Đề tài Lí thuyết điện phân và bài tập điện phân

m: - 2 22H O + 2e H + 2OH o cE = -0,82 Ở điện cực dương: + 2 2 1 H O O + 2H + 2e 2  o aE = 1,23 Quá thế của hiđro trên điện cực Pt nhẵn cΔE = 0,4 Quá thế của oxi trên điện cực Pt nhẵn aΔE = 0,5 Phản ứng điện phân: 2 2 2 1 H O H + O 2  xảy ra ở thế phân giải: U = 1,23 - (-0,82) + 0,5 + 0,4 = 2,95V Các kết quả thu được trên đây cho thấy trường hợp thứ nhất đòi hỏi thế phân giải bé nhất nên dễ xảy ra nhất và do đó sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch CoCl2 trong nước là kim loại coban và khí clo: doøng ñieän 2 2 CoCl Co + Cl LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 6 2009 Tính toán tương tự như vậy, chúng ta giải thích được sự tạo thành những sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch nước của các chất sau đây với điện cực trơ: 1 2   doøng ñieän 2 2 2 doøng ñieän 4 2 2 2 4 2NaCl + 2H O H + Cl + 2NaOH CuSO + H O Cu + O + H SO và sự phân hủy nước khi điện phân các dung dịch H2SO4, NaOH, Na2SO4: 2 2 2 1 H O H + O 2  trong đó axit, chất kiềm và muối chỉ có vai trò làm tăng độ dẫn điện của dung dịch. III. ÖÙNG DUÏNG CUÛA SÖÏ ÑIEÄN PHAÂN Phương pháp điện phân được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế sản xuất và trong phòng thí nghiệm nghiên cứu. Trong công nghiệp hóa chất, điện phân thường được dùng để tách lấy đơn chất từ hợp chất. Nhiều quá trình điện phân giữ vai trò then chốt trong sản xuất như: - Sản xuất NaOH, Cl2 bằng phương pháp điện phân dung dịch NaCl đậm đặc. Trong quá trình điện phân, sản phẩm tạo ra là NaOH, H2 và Cl2 chứ không phải là O2 do quá thế của O2 quá lớn. Clo là một trong mười hóa chất được sản xuất nhiều nhất. Vì vậy, có thể nói rằng các nhà sản xuất đã thu lợi nhuận hàng tỉ đô la là nhờ vào việc ứng dụng quá thế điện phân. - Sản xuất các khí H2, O2 bằng phương pháp điện phân dung dịch K2SO4, H2SO4, NaOH…thực chất là điện phân nước, còn các chất muối, axit, kiềm, chỉ đóng vai trò làm tăng độ dẫn điện của dung dịch. Trong phòng thí nghiệm, sự điện phân nước thành H2 và O2 đã được thực hiện từ năm 1800 đến nay vẫn được sử dụng để điều chế H2 và O2 siêu tinh khiết. - Sản xuất Li, Na, Mg, Ca, Sr, Ba, Cl2, Br2…bằng phương pháp điện phân các muối halogenua nóng chảy. - Sản xuất Al bằng phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy có thêm Na3AlF6 (criolit) để giảm nhiệt độ nóng chảy của nhôm oxit. - Sản xuất KClO3 bằng phương pháp điện phân dung dịch KCl đặc, nóng… LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 7 2009 - Điều chế các kim loại tinh khiết. Bằng phương pháp điện phân người ta có thể thu được các kim loại có độ tinh kkhiết cao như Zn, Cd, Mn, Cr, Fe. Ví dụ, khi điện phân dung dịch ZnSO4 đã được tinh chế và thêm H2SO4, do quá thế của H2 trên Zn khá lớn, nên ở catot không tạo ra H2 và tạo ra Zn. Sản phẩm Zn thu được đạt độ tinh khiết 99,99%. - Tinh chế kim loại. Nhờ phương pháp điện phân có thể tinh chế hàng loạt kim loại như Cu, Ag, Au, Ni, Co và Pb. Phổ biến nhất là tinh chế đồng. Đồng thô (lẫn tạp chất) được dùng làm anot, nhúng trong dung dịch điện phân CuSO4. Đồng tinh khiết được dùng làm catot. Các ion Cu 2+ từ sự hòa tan anot chuyển về catot và bị khử thành đồng tinh khiết bám vào catot. - Đúc các đồ vật bằng kim loại được tiến hành tương tự như tinh chế kim loại. Trong quá trình điện phân, kim loại anot tan dần thành M n+ và bị khử thành kim loại bám thành lớp trên khuôn đúc ở catot. - Mạ điện Trong kĩ thuật, người ta mạ các kim loại như Zn, Cd, Cu, Ni, Cr, Sn, Ag và Au lên bề mặt các đồ vật bằng kim loại để chống gỉ, tăng vẻ bóng, đẹp của đồ vật bằng phương pháp điện phân. Trong mạ điện, kim loại để mạ được dùng làm anot nhúng trong dung dịch muối của nó. Vật cần mạ được dùng làm catot. Trong quá trình điện phân, kim loại làm anot tan dần thành M n+ còn ở catot, M n+ bị khử thành lớp kim loại bám trên bề mặt đồ vật làm catot. - Phân tích định tính, định lượng và tách các kim loại trong hỗn hợp của chúng. Nguyên tắc dựa trên thế phóng điện khác nhau của các ion kim loại trong hỗn hợp. Ví dụ: Trong dung dịch có chứa đồng thời một số ion kim loại khác nhau. Bằng cách tăng dần điện thế đặt vào hai điện cực của bình điện phân, các kim loại lần lượt thoát ra ở điện cực. Qua đó xác định được trong dung dịch có những ion kim loại nào và khối lượng của chúng là bao nhiêu. LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 8 2009 B. BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN I. BAØI TAÄP LÍ THUYEÁT 1. Dạng 1: Bài tập viết phương trình phản ứng xảy ra ở các điện cực, thứ tự các ion bị điện phân ở từng điện cực và phương trình phản ứng chung khi điện phân (phương trình điện phân)… Để làm dạng bài tập này cần phải chú ý đến thứ tự phản ứng của ion ở điện cực. 1.1. Điện phân nóng chảy Thường là các muối, có thể là oxit  2 3Al O hoặc hiđroxit (NaOH). Đối với muối thì người ta thường điện phân muối clorua nóng chảy vì chúng không bị phân hủy khi nóng chảy. Phương trình phản ứng dạng tổng quát như sau:  ñpnc n 2 2ACl 2A + NaCl 1  ñpnc n m 2 2A O 2nA + mO 2    ñpnc 2 2n 2A OH 4A + nO + 2nH O 3 Phản ứng (1) thường dùng để điều chế Na, K, Ca, Mg, Ba,… Phản ứng (2) dùng để điều chế Al trong công nghiệp. Phản ứng (3) thường dùng để điều chế Na. * Cách viết sơ đồ điện phân: - Cực âm (-)(catot): xảy ra quá trình nhận electron. - Cực dương (+)(anot): xảy ra quá trình nhường electron. Ví dụ 1: Điện phân nóng chảy NaCl Sơ đồ điện phân: NaCl Phương trình điện phân: 1 22 NaCl Na + Clñpnc   + Catot - Na   - + Anot Cl +Na + 1e Na 22Cl Cl + 2e   LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 9 2009 Ví dụ 2: Điện phân nóng chảy NaOH Sơ đồ điện phân: NaOH Phương trình điện phân: Ví dụ 3: Điện phân nóng chảy 2 3Al O Sơ đồ điện phân: Phương trình điện phân: 