Phương pháp giải bài toán điện phân

Chia sẻ: Cấn Duy Cát | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

421
lượt xem 140
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'phương pháp giải bài toán điện phân', tài liệu phổ thông, hóa học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phương pháp giải bài toán điện phân

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: B. Ca A. Na 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 M + n/2Cl2 ñ tính) → ñáp án B (ho c có th vi t phương trình ñi n phân MCln 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 D. 74,7 lít và 149,3 lít C. 78,4 lít và 156,8 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: B. 9,6 % A. 12,8 % 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 % B. 0,64 gam và 1,28 gam A. 0,32 gam và 0,64 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: D. 3,44 gam A. 5,16 gam B. 1,72 gam C. 2,58 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 D. 0,1 M và 0,1 M C. 0,2 M và 0,2 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 D. Cu và 1400 s C. Ni và 2800 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: B. Cu A. Zn C. Ni D. Pb Hư ng d n: - Do hai bình m c n i ti p nên ta có: → M = 64 → Cu → ñáp án B Q = I.t = 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 kg → ñáp án B T (1) ; (2) ; (3) → mAl = http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m