Cách làm bài tập điện phân
Với cách giải bài toán đốt điện phân môn Hoá học lớp 12 gồm phương pháp giải chi tiết, bài tập minh họa có lời giải và bài tập tự luyện sẽ giúp học sinh biết cách làm bài toán điện phân lớp 12. Mời các bạn đón xem:
Các dạng bài toán điện phân và cách giải – Hoá học lớp 12 A. Lý thuyết ngắn gọn a/ Khái niệm : sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra trên bề mặt các điện cực, khi cho dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hoặc chất điện li nóng chảy. b/ Các quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở điện cực :
Ví dụ: điện phân dung dịch chứa các ion sau : Cu2+ , Fe2+, Fe3+ , Ag+ , H+ . Thứ tự điện phân sẽ xảy ra như sau : Ag+ + 1e → Ag ; Fe3+ + 1e → Fe2+ ; Cu2+ + 2e → Cu ; 2H+ + 2e → H2 ; Fe2+ + 2e → Fe ..... 2H2O + 2e → 2OH– + H2 →Tại anot (cực dương) : xảy ra quá trình oxi hóa (quá trình nhường e) c/ Công thức Faraday : tính khối lượng chất thu được tại các điện cực m=AItnF ne=ItF Trong đó : m là khối lượng chất thu được ở điện cực (gam) A là khối lượng mol nguyên tử thu được ở điện cực (gam). n là số e mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận. I là cường độ dòng điện (ampe) t là thời gian điện phân (giây) F là hằng số Faraday (F = 96500) / ne là số mol e d/ Phương pháp điều chế :
Ví dụ 1:Điều chế K bằng cách điện phân nóng chảy KCl Catot ( – ) ← KCl → Anot (+) K+ + e → K 2Cl– → Cl2 + 2e Phương trình điều chế : 2KCl →dpnc 2K + Cl2 Ví dụ 2: Điều chế Na bằng cách điện phân nóng chảy NaOH Catot (–) ← NaOH → Anot (+) Na+ + e → Na 2OH– → ½ O2 + H2O + 2e Phương trình điều chế : 2NaOH →dpnc 2Na + ½ O2 + H2O Tổng quát: 2MOH →dpnc M + 12O2 + H2O
Ví dụ 3: Điều chế Mg bằng cách điện phân nóng chảy MgCl2 Catot (–) ← MgCl2 → Anot (+) Mg2+ + 2e → Mg 2Cl– → Cl2 + 2e Phương trình điều chế : MgCl2 →dpnc Mg + Cl2 Tổng quát : MXn→dpnc M + n2X2
Catot (–) ← Al2O3 → Anot (+) Al3+ + 3e → Al 2O2– → O2 + 4e Phương trình điều chế: 2Al2O3 →dpnc 4Al + 3O2
Ví dụ 4: Điện phân dung dịch AgNO3 để điều chế kim loại Ag. Catot ( – ) ← AgNO3 → Anot (+) Ag+ , H2O NO3– , H2O Ag+ + e → Ag H2O → 2H+ + ½ O2 + 2e Phương trình điều chế : 2AgNO3 + H2O →dpnc 2Ag + ½ O2 + 2HNO3 Ví dụ 5: điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế Cu Catot ( – ) ← CuCl2 → Anot (+) Cu2+ , H2O Cl– , H2O Cu2+ + 2e → Cu 2Cl– → Cl2 + 2e Phương trình điều chế : CuCl2 →đpdd Cu + Cl2 Chú ý: Khi điện phân các dung dịch sau: + Hidroxit của kim loại hoạt động mạnh: KOH, NaOH, Ba(OH)2,.. + Axit có oxi: HNO3, H2SO4, HClO4,… + Muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm: KNO3, Na2SO4,… Thực tế là điện phân H2O sinh ra khí H2 (catot) và khí O2 (anot) B. Phương pháp giải Công thức Faraday: m=AItnF Bước 1: Tính ne trao đổi: netraodoi=ItF Bước 2:Viết quá trình điện phân. Bước 3: Tính lượng chất đã điện phân hoặc lượng chất thu được sau điện phân. Chú ý: Vkhí = Vkhí (anot) + Vkhí (catot) mdung dịch giảm = mkim loại + mkhí thoát ra mcatot = mkim loại (catot) Chú ý:Nếu biết catot bắt đầu thoát khí → khí thoát ra ở cả hai điện cực. Khi đó nước bắt đầu điện phân ở catot. 2H2O + 2e → 2OH– + H2 C. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 1M với điện cực trơ, cường độ dòng điện là 5A trong thời gian 25 phút 44 giây thì dừng lại. Khối lượng dung dịch giảm sau điện phân là A. 2,88 gam. B. 3,84 gam. C. 2,56 gam. D. 3,20 gam. Lời giải chi tiết Đổi 25 phút 44 giây = 25.60 + 44 = 1544 giây Theo hệ quả của công thức Faraday: netraodoi=ItF=5.154496500=0,08mol Quá trình điện phân: Ở catot (–): Cu2+ + 2e → Cu 0,08 → 0,04 mol Ở anot (+): 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 0,02 ← 0,08 mol →m Cu=0,04.64=2,56gmO2=0,02.32=0,64g Ta có: mdung dịch giảm = mCu + m O2 → mdung dịch giảm = 2,56 + 0,64 = 3,2 gam Chọn D. Ví dụ 2: Điện phân 200 ml dung dịch AgNO3 0,4M với điện cực trơ, I = 5A. Sau 19 phút 18 giây, khối lượng Ag thu được ở catot là A. 7,56 gam. B. 4,32 gam. C. 8,64 gam. D. 6,48 gam. Lời giải chi tiết Đổi 19 phút 18 giây = 19.60 + 18 = 1158 giây Theo công thức Faraday: mAg=AItnF →mAg=108.5.11581.96500 → mAg = 6,48 gam Chọn