3 2 3 22 Al O 2Al + Oñpnc * Lưu ý: Khi điện phân nóng chảy hỗn hợp nhiều chất thì thứ tự phản ứng của cation ngược với thứ tự của nguyên tố kim loại trong dãy hoạt động hóa học của kim loại, nghĩa là nguyên tố kim loại đứng sau thì cation của nó bị khử trước. Ví dụ 1: Điện phân nóng chảy hỗn hợp các muối 2 2 2ZnCl , NiCl , CuCl thì ở catot, thứ tự phản ứng của cation như sau: 2+Cu + 2e Cu 2+Ni + 2e Ni 2+Zn + 2e Zn 1.2. Điện phân dung dịch muối tan trong nước Cách viết sơ đồ điện phân: - Cực (-) catot : xảy ra quá trình nhận electron Ion kim loại sau nhôm nhận electron, ion kim loại từ nhôm trở về trước không nhận electron mà nước nhận electron. - 2 22H O + 2e 2OH + H 2 3Al O   3+Al + 3e Al   3+ Catot - Al   2- + Anot O 2- 22O O + 4e ñpnc 1 2 22 2NaOH 2Na + O + H O     + Catot - Na   - + Anot OH +Na + 1e Na - 2 24OH O + 2H O + 4e LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 10 2009 - Cực (+) anot: xảy ra quá trình nhường electron: ion gốc axit không có oxi nhường electron. Ion gốc axit có oxi không nhường electron mà nước nhường electron. * Chú ý: Đối với cacboxylat (muối của axit cacboxylic) - Ở catot: - 2 22H O + 2e 2OH + H - Ở anot: - 22RCOO R-R + 2CO + 2e  Phương trình điện phân: Nếu không có màn ngăn: Khi nhiệt độ trong bình điện phân lớn hơn 040 C thì: Ví dụ 1: Điện phân dung dịch NaCl Phương trình điện phân: Ví dụ 2: Điện phân dung dịch 4CuSO Phương trình điện phân: Bài 1: Viết sơ đồ và phương trình điện phân các muối sau: a) Điện phân nóng chảy   2 Ba OH b) Điện phân dung dịch AgNO3, KBr, Na2SO4 + 2 - 2 2 + 2+ 2+ + 2+ 3+ H ( H O) thu e 2H O + 2e H + 2OH K Ba Ca Na Mg Al      n+ 2+ 2+ 2+ 2+ + 2+ 3+ 2+ + 2+ 2 Cation kim loaïi thu e M + ne M Zn Fe Ni Pb H Cu Fe Hg Ag Hg + 2 22H O 4H + O 4e  2 2 2 Catot Anot 2RCOONa + 2H O H + 2NaOH +2CO + R-R    ñpdd 2 3CO + NaOH NaHCO 3 2 3 2 22NaHCO Na CO + CO + H O NaCl   + 2 Catot Na , H O     - 2 + Anot Cl , H O  - 2 22H O + 2e 2OH + H 22Cl Cl + 2e   2 2 2 AnotCatot 2NaCl + 2H O 2NaOH + H +Cl ñpdd mn 4CuSO   2+ 2 Catot - Cu , H O  + 2 22H O 4H + O 4e    2- 4 2 + Anot SO ,H O  2+Cu + 2e Cu 1 4 2 2 4 22 CuSO + H O Cu + H SO + Oñpdd LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 11 2009 Giải: a) Sơ đồ điện phân: Ba(OH)2 Phương trình điện phân: b) 3AgNO Sơ đồ điện phân: AgNO3 Phương trình điện phân: - KBr Sơ đồ điện phân: KBr Phương trình điện phân: - Na2SO4 Sơ đồ điện phân: Na2SO4 Phương trình điện phân: Bài 2: Viết các quá trình điện phân lần lượt xảy ra ở các điện cực khi điện phân dung dịch chứa 3 2FeCl , CuCl , HCl biết thứ tự thế điện hóa như sau: 3+ 2+ 2++ 2+ 2 Fe Cu Fe2H > > > Cu H FeFe 3 2 2 34AgNO + 2H O 4Ag + O + 4HNO  ñpdd 2 2 22KBr + 2H O 2KOH + Br H   ñpdd mn   + 2 Catot - K , H O    - 2 + Anot Br ,H O  - 2 22H O + 2e 2OH + H - 2 2Br Br + 2e    2 222Ba OH 2Ba + O + 2H O ñpnc   2+ Catot - Ba    - + Anot OH  2+Ba + 2e Ba - 2 24OH O + 2H O + 4e   + 2 Catot - Ag , H O    - 3 2 + Anot NO ,H O  +Ag + 1e Ag + 2 22H O 4H + O 4e    + 2 Catot - Na , H O    -2 4 2 + Anot SO ,H O  - 2 22H O + 2e 2OH + H + 2 22H 4H + O 4e  2 2 22H O 2H + O   ñpdd LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 12 2009 Giải: - Ở catot: - Ở anot: Bài 3: Viết các phương trình điện phân xảy ra khi điện phân (với điện cực trơ, có màng ngăn) dung dịch chứa a mol CuSO4 và b mol NaCl trong 3 trường hợp: b = 2a; b 2a. Giải: CuSO4, NaCl Phương trình điện phân: (1) a mol  2a mol Khi: b = 2a: 2 muối điện phân vừa hết. Sau khi (1) kết thúc thì nước bị điện phân. b < 2a: Sau khi (1) kết thúc còn dư 4CuSO nên có phản ứng: (2) Sau (2) thì nước bị điện phân. b > 2a: Sau (1) NaCl dư nên có phản ứng: (3) Sau (3) thì nước bị điện phân. Bài 4: Giải thích và viết sơ đồ điện phân: a/ Khi điện phân KCl nóng chảy và khi điện phân dung dịch KCl thì sản phẩm thu được là khác nhau. b/ Khi điện phân dung dịch KNO3, dung dịch H2SO4 thì sản phẩm thu được là giống nhau. 22Cl Cl + 2e   2+Fe + 2e Fe + 22H + 2e H 2+Cu + 2e Cu 3+ 2+Fe + 1e Fe   + 2+ 2 Catot - Na , Cu , H O    2- - 4 2 + Anot SO , Cl , H O  2+Cu + 2e Cu 1 4 2 2 4 22 CuSO + H O Cu + H SO + Oñpdd 22Cl Cl + 2e   4 2 2 4CuSO + 2NaCl Cu + Cl + Na SO    ñpdd 2 2 22NaCl + 2H O 2NaOH + H + Cl   ñpdd mn LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 13 2009 Giải: a/ Do ở catot xảy ra sự khử của những chất khác nhau nên phương trình điện phân khác nhau và cho sản phẩm là khác nhau. Sơ đồ điện phân: * KCl nóng chảy Phương trình điện phân: ñp 2 2KCl 2K + Cl Sản phẩm khử tạo thành là kim loại kali. * Dung dịch KCl: + 2 - 2 2 Catot(-) K , H O 2H O + 2e H +OH 2(H O) KCl  - 2 - 2 Anot (+) Cl , H O 2Cl Cl +2e Phương trình điện phân: ñpdd 2 2 2mn 2KCl + 2H O 2KOH+ H + Cl Sản phẩm khử tạo thành là khí hiđro. b/ Ở catot, các ion H + hoặc các phân tử H2O bị khử, cùng giải phóng ra khí H2. Ở anot, H2O bị oxi hóa, giải phóng khí O2. Vì vậy sản phẩm tạo thành giống nhau. Sơ đồ điện phân: * Dung dịch KNO3 + 2 - 2 2 Catot(-) K , H O 2H O+2e H +OH 2 KCl (H O) - 3 2 + 2 2 Anot(+) NO , H O 2H O O +4H +4e Phương trình điện phân: ñp 2 2 2 2H O 2H + O * Dung dịch H2SO4 + 2 + 2 Catot (-) H , H O 2H +2e H 2 4 2 H SO (H O) 2- 4 2 + 2 2 Anot (+) SO , H O 2H O O +4H +4e + + Catot(-) K K +1e K - - 2 Anot(+) Cl 2Cl Cl +2e KCl (nc) LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 14 2009 Bài 5: Có một dung dịch chứa anion - 3NO và các cation kim loại có cùng nồng độ mol/l: 2+ + 2+Cu , Ag , Pb . Hãy cho biết trình tự xảy ra sự khử của những ion kim loại này trên bề mặt catot. Giải: Các trình khử ion kim loại ở catot xảy ra theo trình tự sau: ion kim loại nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước: + 2+ 2+ Ag +1e Ag Cu +2e Cu Pb +2e Pb    Bài 6: Các quá trình oxi hóa và khử xảy ra ở các điện cực có giống nhau không, nếu ta điện phân dung