân phản ứng hóa học: dpdd CuCl2  Cu + Cl2  (1) dpdd 2KCl + 2H2O  2KOH + H2  + Cl2   mn (2) KOH  HNO3  KNO3  H 2O (3) KCl  AgNO3  AgCl   KNO3 (4) Nồng độ muối dung dịch ban đầu: Số mol Cl2 sinh (1) (2): nCl2  3,36  0,15 (mol) 22, Số mol HNO3 tham gia (3): nHNO3  1 0,1  0,1 (mol) Số mol AgCl sinh (4): nAgCl  2,87  0, 02 (mol) 143,5 Theo (4): nAgCl  nKCl (dư)=0,02 (mol) Theo (3): nHNO  nKOH  0,1 (mol) Theo (2): nKOH  nKCl (đp) = 0,1 (mol) nCl2  0,1  0, 05 (mol) Theo (1): nCuCl  nCl  0,15  0,05  0,1 (mol) 2 Trang 37 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 Nồng độ mol/l CuCl2: CM CuCl  0,1  0, 25M 0, Nồng độ mol/l KCl: CM KCl  (0,1  0, 02)  0,3M 0, Bài 3: Điện phân hồn tồn 200ml dung dịch có hịa tan Cu(NO3)2 AgNO3 với cường độ dòng điện 0,804A, thời gian điện phân giờ, nhận thấy khối lượng catot tăng thêm 3,44g Xác định nồng độ mol/l muối dung dịch ban đầu Giải: Phương trình điện phân: đpdd 2Cu  NO3 2 + 2H2O  2Cu + O2 + 4HNO3 (1)  ñpdd 4AgNO3 + 2H2O  4Ag + O2 + 4HNO3 (2)  Theo định luật Faraday, ta tính khối lượng oxi thu anot sau điện phân: mO2  16  0,804   60  60  0, 48( g ) 96500   nO2  0, 48  0, 015 (mol) 32 Đặt x, y số mol Ag Cu thu catot sau điện phân Ta có hệ phương trình: 108 x  64 y  3, 44  x y    0, 015   x  y  0, 02(mol ) Nồng độ mol/l muối dung dịch ban đầu: CM AgNO  CM Cu ( NO )  3 0, 02  0,1M 0, Bài 4: Điện phân 100ml dung dịch có hịa tan NaCl HCl (điện cực trơ), sau thời gian điện phân catot sinh 0,0448 lít khí (đktc) Trung hịa dung dịch Trang 38 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 sau điện phân cần 30ml dung dịch NaOH 0,015M Cho dung dịch sau trung hòa tác dụng với 40ml dung dịch AgNO3 0,1M Lượng AgNO3 dư tác dụng vừa đủ với 10ml dung dịch NaCl 0,28M a/ Viết phương trình điện phân phản ứng hóa học xảy b/ Xác định nồng độ mol/l chất có dung dịch trước điện phân c/ Phải điện phân với cường độ dòng điện 0,15A thời gian để thu lượng sản phẩm nói trên? Giải: a/ Phương trình điện phân phản ứng hóa học: dpdd 2KCl + 2H2O  2KOH + H2  + Cl2   mn ñp Trước hết, xảy điện phân dung dịch HCl: HCl  H2 + Cl2  Sau thời gian điện phân, dung dịch trung hòa NaOH, chứng tỏ q trình điện phân HCl chưa kết thúc, khơng xảy q trình điện phân dung dịch NaCl HCl  NaOH  NaCl  H 2O (2) AgNO3  NaCl  AgCl   NaNO3 (3) AgNO3  NaCl  AgCl   NaNO3 (4) (dư) b/ Nồng độ dung dịch NaCl HCl: Số mol khí H2 sinh (1): nH  0, 0448  0, 002 (mol) 22, Số mol NaOH tham gia (2): nNaOH  0,015  0,03  0,00045 (mol) Số mol AgNO3 tham gia (3), (4): nAgNO3  0,1 0,04  0,004 (mol) Số mol NaCl tham gia (4): Trang 39 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 nNaCl  0, 28  0,01  0,0028 (mol) Theo (1): Số mol HCl bị điện phân: nHCl  2nH2  0,002   0,004 (mol) Theo (2): Số mol HCl dư sau điện phân: nHCl  nNaOH  0,00045 (mol) Nồng độ mol/l dung dịch HCl trước điện phân: CM HCl  0, 004  0, 00045  0, 0445M 0,1 Theo (4): Số mol AgNO3 dư sau phản ứng (3): nAgNO3  nNaCl  0,0028 (mol) Theo (3): Số mol Ag NO3 tham gia phản ứng: nAgNO3  0,004  0,0028  0,0012 (mol) Số mol NaCl tham gia (3) 0,0012 mol, có 0,00045 mol NaCl sinh (2) Vậy số mol NaCl có dung dịch trước điện phân là: 0,0012  0,00045  0,00075 (mol) Nồng độ mol/l NaCl dung dịch trước điện phân: CM NaCl  0, 00075  0, 0075M 0,1 c/ Thời gian điện phân: Khối lượng khí hiđro thu catot sau điện phân:  0,002  0,004 (g) Thời gian điện phân: ts  0, 004  96500 1  2573 (giây) = 42 phút 53 giây 0,15 1 Bài 5: Điện phân 200 ml dung dịch A chứa KCl CuCl2 với điện cực trơ, có màng ngăn, đến anot 1,68 lít khí đktc dừng lại Để trung hòa dung dịch thu sau điện phân cần 50 ml dung dịch HNO3 1M Cho dung dịch trung hòa tác dụng với dung dịch AgNO3 dư 1,435 gam kết tủa Trang 40 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 a) Tính nồng độ mol chất dung dịch A trước điện phân b) Tính thời gian điện phân biết cường độ dòng điện ampe Giải: dpdd CuCl2  Cu + Cl2  (1) dpdd 2KCl + 2H2O  2KOH + H2  + Cl2   mn KOH+HNO3  KNO3 +H2O  (2) (3) KCl+AgNO3  AgCl  +KNO3 (4)  nAgNO3 = 1,435 = 0,01  mol  143,5 Theo (3), n KOH = n HNO = 0,05.1= 0,05  mol  Theo (2), n KCl = n KOH = 0,05  mol  Theo (4), n KCl (dư) = n AgCl = 0,01 (mol) CM KCl = 0,05+0,01 = 0,3  M  0,2 Theo (2), n Cl  2 = n Cl2 1 = 0,05 nKOH = = 0,025  mol  2 1, 68 -0,025 b= 0,075- 0,025 = 0,05  mol  2,24 Theo (1), n CuCl = n Cl 1 = 0,05  mol  CM CuCl2  = b) m = 0,05 = 0,25  M  0,2 A.I.t 1,68 71.5.t   71 = ; t = 2895  s  nF 22,4 2.96500 Bài tập tự giải Bài 1: Dung dịch A chứa Zn  NO3 3 0,15 M AgNO3 chưa biết nồng độ Điện phân 200 ml dung dịch A với dịng điện 3A dung dịch B, khí C, cịn catot nặng thêm 4,97 gam Trang 41 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 a) Viết pthh b) Tính thời gian điện phân c) Tính nồng độ dung dịch B d) Tính thể tích khí C 270C 1atm Biết điện phân có điện thích hợp, phải dùng 10 ml CaCl2 0,2M vừa đủ tác dụng với 20 ml dung dịch A Bài 2: Điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 NaCl đến nước bắt đầu điện phân dừng lại Ở anot thu 0,448 lít khí đktc dung dịch sau điện phân hòa tan tối đa 0,68 g Al2O3 a) Tính m b) Tính khối lượng catot tăng c) Tính khối lượng dung dịch giảm Trang 42 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tinh Dung, Hoàng Nhâm, Trần Quốc Sơn, Phạm Văn Tư Tài liệu nâng cao mở rộng kiến thức Hóa học trung học phổ thơng NXBGD 2002 Hồng Nhâm Hóa học vơ – Tập NXBGD 2003 Nguyễn Duy Ái Một số phản ứng hóa học vơ NXB giáo dục, Hà Nội 2005 Ngơ Ngọc An Phản ứng oxi hóa khử điện phân NXB giáo dục, Hà Nội 2006 Trần Thị Đà, Đặng Trần Phách Cơ sở lí thuyết q trình hóa học NXB giáo dục, Hà Nội 2006 Nguyễn Xn Trường Ơn luyện kiến thức hóa học đại cương vô trung học phổ thông NXB giáo dục, Hà Nội 2008 Lê Xuân Trọng Bài tập nâng cao Hóa học 12 NXB giáo dục, Hà Nội 2000 Bộ giáo dục đào tạo SGK Hóa học 12 nâng cao NXB giáo dục, Hà Nội 2009 Trang 43 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 DANH SÁCH NHĨM THỰC HIỆN Trương Trần Hoàng Du Nguyễn Thị Minh Trang Nguyễn Thị Ngọc Trăm Trang 44 ... dần điện đặt vào hai điện cực bình điện phân, kim loại thoát điện cực Qua xác định dung dịch có ion kim loại khối lượng chúng Trang LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 B BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN... PHÂN I BÀI TẬP LÍ THUYẾT Dạng 1: Bài tập viết phương trình phản ứng xảy điện cực, thứ tự ion bị điện phân điện cực phương trình phản ứng chung điện phân (phương trình điện phân) … Để làm dạng tập. .. + O2 Bài 1: Viết sơ đồ phương trình điện phân muối sau: a) Điện phân nóng chảy Ba  OH 2 b) Điện phân dung dịch AgNO3, KBr, Na2SO4 Trang 10 LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2009 Giải:

Ngày đăng: 09/01/2015, 10:54

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan