Tham khảo tài liệu 'phương pháp giải bài tập điện phân (hồ chí tuấn - đh y hn)', tài liệu phổ thông, ôn thi đh-cđ phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Phương pháp giải bài tập điện phân (Hồ Chí Tuấn - ĐH Y HN)
- Phương pháp gi i bài t p v ñi n phân
Biên so n H Chí Tu n - ðH Y Hà N i
I – NH C L I LÍ THUY T
1) ði n phân ch t ñi n li nóng ch y: áp d ng ñ i v i MCln, M(OH)n và Al2O3 (M là kim lo i
nhóm IA và IIA)
2) ði n phân dung d ch ch t ñi n li trong nư c:
- Vai trò c a nư c: trư c h t là dung môi hòa tan các ch t ñi n phân, sau ñó có th tham gia tr c
ti p vào quá trình ñi n phân:
+ T i catot (c c âm) H2O b kh : 2H2O + 2e → H2 + 2OH–
+ T i anot (c c dương) H2O b oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e
- T i catot (c c âm) x y ra quá trình kh M+, H+ (axit), H2O theo quy t c:
+ Các cation nhóm IA, IIA, Al3+ không b kh (khi ñó H2O b kh )
+ Các ion H+ (axit) và cation kim lo i khác b kh theo th t trong dãy th ñi n c c chu n (ion có
tính oxi hóa m nh hơn b kh trư c): Mn+ + ne → M
+ Các ion H+ (axit) d b kh hơn các ion H+ (H2O)
+ Ví d khi ñi n phân dung d ch h n h p ch a FeCl3, CuCl2 và HCl thì th t các ion b kh là:
Fe3+ + 1e → Fe2+ ; Cu2+ + 2e → Cu ; 2H+ + 2e → H2 ; Fe2+ + 2e → Fe
- T i anot (c c dương) x y ra quá trình oxi hóa anion g c axit, OH– (bazơ ki m), H2O theo quy t c:
+ Các anion g c axit có oxi như NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–…không b oxi hóa
+ Các trư ng h p khác b oxi hóa theo th t : S2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH– > H2O
3) ð nh lu t Faraday
m=
Trong ñó:
+ m: kh i lư ng ch t gi i phóng ñi n c c (gam)
+ A: kh i lư ng mol c a ch t thu ñư c ñi n c c
+ n: s electron trao ñ i ñi n c c
+ I: cư ng ñ dòng ñi n (A)
+ t: th i gian ñi n phân (s)
+ F: h ng s Faraday là ñi n tích c a 1 mol electron hay ñi n lư ng c n thi t ñ 1 mol electron
chuy n d i trong m ch catot ho c anot (F = 1,602.10-19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1)
II – M T S CƠ S ð GI I BÀI T P V ðI N PHÂN
- Kh i lư ng catot tăng chính là kh i lư ng kim lo i t o thành sau ñi n phân bám vào
- m (dung d ch sau ñi n phân) = m (dung d ch trư c ñi n phân) – (m k t t a + m khí)
- ð gi m kh i lư ng c a dung d ch: ∆m = (m k t t a + m khí)
- Khi ñi n phân các dung d ch:
+ Hiñroxit c a kim lo i ho t ñ ng hóa h c m nh (KOH, NaOH, Ba(OH)2,…)
+ Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…)
http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
- + Mu i t o b i axit có oxi và bazơ ki m (KNO3, Na2SO4,…)
→ Th c t là ñi n phân H2O ñ cho H2 ( catot) và O2 ( anot)
- Khi ñi n phân dung d ch v i anot là m t kim lo i không trơ (không ph i Pt hay ñi n c c than chì)
thì t i anot ch x y ra quá trình oxi hóa ñi n c c
- Có th có các ph n ng ph x y ra gi a t ng c p: ch t t o thành ñi n c c, ch t tan trong dung
d ch, ch t dùng làm ñi n c c. Ví d :
+ ði n phân nóng ch y Al2O3 (có Na3AlF6) v i anot làm b ng than chì thì ñi n c c b ăn mòn
d n do chúng cháy trong oxi m i sinh
+ ði n phân dung d ch NaCl không màng ngăn t o ra nư c Gia–ven và có khí H2 thoát ra
catot
+ Ph n ng gi a axit trong dung d ch v i kim lo i bám trên catot
- Vi t ph n ng (thu ho c như ng electron) x y ra các ñi n c c theo ñúng th t , không c n vi t
phương trình ñi n phân t ng quát
- Vi t phương trình ñi n phân t ng quát (như nh ng phương trình hóa h c thông thư ng) ñ tính
toán khi c n thi t
- T công th c Faraday → s mol ch t thu ñư c ñi n c c
- N u ñ bài cho I và t thì trư c h t tính s mol electron trao ñ i t ng ñi n c c (ne) theo công
th c: ne = (*) (v i F = 96500 khi t = giây và F = 26,8 khi t = gi ). Sau ñó d a vào th t ñi n
phân, so sánh t ng s mol electron như ng ho c nh n v i ne ñ bi t m c ñ ñi n phân x y ra. Ví d
ñ d ñoán xem cation kim lo i có b kh h t không hay nư c có b ñi n phân không và H2O có b
ñi n phân thì ñi n c c nào…
- N u ñ bài cho lư ng khí thoát ra ñi n c c ho c s thay ñ i v kh i lư ng dung d ch, kh i
lư ng ñi n c c, pH,…thì d a vào các bán ph n ng ñ tính s mol electron thu ho c như ng m i
ñi n c c r i thay vào công th c (*) ñ tính I ho c t
- N u ñ bài yêu c u tính ñiên lư ng c n cho quá trình ñi n phân thì áp d ng công th c: Q = I.t =
ne.F
- Có th tính th i gian t’ c n ñi n phân h t m t lư ng ion mà ñ bài ñã cho r i so sánh v i th i gian
t trong ñ bài. N u t’ < t thì lư ng ion ñó ñã b ñi n phân h t còn n u t’ > t thì lư ng ion ñó chưa b
ñi n phân h t
- Khi ñi n phân các dung d ch trong các bình ñi n phân m c n i ti p thì cư ng ñ dòng ñi n và th i
gian ñi n phân m i bình là như nhau → s thu ho c như ng electron các ñi n c c cùng tên ph i
như nhau và các ch t sinh ra các ñi n c c cùng tên t l mol v i nhau
- Trong nhi u trư ng h p có th dùng ñ nh lu t b o toàn mol electron (s mol electron thu ñư c
catot = s mol electron như ng anot) ñ gi i cho nhanh
III – M T S VÍ D MINH H A
Ví d 1: ði n phân hòa toàn 2,22 gam mu i clorua kim lo i tr ng thái nóng ch y thu ñư c 448 ml
khí ( ñktc) anot. Kim lo i trong mu i là:
A. Na B. Ca C. K D. Mg
Hư ng d n: nCl2 = 0,02
T i catot: Mn+ + ne → M Theo ñlbt kh i lư ng mM = m(mu i) – m(Cl2) = 2,22 – 0,02.71 = 0,8 gam
T i anot: 2Cl– → Cl2 + 2e Theo ñlbt mol electron ta có nM = → M = 20.n → n = 2 và M là Ca
(ho c có th vi t phương trình ñi n phân MCln M + n/2Cl2 ñ tính) → ñáp án B
Ví d 2: Ti n hành ñi n phân (v i ñi n c c Pt) 200 gam dung d ch NaOH 10 % ñ n khi dung d ch
NaOH trong bình có n ng ñ 25 % thì ng ng ñi n phân. Th tích khí ( ñktc) thoát ra anot và
http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
- catot l n lư t 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
Hư ng d n: mNaOH (trư c ñi n phân) = 20 gam
ði n phân dung d ch NaOH th c ch t là ñi n phân nư c: H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) →
NaOH không ñ i → m (dung d ch sau ñi n phân) = 80 gam → m (H2O b ñi n phân) = 200 – 80 =
120 gam → nH2O = 20/3 mol → VO = 74,7 lít và VH = 149,3 lít → ñáp án D
Ví d 3: Sau m t th i gian ñi n phân 200 ml dung d ch CuSO4 ( d = 1,25 g/ml) v i ñi n c c graphit
(than chì) th y kh i lư ng dung d ch gi m 8 gam. ð làm k t t a h t ion Cu2+ còn l i trong dung
d ch sau ñi n phân c n dùng 100 ml dung d ch H2S 0,5 M. N ng ñ ph n trăm c a dung d ch
CuSO4 ban ñ u là:
A. 12,8 % B. 9,6 % C. 10,6 % D. 11,8 %
Hư ng d n: nH2S = 0,05 mol
- G i x là s mol CuSO4 tham gia quá trình ñi n phân: CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 (1) →
m (dung d ch gi m) = m Cu(catot) + m O2(anot) = 64x + 16x = 8 → x = 0,1 mol - CuSO4 + H2S →
CuS + H2SO4 (2)
→ nH2S = nCuSO4 = 0,05 mol
- T (1) và (2) → nCuSO4 (ban ñ u) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% =
→ ñáp án B
Ví d 4: ði n phân 100 ml dung d ch CuSO4 0,2 M v i cư ng ñ dòng ñi n 9,65A. Tính kh i
lư ng Cu bám vào catot khi th i gian ñi n phân t1 = 200 s và t2 = 500 s. Bi t hi u su t ñi n 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
Hư ng d n: nCuSO4 = 0,02 = nCu2+
Th i gian c n thi t ñ ñi n phân h t Cu2+ là t = s → t1 < t < t2 → T i t1 có 1/2
s mol Cu2+ b ñi n phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam và t i t2 Cu2+ ñã b ñi n phân h t → m2 =
1,28 gam → ñáp án B
Ví d 5: ði n phân 200 ml dung d ch CuSO4 v i ñi n c c trơ và cư ng ñ dòng ñi n 1A. Khi th y
catot b t ñ u có b t khí thoát ra thì d ng ñi n phân. ð trung hòa dung d ch thu ñư c sau khi ñi n
phân c n dùng 100 ml dung d ch NaOH 0,1M. Th i gian ñi n phân và n ng ñ mol c a dung d ch
CuSO4 ban ñ u 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
Hư ng d n: nNaOH = 0,01 mol
- Khi catot b t ñ u có b t khí (H2) thoát ra ch ng t CuSO4 ñã b ñi n phân h t 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 (ho c có th d a
vào các ph n ng thu ho c như ng electron ñi n c c ñ tính) → ñáp án A
http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
- Ví d 6: ði n phân 200 ml dung d ch h n h p AgNO3 0,1 M và Cu(NO3)2 0,2 M v i ñi n c c trơ
và cư ng ñ dòng ñi n b ng 5A. Sau 19 phút 18 giây d ng ñi n phân, l y catot s y khô th y tăng m
gam. Giá tr c a m là:
A. 5,16 gam B. 1,72 gam C. 2,58 gam D. 3,44 gam
Hư ng d n: nAg+ = 0,02 mol ; nCu2+ = 0,04 mol
- Ta có ne = mol
- Th t các ion b kh t i 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 lo i bám vào) = 0,02.(108 + 64) = 3,44 gam → ñáp án D
Ví d 7: Hòa tan 50 gam tinh th CuSO4.5H2O vào 200 ml dung d ch HCl 0,6 M thu ñư c dung
d ch X. ðem ñi n phân dung d ch X (các ñi n c c trơ) v i cư ng ñ dòng ñi n 1,34A trong 4 gi .
Kh i lư ng kim lo i thoát ra catot và th tích khí thoát ra anot ( ñktc) l n lư t là (Bi t hi u
su t ñi n 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
Hư ng d n: nCuSO4.5H2O = nCuSO4 = 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol
- Ta có ne = mol
- Th t ñi n phân t i catot và anot là:
T i catot: Cu2+ + 2e → Cu → Cu2+ chưa b ñi n phân h t → m (kim lo i catot) = 0,1.64 = 6,4
gam
0,1 0,2 0,1
T i anot:
2Cl– → Cl2 + 2e → ne (do Cl– như ng) = 0,12 < 0,2 mol → t i anot Cl– ñã b ñi n phân h t và
0,12 0,06 0,12 ñ n nư c b ñi n phân → ne (do H2O như ng) = 0,2 – 0,12 = 0,08 mol
2H2O → O2 + 4H+ + 4e
0,02 0,08
V (khí thoát ra anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → ñáp án A
Ví d 8: Có 200 ml dung d ch h n h p Cu(NO3)2 và AgNO3, ñ ñi n phân h t ion kim lo i trong
dung d ch c n dùng cư ng ñ dòng ñi n 0,402A trong 4 gi . Sau khi ñi n phân xong th y có 3,44
gam kim lo i bám catot. N ng ñ mol c a Cu(NO3)2 và AgNO3 trong h n h p ñ u l n lư t 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
Hư ng d n:
- Ta có ne = mol
- T i catot: Ag+ + 1e → Ag Ta có h phương trình:
x x (mol)
Cu2+ + 2e → Cu → CM Cu(NO3)2 = CM AgNO3 = 0,1 M → ñáp án D
y y (mol)
http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
- Ví d 9: Hòa tan 4,5 gam tinh th MSO4.5H2O vào nư c ñư c dung d ch X. ði n phân dung d ch X
v i ñi n c c trơ và cư ng ñ dòng ñi n 1,93A. N u th i gian ñi n phân là t (s) thì thu ñư c kim lo i
M catot và 156,8 ml khí t i anot. N u th i gian ñi n phân là 2t (s) thì thu ñư c 537,6 ml khí . Bi t
th tích các khí ño ñktc. Kim lo i M và th i gian t l n lư t là:
A. Ni và 1400 s B. Cu và 2800 s
C. Ni và 2800 s D. Cu và 1400 s
Hư ng d n: G i nMSO4 = nM2+ = x mol
Ví d 10: M c n i ti p hai bình ñi n phân: bình (1) ch a dung d ch MCl2 và bình (2) ch a dung
d ch AgNO3. Sau 3 phút 13 giây thì catot bình (1) thu ñư c 1,6 gam kim lo i còn catot bình (2)
thu ñư c 5,4 gam kim lo i. C hai bình ñ u không th y khí catot thoát ra. Kim lo i M là:
A. Zn B. Cu C. Ni D. Pb
Hư ng d n: - Do hai bình m c n i ti p nên ta có:
Q = I.t = → M = 64 → Cu → ñáp án B
Ví d 11: ði n phân nóng ch y Al2O3 v i anot than chì (hi u su t ñi n phân 100 %) thu ñư c m kg
Al catot và 67,2 m3 ( ñktc) h n h p khí X có t kh i so v i hiñro b ng 16. L y 2,24 lít ( ñktc)
h n h p khí X s c vào dung d ch nư c vôi trong (dư) thu ñư c 2 gam k t t a. Giá tr c a m là:
A. 54,0 kg B. 75,6 kg C. 67,5 kg D. 108,0 kg
Hư ng d n: 2Al2O3 4Al + 3O2 (1) ; C + O2 CO2 (2) ; 2C + O2 2CO (3)
- Do X = 32 → h n h p X có CO2 ; CO (x mol) và O2 dư (y mol)
- 2,24 lít X + Ca(OH)2 dư → 0,02 mol k t t a = nCO2 → trong 67,2 m3 X có 0,6 CO2
- Ta có h phương trình: và 0,6 + x + y = 3 → x = 1,8 và y = 0,6
T (1) ; (2) ; (3) → mAl = kg → ñáp án B
http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