dịch NiSO4 với: a/ Các điện cực trơ (Pt) b/ Các điện cực tan (Ni) Giải: Các quá trình khử ở catot giống nhau, các quá trình oxi hóa ở anot là khác nhau. a/ Điện cực trơ Sơ đồ điện phân 2+ 2 2+ Catot (-) Ni , H O Ni +2e Ni 4 2 NiSO (H O) 2- 4 2 + 2 2 Anot (Pt) (+) SO , H O 2H O O +4H +4e Catot: tạo ra Ni kim loại Anot: tạo ra khí O2. b/ Điện cực tan 2+ 2 2+ Catot (-) Ni , H O Ni +2e Ni 4 2 NiSO (H O) 2- 4 2 2+ Anot (Ni) (+) SO , H O Ni Ni +2e Hiện tượng: Ở anot không có khí bay ra, cực dương bị ăn mòn, có một lượng Ni bám trên cực âm (catot). Giải thích: LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 15 2009 Điện cực dương bằng Ni bị ăn mòn, do Ni bị oxi hóa: 2+Ni Ni +2e . Những ion Ni 2+ này lại chuyển dời sang cực âm, tại đây chúng bị khử thành Ni: 2+Ni +2e Ni . Bài tập tự giải: Bài 1: Điện phân một dung dịch chứa anion 3NO  và các cation kim loại có cùng nồng độ mol: 2+ + 2+Cu , Ag , Pb . Hãy cho biết trình tự xảy ra sự khử của những ion kim loại này trên bề mặt catot? Bài 2: Hãy viết ptpư trên mỗi điện cực và ptpư chung (nếu có) cho mỗi sự điện phân sau: a) Dung dịch KCl có màng ngăn và không có màng ngăn. b) Dung dịch chứa đồng thời 2 4K SO và 4CuSO . c) Dung dịch  3 2Cu NO với anot bằng Pt, catot bằng Cu. d) Dung dịch  3 2Cu NO với anot bằng Cu, catot bằng Pt. Bài 3: Hãy nêu hiện tượng và viết ptpư khi điện phân các dung dịch hỗn hợp sau với điện cực Pt: a) HCl và  3 2Cu NO b) NaCl và  3 2Cu NO c)  3 2Zn NO và  3 2Cu NO Xét tất cả các trường hợp có thể xảy ra khi điện phân. Ngoài phương pháp điện phân còn có phương pháp nào tách được kim loại đồng ra khỏi các dung dịch trên? Bài 4: Ion +Na có bị khử hay không, khi người ta thực hiện những phản ứng hóa học sau: a) Điện phân NaCl nóng chảy. b) Điện phân dung dịch NaCl. c) Dung dịch NaOH tác dụng với dung dịch HCl. Viết sơ đồ, phương trình điện phân và phản ứng hóa học đã xảy ra? Bài 5: Cho các chất n x yACl , R O , MOH ở trạng thái nóng chảy LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 16 2009 a) Viết phương trình điện phân từng chất? b) Phương pháp điện phân thường dùng điều chế những kim loại nào? Bài 6: Phản ứng nào xảy ra trong quá trình điện phân 2MgCl nóng chảy? A. Sự oxi hóa 2+Mg B. Sự khử ion 2+Mg C. Sự oxi hóa ion -Cl D. Sự khử ion -Cl Bài 7: Trong quá trình điện phân KBr nóng chảy, phản ứng nào xảy ra ở điện cực dương (anot)? A. Ion -Br bị khử B. Ion -Br bị oxi hóa C.Ion +K bị oxi hóa D. Ion +K bị khử Bài 8: Điện phân với điện cực trơ, có màng ngăn một dung dịch chứa các ion 2+ 3+ 2+ -Fe , Fe , Cu , Cl . Thứ tự các ion bị điện phân ở catot là: A. 2+ 3+ 2+Fe , Fe , Cu B. 2+ 2+ 3+Fe , Cu , Fe B. 3+ 2+ 2+Fe , Cu ,Fe D. 3+ 2+ 2+Fe ,Fe , Cu Bài 9: Cho các anion: - - 2- - -Cl , Br , S , I , OH . Dãy nào sau đây sắp xếp đúng thứ thự tăng dần tính oxi hóa của các anion ở anot (điện cực trơ) A. - - 2- - -Cl , Br ,S , I , OH B. - 2- - - -Br ,S , I , OH ,Cl C. - - - 2- -I , Cl ,Br , S , OH D. 2- - - - -S , I , Br , Cl ,OH Bài 10: Phát biểu nào dưới đây không đúng về bản chất quá trình hóa học xảy ra ở điện cực trong sự điện phân? A. Anion nhường electron ở anot B. Cation nhận electron ở catot C. Sự oxi hóa xảy ra ở catot D. Sự khử xảy ra ở anot Bài 11: Có các quá trình sau: a) Điện phân NaOH nóng chảy LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 17 2009 b) Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn c) Điện phân NaCl nóng chảy d) Cho NaOH tác dụng với dung dịch HCl 2. Dạng 2: Bài tập giải thích hiện tượng (sự biến đổi pH, sự thay đổi màu của quỳ tím…). Để làm dạng bài tập này yếu tố cần thiết nhất phải viết chính xác các phương trình điện phân Bài 1: Viết sơ đồ và phương trình phản ứng xảy ra khi điện phân dung dịch hỗn hợp 4CuSO , NaBr . Trong quá trình điện phân, pH của dung dịch thay đổi như thế nào? Biết nồng độ mol của 4CuSO , NaBr bằng nhau. Giải: CuSO4, NaBr Phương trình điện phân: a/2  a Vì nồng độ mol của 2 muối bằng nhau nên trong dung dịch hỗn hợp, số mol của 2 muối phải bằng nhau. Gọi a là số mol của mỗi muối thì sau (1) còn dư a/2 mol 4CuSO . Do muối 4CuSO có phản ứng thủy phân cho môi trường axit nên pH của dung dịch nhỏ hơn 7. Trong quá trình điện phân dung dịch 4CuSO thì pH giảm dần do nồng độ +H tăng dần. Tiếp đến nước bị điện phân: Do nước cạn dần nên nồng độ H + tăng dần, do đó pH giảm dần nhưng giảm chậm do nước cạn đi chậm.   2- - 4 2 + Anot SO , Br , H O  2+Cu + 2e Cu 22Br Br + 2e   4 2 2 4CuSO + 2NaBr Cu + Br + Na SO    ñpdd  4 2 2 42CuSO + 2H O Cu OH + H SO dpdd 2 2 22H O 2H + O     + 2+ 2 Catot - Na , Cu , H O  LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 18 2009 Bài 2: Điện phân dung dịch gồm NaCl và HCl có màng ngăn, sau một thời gian điện phân ta thấy: a) Dung dịch thu được làm đỏ quỳ tím. b) Dung dịch thu được không làm đổi màu quỳ tím. c) Dung dịch thu được làm xanh quỳ tím. Hãy giải thích quá trình điện phân xảy ra trong mỗi trường hợp trên và viết ptpư. Giải: a) 2 22HCl H + Cl ñpdd Dung dịch thu được làm đỏ quỳ tím chứng tỏ HCl chưa điện phân xong. b) Dung dịch thu được không làm đổi màu quỳ tím chứng tỏ điện phân vừa hết HCl. c) Dung dịch thu được làm xanh quỳ tím chứng tỏ NaCl đã bị điện phân. Bài 3: Viết ptpư có thể xảy ra khi điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 2HCl, CuCl , NaCl với điện cực trơ có màn ngăn. Hãy cho biết pH của dung dịch sẽ thay đổi như thế nào (tăng hay giảm) trong quá trình điện phân. Giải: pH = - lg +H   Thứ tự điện phân: 2 2CuCl Cu + Cl ñpdd : pH không thay đổi do không làm thay đổi +H   và pH < 7. 