D. Ví dụ 3: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2M và AgNO3 0,1M với cường độ dòng điện I = 3,86A. Sau t giây, khối lượng kim loại bám trên catot là 1,72 gam. Giá trị của t là A. 250. B. 1000. C. 500. D. 750. Lời giải chi tiết n CuSO4=0,2.0,1=0,02mol;nAgNO3=0,1.0,1=0,01mol →nCu2+=0,02mol;nAg+=0,01mol Ở catot (–): Ag+ + 1e → Ag (1) Cu2+ + 2e → Cu (2) Nếu Ag+ điện phân hết, Cu2+ chưa điện phân: mkim loại = mAg = 0,01.108 = 1,08 gam Nếu Ag+ và Cu2+ đều điện phân hết: mkim loại = mAg + mCu = 0,01.108 + 0,02.64 = 2,36 gam Ta thấy: 1,08 < 1,72 < 2,36 → Ag+ điện phân hết, Cu2+ điện phân một phần Ta có: mCu = mkim loại – mAg = 1,72 – 1,08 = 0,64 gam → nCu = 0,01 mol Theo (1) và (2): ne trao đổi = nAg + 2nCu = 0,01 + 2.0,01 = 0,03 mol →t=ne.FI=0,03.96500 3,86=750s Chọn D. D. Bài tập tự luyện Câu 1: Điện phân 500 ml dung dịch CuSO4 0,1M (điện cực trơ) với cường độ dòng điện 10A, thời gian điện phân là 32 phút 10 giây. Tổng thể tích khí (đktc) sinh ra ở catot và anot là A. 1,12 lít. B. 0,56 lít. C. 3,36 lít. D. 2,24 lít. Câu 2:Điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 và KCl bằng điện cực trơ, màng ngăn xốp với cường độ dòng điện không đổi. Sau thời gian t giây, ở anot thoát ra 2,688 lít hỗn hợp khí (đktc). Nếu thời gian điện phân là 2t giây, thể tích khí thoát ra ở anot gấp 3 lần thể tích khí thoát ra ở catot (đo cùng điều kiện), đồng thời khối lượng catot tang 18,56 gam. Giá trị của m là A. 55,34. B. 63,46. C. 53,42. D. 69,87. Câu 3: Điện phân với điện cực trơ dung dịch chứa 0,2 mol Cu(NO3)2, cường độ dòng điện 2,68A, trong thời gian t giờ, thu được dung dịch X. Cho 14,4 gam bột Fe vào X, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) và 13,5 gam chất rắn. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn và hiệu suất của quá trình điện phân là 100%. Giá trị của t là A. 1,00. B. 1,20. C. 0,50. D. 0,25. Câu 4:Điện phân nóng chảy muối MCln với điện cực trơ. Khi catot thu được 16 gam kim loại M thì ở anot thu được 5,6 lít khí Cl2 (đktc). Kim loại M là A. Mg. B. Fe. C. Cu. D. Ca. Câu 5: Điện phân đến hết 0,2 mol Cu(NO3)2 trong dung dịch với điện cực trơ, thì sau điện phân khối lượng dung dịch đã giảm bao nhiêu gam? A. 3,2 gam B. 12,8 gam C. 16,0 gam D. 20,0 gam Câu 6: Điện phân 500 ml dung dịch CuSO4 0,4M (điện cực trơ) cho đến khi ở catot thu được 9,6 gam kim loại thì thể tích khí (đktc) thu được ở anot là A. 4,48 lít. B. 2,24 lít. C. 1,12 lít. D. 1,68 lít. Câu 7: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 14,9 gam KCl và 28,2 gam Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khi khối lượng dung dịch giảm 15,1 gam thì ngừng điện phân (giả thiết lượng nước bay hơi không đáng kể). Khối lượng kim loại thu được ở catot là A. 15,1 gam. B. 6,4 gam. C. 7,68 gam. D. 9,6 gam. Câu 8:Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ bằng dòng điện một chiều I = 9,65A. Khi thể tích khí thoát ra ở cả hai điện cực đều là 1,12 lít (đktc) thì dừng điện phân. Khối lượng kim loại sinh ra ở catot và thời gian điện phân là A. 3,2 gam và 2000s B. 2,2 gam và 800s C. 6,4 gam và 3600s D. 5,4 gam và 800s Câu 9: Điện phân dùng điện cực trơ dung dịch muối sunfat kim loại hóa trị II với cường độ dòng điện 3A. Sau 1930 giây thấy khối lượng catot tăng 1,95 gam. Muối sunfat đã điện phân là A. CuSO4 B. NiSO4 C. MgSO4 D. ZnSO4 Câu 10: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M và NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất 100%) với cường độ dòng điện 5A trong 3860 giây. Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hòa tan m gam Al. Giá trị lớn nhất của m là A. 4,05 B. 2,70 C. 1,35 D. 5,40 ĐÁP ÁN
Xem thêm các dạng bài tập và công thức Hoá học lớp 12 hay, chi tiết khác: Trắc nghiệm lý thuyết Chương 6 Kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm có lời giải Bài tập xác định kim loại và cách giải Các dạng toán cho hỗn hợp kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm tác dụng với nước và cách giải Các dạng toán CO2, SO2 tác dụng với dung dịch kiềm và cách giải Các dạng bài toán về muối cacbonat và cách giải |