Bài tập điện phân

         Dạng 6: Điện phân 

1. Định nghĩa.

Điện phân là dùng năng lượng điện để thực hiện phản ứng oxi hóa - khử xảy ra trên catot và anot

+ Tại catot (cực âm) xảy ra quá trình khử (nhận e)

+ Tại Anot (cực dương) xảy ra quá trình oxi hóa (cho e)

Khác với phản ứng oxi hóa khử thông thường, phản ứng điện phân do tác dụng của điện năng và các chất trong môi trường điện phân không trực tiếp cho nhau e mà phải truyền qua dây dẫn.

2.  Các trường hợp điện phân.

a. Điện phân nóng chảy

Phương pháp điện phân nóng chảy chỉ áp dụng điều chế các kim loại hoạt động rất mạnh như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al

● Điện phân nóng chảy oxit: chỉ dụng điều chế Al

   * Tác dụng của Na₃AlF₆ (criolit):

      + Hạ nhiệt cho phản ứng

      + Tăng khả năng dẫn điện cho Al

      + Ngăn chặn sự tiếp xúc của oxi không khí với Al

   * Quá trình điện phân:

      + Catot (-):

      + Anot (+):Do điện cực làm bằng graphit (than chì) nên bị khí sinh ra ở anot 

       ăn mòn.

     Khí ở anot sinh ra thường là hỗn hợp khí CO, CO₂ và O₂. Để đơn giản người ta thường chỉ xét phương trình:

● Điện phân nóng chảy hiđroxit (Chỉ áp dụng để điều chế các kim loại kiềm: Na, K)

  * Tổng quát:

  * Quá trình điện phân:

     Catot (-): 2M⁺ +2e2M

     Anot (+): 2OH^- -2e

● Điện phân nóng chảy muối clorua (Chỉ áp dụng để điều chế kim loại kiềm và kiềm thổ)

  * Tổng quát:

b. Điện phân dung dịch

- Áp dụng để điều chế các kim loại trung bình, yếu.

- Trong điện phân dung dịch nước giữ một vai trò quan trọng:

  + Là môi trường để các cation và anion di chuyển về 2 cực.

  + Đôi khi nước tham gia vào quá trình điện phân.

       Về bản chất nước nguyên chất không bị điện phân do điện ở quá lớn ( I=0). Do vậy muỗn điện phân nước cần hoà thêm các chất điện ly mạnh như: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh...

- Để viết được các phương trình điện ly một cách đầy đủ cà chính xác, chúng ta cần lưu ý một số quy tắc kinh nghiệm sau đây:

Quy tắc 1: Quá trình khử xảy ra ở catot

  + Các ion kim loại từ Al³⁺ trở về đầu dãy điện hóa không bị khử thành ion kim loại khi điện phân dung dịch. Nên nếu catot chỉ chứa các cation này thì do chúng không bị khử nên nước sẽ bị khử : 

  + Các ion sau Al³⁺ thì bị khử thành kim loại, với thứ tự ưu tiên ngược từ dưới 

lên. Trong đó đặc biệt chú ý ion H⁺ luôn bị khử cuối cùng trong dãy ưu tiên trên.

Quy tắc 2: Quá trình oxi hoá ở anot

  + Ưu tiên 1: Đó là các kim loại trung bình và yếu.

  + Ưu tiên 2:

Nếu khi điện phân ở anot chứa đồng thời kim loại và anion (ion âm) thì anion không bị oxi hóa.

Các anion chứa oxi như: … coi như không bị oxi hóa . Nếu anot chỉ chứa các anion này thì sẽ bị oxi hóa:

Kết luận về các trường hợp điện phân dung dịch:

- Điện phân dung dịch muối của cation kim loại mạnh (≥ Al) với gốc axit có oxi:,các dung dịch axit có gốc axit chứa oxi:, các dung dịch bazơ tan của kim loại kiềm và kiềm thổ: thì nước bị điện phân.- Điện phân dung dịch axit mà gốc axit không có oxi:

- Điện phân dung dịch muối của cation kim loại trung bình - yếu (sau Al) với gốc axit có oxi: cho ra kim loại + oxi + axit tương ứng. 

- Điện phân dung dịch muối của cation kim loại mạnh (≥ Al) với gốc axit không có oxi: cho ra bazơ tan +  + halogen hoặc S.

- Điện phân dung dịch muối của cation kim loại trung bình - yếu (sau Al) với gốc axit không có oxi: cho ra kim loại + halogen. 

3.  Định luật điện phân

4. Ứng dụng của phương pháp điện phân:

- Điều chế các kim loại

- Điều chế một số phi kim: H₂; O₂; F₂; Cl₂

- Điều chế một số hợp chất: KMnO₄; NaOH; H₂O₂, nước Giaven…

- Tinh chế một số kim loại: Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au…

- Mạ điện:Điện phân với anot tan được dùng trong kĩ thuật mạ điện, nhằm bảo vệ kim loạikhỏi bị ăn mòn và tạo vẻ đẹp cho vật mạ. Trong mạ điện, anot là kim loại dùng để mạ như: Cu, Ag, Au, Cr, Ni.. catot là vật cần được mạ. Lớp mạ rất mỏng thường có độ dày từ: 5.10^-5 đến 1.10^-3 cm.

Ví dụ 1:  Biểu diễn quá trình điện phân dung dịch KCl

Ví dụ 2:  Biểu diễn quá trình điện phân dung dịch CuSO₄ (điện cực trơ)

Ví dụ 3:  Điện phân dung dịch CuSO₄ với anôt là Cu

Ví dụ 4:  Điện phân dung dịch SO₄

Ví dụ 5:  Điện phân dung dịch hỗn hợp CuSO₄ a mol và KBr b mol.   

Ví dụ 6:  Điện phân dung dịch CuCl₂, điện cực trơ bằng dòng điện  5A trong 45 phút 20 giây.Tính khối lượng kim loại sinh ra trên catot và thể tích khí sinh ra ở anot (ở đktc).

Ví dụ 7: Điện phân dung dịch A chứa 0,4 mol M(NO₃)₂ và 1 mol NaNO₃ với điện cực trơ trong thời gian 48 phút 15 giây thì thu được 11,52 gam kim loại M bên catot.

a. Xác định kim loại M và cường độ dùng điện.

b. Tính thời gian điện phân để dung dịch mất hết  với  I như trên.

Ví dụ 8: Tiến hành điện phân điện cực trơ, có màng ngăn 1 dung dịch chứa m(g) hỗn hợp CuSO₄, NaCl cho tới khi nước bắt đầu điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng lại. ở anot thu được 0,448 lít khí (đktc), dung dịch sau phản ứng có thể hoà tan tối đa 0,68g Al₂O₃.

1. Tính m                    

2. Tính khối lượng catot đã tăng trong quá trình điện phân

3. Tính khối lượng dung dịch giảm đi sau quá trình điện phân. (Gs nước bay hơi không đáng kể)

Bài tập áp dụng

Câu 1: Điện phân dung dịch muối MCl_n bằng dòng điện 5A, điện cực trơ, sau 21 phút 27 giây ngừng điện phân, thấy trên catot sinh ra 2,1334 gam kim loại M. Xác định tên kimloại M.

A. Cu.              B. Fe.               C. Mg.                         D. Zn.

Câu 2:Điện phân dung dịch NaCl cho đến khi hết muối với dòng điện 1,61A thấy hết 60 phút

1. Tính khối lượng khí thoát ra, biết rằng điện cực trơ, màng ngăn xốp.

A. 2,13 gam.    B. 0,06 gam.    C. 2,19 gam.    D. 2,22 gam.

Câu 3: Điện phân 100ml dung dịch A chứa Cu²⁺, Na⁺; H⁺; có pH = 1, điện cực trơ. Sau một thời gian điện phân, rút điện cực ra khỏi dung dịch, thấy khối lượng dung dịch giảm 0,64 gam và dung dịch có màu xanh nhạt, thể tích dung dịch không đổi. Tính nồng độ H⁺ có trong dung dịch sau khi điện phân.

A. 0,2 M.                     B. 0,1 M.                     C. 0,16 M.                   D. 0,26 M.

Câu 4: Trong quá trình điện phân những cation sẽ di chuyển về:     

A. Cực dương, ở đây xảy ra sự oxi hoá                                          B. Cực dương, ở đây xảy ra sự khử      

C. Cực âm, ở đây xảy ra sự oxi hoá                                               D. Cực âm, ở đây xảy ra sự khử

Câu 5: Quá trình xảy ra tại các điện cực khi điện phân dung dịch AgNO₃ là :   

A. Cực dương : Khử ion NO₃^-                                          B. Cực âm : Oxi hoá ion NO₃^-  

  C. Cực âm : Khử ion Ag⁺                                              D. Cực dương : Khử  H₂O           

Câu 6: Một dung dịch X chứa đồng thời Cu(NO₃)₂, Fe(NO₃)₃, Zn(NO₃)₂, AgNO₃. Thứ tự các kim loại thoát ra ở catot từ trước đến sau khi điện phân dung dịch trên là:

A. Ag, Fe, Cu, Zn.                                           B. Zn , Fe, Cu, Ag.

C. Ag, Zn, Fe ,Cu.                                           D. Ag,Cu, Fe, Zn

Câu 7: Phản ứng điện phân nóng chảy nào dưới đây bị viết sai sản phẩm?   

A. Al₂O₃ 2Al+3/2O_{2                                                      B. 2NaOH  2Na+O2+ H2}

C. 2NaCl  2Na+Cl_{2                                                         D. CaBr2  Ca + Br2}

Câu 8: Dãy gồm các kim loại được điều chế trong công nghiệp bằng phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy của chúng là.