2 22HCl H + Cl ñpdd : Do +H   giảm nên pH tăng và pH = 7 lúc vừa hết HCl. : pH tiếp tục tăng lên do -OH   tăng và pH > 7. : Do nước cạn dần nên -OH   tăng dần do đó pH tăng chậm. 2 2 22NaCl + 2H O 2NaOH + H + Cl   ñpdd mn 2 2 22NaCl + 2H O 2NaOH + H + Cl   ñpdd mn 2 2 22H O 2H +    ñpdd LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 19 2009 Bài 4: Viết phương trình phản ứng điện phân (điện cực trơ) dung dịch từng chất sau: NaCl (có màng ngăn), 4FeSO và HCl đến khi nước bắt đầu điện phân thì ngừng lại. Cho biết quỳ tím đổi màu gì trong dung dịch còn lại sau điện phân từng chất? Rút ra nguyên tắc chung khi điện phân dung dịch muối (của nhóm kim loại và nhóm axit nào) để nhận được dung dịch sau điện phân là axit, bazơ? Giải: Dung dịch sau điện phân làm quỳ tím chuyển thành màu xanh. 4 2 2 2 42FeSO + 2H O 2Fe + O +2 H SO ñpdd mn Dung dịch sau điện phân làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ. 2 22HCl H + Cl ñpdd Dung dịch sau điện phân không làm đổi màu quỳ tím. - Để nhận được dung dịch sau điện phân có môi trường axit, phải điện phân dung dịch muối tạo bởi kim loại có tính khử kém Al (sau Al) và gốc axit có oxi. - Để nhận được dung dịch sau điện phân có môi trường bazơ, phải điện phân dung dịch muối tạo bởi kim loại từ Al trở về trước (Al, kiềm, kiềm thổ) và gốc axit không có oxi. Bài 5: Điện phân nóng chảy muối AX (A là kim loại kiềm, X là Cl, Br, I) thu được chất rắn A và khí B. Cho A tác dụng với nước được dung dịch 'A và khí 'B . Cho 'B tác dụng với B được khí D. Cho D tác dụng với dung dịch 'A được dung dịch E. Viết các pthh và giải thích màu của quỳ tím. Giải: dpnc 22AX 2A + X  (1) (A) (B) 2 22A + 2H O 2AOH + H  ñpnc (2) (A) ( 'A ) ( 'B ) 2 2H + X 2HX (3) (B) ( 'B ) (D) 2 2 22NaCl + 2H O 2NaOH + H + Cl   ñpdd mn LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 20 2009 2AOH + HX AX + H O (4) ( 'A ) (D) (E) Theo (1, 2, 3, 4) thì AOH HXn = n . Do đó dung dịch E chính là dung dịch muối AX. Vì các ion +A và  - - - -X Cl , Br , I trung tính nên pH của dung dịch E bằng 7 và quỳ tím có màu tím (không đổi màu). Bài tập tự giải Bài 1: Điện phân dung dịch hỗn hợp 2 4 4H SO , CuSO , KBr với điện cực trơ, màng ngăn xốp. Trong đó nồng độ mol/l của hai muối bằng nhau. Nếu thêm vài giọt quỳ vào thì màu của dung dịch thay đổi như thế nào trong quá trình điện phân? Bài 2: Khi điện phân dung dịch của một loại muối, giá trị pH trong không gian gần điện cực của một cực tăng lên. Dung dịch muối nào bị điện phân? Bài 3: a) Hãy nêu sự giống và khác nhau giữa hai quá trình: Cho Cu tác dụng với dung dịch 3AgNO và điện phân dung dịch 3AgNO với anot bằng Cu. b) Một hợp chất có công thức  3 2CuCO .Cu OH . Từ chất đó hãy trình bày 3 phương pháp điều chế Cu? Phương pháp nào thu được Cu tinh khiết hơn cả? Bài 4: Hãy giải thích: a) Khi điện phân KCl nóng chảy và khi điện phân dung dịch KCl thì sản phẩm thu được là khác nhau. b) Khi điện phân dung dịch 3KNO , dung dịch 2 4H SO thì sản phẩm thu được là giống nhau. Bài 5: Hãy viết sơ đồ và phương trình điện phân xảy ra khi điện phân dung dịch 4CuSO với hai điện cực bằng platin (Pt). Sau khi điện phân được một thời gian, ngắt nguồn điện ngoài và nối hai điện cực trên bằng dây dẫn, có hiện tượng gì xảy ra? Giải thích và minh họa bằng phương trình hóa học? Bài 6: Điện phân canxi clorua nóng chảy được chất rắn A và khí B. Cho A tác dụng với nước thu được khí C và dung dịch D. Thu khí B và C chophản ứng với nhau, LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 21 2009 lấy sản phẩm hòa tan trong nước được dung dịch E. Cho một mẫu giấy quỳ tím vào dung dịch E. Quan sát màu của giấy quỳ thấy gì? Đổ toàn bộ dung dịch D vào dung dịch E, màu của giấy quỳ biến đổi như thế nào?Giải thích? (Biết rằng các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn và trong khi thực hiện phản ứng không để mất mát sản phẩm). Bài 7: Điện phân một dung dịch hỗn hợp gồm 2HCl, CuCl , NaCl với điện cực trơ có màng ngăn. pH của dung dịch thay đổi như thế nào trong quá trình điện phân? A. Tăng B. Giảm C. Tăng rồi giảm D. Giảm rồi tăng Bài 8: Điện phân dung dịch 4CuSO với anot bằng đồng, nhận thấy màu xanh của dung dịch không đổi. Đó là do nguyên nhân nào sau đây? A. Sự điện phân không xảy ra B. Thực chất là điện phân nước C. Đồng tạo ra ở catot lại tan ngay D. Lượng đồng bám vào catot bằng lượng đồng tan ra ở anot do điện phân Bài 9: Điện phân dung dịch X chứa hỗn hợp các muối 2 3 2NaCl, CuCl , FeCl , ZnCl . Kim loại cuối cùng thoát ra ở catot trước khi có khí thoát ra là: A. Zn B. Cu C. Fe D. Na Bài 10: Điện phân dung dịch X chứa hỗn hợp các muối 2 3 2NaCl, CuCl , FeCl , ZnCl . Kim loại đầu tiên thoát ra ở catot trước khi có khí thoát ra là: A. Zn B. Cu C. Fe D. Na Bài 11: Những bán phản ứng nào sau đây xảy ra ở catot trong quá trình điện phân dung dịch 2CuBr ? a)    2+Cu dd + 2e Cu r b) (d) - 2 2c) 2H O + 2e 2OH + H    2+ Cu r Cu dd + 2e  + 2 22H O 4H + O 4e  LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 22 2009 II. BAØI TAÄP ÑÒNH LÖÔÏNG * Lưu ý: Xem phương trình điện phân như một phản ứng vô cơ bình thường Bài 1: Tiến hành điện phân dung dịch CuSO4 một thời gian, khi ngừng điện phân, ở catot xuất hiện 3,2g kim loại Cu. Hỏi ở anot xuất hiện khí gì và với thể tích là bao nhiêu (đktc)? Giải: Phương trình điện phân: 4 2 2 2 4 1 CuSO + H O Cu + O + H SO 2  Ta có: 2 2 O Cu O 1 1 3,2 n = n = × = 0,025(mol) 2 2 64 V = 0,025 × 22,4 = 0,56(l) Bài 2: Tính lượng các chất tham gia và thu được khi điện phân dung dịch 4ZnSO . 4 2 2 2 42 ZnSO + 2H O 2Zn + O + H SO   ñpdd 2.161g  2mol  2.65g  22,4l  2mol a (g)  x mol y (g)  V (l)  z (mol) Ta có các tỉ lệ: (Trong đó a là số gam chất bị điện phân) Chú ý: Khi đang điện phân, tức là lúc đang có dòng điện chạy qua thì Zn bám ở catot không tác dụng với 2 4H SO trong dung dịch. Lúc ngừng điện phân và để yên thì có phản ứng: 2 4 4 2Zn + H SO l ZnSO + H  DẠNG 1: BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN KHÔNG CHO GIẢ THIẾT CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I VÀ THỜI GIAN ĐIỆN PHÂN t 2.161 2a2 a x 2.161 = x =  2,652.161 2.65.a a 2.161 = = y y LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 23 2009 Bài 3: Điện phân có màng ngăn 150ml dung dịch BaCl2. Khí thoát ra ở anot có thể tích là 112ml (đktc). Dung dịch còn lại trong bình điện phân sau khi được trung hòa bằng HNO3 đã phản ứng vừa đủ với 20g dung dịch AgNO3 17%. a/ Viết phương trình điện phân và các phản ứng hóa học đã xảy ra. b/ Tính nồng độ mol/l của dung dịch BaCl2 trước khi điện phân. Giải: a/ Các phản ứng hóa học: ñpdd 2 2 2 2 2 BaCl + H O H + Cl + Ba(OH) (1) (2) (3) b/ Nồng độ dung dịch BaCl2: Số mol Cl2 sinh ra ở (1): 2Cl 0,112 n = =0,005(mol) 22,4 Khối lượng AgNO3 tham gia (3): 3 3 AgNO AgNO 17×20 m = =3,4(g) 100 3,4 n = =0,02(mol) 170  Theo (1): 2 2BaCl Cl n = n = 0,05(mol) Theo (3): 2 3BaCl AgNO 1 0,02 n = n = =0,01(mol) 2 2 Nồng độ của dung dịch BaCl2 trước điện phân: BaCl2 M 1000×(0,01+0,005) C = =0,01(mol/l) 150 Bài 4: Điện phân (với điện cực platin) 200ml dung dịch  3 2Cu NO đến khi bắt đầu có bọt khí thoát ra ở catot thì dừng lại. Để yên dung dịch cho đến khi khối lượng của catot không đổi thấy khối lượng tăng 3,2g so với lúc chưa điện phân. Tính nồng độ M của dung dịch  3 2Cu NO trước khi điện phân. 2 3 3 2 2 2 3 3 2 Ba(OH) + 2HNO Ba(NO ) + 2H O BaCl + 2AgNO Ba(NO ) + 2AgCl   LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 24 2009 Giải: Gọi x là số mol  3 2Cu NO ban đầu x mol x 2x Bắt đầu có bọt khí thoát ra ở catot là lúc nước bắt đầu bị điện phân, nghĩa là  3 2Cu NO bị điện phân vừa hêt.   dp 2 2 2 Catot Anot 2H O 2H + O Ngừng điện phân và để yên dung dịch thì Cu tác dụng với 3HNO loãng, giải phóng khí NO: Ban đầu: x mol 2x Phản ứng : Dư: 2x.3 x x - = 8 4 x 3,2 = = 0,05.x = 0,2 4 64     3 2M Cu NO 0,2 C = = 1 M 0,2 Bài 5: Điện phân 200ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ. Sau một thời gian thấy khối lượng dung dịch giảm đi 8,0g. a/ Tính khối lượng Cu bám trên catot. b/ Sục khí H2S tới dư vào dung dịch sau điện phân, thu được 4,8g kết tủa. Tính nồng độ ban đầu của dung dịch CuSO4. Giải: a/ Phương trình điện phân: (1) Khối lượng dung dịch giảm đi chính là tổng khối lượng của Cu bám vào điện cực và khối lượng của O2 thoát ra. Gọi x là số mol CuSO4 bị điện phân, theo (1) ta có: 4 2 2 2 4 1 CuSO + H O Cu + O + H SO 2   3 2 2 322Cu NO + 2H O 2Cu + O + 4HNO ñpdd  3 3 223Cu + 8HNO 3Cu NO + 2NO + 4H O 2x.3 2x 8  LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 25 2009 64x +0,5x.32 = 0,8  x = 0,01. Vậy mCu = 0,01.64 = 0,64(g). b/ Sau phản ứng CuSO4 dư phản ứng với H2S: 4 2 2 4CuSO + H S CuS + H SO Ta có 4 CuS CuSO CuS 4,8 n = =0,05(mol) 96 n = n = 0,05(mol). Vậy nồng độ ban đầu của CuSO4 là: M 0,01+0,05 C = =0,3(M) 0,2 Bài 6: Điện phân 200ml dung dịch muối nitrat kim loại M hóa trị I điện cực trơ cho đến khi trên bề mặt catot xuất hiện bọt khí thì ngừng điện phân. Để trung hòa dung dịch sau điện phân, phải dùng 250ml dung dịch NaOH 0,8M. Mặt khác, nếu ngâm một thanh kẽm có khối lượng 50g vào 200ml dung dịch muối nitrat kim loại nói trên, phản ứng xong khối lượng thanh kẽm tăng thêm 30,2% so với khối lượng ban đầu. a/ Tính nồng độ mol/l của dung dịch muối nitrat trước điện phân. b/ Tìm công thức hóa học của muối nitrat kim loại M. Giải: Điện phân dung dịch MNO3 cho đến khi trên bề mặt catot xuất hiện bọt khí, có nghĩa là toàn bộ lượng ion M + đã bị khử hết và đến lượt các phân tử H2O bị khử sinh ra khí H2. Các phương trình phản ứng: 3 2 2 34MNO + 2H O 4M + 2O + 4HNO ñp (1) (2) (3) Số mol NaOH tham gia ở phản ứng (2): NaOH 0,8×250 n = =0,2(mol) 1000 3 3 2HNO +NaOH NaNO +H O 3 3 2Zn+2MNO Zn(NO ) +2M LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 26 2009 Khối lượng thanh Zn tăng thêm là: 30,2×50 m= =15,1(g) 100 a/ Nồng độ mol/l của dung dịch MNO3: Theo (2) và (1): 3 3NaOH HNO MNO n = n = n = 0,2(mol) Nồng độ mol/l của dung dịch muối nitrat kim loại M:\ MNO3 M 0,2 C = =1M 0,2 b/ Công thức hóa học của nitrat kim loại M: Đặt X (g) là phân tử khối của kim loại M. Theo (3): 0,2 mol MNO3 tác dụng với 0,1 mol Zn, sinh ra 0,2 mol kim loại M. Theo dữ kiện bài toán, khối lượng thanh kẽm tăng thêm: 0,2X-6,5=15,1(g) X=108g/mol.  M là Ag Vậy công thức muối nitrat kim loại là AgNO3. Bài tập tự giải Bài 1: Điện phân 100 ml dung dịch chứa 2+ + + 4-Cu , Na , H , ClO ở pH = 1, dùng điện cực Pt. Sau khi điện phân một thời gian, thấy khối lượng catot tăng 0,64 g và dung dịch có màu xanh rất nhạt. a) Viết phương trình phản ứng xảy ra khi điện phân b) Tính nồng độ ion +H trong dung dịch sau khi điện phân, biết thể tích của dung dịch không thay đổi trong quá trình điện phân Bài 2: Điện phân 1 lít dung dịch 3AgNO với hiệu suất điện phân là 80%. Dung dịch sau điện phân có pH = 3. Thể tích của dung dịch được coi như không đổi. Hỏi: a) Nồng độ của các chất trong dung dịch sau điện phân b) Khối lượng 3AgNO trong dung dịch ban đầu. Bài 3: Hòa tan hoàn toàn 20 g 2 4K SO vào 150 3cm nước được dung dịch A rồi đem điện phân dung dịch này. Sau khi điện phân, khối lượng 2 4K SO trong dung dịch LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 27 2009 chiếm 15% khối lượng của dung dịch. Tính thể tích khí thoát ra ở mỗi điện cực đo ở 020 C và 1atm. Lượng nước bay hơi không đáng kể và khối lượng riêng của nước là 1g/ 3cm . Bài 4: Điện phân 1 lít dung dịch NaCl ( D = 1,2 g/ml) thu được một khí duy nhất thoát ra ở điện cực. Lấy dung dịch sau điện phân cô cạn cho bay hết hơi nước thu được 125 g chất rắn. Đem nung lượng chất rắn này thấy khối lượng giảm đi 8 g. a)Tính hiệu suất phản ứng điện phân và nồng độ % của dung dịch NaCl ban đầu. b) Tính khối lượng dung dịch sau điện phân. Bài 5: Điện phân dung dịch chứa m g hỗn hợp 4CuSO và NaCl đến khi nước bắt đầu điện phân thì dừng lại. Ở anot thu được 0,448 lít khí ở đktc và dung dịch sau điện phân hòa tan được tối đa 0,68 g 2 3Al O . a) Tính m b) Tính khối lượng catot tăng c) Tính khối lượng dung dịch giảm. Bài 6: Điện phân 200 ml dung dịch 2CaCl 0,1 M, khi dòng điện phân thu được 0,084 lít khí ở đktc. a) Tính nồng độ mol của dung dịch sau điện phân. b) Tính thể tích dung dịch 3HNO 10% ( D = 1,01 g/ 3cm ) cần lấy để trung hòa dung dịch sau điện phân. Bài 7: Điện phân dung dịch 2BaCl với điện cực trơ có màng ngăn, sau một thời gian thấy ở anot thoát ra 0,56 lít (đktc) một chất khí. Có bao nhiêu lít khí (đktc) thoát ra ở catot? A. 0,56 lít B.5,6 lít C. 0,12 lít D. 1,12 lít Bài 8: Điện phân nóng chảy hoàn toàn 14,9 g muối clorua cả một kim loại hóa trị I thu được 2,24 lít khí (đktc) ở anot. Kim loại đó là: A. Li B. Na C. K D. Rb Bài 9: Điện phân nóng chảy hoàn toàn 19,0 g muối 2MCl thu được 4,48 lít khí (đktc) ở anot. M là kim loại nào cho dưới đây? LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 28 2009 A. Ca B. Ba C. Mg D. Be Bài 10: Điện phân 250 ml dung dịch 4CuSO với điện cực trơ, khi ở catot bắt đầu có bọt khí thì ngừng điện phân, thấy khối lượng catot tăng 4,8 g. Nồng độ mol của 4CuSO là: A. 0,2 M B. 0,3 M C. 0,4 M D. 0,5 M Bài 11: Chia m g hỗn hợp muối clorua kim loại kiềm và 2BaCl thành 2 phần bằng nhau: - Phần 1: Cho tác dụng với dung dịch 3AgNO dư thu được 8,61 g kết tủa. - Phần 2: Điện phân nóng chảy hoàn toàn thì thể tích khí (đktc) thu được ở anot là: A. 0,112 lít B. 0,224 lít C. 0,336 lít D. 0,672 lít * Lưu ý: Khi điện phân các dung dịch sau: - Axit có oxi. - Bazơ kiềm NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2. -Muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm, chính là điện phân H2O của dung dịch theo phả ứng 2 2 2 1 H O H + O 2  . Chất tan không đổi. Bài 1: Tiến hành điện phân 200g dung dịch NaOH10% đến khi dung dịch NaOH có nồng độ 25% thì ngừng điện phân. Tìm thể tích khí ở hai điện cực (đktc)? Giải: Ta có: NaOH 200×10 m = =20(g) 100 Vì điện phân dung dịch NaOH chỉ có H2O điện phân nên khối lượng NaOH không đổi: dd NaOHm sau điện phân 20 100 80( ) 25 g    DẠNG 2: BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH CHỈ CÓ H2O ĐIỆN PHÂN Ở HAI ĐIỆN CỰC LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 29 2009 2 120 20 ( ) 18 3 H On mol   Phương trình điện phân: 2 2 2 1 H O H + O 2  2 2 20 ( ) 3 H H On n mol   2 20 22,4 149,33( ) 3 HV l    2 149,33 74,66( ) 2 OV l   Lưu ý: - Áp dụng biểu thức của định luật Faraday: A.I.t m = n.F Trong đó: m: khối lượng các chất thu được ở điện cực, tính bằng gam. A: khối lượng mol nguyên tử các chất thu được ở điện cực. n: số electron mà nguyên tử hoặc nguyên tử đã cho hoặc nhận. I: cường độ dòng điện, tính bằng ampe (A). t: thời gian điện phân, tính bằng giây (s). F: hằng số Faraday (F = 96500culông/mol) - Lưu ý: t: giây  F=96500C t: giờ  F=26,8Ah DẠNG 3: BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN CÓ CHO GIẢ THIẾT CƯỜNG ĐỘ I, THỜI GIAN t LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 30 2009 Bài 1: Tiến hành điện phân 200ml dung dịch CuSO4 với dòng điện I = 1,93A cho tới khi catot bắt đầu xuất hiện khí thì thời gian cần là 250 giây. Tính nồng độ mol dung dịch CuSO4 và thể tích khí thoát ra ở anot (đktc). Giải: Phương trình điện phân: 2 2 4 4CuSO Cu SO    - Ở catot: điện phân đến khi bắt đầu có khí tức là Cu 2+ điện phân vừa hết 2 2Cu e Cu   (1) - Ở anot: 2 2 1 2 2 2 H O O H e   (2) Số mol electron thu hoặc nhường ở điện cực: . 1,93 250 0,005( ) 96500 e I t n mol F     Từ (1) 2 1 0,005 0,0025( ) 2 2 eCu n n mol    4( ) 0,0025 0,00125 2 M CuSOC M  Từ (2) 2 1 0,005 0,00125( ) 4 4 O en n mol    2 0,00125 22,4 0,028( )OV l    Bài 2: Điện phân dung dịch AgNO3 trong thời gian 15 phút, thu được 0,432g Ag ở catot. Sau đó, để làm kết tủa hết ion Ag + còn lại trong dung dich sau điện phân cần dùng 25 ml dung dịch NaCl 0,4M. a/ Viết phương trình điện phân và các phản ứng hóa học đã xảy ra. b/ Tính cường độ dòng điện đã dùng. c/ Khối lượng AgNO3 có trong dung dịch ban đầu. Giải: a/ Phương trình điện phân và các phản ứng xảy ra: LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 31 2009 3 2 2 34AgNO + 2H O 2Ag + 2O + 4HNO ñpdd (1) 3 3AgNO + NaCl NaNO + AgCl (2) b/ Cường độ dòng điện: 96500 1 0,432 4,29( ) 108 15 60 I A       c/ Khối lượng AgNO3: Số mol Ag sinh ra ở (1): 0,432 0,004( ) 108 Agn mol  Số mol NaCl tham gia (2): 0,4 25 0,01( ) 1000 NaCln mol    Theo (1): 3 0,004( )Ag AgNOn n mol  Theo (2): 3 0,01( )NaCl AgNOn n mol  Khối lượng AgNO3 có trong dung dịch ban đầu: 3 170 (0,04 0,01) 2,38( )AgNOm g    Bài 3: Điện phân 200ml dung dịch AgNO3 0,4M với điện cực trơ, trong thời gian 4 giờ, cường độ dòng điện là 0,402A. a/ Tính lượng Ag thu được sau khi điện phân. b/ Tính nồng độ mol/l các chất có trong dung dịch sau điện phân. Coi thể tích dung dịch sau điện phân thay đổi không đáng kể. Giải: a/ Khối lượng Ag thu được: 108 0,402 4 60 60 6,48( ) 96500 1 Agm g        ứng với 6,48 0,06( ) 108 mol Ag . b/ Nồng độ mol/l các chất sau điện phân: Số mol AgNO3 trong dung dịch trước điện phân: LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 32 2009 3 0,4 0,2 0,08( )AgNOn mol   Phương trình điện phân AgNO3: 3 2 2 34AgNO + 2H O 2Ag + 2O + 4HNO ñpdd Theo phương trình điện phân: Số mol AgNO3 bị điện phân = Số mol HNO3 sinh ra = Số mol Ag = 0,06 mol. Số mol Ag còn dư sau điện phân: 3 0,08 0,06 0,02( )AgNOn mol   Nồng độ mol/l các chất trong dung dịch sau điện phân: 3 0,02 0,1 0,2AgNO MC M  , 3 0,06 0,3 0,2HNO MC M  Bài 4: Sau khi điện phân 965 giây dung dịch NaOH với dòng điện 3 ampe thì dừng lại. a) Nồng độ dung dịch NaOH đã thay đổi như thế nào b) Tính thể tích khí thu được ở 054,6 C và 1atm. Giải: (1) a) Thực chất điện phân dung dịch NaOH là 2H O điện phân, do đó sau sự điện phân, nồng độ NaOH tăng lên do nước (dung môi) giảm, còn lượng chất tan là NaOH thì không đổi. b) m It = A 96500n Nếu xét với H thì n=1; với O thì n=2. Với H: m 3.965 = 0,03 A 96500.1     +- Na OH HOH   - 2 22H O + 2e 2OH + H - 2 2H O 2e 2OH + H 2 2 22H O 2H + O   ñpdd LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 33 2009 là số mol nguyên tử H Vậy   2H 0,03 n = = 0,015 mol 2 Theo (1), số mol khí tổng cộng:   2 2H O 0,015 n = n + n = 0,015 + 0,0225 mol 2 khí  0 0 0 P V PV 1.0,0225.22,4 1.V = = V = 0,6048 T T 73 273+54,6   lít Bài 5: Có 400ml dung dịch chứa HCl và KCl, đem điện phân trong bình điện phân có vách ngăn với I = 9,65 A trong 20 phút thì dung dịch chứa một chất tan có pH = 13. a) Viết ptpư điện phân. b) Tính nồng độ mol của dung dịch ban đầu (coi thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể). Giải: pH = 13;   -14 -13 - -1 -13 10 H+ = 10 ; OH = = 10 10    Thứ tự điện phân: dpdd 2 22HCl H + Cl (1) (2) Số mol -OH là:  -OHn = 0,4.0,1 = 0,04 mol 2Cl m It n = = A n.F   2Cl 9,65.1200 n = = 0,06 2.96500 mol    - 2 2Cl OH 1 0,04 n = n = = 0,02 mol 2 2       2 1Cl HCl n = 0,06 - 0,02 = 0,04 mol ; n = 0,08 mol  M KCl 0,04 C = = 0,1M 0,4 m = 0,03 A dpdd 2 2 2mn 2KCl + 2H O 2KOH + H + Cl   LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 34 2009  M HCl 0,08 C = = 0,2M 0,4 Bài 6: Điện phân 100ml dung dịch hỗn hợp chứa 2 4Ag SO và 4CuSO có số mol bằng nhau và bằng 0,0008 mol. Thời gian điện phân là 7’43” với cường độ dòng điện 0,5 A. a) Tính khối lượng kim loại bám vào catot. b) Tính nồng độ mol của các chất có trong dung dịch sau điện phân. Giải: a) Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa 2 4Ag SO và 4CuSO thì 2 4Ag SO sẽ bị điện phân trước. Giả sử 2 4Ag SO bị điện phân hết. dpdd 2 4 2 2 2 4Ag SO + 2H O 4Ag + O + 2H SO 0,0008mol 0,0016mol 0,0008mol    - Tính thời gian điện phân 2 4Ag SO :   AIt 108.0,5.t m = 0,0016.108 = t = 308,8 s n.F 1.96500   - Thời gian còn lại để điện phân 4CuSO : 463 – 309 = 154 (s) - Tính số mol đồng giải phóng ra ở catot: gọi x là số mol Cu. 64.0,5.154 64 = 2.96500 x Rút ra x = 0,0004 mol. - Tính khối lượng kim loại bám vào catot:      mKL = 0,0016.108 + 0,00064.64 = 0,1984 g b) Dung dịch sau điện phân chứa :   2 4H SO n = 0,0008 + 0,0004 = 0,0012 mol n 4CuSO (dư)  = 0,0008 - 0,0004 = 0,0004 mol dpdd 1 4 2 2 4 22 CuSO + H O Cu + H SO + O 0,0004 0,0004 0,0004    LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 35 2009    2 4M H SO 0,0012 C = = 0,012 M 0,1    4M CuSO 0,004 C = = 0,004 M 0,1 Bài tập tự giải Bài 1: Điện phân dung dịch chứa 10g hỗn hợp KCl và KOH với dòng điện 5A thì hết 6 phút 25 giây. a) Tính thành phần phần trăm hỗn hợp đầu b) Tính thể tích dung dịch HCl 10% (D = 1,1 g/ 3cm ) để trung hòa dung dịch đầu. Bài 2: a) Bao nhiêu gam đồng sinh ra ở điện cực âm khi điện phân dung dịch 2CuCl trong 1 giờ với dòng điện có cường độ 5A? b) Điện phân 500ml dung dịch 4CuSO 0,2 M (d = 1,1) trong 2 giờ với cường độ dòng điện là 2,5 A. Xác định nồng độ phần trăm của dung dịch sau khi điện phân? c) Cho dòng điện 5A qua dung dịch crom (III) nitrat dư trong 30 phút có bao nhiêu gam crom kim loại bám trên catot? Lưu ý: - Ở cực catot trơ: ion kim loại có tính oxi hóa mạnh nhất tham gia điện phân trước. - Ở cực anot trơ: ion âm không có oxi tham gia điện phân (nếu có ,Cl Br  thì 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) được một khí duy nhất ở anot có thể tích là 3,136 lít (đktc). Dung dịch sau điện phân phản ứng đủ với 550ml dung dịch NaOH 0,8M được 1,96g kết tủa. Tính nồng độ mol các chất trong dung dịch đầu và thời gian điện phân. DẠNG 4: ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH CHỨA NHIỀU CHẤT ĐIỆN PHÂN LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 36 2009 Giải: - Ở anot: Cl bị điện phân trước. Vì chỉ sinh ra một khí đó là Cl2 nên H2O không bị điện phân 2 0,14( )Cln mol  22Cl e Cl    en do Cl nhường 0,14 2 0,28   (mol) - Dung dịch sau điện phân tác dụng với NaOH tạo kết tủa chứng tỏ phải có Cu 2+ dư nên H + chưa điện phân. Tóm lại điện phân dung dịch xảy ra như sau: + Ở catot: 2 2 0,14 0,28 0,14( ) Cu e Cu mol       + Ở anot: 22Cl e Cl    Dung dịch sau điện phân chứa : H + ban đầu, 3NO  , 2Cu  dư, Cl có thể dư NaOHn phản ứng 0,55 0,8 0,44   (mol) Cu 2+ dư 22 ( )OH Cu OH    0,02  0,04  0,02 (mol) 2Cu n  dư 2( ) 1,96 0,02 98 Cu OHn   (mol) 2Cu n  ban đầu 0,14 0,02 0,16   (mol) ( )3 2 0,16 0,2 0,8Cu NO MC M   OH n  phản ứng với H  0,44 0,04 0,4   (mol) 2H OH H O    0,04 H n   (mol) 0,4 0,5 0,8HCl MC M   . Ta có 96500 e It n  LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 37 2009 96500 0,28 10808 2,5 t     (giây). Bài 2: Điện phân 400ml dung dịch chứa 2 muối KCl và CuCl2 với các điện cực trơ và màng ngăn cho đến khi ở anot thoát ra 3,36 lít khí (đktc) thì ngừng điện phân. Để trung hòa dung dịch sau điện phân cần 100ml dung dịch HNO31M. Dung dịch sau khi trung hòa tác dụng với dung dịch AgNO3 dư, sinh ra 2,87g kết tủa trắng. Tính nồng độ mol/l của mỗi muối có trong dung dịch trước điện phân. Giải: Phương trình điện phân và các phản ứng hóa học: dpdd 2 2CuCl Cu + Cl (1) (2) (3) (4) Nồng độ các muối trong dung dịch ban đầu: Số mol Cl2 sinh ra ở (1) và (2): 2 3,36 0,15 22,4 Cln   (mol) Số mol HNO3 tham gia ở (3): 3 1 0,1 0,1HNOn    (mol). Số mol AgCl sinh ra ở (4): 2,87 0,02 143,5 AgCln   (mol). Theo (4): AgCl KCln n (dư)=0,02 (mol). Theo (3): 3 0,1HNO KOHn n  (mol) Theo (2): KOH KCln n (đp) = 0,1 (mol) và 2 0,1 0,05 2 Cln   (mol). Theo (1): 2 2 0,15 0,05 0,1CuCl Cln n    (mol). 3 3 2KOH HNO KNO H O   3 3KCl AgNO AgCl KNO    dpdd 2 2 2mn 2KCl + 2H O 2KOH + H + Cl   LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 38 2009 Nồng độ mol/l của CuCl2: 2 0,1 0,25 0,4CuCl MC M  Nồng độ mol/l của KCl: (0,1 0,02) 0,3 0,4KCl MC M    Bài 3: Điện phân hoàn toàn 200ml một dung dịch có hòa tan Cu(NO3)2 và AgNO3 với cường độ dòng điện là 0,804A, thời gian điện phân là 2 giờ, nhận thấy khối lượng của catot tăng thêm 3,44g. Xác định nồng độ mol/l của mỗi muối trong dung dịch ban đầu. Giải: Phương trình điện phân:  3 2 2 322Cu NO + 2H O 2Cu + O + 4HNO ñpdd (1) 3 2 2 34AgNO + 2H O 4Ag + 2 O + 4HNO ñpdd (2) Theo định luật Faraday, ta tính được khối lượng oxi thu được ở anot sau điện phân: 2 16 0,804 2 60 60 0,48( ) 96500 2 Om g        2 0,48 0,015 32 On   (mol) Đặt x, y lần lượt là số mol Ag và Cu thu được ở catot sau điện phân. Ta có hệ phương trình: 108 64 3,44 0,015 4 2 0,02( ) x y x y x y mol          Nồng độ mol/l các muối trong dung dịch ban đầu: ( )3 3 2 0,02 0,1 0,2AgNO Cu NO M MC C M   . Bài 4: Điện phân 100ml một dung dịch có hòa tan NaCl và HCl (điện cực trơ), sau một thời gian điện phân ở catot sinh ra 0,0448 lít khí (đktc). Trung hòa dung dịch LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 39 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 và các phản ứng hóa học xảy ra. b/ Xác định nồng độ mol/l của các chất có trong dung dịch trước điện phân. c/ Phải điện phân với cường độ dòng điện 0,15A trong thời gian bao lâu để thu được lượng sản phẩm nói trên? Giải: a/ Phương trình điện phân và các phản ứng hóa học: Trước hết, xảy ra sự điện phân dung dịch HCl: ñp 2 2 HCl H + Cl Sau một thời gian điện phân, dung dịch được trung hòa bằng NaOH, chứng tỏ quá trình điện phân HCl chưa kết thúc, do đó không xảy ra quá trình điện phân dung dịch NaCl. 2HCl NaOH NaCl H O   (2) 3 3AgNO NaCl AgCl NaNO    (3) 3 3AgNO NaCl AgCl NaNO    (4) (dư) b/ Nồng độ dung dịch NaCl và HCl: Số mol khí H2 sinh ra ở (1): 2 0,0448 0,002 22,4 Hn   (mol). Số mol NaOH tham gia ở (2): 0,015 0,03 0,00045NaOHn    (mol). Số mol AgNO3 tham gia ở (3), (4): 3 0,1 0,04 0,004AgNOn    (mol) Số mol NaCl tham gia ở (4): dpdd 2 2 2mn 2KCl + 2H O 2KOH + H + Cl   LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 40 2009 0,28 0,01 0,0028NaCln    (mol). Theo (1): Số mol HCl bị điện phân: 2 2 0,002 2 0,004HCl Hn n    (mol). Theo (2): Số mol HCl còn dư sau điện phân: 0,00045HCl NaOHn n  (mol) Nồng độ mol/l của dung dịch HCl trước khi điện phân: 0,004 0,00045 0,0445 0,1HCl MC M    . Theo (4): Số mol AgNO3 còn dư sau phản ứng (3): 3 0,0028AgNO NaCln n  (mol). Theo (3): Số mol Ag NO3 tham gia phản ứng: 3 0,004 0,0028 0,0012AgNOn    (mol). Số mol NaCl tham gia (3) là 0,0012 mol, trong đó có 0,00045 mol NaCl sinh ra ở (2). Vậy số mol NaCl có trong dung dịch trước điện phân là: 0,0012 0,00045 0,00075  (mol). Nồng độ mol/l của NaCl trong dung dịch trước điện phân: 0,00075 0,0075 0,1NaCl MC M  . c/ Thời gian điện phân: Khối lượng khí hiđro thu được ở catot sau điện phân: 2 0,002 0,004  (g). Thời gian điện phân: 0,004 96500 1 2573 0,15 1 st      (giây) = 42 phút 53 giây. Bài 5: Điện phân 200 ml dung dịch A chứa KCl và CuCl2 với điện cực trơ, có màng ngăn, đến khi ở anot thoát ra 1,68 lít khí ở đktc thì dừng lại. Để trung hòa dung dịch thu được sau điện phân cần 50 ml dung dịch 3HNO 1M. Cho dung dịch đã trung hòa tác dụng với dung dịch 3AgNO dư được 1,435 gam kết tủa. LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 41 2009 a) Tính nồng độ mol của các chất trong dung dịch A trước điện phân. b) Tính thời gian điện phân biết cường độ dòng điện là 5 ampe. Giải: dpdd 2 2CuCl Cu + Cl (1) (2) (3) (4) Theo (3),   3KOH HNO n = n = 0,05.1= 0,05 mol Theo (2),  KCl KOHn = n = 0,05 mol Theo (4), KCl n (dư) = AgCln = 0,01 (mol)    M KCl 0,05+0,01 C = = 0,3 M 0,2 Theo (2),    2Cl 2 1 0,05 n = nKOH = = 0,025 mol 2 2    2Cl 1 1,68 n = -0,025 b= 0,075- 0,025 = 0,05 mol 2,24 Theo (1),    2 2CuCl Cl 1n = n = 0,05 mol    2M CuCl 0,05 C = = 0,25 M 0,2 b)   A.I.t 1,68 71.5.t m = 71 = ; t = 2895 s nF 22,4 2.96500   Bài tập tự giải Bài 1: Dung dịch A chứa  3 3Zn NO 0,15 M và 3AgNO chưa biết nồng độ. Điện phân 200 ml dung dịch A với dòng điện 3A được dung dịch B, khí C, còn catot nặng thêm 4,97 gam. 3 3 2KOH+HNO KNO +H O 3 3KCl+AgNO AgCl +KNO  dpdd 2 2 2mn 2KCl + 2H O 2KOH + H + Cl    3 1,435 nAgNO = = 0,01 mol 143,5 LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 42 2009 a) Viết pthh. b) Tính thời gian điện phân. c) Tính nồng độ dung dịch B. d) Tính thể tích khí C ở 027 C và 1atm. Biết rằng sự điện phân có điện thế thích hợp, phải dùng 10 ml 2CaCl 0,2M mới vừa đủ tác dụng với 20 ml dung dịch A. Bài 2: Điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp 4CuSO và NaCl đến khi nước bắt đầu điện phân thì dừng lại. Ở anot thu được 0,448 lít khí ở đktc và dung dịch sau điện phân hòa tan được tối đa 0,68 g 2 3Al O . a) Tính m. b) Tính khối lượng catot tăng. c) Tính khối lượng dung dịch giảm. LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 43 2009 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Tinh Dung, Hoàng Nhâm, Trần Quốc Sơn, Phạm Văn Tư Tài liệu nâng cao và mở rộng kiến thức Hóa học trung học phổ thông NXBGD 2002 2. Hoàng Nhâm Hóa học vô cơ – Tập 1 NXBGD 2003 4. Nguyễn Duy Ái Một số phản ứng trong hóa học vô cơ NXB giáo dục, Hà Nội 2005 5. Ngô Ngọc An Phản ứng oxi hóa khử và điện phân NXB giáo dục, Hà Nội 2006 6. Trần Thị Đà, Đặng Trần Phách Cơ sở lí thuyết các quá trình hóa học NXB giáo dục, Hà Nội 2006 7. Nguyễn Xuân Trường Ôn luyện kiến thức hóa học đại cương và vô cơ trung học phổ thông NXB giáo dục, Hà Nội 2008 8. Lê Xuân Trọng Bài tập nâng cao Hóa học 12 NXB giáo dục, Hà Nội 2000 9. Bộ giáo dục và đào tạo SGK Hóa học 12 nâng cao NXB giáo dục, Hà Nội 2009 LÍ THUYEÁT ÑIEÄN PHAÂN VAØ BAØI TAÄP ÑIEÄN PHAÂN Trang 44 2009 DANH SÁCH NHÓM THỰC HIỆN 1. Trương Trần Hoàng Du 2. Nguyễn Thị Minh Trang 3. Nguyễn Thị Ngọc Trăm