Đang tải... (xem toàn văn)
Chuyên đề sự điện phân
--------------------------------------------------------------TÀI LIỆU ÔN THI ĐẠI HỌC 2010 ( HÓA HỌC)---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------__________________________________________________________________________BIÊN SOẠN: Vũ Phấn ( Yên Sở - Hoàng Mai – Hà Nội )----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SỰ ĐIỆN PHÂNA.KIẾN THỨC CƠ BẢN:1. Định nghĩa sự điện phân: Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặtđiện cực, dưới tác dụng của dòng điện một chiều chạy qua chất điện li ở trạng thái nóngchảy hay dung dịch.2. Phản ứng oxi hóa- khử xảy ra ở điện cực khi điện phân:a) Cation ( ion dương) về catot ( điện cực âm), tại đó cation nhận electron ( chất oxi hóa) đểtạo ra sản phẩm.b) Anion (ion âm) về anot ( điện cực dương), tại đó anion nhường electron ( chất khử) đểtạo ra sản phẩm.Phản ứng oxi hóa - khử xảy ra ở điện cực là giai đoạn quan trọng nhất, cần xác định rõ ionnào ưu tiên nhận hoặc nhường electron và tạo ra sản phẩm gì?3. Sừ oxi hoá – khử trên bề mặt điện cực:a) Điện phân các chất nóng chảy ( muối, Al2O3…)Ở catot: ion dương kim loại nhận electron.Ở anot: ion âm nhường electron. b) Điện phân dung dịch:Khi điện phân dung dịch có nhiều chất oxi hóa và chất khử thì xảy ra sự oxi hóa – khửlần lượt ở các điện cực theo thứ tự ưu tiên.Để viết phương trình điện phân, cần xét riêng rẽ các quá trình xảy ra ở catot và ở anot.c)Thứ tự nhận electron:Ỏ cực âm có các ion H+ (H2O)cation kim loại. Cation kim loại nhận electron theothứ tự ưu tiên từ sau ra trước:Li+, K+,Ba2+, Ca2+, Na+,Mg2+, Al3+, H+(H2O), Mn2+, Zn2+,Cr3+, Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+,H+ (axit), Cu2+, Fe3+,Hg+,Ag+, Hg2+ ,Pt2+,Au3+Sản phẩm tạo thành: M n+ + ne M; 2H+( axit) + 2e H2; 2H2O + 2e H2+ 2OH-.Ở cực dương có các anion và nhường ectron theo thứ tự:Cl-> Br-> S2-> CH3COO-> OH- > SO42-.Sản phẩm tạo thành: S2-- 2e S; 2O2-- 4e O2; 2Cl-- 2e Cl2; 2SO42-- 2e S2O82-2CH3COO-- 2e CH3– CH3 + 2CO2; 2OH- (bazơ) – 2e ½ O2 + H2O; H2O - 2e ½ O2 + 2H+.4. Hiện tượng dương cực tan:Khi điện phân dung dịch muối trong nước, cực dương làm bằng kim loại của muối hòa tan thịcực dương bị ăn mòn, gọi là hiện tượng dương cực tan.( Vật liệu làm anot trơ , không bị hòa tan thường là: graphit, platin)5. Tính lượng sản phẩm điện phân thu được:a) Tính khối lượng đơn chất:Áp dụng công thức Faraday: m =nAIt96500 hay số mol:Am =nIt96500.b) Tính khối lượng hợp chất:Dựa vào công thức Faraday tính lượng đơn chất trước rồi suy ra lượng hợp chất bằng phươngtrình điện phân. --------------------------------------------------------------TÀI LIỆU ÔN THI ĐẠI HỌC 2010 ( HÓA HỌC)---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------__________________________________________________________________________BIÊN SOẠN: Vũ Phấn ( Yên Sở - Hoàng Mai – Hà Nội )----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B.CÁC DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP:DẠNG 1: Viết phương trình điện phân, giải thích quá trình điện phân.Ví dụ 1:Viết phương trình điện phân Al2O3 nóng chảy với điện cực bằng than chì.Giải: Al2O3 caot0 2Al3+ + 3O2-.Catot: 2Al3+ + 6e 2A; Anot: 3O2-- 6e 3/2 O2Phương trình điện phân : Al2O3 đpnc 2Al + 3/2 O2.Nếu điện cực bằng than, ở anot: C + O2 CO; CO2 