Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là chuyên đề về các phương pháp để chinh phục bài tập điện phân một cách đơn giản và hiệu quả nhất. Giúp các bạn lấy được điểm tối đa về phần điện phân trong kì thi THPT Quốc Gia sắp đến. Tài liệu gồm các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao có đáp án chi tiết. Tài liệu phù hợp cho các thầy cô và các bạn gia sư cần tài liệu hay để giảng dạy cũng như các em học sinh muốn chinh phục điểm cao trong kì thi tuyển sinh đại học phía trước.
Phát triển tư sáng tạo giải nhanh tập Hóa học đại cương vơ 12 – Nguyễn Minh Tuấn BÀI 3: SỰ ĐIỆN PHÂN A KIẾN THỨC, KĨ NĂNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Kiến thức, kĩ + Tại catot (cực âm), xảy trình khử theo thứ tự ưu tiên từ trái qua phải: Ag Fe3 Cu2 H Ni2 Fe2 Zn2 4 4 4 44 4 4 4 43 Al3 Mg2 K 44 4 43 H2O ca� c ion b�kh� �trong dung d� ch ca� cion kho� ng b�kh� � dung d� ch + Tại anot (cực dương), xảy q trình oxi hóa theo thứ tự ưu tiên từ trái qua phải: Cl { bòoxi hó a dung dòch H2O SO42 NO3 F 44 4 43 khô ng bòoxi hó a dung dòch + Phản ứng điện phân nước điện cực � 4H O2 �4e - Tại anot : 2H2O �� � H2 �2OH - Tại catot : 2H2O 2e �� + Bản chất điện phân dung dịch NaOH, KOH, H2SO4 điện phân nước + Trong trình điện phân, khối lượng dung dịch giảm khối lượng khí kim loại sinh bám vào điện cực + “Điện phân dung dịch đến nước bị điện phân điện cực” nghĩa ion có khả tham gia phản ứng bị khử bị oxi hóa hồn tồn catot anot Ví dụ điện phân dung dịch hỗn hợp CuSO4 NaCl đến nước bị điện phân hai điện cực có nghĩa Cu2 Cl bị khử oxi hóa hết Dung dịch sau phản ứng có chứa ion SO42 , Na ngồi có OH H tùy thuộc vào số mol chất ban đầu + Công thức tính số mol electron trao đổi điện cực: � I : cườ ng độdò ng điệ n (A) It � nelectron trao đổi đó� t: thờ i gian điệ n phâ n (giâ y) F � F : hằ ng sốfaraday (96500) � Phương pháp giải + Tính số mol electron trao đổi trình điện phân (nếu đề cho biết thời gian cường độ dòng điện) + Đối với tập điện phân dung dịch hỗn hợp, cần xác định xác thứ tự khử catot, thứ tự oxi hóa anot ion H 2O (điều quan trọng, hiểu sai chất vấn đề việc làm trở nên vô nghĩa) + Với tập mức độ vận dụng, ta tính theo phản ứng bán phản ứng Với tập vận dụng cao, ta nên áp dụng định luật bảo toàn, hay sử dụng bảo toàn electron Ngoài ra, xác định thành phần ion dung Phát triển tư sáng tạo giải nhanh tập Hóa học đại cương vô 12 – Nguyễn Minh Tuấn dịch sau điện phân áp dụng định luật bảo toàn điện tích cho dung dịch này, bạn thấy việc giải tập điện phân thật đơn giản thú vị B PHÂN DẠNG BÀI TẬP, VÍ DỤ MINH HỌA VÀ BÀI TẬP ÁP DỤNG Điện phân chất a Tính lượng chất phản ứng Ví dụ minh họa * Mức độ vận dụng Ví dụ 1: Điện phân 400 ml dung dịch CuSO 0,5M (điện cực trơ) catot thu 6,4 gam kim loại thể tích khí (đktc) thu anot A 2,24 lít B 4,48 lít C 0,56 lít D 1,12 lít (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT Bùi Thị Xuân – Bình Thuận, năm 2017) Phân tích hướng dẫn giải nCu2 0,2 nCu 0,1� Cu2 dö �Cá ch1: Tính theo phả n ứ ng đpdd 2CuSO4 2H2O ��� � 2Cu �O2 �2H2SO4 mol : 0,1� 0,05 � VO 1,l2 lít �Cá ch 2: Sửdụng bả o n electron BTE : 4nO 2nCu 0,2 � nO 0,05 � VO 1,l2 lít 2 Bài tập vận dụng Câu 1: Điện phân hoàn toàn 200 ml dung dịch AgNO3 với điện cực trơ, thu dung dịch có pH=2 Xem thể tích dung dịch thay đổi khơng đáng kể khối lượng Ag bám catot A 0,540 gam B 0,108 gam C 0,216 gam D 1,080 gam (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT Hoàng Hoa Thám, năm 2017) Câu 2: Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau thời gian thu 0,32 gam Cu catot lượng khí X anot Hấp thụ hồn tồn lượng khí X vào 200 ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường) Sau phản ứng, nồng độ NaOH lại 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch không thay đổi) Nồng độ ban đầu dung dịch NaOH A 0,15M B 0,2M C 0,1M D 0,05M Câu 3: Điện phân 200 ml dung dịch Cu(NO3)2 đến bắt đầu có khí catot ngừng Để yên dung dịch khối lượng khơng đổi (tạo khí NO sản phẩm khử nhất) khối lượng catot tăng 3,2 gam so với lúc chưa điện phân Nồng độ mol/l dung dịch Cu(NO3)2 trước phản ứng A 0,5M B 0,9M C 1M D 1,5M Phát triển tư sáng tạo giải nhanh tập Hóa học đại cương vơ 12 – Nguyễn Minh Tuấn Ví dụ 2: Điện phân dung dịch chứa 23,4 gam muối ăn (với điện cực trơ, màng ngăn xốp), thu 2,5 lít dung dịch có pH=13 Phần trăm muối ăn bị điện phân A 62,5% B 65% C 70% D 80% (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT chuyên Bạc Liêu, năm 2017) Phân tích hướng dẫn giải pH 13 � pOH 1� [OH ] 101 � nOH 2,5.101 0,25 mol �Cá ch1: Tính theo phả n ứ ng điệ n phâ n dung dòch 2NaCl 2H2O ������� 2NaOH Cl � H � mà ng ngă n xố p � nNaCl pư nNaOH nOH 0,25 mol � %NaCl 0,25.58,5 62,5% 23,4 �Caù ch 2: Tính theo bả o n điệ n tích 0,25.58,5 nCl pư nOH 0,25 mol � %NaCl 62,5% 23,4 Ví dụ 3: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10% đến dung dịch NaOH bình có nồng độ 25% ngừng điện phân Thể tích khí (ở đktc) anot A 149,34 lít B 156,8 lít C 78,4 lít D 74,66 lít Phân tích hướng dẫn giải �Cá ch1: Tính theo phương trình phả n ứ ng: Điệ n phâ n dung dòch NaOH bả n chấ t làđiệ n phâ n nướ c 20 mNaOH 200.10% 20 gam � mdd sau điện phân 80 gam 25% 20 � mH O bòđiện phân 200 80 120 gam � nH O bòđiện phân mol 2 đpdd Phương trình phả n öù ng: 2H2O ��� � 2H2 �O2 � mol : 20 � 20 10 � 3 � VO 74,66 lít �Cá ch 2: Sửdụng bả o n khố i lượng, bả o n electron Điệ n phâ n dung dòch NaOH bả n chấ t làđiệ n phâ n nướ c 20 mNaOH 200.10% 20 gam � mdd sau điện phân 80 gam 25% � mH O bòđiện phaân 2nH 32nO 200 80 120 � nH 20/ � � 2 � �� BTE : 2nH 4nO nO 10/ � � � 2 � � VO 74,66 lít Phát triển tư sáng tạo giải nhanh tập Hóa học đại cương vô 12 – Nguyễn Minh Tuấn Bài tập vận dụng Câu 4: Điện phân có màng ngăn 150 ml dung dịch BaCl2 Khí anot tích 112 ml (đktc) Dung dịch lại bình điện phân sau trung hòa HNO3 phản ứng vừa đủ với 20 gam dung dịch AgNO3 17% Nồng độ mol dung dịch BaCl2 trước điện phân A 0,01M B 0,1M C 1M D 0,001M Câu 5: Điện phân 400 ml dung dịch NaCl 1M với điện cực trơ màng ngăn xốp, đến hai điện cực 6,72 lít khí (đktc) ngừng lại Thêm 100 ml dung dịch AlCl3 0,85M vào dung dịch sau điện phân thu m gam kết tủa Giá trị m A 6,63 B 3,51 C 3,315 D 3,12 (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – chuyên KHTN Hà Nội, năm 2016) Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 1M với điện cực trơ, cường độ dòng điện 5A thời gian 25 phút 44 giây dừng lại Khối lượng dung dịch giảm sau điện phân A 2,88 gam B 3,84 gam C 2,56 gam D 3,2 gam (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT Bắc Ninh – Hàn Thuyên, năm 2016) Phân tích hướng dẫn giải �Cá ch1: Tính theo cá c bá n phả n ứ ng It Ta coù : 2nCu2 0,2 nelectron trao đổi 0,08 � Cu2 dư F Quátrình khửtại catot: Quátrình oxi hó a anot: Cu2 2e �� � Cu � mol : 0,08 � 0,04 2H2O �� � 4H O2 � 4e mol : 0,02 � 0,08 �Ởanot thu 0,02 mol O2 �� � mdd giaûm mCu mO 3,2 gam �Ởcatot thu 0,04 mol Cu �Cá ch 2: Sửdụng bả o n electron �nCu2 0,1 �Cu2 dư � � � � � It �nelectron trao đổi 0,08 �BTE : 2nCu 4nO2 0,08 � F � nCu 0,04; nO 0,02 � mdd giaûm mCu mO 3,2 gam 2 Ví dụ 5: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO với điện cực trơ dòng điện chiều I = 9,65A Khi thể tích khí hai điện cực 1,12 lít (đktc) dừng điện phân Khối lượng kim loại sinh catot thời gian điện phân là: A 3,2 gam 2000 giây B 3,2 gam 800 giây C 6,4 gam 3600 giây D 5,4 gam 800 giây Phân tích hướng dẫn giải Phát triển tư sáng tạo giải nhanh tập Hóa học đại cương vô 12 – Nguyễn Minh Tuấn �Cá ch1: Tính theo cá c bá n phả n ứ ng 2 � t sau đóH2O bòkhử �Tại catot: Cu bòkhửhế Bả n chấ t phả n ứ ng: � a �Tại anot: ChỉcóH2O bòoxi hó 1,12 96500.0,05.4 nH nO 0,05 � nelectron trao đổi 4nO � t 2000s 2 22,4 9,65 Phương trình phả n ứ ng: ñpdd 2CuSO4 2H2O ��� � 2Cu �O2 �2H2SO4 mol : x � x � 0,5x 2H2O �� � 2H2 � O2 � mol : 0,05 � 0,025 � nO 0,5x 0,025 0,05 � x 0,05 � mCu 3,2 gam �Caù ch 2: Tính theo bả o n electron � � Giảthiế t : nH nO 0,05 �nCu 0,05; mCu 3,2 gam � 2 � � � 96500.0,05.4 BTE : 2n 2n 4nO 2000s � �t Cu H � 2 9,65 � Ví dụ 6: Điện phân dung dịch KCl (dư) với điện cực trơ, màng ngăn xốp thời gian 16,1 phút dòng điện I = 5A thu 500 ml dung dịch X pH dung dịch X có giá trị A 12,7 B C 13 D 1,3 Phân tích hướng dẫn giải �Cá ch1: Tính theo bá n phả n ứ ng It 5.16,1.60 nelectron trao đổi 0,05 mol F 96500 Quátrình khửtrê n catot: Quátrình oxi hó a trê n anot: 2H2O 2e �� � H2 2OH mol : 2Cl �� � Cl2 2e 0,05 � 0,05 mol : 0,05 0,05 � [OH ] 0,1M � pOH 1� pH 13 0,5 �Caù ch 2: Tính theo bả o n điệ n tích � 0,05 � � 5.16,1.60 0,05 0,05 [OH ] 0,1M �nelectron trao đổi � 96500 0,5 �� � �n n nelectron trao đổi 0,05 �pOH 1� pH 13 Cl pư � � OH tạo thành Bài tập vận dụng Phát triển tư sáng tạo giải nhanh tập Hóa học đại cương vơ 12 – Nguyễn Minh Tuấn Câu 6: Điện phân 10 ml dung dịch AgNO 0,4M (điện cực trơ) thời gian 10 phút 30 giây với dòng điện có cường độ I = 2A, thu m gam Ag Giả sử hiệu suất phản ứng điện phân đạt 100% Giá trị m A 2,16 B 1,544 C 0,432 D 1,41 (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT chuyên Lam Sơn – Thanh Hóa, năm 2017) Câu 7: Điện phân dung dịch AgNO3 (điện cực trơ) thời gian 15 phút, thu 0,432 gam Ag catot Sau để làm kết tủa hết ion Ag + lại dung dịch sau điện phân cần dùng 25 ml dung dịch NaCl 0,4M Cường độ dòng điện khối lượng AgNO3 ban đầu A 0,429A 2,38 gam B 0,492A 3,28 gam C 0,429A 3,82 gam D 0,249A 2,38 gam Câu 8: Điện phân 500 ml dung dịch AgNO với điện cực trơ catot bắt đầu có khí ngừng lại Để trung hòa dung dịch sau điện phân cần 800 ml dung dịch NaOH 1M Nồng độ mol AgNO thời gian điện phân (biết I = 20A)? A 0,8M, 3860 giây B 1,6M, 3860 giây C 1,6M, 360 giây D 0,4M, 380 giây Câu 9: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO 0,2M với I = 9,65A Tính khối lượng Cu bám lên catot thời gian điện phân t1 = 200 giây, t2 = 500 giây là: A 0,32 gam 0,64 gam B 0,64 gam 1,28 gam C 0,64 gam 1,32 gam D 0,32 gam 1,28 gam Câu 10: Điện phân dung dịch NaCl đến hết (có màng ngăn, điện cực trơ), cường độ dòng điện 1,61A hết 60 phút Thêm 0,03 mol H 2SO4 vào dung dịch sau điện phân thu muối với khối lượng A 4,26 gam B 8,52 gam C 2,13 gam D 6,39 gam Câu 11: Điện phân (điện cực trơ, hiệu suất 100%) 300 ml dung dịch CuSO 0,5M với cường độ dòng điện khơng đổi 2,68A, thời gian t thu dung dịch X Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào X thấy xuất 45,73 gam kết tủa Giá trị t A 0,10 B 0,12 C 0,4 D 0,8 (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT chuyên Đại học Vinh – Nghệ An, năm 2015) Câu 12: Điện phân lượng dư dung dịch MgCl (điện cực trơ, có màng ngăn xốp bao điện cực) với cường độ dòng điện 2,68A Sau dừng điện phân khối lượng dung dịch giảm m gam, giả thiết nước không bay hơi, chất tách khan Giá trị m A 8,7 B 18,9 C 7,3 D 13,1 (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT chuyên KHTN Hà Nội, năm 2017) Phát triển tư sáng tạo giải nhanh tập Hóa học đại cương vô 12 – Nguyễn Minh Tuấn Câu 13: Mắc nối tiếp bình điện phân: bình chứa dung dịch CuCl 2, bình chứa dung dịch Na2SO4 Khi bình 3,2 gam kim loại điện cực khác khối lượng chất sinh là: Bình Bình Catot Anot Catot Anot A 3,20 gam 3,55 gam 0,1 gam 0,8 gam B 3,20 gam 3,55 gam 0,2 gam 1,6 gam C 3,20 gam 7,10 gam 0,2 gam 1,6 gam D 3,20 gam 7,10 gam 0,05 gam 0,8 gam * Mức độ vận dụng cao Ví dụ 7: Điện phân 500 ml dung dịch CuSO có nồng độ a mol/lít (điện cực trơ) đến thu 1,12 lít khí (đktc) anot dừng lại Cho sắt dư vào dung dịch sau điện phân, kết thúc phản ứng thấy khối lượng sắt tăng 0,8 gam Giá trị a A 0,4 B 0,2 C 1,8 D 1,6 Phân tích hướng dẫn giải Phát triển tư sáng tạo giải nhanh tập Hóa học đại cương vô 12 – Nguyễn Minh Tuấn �Cá ch1: Tính theo phương trình phả n ứ ng Bả n chấ t phả n ứ ng: đpdd 2CuSO4 2H2O ��� � O2 �2Cu �2H2SO4 1,12 0,05 � 0,1 22,4 � Dung dòch sau điệ n phâ n a: CuSO4 dư vàH2SO4 mol : 0,1 � Fe H2SO4 �� � FeSO4 H2 � mol : 0,1 � 0,1 Fe CuSO4 �� � FeSO4 Cu � mol : x � x � x � mthanh Fe tăng mCu mFe pư 64x 56(x 0,1) 0,8 � x 0,8 0,9 1,8M 0,5 �Cá ch 2: Sửdụng bả o n electron Trong phả n ứ ng điệ n phâ n: 4.1,12 BTE : nelectron trao ñoåi 2nCu 4nO 0,2 � nCu 0,1 22,4 Phả n ứ ng củ a Fe vớ i dung dòch sau phả n ứ ng điệ n phâ n: � nCuSO ban đầ u 0,9 � [CuSO4 ] � � Cu2 � � �Fe2 � � � � Fe dö � � � 2 � �H : 0,2 (nH 2nCu2 pö )���� SO4 � � 2 � � SO � � � Cu � � � H2 � Fe dö � � BTE : 2nFe pö 2nCu2 nH � nFe pö 0,9 { � � � �� 0,2 n 0,8 � mThanh Fe taêng 64nCu2 56nFe pö 0,8 � Cu2 � � nCuSO ban đầ u 0,9 � [CuSO4 ] 0,9 1,8M 0,5 Ví dụ 8: Điện phân với điện cực trơ dung dịch chứa 0,2 mol Cu(NO 3)2, cường độ dòng điện 2,68A, thời gian t (giờ), thu dung dịch X Cho 14,4 gam bột Fe vào X, thu khí NO (sản phẩm khử N +5) 13,5 gam chất rắn Biết phản ứng xảy hoàn toàn hiệu suất trình điện phân 100% Giá trị t A 0,60 B 1,00 C 0,25 D 1,20 Phân tích hướng dẫn giải Phát triển tư sáng tạo giải nhanh tập Hóa học đại cương vô 12 – Nguyễn Minh Tuấn �Caù ch1: nCu2 X 0,2 � mCu 12,8 gam � Chấ t rắ n cóFe dư Sơ đồphả n ứ ng: � pdd Cu(NO3)2 43 (1) 0,2 mol Cu (ởcatot) 2 � �Fe : z mol � � � � �NO3 : 2z mol � � Cu2 : x mol � � � Fe H : y mol � � �NO : 0,4 mol � (2) � 44 4 43 � Cu: x mol � � � Fe � � 44dö2 43 13,5 gam dung dòch X O2 (ởanot) NO � � � BTÑT X : 2x y 0,4 x 0,15 � � � � BTE cho pö (2): 2z 2x 3(0,4 2z) � � y 0,1 14 243 � � nNO z 0,1875 � � m : 64x (14,4 56z) 13,5 � chất rắn � nelectron trao đổi nH 0,1� t 96500.0,1 3600 giâ y 1giờ 2,68 �Cá ch 2: 14,4 gam Fe đpdd dd Cu(NO3)2 ��� �dd X ������ 13,5 gam raé nY 43 0,2 mol �H : x �� n � � 2 �� nNO H 0,25x �nFe pö 0,2 0,125x �� Cu : 0,2 0,5x�� ; �� �NO : 0,4 �� �nCu tạo thành 0,2 0,5x BTE : 2nFe pö 3nNO 2nCu2 � � 44 4 43 dd X � mY 14,4 56(0,2 0,125x) 64(0,2 0,5x) 13,5 � x 0,1 �t F.nelectron trao đổi I 96500.0,1 3600 giâ y 1giờ 2,68 Ví dụ 9: Điện phân với điện cực trơ dung dịch chứa 0,45 mol AgNO cường độ dòng điện 2,68A, thời gian t (giờ), thu dung dịch X Cho 33,6 gam bột Fe vào dung dịch X thấy khí NO (sản phẩm khử nhất), thu 51,42 gam chất rắn Y Các phản ứng xảy hoàn toàn Giá trị t A 1,50 B 2,40 C 1,80 D 1,20 (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT chuyên Quốc Học Huế, năm 2016) Phân tích hướng dẫn giải Phát triển tư sáng tạo giải nhanh tập Hóa học đại cương vơ 12 – Nguyễn Minh Tuấn 33,6 gam Fe ñpdd dd AgNO3 ��� � dd X ������ 51,42 gam chaá t raé nY 1442443 0,45 mol �H : x �� n � nFe pö 0,225 0,125x � � �nNO H 0,25x � � �Ag :0,45 x�� ; �� nAg tạo thành 0,45 x �NO : 0,45 ��BTE : 2n � 3nNO nAg Fe pö � � 144444424444443 dd X � mY 33,6 56(0,225 0,125x) 108(0,45 x) 51,42 � x 0,12 � nelectron trao đổi nH 0,12 � t nelectron trao đổi.F 4320 giâ y 1,2 I Bài tập vận dụng Câu 14: Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu m kg Al catot 67,2 m (đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro 16 Lấy 2,24 lít (đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vơi (dư) thu gam kết tủa Giá trị m A 54,0 B 75,6 C 67,5 D 108,0 Câu 15: Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO nồng độ x mol/l, sau thời gian thu dung dịch Y vẫn màu xanh, có khối lượng giảm 9,6 gam so với dung dịch ban đầu Cho 20,16 gam bột Fe vào Y, sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu 14,88 gam kim loại Giá trị x A 2,25 B 1,5 C 1,25 D 3,25 Câu 16: Điện phân điện cực trơ dung dịch có a mol Cu(NO 3)2 với thời gian cường độ dòng điện 1,93A, thu dung dịch X có màu xanh Thêm 10,4 gam Fe vào X, phản ứng hoàn toàn thu khí NO (sản phẩm khử nhất) gam hỗn hợp Y gồm kim loại Giá trị a A 0,15 B 0,125 C 0,3 D 0,2 Câu 17: Điện phân với điện cực trơ dung dịch chứa 0,5 mol AgNO với cường độ dòng điện 3,86A, thời gian t giây, thu dung dịch X (hiệu suất trình điện phân 100%) Cho 22,4 gam bột Fe vào X, thấy thoát khí NO (sản phẩm khử nhất) sau phản ứng hoàn toàn thu 42,2 gam chất rắn Y Giá trị t A 3000 B 2500 C 3600 D 5000 Câu 18: Điện phân 225 ml dung dịch AgNO 1M với điện cực trơ t giờ, cường độ dòng điện khơng đổi 4,02A (hiệu suất trình điện phân 100%), thu chất rắn X, dung dịch Y khí Z Cho 18,9 gam Fe vào Y, sau phản ứng kết thúc thu 21,75 gam rắn T khí NO (sản phẩm khử N+5) Phát biểu sau sai? A Chất rắn T thu chứa kim loại B Do Y có chứa HNO3 nên dung dịch sau điện phân có pH