A. Na, Ca, Zn                      B. Na, Cu, Al                      C. Na, Ca, Al                     D. Fe, Ca, Al

Câu 9: Khi điện phân hỗn hợp dung dịch NaCl và CuSO₄ , nếu dung dịch sau khi điện phân hoà tan được NaHCO₃ thì sẽ xảy trường hợp nào sau đây: 

A. NaCl dư                                               B. NaCl dư hoặc CuSO₄ dư

C. CuSO₄ dư                                             D. NaCl và CuSO₄ bị điện phân hết

Câu 10: 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 b là ( biết ion SO₄^2- không bị điện phân trong dung dịch )   

A. b > 2a                           B. b =2a                            C. b < 2a                           D. 2b =a

Câu 11: Khi điện phân có vách ngăn dung dịch gồm NaCl, HCl . Sau một thời gian điện phân xác định xảy ra trường hợp nào sau đây, trường hợp nào đúng :

A. Dung dịch thu được có làm quỳ tím hóa đỏ

B. Dung dịch thu được không đổi màu quỳ tím

C. Dung dịch thu được làm xanh quỳ tím       

D. A, B, C đều đúng

Câu 12: ứng dụng nào dưới đây không phải là ứng dụng của sự điện phân ?

A. Điều chế một số kim loại, phi kim và hợp chất

B. Thông qua các phản ứng để sản sinh ra dòng điện

C. Tinh chế một số kim loại như Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au...  

D. Mạ Zn, sn, Ni, Ag, Au... bảo vệ và trang trí kim loại

Câu 13: Điện phân đến hết 0,1 mol Cu (NO₃)₂ trong dung dịch với điện tực trơ, thì sau điện phân khối lượng dung dịch đã giảm bao nhiêu gam      

A. 1,6 g                             B. 6,4g                              C. 8,0 g                             D. 18,8 g

Câu 14: Tính thể tích khí (đktc) thu được khi điện phân hết 0,1 mol NaCl trong dung dịch với điện cực trơ, màng ngăn xốp. B. 

A. 0,024 lit                          B. 1,120 lit                          C. 2,240 lit                         D. 4,48 lit

Câu 15: Điện phân dung dịch CuCl₂ với điện cực trơ , sau một thời gian thu được 0,32 gam Cu ở catot và một lượng khí X ở anot. Hấp thụ hoàn toàn lượng khí X trên vào 200 ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường). Sau phản ứng nồng độ NaOH còn lại là 0,05M (giả thiết thể tích của dung dịch NaOH không thay đổi). Nồng độ ban đầu của dung dịch NaOH là.  

A. 0,15M               B. 0,2M                        C. 0,1M                          D. 0,05M 

Câu 16: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO₄ với điện cực trơ bằng dòng điện một chiều I = 9,65 A. Khi thể tích khí thoát ra ở cả hai đện cực đều là 1,12 lít (đktc) thì dừng điện phân. Khối lượng kim loại sinh ra ở katốt và thời gian điện phân là:    

A. 3,2gam và1000 s                             B. 6,4 gam và 1000 s      

C. 6,4 gam và 2000 s                         D. 5,4 gam và 1800 s           

Câu 17: Điện phân 200ml dd CuSO₄ 0,5 M và FeSO₄ 0,5M trong 15 phút với điện cực trơ và dòng điện I= 5A , khối lượng kim loại thu được ở catot là:  

A. 0,15 gam                 B. 0,2 gam                   C. 0,25 gam              D. 0.3 gam.           

Câu 18: Điện phân dung dịch CuSO₄ bằng điện cực trơ với dòng điện có cường độ I = 0,5A trong thời gian 1930 giây thì khối lượng đồng và thể tích khí O₂ sinh ra là:

A: 0, 15g và 0,112 lit                                       B: 0, 32g và 0, 056 lít 

C: 0, 32g và 0, 168 lít                                      D: 1, 28g và 0, 224 lít

Câu 19: Điện phân 200ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,1M và CuSO₄ 0,5M bằng điện cực trơ (hiệu suất điện phân là 100%). Khi ở katốt có 3,2g Cu thì thể tích khí thoát ra ở anốt là .

A : 0, 56 lít                           B : 0, 84 lít                           C : 0, 672 lít                             D : 0,448 lit

Câu 20: Điện phân dd chứa 0,02 mol FeSO₄ và 0,06mol HCl với dòng điện 1,34 A trong 2 giờ (điện cực trơ, có màng ngăn). Bỏ qua sự hoà tan của clo trong nước và coi hiệu suất điện phân là 100%. Khối lượng kim loại thoát ra ở katot và thể tích khí thoát ra ở anot (đktc) lần lượt là:

A. 1,12 g Fe và 0, 896 lit hỗn hợp khí Cl₂ , O₂.

B.  1,12 g Fe và 1, 12 lit hỗn hợp khí Cl₂ và H₂.

C.  11,2 g Fe và 1, 12 lit hỗn hợp khí Cl₂ và O₂.

D. 1,12 g Fe và 0, 896 lit hỗn hợp khí Cl₂ và H₂

 ĐÁP ÁN