nên anot bị ăn mòn dần.Ví dụ 2: Viết phương trình điện phân NaOH nóng chảy.Giải: NaOH caot0Na+ + OH-.Catot: Na+ + 1e Na; Anot: 2OH-- 2e H2O + ½ O2.Phương trình điện phân: 2NaOH đpnc2Na + H2O+ ½ O2Ví dụ 3: Giải thích quá trình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực bằng Cu.Giải: CuSO4 Cu2+ + SO42-; H2O H+ + OH- .Catot: Cu2+, H+(H2O). Cu2+ + 2e Cu;Anot: SO42-, OH-( H2O).H2O – 2e ½ O2 + 2H+;Cu + ½ O2CuO;CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O.Xảy ra hiện tượng dương cực tan.Ví dụ 4: Giải thích quá trình điện phân dung dịch NiSO4 với anot trơ.Giải: NiSO4 Ni2+ + SO42-; H2O H+ + OH- .Catot: Ni2+, H+(H2O). Ni2+ + 2e Ni.Anot: SO42-, OH-( H2O). H2O – 2e ½ O2 + 2H+;Phương trình điện phân: NiSO4 + H2O Ni + ½ O2 + H2SO4.Ví dụ 5: Cho dung dịch của hỗn hợp NaCl và CuSO4.a) Viết phương trình điện phân dung dịch.b) Giải thích tại sao dung dịch sau điện phân hòa tan được Al2O3.Giải: a) NaCl Na+ + Cl- ; CuSO4 Cu2+ + SO42-; H2O H+ + OH-.Catot: Cu2+, H+(H2O), Na+. Anot: Cl-, SO42- , OH-( H2O)Cu2+ + 2e Cu 2Cl-- 2e Cl2Phương trình điện phân: 2NaCl + CuSO4 đpdd Cu + Na2SO4 + Cl2.b) Dung dịch sau khi điện phân hòa tan Al2O3 nên có hai khả năng xảy ra:* Khi điện phân có CuSO4 dư:CuSO4 + H2O đpdd Cu + H2SO4 + ½ O2Al2O3 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2O* Khi điện phân có NaCl dư:2NaCl + 2H2O đpdd 2NaOH + Cl2+ H2Al2O3 + NaOH 2NaAlO2 + H2O. --------------------------------------------------------------TÀI LIỆU ÔN THI ĐẠI HỌC 2010 ( HÓA HỌC)---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------__________________________________________________________________________BIÊN SOẠN: Vũ Phấn ( Yên Sở - Hoàng Mai – Hà Nội )----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------DẠNG 2: Tính khối lượng kim loại và thể tích các chất khí thoát ra ở điện cực.Ví dụ 6: Điện phân 200ml dung dịch CuSO4 với các điện cực trơ bằng dòng điện một chiều I =9,65 A. Khi thể tích các khí thoát ra ở cả hai điện cực đều bằng 1,12 lít ( ở đktc) thì ngừng điệnphân. Kim loại sinh ra bám vào catot có khối lượng là:A. 6,4 gam. B. 3,2 gam. C. 9,6 gam. D. 12,8 gam.Giải: Phương trình điện phân CuSO4 + H2O đpdd Cu + H2SO4 + ½ O2 (1).Sau khi CuSO4 bị điện phân hết, H2O bị điện phân: Ở catot: 2H+ + 2e H2. Ở anot: H2O – 2e ½ O2+ 2H+H2Ođp H2+ ½ O2 (2). Theo bài ra: n(H2 thoát ra ở catot) = 1,12/22,4 = 0,05 (mol) n(O2 thoát ra ở anot trong (2)) =0,025nCu( catot) = 2 n( O2 thoát ra ở anot trong (1)) = 2.(0,05 – 0,025) = 0,05 mol.Vậy: mCu(catot) = 0,05.64 = 3,2 gam.Chọn đáp án B.DẠNG 3: Tính khối lượng các chất điện phân.Ví dụ 7: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M và NaCl0,5M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A trong 3860 giây.Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hoà tan m gam Al. Giá trị lớn nhất của m làA. 4,05. B. 2,70. C. 1,35. D. 5,40.( Trích “TSĐH B – 2009”)Giải: n(CuCl2) = 0,05 (mol); n(NaCl) = 0,25 (mol).Phương trình điện phân: 2NaCl + CuSO4 đpdd Cu + Na2SO4 + Cl2(1). Mol: 0,10,05 0,05Thời gian điện phân (1) là t1 = 96500.2.0,05/ 5 = 1930 giây.Sau phản ứng dư NaCl: n(NaCl dư) = 0,15 mol.2NaCl + 2H2O đpdd 2NaOH + Cl2+ H2 (2)Al + H2O + NaOH NaAlO2 + 3/2 H2. (3)Thời gian điện phân (2) là t2 = 3860 – 1930 = 1930 giây nNaOH(2) =2nH2=965001930.5 = 0,1 molVậy m = 0,1.27 = 2,7 gam.Chọn đáp án B.Ví dụ 8: Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu được mkg Al ở catot và 67,2 m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 16. Lấy 2,24 lít (ởđktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa. Giá trị củam làA. 108,0. B. 75,6. C. 54,0. D. 67,5.( Trích “TSĐH B – 2009”)Giải: Al2O3 caot0 2Al3+ + 3O2-.Catot: 2Al3+ + 6e 2A; Anot: 3O2-- 6e 3/2 O2Phương trình điện phân : Al2O3 đpnc 2Al + 3/2 O2(1).Nếu điện cực bằng than, ở anot: C + O2 CO; CO2 (2) nên anot bị ăn mòn dần. --------------------------------------------------------------TI LIU ễN THI I HC 2010 ( HểA HC)---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------__________________________________________________________________________BIấN SON: V Phn ( Yờn S - Hong Mai H Ni )----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hn hp khớ X gm CO v CO2,O2(d) vi tng s mol l 67,2.1000/22,4 = 3000 (mol).CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (3)Trong 2,24 lớt (0,1 mol) hn hp X:nCO2 (3) = nCaCO3 =2/100 = 0,02 (mol) nCO = 0,06 (mol); nO2 = 0,02 (mol) .Hn hp X gm nCO2 =nO2(d)= 600 mol; nCO= 1800mol nO2(1) = 600+600+ 900 = 2100 (mol)nAl = 4/3.2100 = 2800 (mol).Vy m = 2800.27 = 75600 gam = 75,6kg.Chn ỏp ỏn B.DNG 4: Tớnh khi lng dung dch v nng dung dch cỏc cht sau in phõn.Vớ d 9: in phõn 200ml dung dch NaCl 1M ( d = 1,15 g/ml) cú mng ngn xp.Sau khi thuc 1,12 lit khớ ( ktc) thoỏt ra catot thỡ ngng in phõn.Tớnh nng % cỏc cht trongdung dch sau in phõn.Gii: Phng trỡnh in phõn: 2NaCl + 2H2O pdd 2NaOH + Cl2+ H2 (1) H2O pddNaOHH2+ ẵ O2 (2)Gi s ch cú phn ng (1) xy ra v NaCl in phõn ht: nCl2= nH2 = ẵ nNaCl = 0,1 mol.Theo bi thỡ nCl2 = nH2 = 0,05 (mol)< 0,1 (mol) phn ng (1) cha hon thnh v khụngxy ra phn ng (2).Dung dch sau in phõn gm: 0,1 mol NaOH v 0,1 mol NaCl (d).Tng khi lng dung dch sau in phõn: m = 1,15.200 0,05(71+2) = 226,35 (gam).Vy: C%(NaOH) = 4/226,35 = 1,767%. C%(NaCl) = 5,85/226,35 = 2,584%.Vớ d 10: in phõn 200ml dung dch NaCl 1M cú mng ngn xp. sau khi thu c 4,48 lớt khớ(ktc) thoỏt ra catot thỡ ngng in phõn. Tớnh nng mol ca cỏc cht trong dung dch sauin phõn (Coi th tớch dung dch khụng i).Gii: Xy ra hai quỏ trỡnh nh VD9. Dung dch sau in phõn ch cú 0,2 mol NaOH.Vy CM(NaOH) = 0,2/ 0,2 = 1(M).C. CU HI V BI TP TRC NGHIM T GII:1. Dóy cỏc kim loi u cú th c iu ch bng phng phỏp in phõn dung dch mui cachỳng l:A. Fe, Cu, Ag. B. Mg, Zn, Cu. C. Al, Fe, Cr. D. Ba, Ag, Au.( Trớch TSH A 2009)2. Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 và b mol NaCl ( với điện cực trơ, có màng ngăn xốp)Để dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng thì điều kiện của a và blà:A. b < 2a B. b = 2a C. b > 2a D. 2b = a3. Trong cụng nghip, natri hiroxit c sn xut bng phng phỏp:A. in phõn dung dch NaCl, khụng cú mng ngn in cc.B. in phõn dung dch NaCl, cú mng ngn in cc.C. in phõn dung dch NaNO3, khụng cú mn ngn in cc.D. in phõn NaCl núng chy.4. Cho cỏc ion: Na+, Al3+, Ca2+, Cl-, SO42-, NO3-. Cỏc ion khụng b in phõn khi trng thỏidung dch l:A. Na+, Al3+, SO42-, NO3-. B. Na+, Al3+, SO42-, Cl-.C. Na+, Al3+, Cl-, NO3-. D. Al3+, Cu2+, Cl-, NO3-. --------------------------------------------------------------TÀI LIỆU ÔN THI ĐẠI HỌC 2010 ( HÓA HỌC)---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------__________________________________________________________________________BIÊN SOẠN: Vũ Phấn ( Yên Sở - Hoàng Mai – Hà Nội )----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5. Điện phân ( điện cực trơ, có màng ngăn xốp) một dung dịch có chứa các cation: Fe2+, Fe3+,Cu2+. Thứ tự xảy ra sự khử ở catot là:A. Fe2+, Cu2+, Fe3+. B. Fe3+, Cu2+, Fe2+. C. Fe3+, Fe2+, Cu2+. D. Fe2+, Fe3+,Cu2+.6. Điện phân ( điện cực trơ, có màng ngăn xốp) một dung dịch có chứa các anion: S2-, SO2-.Thứ tự xảy ra sự oxi hóa ở anot là:A. S2-, OH-, SO42-. B. S2-, SO42-, OH-. C. OH-, S2-, SO42-. D. OH-, SO2-, S2-.7. Cho các dung dịch riêng biệt sau: KCl, NaCl, CaCl2, Na2SO4, ZnSO4, H2SO4, KNO3, AgNO3,NaOH. Dung dịch khi điện phân thực chất chỉ là điện phân nước đó là:A. NaOH, NaCl, ZnSO4, KNO3, AgNO3. B. NaOH, Na2SO4, H2SO4, KNO3, CaCl2.C. NaOH, Na2SO4, H2SO4, KNO3. D. Na2SO4, KNO3, KCl.8. Khi điện phân dung dịch NaCl ( điện cực trơ, không có màng ngăn xốp) thì sản phẩm thuđược gồm:A. H2, Cl2, NaOH. B. H2, Cl2, nước Javen.C. H2, nước Javen. D. H2,Cl2, NaOH, nước Javen.9. Cho các dung dịch: KCl, NaCl, CaCl2, Na2SO4, ZnSO4, H2SO4, KNO3, AgNO3, NaOH. Sau khiđiện phân, các dung dịch cho môi trường bazơ là:A. KCl, KNO3, NaCl, Na2SO4. B. KCl, NaCl, CaCl2, NaOH.C. NaCl, CaCl2, NaOH, H2SO4.D. NaCl, NaOH, ZnSO4, AgNO3.10. Phát biểu nào sau đây không đúng?A. Khi điện phân các chất nóng chảy thì ở catot các cation kim loại nhận electron.B. Khi điện phân các chất nóng chảy thì ở anot các anion nhường electron.C.Khi điện phân thì ở trên các bề mặt điện cực xảy ra quá trình oxi hóa – khử.D. Khi điện phân các dung dịch muối trong nước thì cực dương bị ăn mòn.11. Điện phân 200ml dung dịch CuSO4 nồng độ x M (điện cực trơ). Sau một thời gian thì thấykhối lượng dung dịch giảm 8 gam và để làm kết tủa hết ion Cu2+ còn dư trong dung dịch cầndùng 100ml dung dịch NaOH 0,5 M. Giá trị của x là:A. 0,5. B. 1,0. C. 1,5. D. Kết quả khác.12. Điện phân dung dịch chứa NaOH 0,01M và dung dịch Na2SO4 0,01M. Thể tích dung dịchtrong quá trình điện phân thay đổi không đáng kể. pH của dung dịch sau điên phân là:A. 2. B. 8. C.10. D.12.13. Điện phân 400ml dung dịch AgNO3 0,2M và Cu(NO3)2 0,1M ( h= 100%, điện cực Pt) vớicường độ dòng điện I = 10A. Sau thời gian t giây thì ngừng điện phân, khối lượng Cu thoát rabám vào catot là 1,28 gam. Giá trị của t là:A. 1158. B. 2316. C. 9650. D. 4825.14. Điện phân dung dịch NaOH với cường độ dòng điện là I = 10A trong thời gian 268 giây. Saukhi điện phân còn lại 100 gam dung dịch NaOH 24%. Nồng độ % của dung dịch NaOH trước khiđiện phân là:A. 20. B. 25. C. 16. D. Kết quả khác.15. Điện phân 500ml dung dịch AgNO3 0,1M và Cu(NO3)2 0,2M ( điện cực platin) với cường độdòng điện I = 10 A.Dung dịch sau điện phân có [H+] = 0,16M.Giả sử hiệu suất điện phân là100% và thể tích dung dịch không thay đổi. Nồng độ mol của muối nitrat trong dung dịch sauđiện phân là:A. 0,2M. B. 0,3M. C. 0,1M. D. 0,17M. . )----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SỰ ĐIỆN PHÂNA.KIẾN THỨC CƠ BẢN:1. Định nghĩa sự điện phân: Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặtđiện cực, dưới tác dụng của dòng điện. GẶP:DẠNG 1: Viết phương trình điện phân, giải thích quá trình điện phân. Ví dụ 1:Viết phương trình điện phân Al2O3 nóng chảy với điện cực bằng than chì.Giải: