Page 1

Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

A. KiÕn thøc c¬ b¶n. I. Sự điện phân 1. Định nghĩa. Điện phân là sự thực hiện các quá trình oxi hoá - khử trên bề mặt điện cực nhờ dòng điện một chiều bên ngoài Quá trình điện phân được biểu diễn bằng sơ đồ điện phân. Ví dụ: Sơ đồ điện phân NaCl nóng chảy. t NaCln/c  Na  + Cl  0

Catôt (- ) Anôt ( + )  Na Cl  Ở catôt: xảy ra quá trình khử. 2Na  +2eNa Ở anôt: xảy ra quá trình oxi hoá. 2Cl  - 2e  Cl2 Phương trình điện phân NaCl nóng chảy: 2NaCl dpnc   2Na + Cl2 2. Điện phân hợp chất nóng chảy. Ở trạng thái nóng chảy, các tinh thể chất điện phân bị phá vỡ thành các ion chuyển động hỗn loạn. Khi có dòng điện một chiều chạy qua, ion dương chạy về catôt và bị khử ở đó, ion âm chạy về anôt và bị oxi hoá ở đó. Ví dụ: Điện phân KOH nóng chảy. t KOH n/c  K  + OH  0

Catôt (- ) K

Anôt ( + ) OH  2OH  - 2e  H2O +

2K  +2e K

1 O2  2

Phương trình điện phân 2 KOH dpnc   2K + H2O +

1 O2  2

Điện phân nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ cao nên có thể xảy ra phản ứng phụ giữa sản phẩm điện phân (O2, Cl2 ... ) và điện cực (anôt) thường làm bằng than chì. Ví dụ: điện phân Al2O3 nóng chảy (có pha thêm criolit 3NaF.AlF3) ở 1000oC t Al2O3 n/c  2Al 3 + 3O 2  0

Catôt (- ) Al 3

Anôt ( + ) O 2 3O 2  - 6e 

2Al 3 +6e2Al Phương trình điện phân Al2O3 dpnc   2Al +

3 O2  2

t Phản ứng phụ: C +O2  CO2 0

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--2--

3 O2  2


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

(Than chì làm anôt bị mất dần, nên sau một thời gian phải bổ sung vào điện cực). Ứng dụng: Phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy được dùng để điều chế các kim loại hoạt động mạnh:  Điều chế kim loại kiềm: Điện phân muối clorua hoặc hiđroxit nóng chảy.  Điều chế kim loại kiềm thổ: Điện phân muối clorua nóng chảy.  Điều chế Al: Điện phân Al2O3 nóng chảy. 3. Điện phân dung dịch nước a) Nguyên tắc: Khi điện phân dung dịch, tham gia các quá trình oxi hoá - khử ở điện cực ngoài các ion của chất điện phân còn có thể có các ion H+ và OH của nước và bản thân kim loại làm điện cực. Khi đó quá trình oxi hoá - khử thực tế xảy ra phụ thuộc vào so sánh tính oxi hoá - khử mạnh hay yếu của các chất trong bình điện phân. b) Thứ tự khử ở catôt Kim loại càng yếu thì cation của nó có tính oxi hoá càng mạnh và càng dễ bị khử ở catôt (trừ trường hợp ion H+). Có thể áp dụng quy tắc sau:  Dễ khử nhất là các cation kim loại đứng sau Al trong dãy thế điện hoá (trừ ion H+), trong đó ion kim loại càng ở cưối dãy càng dễ bị khử.  Tiếp đến là ion H+ của dung dịch  Khó khử nhất là các ion kim loại mạnh, kể từ Al, về phía đầu dãy thế điện hoá. (Al3+, Mg2+, Ca2+, Na+, …). Những ion này thực tế không bao giờ bị khử khi điện phân trong dung dịch. c) Thứ tự oxi hoá ở canôt Nói chung ion hoặc phân tử nào có tính khử mạnh thì càng dễ bị oxi hoá. Có thể áp dụng kinh nghiệm sau:  Dễ bị oxi hoá nhất là bản thân các kim loại dùng làm anôt. Trừ trường hợp anôt trơ (không bị ăn mòn) làm bằng Pt, hay than chì (C).  Sau đó đến các ion gốc axit không có oxi: I, Br, Cl, …  Rồi đến ion OH của nước hoặc của kiềm tan trong dung dịch.  Khó bị oxi hoá nhất là các anion gốc axit có oxi như , ,… Thực tế các anion này không bị oxi hoá khi điện phân dung dịch. * Quy t¾c Cat«t : ( XÐt ë ®iÖn cùc th«ng th-êng ). C¸c cation vÒ cat«t ( - ) , nhËn electron theo thø tù tõ dÔ ®Õn khã sau: Ion kim lo¹i yÕu ( Tõ Hg2+ ®Õn Cu2+)

H+ cña axit

Ion kim lo¹i trung b×nh ( Tõ Pb2+ ®Õn Zn2+)

H+ Cña n-íc

Ion cña kim lo¹i m¹nh

( Tõ Al3+ ®Õn K+)

DÔ nhËn electron nhÊt Khã nhËn electron nhÊt + Kh¶ n¨ng nhËn electron trong dung dÞch H 2O cña mét sè ion th-êng gÆp gi¶m dÇn nhsau: 2+ Hg > Ag+ > Hg 22  > Fe3+ > Cu2+ > H+ cña axit > Pb2+ > Sn2+ > Ni2+ > Fe2+ > Zn2+ > H+ cña n-íc > ( K+ ®Õn Al3+ ) thùc tÕ kh«ng bÞ khö trong dung dÞch H2O * Quy t¾c An«t: ( XÐt víi ®iÖn cùc tr¬: Pt, grafit, thanh ch×, Iri®i). C¸c anion vÒ an«t ( + ) , nh-êng electron theo thø tù tõ dÔ ®Õn khã sau: Anion kh«ng cã oxi ( S2-, I  , OH cña baz¬ - cña H2O Br  -, Cl  …) vµ RCOO  Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--3--

Anion cã oxi ( NO 3 , CO 32  , SO 32  vµ F  )


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

DÔ nh-êng electron nhÊt Khã nh-êng electron nhÊt * HiÖn t-îng d-¬ng cùc tan: Qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n x¶y ra ë An«t ( nÕu an«t lµm b»ng kim lo¹i Cu, Sn, Ag,.. ) chÝnh lµ qu¸ tr×nh tan cña kim lo¹i lµm an«t ( nghÜa lµ chÝnh kim lo¹i lam an«t tan , bÞ oxi ho¸ ). C¸c an«t kh¸c cã mÆt trong dung dÞch ®iÖn li hÇu nh- cßn nguyªn vÑn ( kh«ng bÞ oxi ho¸ ). NÕu an«t lµm b»ng kim lo¹i mµ c¸c ion cña nã cã trong dung dÞch , khi ®iÖn ph©n an«t bÞ hoµ tan dÇn  HiÖn t-îng ®ã gäi lµ hiÖn t-îng d-¬ng cùc tan. Khi ®ã ®é gi¶m khèi l-îng cña an«t b»ng ®é t¨ng khèi l-îng cña cat«t ( do kim lo¹i bÞ ®Èy ra ngoµi bÞ ®Èy ra b¸m vµo cat«t ). Chó ý: Ngoµi ph¶n øng chÝnh x¶y ra khi ®iÖn ph©n, cßn cã thÓ cã ph¶n øng phô x¶y ra gi÷a c¸c ®iÖn cùc , chÊt tan trong dung dÞch, chÊt dïng lµm ®iÖn cùc. d) Một số ví dụ áp dụng quy tắc trên. Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực than chì: t CuCl2 dd  Cu2  + 2Cl  H2 O H+ + OH  0

Catôt (- ) Anôt ( + ) 2 + Cu , H Cl  , OH  Cu2  + 2e Cu 2Cl  - 2e  Cl2 Phương trình điện phân: dd CuCl2 ðp   Cu + Cl2 Ví dụ 2: Điện phân dung dịch NiCl2 với điện cực bằng niken t NiCl2 dd  Ni2  + 2Cl  H2 O H+ + OH 0

Catôt (- ) Anôt ( + ) Ni Ni2  , H+ Cl  , OH i Ni2  + 2e Ni Ni - 2e Ni2  Thực chất quá trình điện phân là sự vận chuyển Ni từ anôt sang catôt nhờ dòng điện. Phương pháp được ứng dụng để tinh chế kim loại. Ví dụ 3: Điện phân dung dịch Na2SO4 với điện cực Pt: t Na2SO4 dd  2Na  + SO 24  H2 O H+ + OH  0

Catôt (- ) Na  , H+

Anôt ( + ) SO 24  , OH 

2H  + 2e H2 

2OH  - 2e  H2O +

Phương trình điện phân: dd H2O ðp   H2  +

1 O2  2

Ví dụ 4: Điện phân dung dịch NaCl với anôt bằng than chì: t NaCl dd  2Na  + Cl  H2 O H+ + OH  0

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--4--

1 O2  2


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Catôt (- ) Anôt ( + ) +  Na , H Cl  , OH  2H  + 2e H2  2Cl  - 2e  Cl2 Phương trình điện phân: dd 2 NaCl + 2H2O ðp   H2  + Cl2 + 2Na  + 2OH  Trong quá trình điện phân, dung dịch ở khu vực xung quanh catôt, ion H + bị mất dần., H2O tiếp tục điện li, do đó ở khu vực này giàu ion OH tạo thành (cùng với Na+) dung dịch NaOH. Ở anôt, ion Cl bị oxi hoá thành Cl2. Một phần hoà tan vào dung dịch và một phần khuếch tán sang catôt, tác dụng với NaOH tạo thành nước Javen: Vì vậy muốn thu được NaOH phải tránh phản ứng tạo nước Javen bằng cách dùng màng ngăn bao bọc lấy khu vực anôt để ngăn khí Cl2 khuếch tán vào dung dịch. Ví dụ 5: Điện phân dung dịch KNO3 với anôt bằng Cu. t KNO 3 dd  K  + NO 3 H2 O H+ + OH  0

Catôt (- ) Anôt ( + ) Cu +  K ,H NO 3 , OH Cu 2H  + 2e H2  Cu - 2e  Cu2+ Khi điện phân, ở khu vực catôt, ion H+ mất dần, nồng độ OH tăng dần, dung dịch ở đó có tính kiềm tăng dần. ở anôt ion Cu2+ tan vào dung dịch. Trong dung dịch xảy ra phản ứng. Cu2+ + 2 OH  Cu(OH)2 xanh lam Phương trình điện phân: dd Cu + 2H2O ðp   Cu(OH)2 + H2  Bản thân KNO3 không bị biến đổi nhưng nồng độ tăng dần. Ứng dụng của điện phân dung dịch:  Điều chế kim loại đứng sau Al trong dãy thế điện hoá.  Tinh chế kim loại.  Mạ và đúc kim loại bằng điện.  Điều chế một số hoá chất thông dụng: H2, Cl2, O2,…, hiđroxit kim loại kiềm  Tách riêng một số kim loại khỏi hỗn hợp dung dịch. 4. Công thức Farađây. a. C«ng thøc hîp nhÊt c¸c ®Þnh luËt Fara®ay. m =

A Q A It . = . n F n F

Trong đó: m là khối lượng chất được giải phóng khi điện phân (gam) A là khối lượng mol của chất đó. n là số e trao đổi khi tạo thành một nguyên tử hay phân tử chất đó. Q là điện lượng phóng qua bình điện phân (Culông). F là số Farađây (F = 96500 Culông.mol-1). Nếu t (s) : F = 96500; nếu t(h) : F = 26,8 l là cường độ dòng điện (Ampe) t là thời gian điện phân (giây) Ví dụ: Tính khối lượng oxi được giải phóng ở anôt khi cho dòng điện 5 ampe qua bình điện phân đựng dung dịch Na2SO4 trong 1 giờ 20 phút 25 giây. Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--5--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Giải: Áp dụng công thức Farađây: A = 16 , n = 2 , t = 4825 giây , I = 5;

m=

16 4825x5 . = 2 gam 2 96500

Chú ý: + q = It ( q là điện lượng ) khi các bình điện phân mắc nối tiếp. +

A là đương lượng gam của chất được giải phóng ở điện cực. n

b. C«ng thøc hîp nhÊt c¸c ®Þnh luËt Fara®ay. A 

§¹i l-îng  x  tÝnh ra gam, gäi lµ ®-¬ng l-îng gam cña X ( §lg X ). n Tæng sè §lg c¸c chÊt tho¸t ra ë K ph¶i b»ng A . Khèi l-îng chÊt tho¸t ra ë c¸c ®iÖn cùc tØ lÖ thuËn víi §lg cña chóng. D lg X mX = D lg Y mY

Sè mol c¸c chÊt X, Y thu ®-îc ë c¸c ®iÖn cùc tØ lÖ nghÞch víi ho¸ trÞ cña chóng: nX HTrY = HTrX nY

c. HiÖu suÊt ®iÖn ph©n: ( hay hiÖu suÊt dßng) H% ®p . l-îng chÊt tho¸t ra ë c¸c ®iÖn cùc x 100%

H% = l-îng chÊt tho¸t ra tÝnh theo ®Þnh luËt Fara®©y

 Mét sè l-u ý khÝ gi¶i to¸n : + NÕu lµ l-îng ®¬n chÊt ta dïng c«ng thøc Fara®ay. + NÕu lµ l-îng hîp chÊt, ta tÝnh l-îng ®¬n chÊt tr-íc sau ®ã dùa vµo ph-¬ng tr×nh ®iÖn ph©n tÝnh l-îng hîp chÊt.  NÕu gÆp bµi to¸n biÕn d¹ng: + NhiÕu b×nh ®iÖn ph©n m¾c nèi tiÕp: c-êng ®é dßng ®iÖn ( I ) ë mçi B§P b»ng nhau ( I1 = I2 = I3 =... ) thêi gian ®iÖn ph©n nh- nhau, bëi vËy ( Q = I. t ) Qua mçi B§P nh- nhau. L-u ý: Khi ®iÖn ph©n nhiÒu B§P m¾c nèi tiÕp , sù phô thu hoÆc nh-ênh electron ë c¸c ®iÖn cùc cïng tªn ph¶i nh- nhau vµ c¸c chÊt sinh ra ë c¸c ®iÖn cùc cïng tªn tØ lÖ mol víi nhau. Vidô: M¾c nèi tiÕp B§P ( 1 ) chøa dung dÞch AgNO3, B§P ( 2 ) chøa dung dÞch CuSO4 th× cã dßng ®iÖn mét chiÒu ®i qua: ë ( K ) B§P ( 1 ): 2Ag + + 2e  2Ag ë ( K ) B§P ( 2 ): Cu2 + + 2e  Cu Vµ nAg = 2nCu  NhiÒu B§P m¾c song song: Khi 2 B§P m¾c song song, nÕu R 1 = R2 th× I1 = I2 = B. Bµi tËp vËn dông . Loại 1: Bài tập lý thuyết. Bài 1: a> Sự điện li và sự điện phân có phải là quá trình oxi hoá khử không ?

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--6--

I 2


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

b> Viết phương trình phản ứng có thể xảy ra khi điện phân dung dịch hỗn hợp gồm HCl, CuCl2, NaCl với điện cực trơ có màng ngăn. Hãy cho biết pH dung dịch thay đổi như thế nào ( tăng hay giảm ) trong quá trình điện phân. Hướng dẫn. a> Sự điện li không phải là quá trình oxi hoá khử do không có sự thay đổi số oxi hoá các nguyên tố. Ví dụ: NaCl→ Na+ + Cl  Sự điện phân là quá trình oxi hoá khử vì có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố. Ví dụ: NaCl dpnc   Na +Cl2 b> Ở catot ( - ), quá trình khử xảy ra theo trật tự: Cu2+ + 2e → Cu ( pH < 7, không đổi ) 2H+ + 2e →H2 ( pH tăng dần đến 7 ) 2H2O + 2e →H2 + 2OH  ( pH tăng dần với pH > 7 ) Ở anot ( + ), xảy ra quá trình oxi hoá : 2Cl  - 2e → Cl2 Có thể chia thành các giai đoạn sau: dd Giai đoạn 1: CuCl2 ðp   Cu + Cl2 ðp dd Giai đoạn 2: 2HCl   H2 + Cl2 dd Giai đoạn 3: 2NaCl + 2H2O ðp   NaOH + H2 + Cl2 ðp dd Giai đoạn 4: 2H2O   2H2 + O2 Bài 2: a> Hãy nêu bản chất của quá trình điện phân. b> Những quá trình nào đã xảy ra trên bề mặt điện cực Platin khi điện phân dung dịch AgNO3. Viết sơ đồ điện phân và phương trình dạng tổng quát. c> Nếu môi trường của dung dịch sau điện phân có pH = 3 với hiệu suất điện phân là 80%. thể tích dung dịch xem như không đổi ( 1 lít ), thì nồng độ của các chất trong dung dịch sau điện phân là bao nhiêu? Tính khối lượng AgNO3 trong dung dịch đầu ? Hướng dẫn. a> Bản chất của quá trình điện phân: Sự oxi hoá khử xảy ra tại bề mặt điện cực ( của bình điện phân ) dưới tác dụng của dòng điện một chiều. b> AgNO3 → Ag+ + NO 3 H2O → H++ OH  Catot ( - ) Ag+ + e→Ag Anot ( + ) 2H2O - 4e → 4H+ + O2 dd Ptđp: 4AgNO3 + 2H2O ðp   4Ag + O2 + 4HNO3 c> Nếu dung dịch sau khi điện phân có pH = 13  [H+] = 10-13 = 0,001 mol/l. dd 4AgNO3 + 2H2O ðp   4Ag + O2 + 4HNO3 t đp x đp 0,001 0,001 Sau đp ( x – 0,001) 0,001 Do hiệu suất điện phân là 80% nên :0,001 = 80% .x  x = 1,25.10-3. Khối lượng AgNO3 trong dung dịch đầu là : 170 .1,25.10-3 = 0,2125 gam. Sau điện phân: Nồng độ HNO3 là : 10-3 M và của AgNO3 là 0,25.10-3M Bài 3: Hãy nêu sự giống và khác nhau giữa hai quá trình Cu tác dụng với dung dịch AgNO 3 và điện phân dung dịch AgNO3 với anot bằng Cu. Hướng dẫn. Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--7--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Quá trình Cu tác dụng với dung dịch AgNO3 Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag Cu + 2Ag+ = Cu2+ + Ag Quá trình điện phân dung dịch AgNO3 có anot làm bằng Cu khi có dòng điện một chiều đi qua: Ở catot: Ag + + e → Ag Ở anot: Cu - 2e → Cu2+ * Giống nhau: 2 quá trình đều là quá trình oxi hoá khử: Cu khử ion Ag+ thành Ag tách ra khỏi dung dịch . * Khác nhau: Quá trình Cu tác dụng AgNO3 xảy ra trên bề mặt thanh Cu không cần dòng điện. Quá trình điẹn phân xảy ra trên bề mặt hai điện cực và chỉ xảy ra khi có tác dụng của dòng điện một chiều. Bài 4: Điện phân muối nóng chảy AX ( A là kim loại kiềm , X là Cl , Br, hoặc I ) ta thu được chất rắn A và khí B . Cho A tác dụng với nước được dung dịch A’ và B’. Cho B tác dụng với B được khí D. Cho D tác dụng với dung dịch A’ được dung dịch E. Cho một ít quì tím vào dung dịch E. Viết phương trình phản ứng xảy ra và giải thích quì tím có màu gì? Hướng dẫn. Các phương trình phản ứng. 2AX dpnc (1)   2A + X2 (B) 2A + 2H2O= 2AOH + H2 (2) (A’) (B’) H2 + X2 = 2HX (3) (D) AOH + HX = AX + H2O (4) Từ các phản ứng trên suy ra: nAOH = nA = n AX nHX = 2nX 2 = nAX Bài 5: a> Cho bột Fe vào dung dịchCuSO4 thì màu xanh của dung dịch lại nhạt dần, ngược lại khi cho bột Cu vào dung dịch Fe2(SO4)3 thì dung dịch có màu đỏ nâu nhạt dần và màu xanh đậm dần. Giải thích hiện tượng xảy ra. b> Nếu tiến hành điện phân với điện cực trơ có màng ngăn một dung dịch chứa các ion 2+ Fe , Fe3+ , Cu2+ thì thứ tự các ion bị điện phân ở catot như thế nào ? Tại sao? c> Cho 1 gam bột Fe tiếp xúc với oxi một thời gian thấy khối lượng bột đã vượt quá 1,41g. Nếu chỉ tạo thành oxit sắt duy nhất thì đó là oxit sắt nào ? Hướng dẫn. a> Fe + CuSO4   Cu + FeSO4 màu xanh của dung dịch nhạt dần do: Cu2+   Cu Cu + Fe2(SO4)3   CuSO4 + 2FeSO4 màu đỏ nâu của dung dịch nhạt dần do: Fe3+   Fe2+ màu xanh của dung dịch đậm dần do: Cu   Cu2+ b> Thứ tự các ion bị điện phân ở catot ( thu e ) phụ thuộc vào khả năng oxi hoá. Ta biết khả năng oxi hoá của Fe3+ > Cu2+ > Fe2+ ( dựa trên thế điện hoá ) nên thứ tự điệ n phân ở catot. Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--8--


Tr-êng thpt hËu léc 2

Fe + e   Fe 2+ Cu +2e   Cu 2+ Fe +2e   Fe 3+

c> xFe +

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n 2+

y O2   FexOy 2

56x 16y 56x + 16y tăng 16 y gam. Thực tế 1 gam sắt phản ứng tăng :1,41 – 1 = 0,41 gam. Ta có :

16y 56x =  x : y = 2: 3 . Vậy oxit sắt trên là: Fe2O3 . 0,41 1

Bài 6: a> Khi điện phân có màng ngăn dung dịch hỗn hợp NaCl và HCl, sau một thời gian xác định thấy : * Dung dich thu được làm quì tím hoá đỏ. * Dung dịch thu được không làm đổi màu quì tím. * Dung dịch thu được làm quì tím hoá xanh. Hãy giải thích quá trình điện phân trên . Viết phương trình phản ứng xảy ra? b> Viết sơ đồ điện phân dung dịch hỗn hợp KCl, MnCl2, Cu(NO3)2 (Với điện cực trơ). Hướng dẫn. a> Thứ tự điện phân. dd 2HCl ðp (1)   H2 + Cl2 ðp dd 2NaCl + H2O   2NaOH + H2 + Cl2 (2) * Khi dung dịch thu được làm quì tím hoá đỏ tức là axit còn dư, phản ứng (1) đang xảy ra phản ứng (2) chưa xảy ra. * Khi dung dịch thu được không làm đổi màu quì tím tức là môi trường trung tính, phản ứng (1) xảy ra vừa đủ , HCl hết phản ứng (2) chưa xảy ra. * Khi dung dịch thu được làm quì tím đổi màu xanh tức là môi trường bazơ,phản ứng (1) , (2) xảy ra HCl hết phản ứng (2) đang xảy ra. b> Điện phân dung dịch hỗn hợp KCl, MnCl2, Cu(NO3)2 (Với điện cực trơ). Phương trình điện li KCl → K+ + Cl  MnCl2 →Mn2+ + 2Cl  Cu(NO3)2 → Cu2+ + NO 32  H2 O H+ + OH  Khi có dòng điện một chiều đi qua. Ở catot có sự khử theo thứ tự Cu2+, Mn2+ nếu thời gian điện phân cho phép , cuối cùng H2O sẽ tham gia điện phân. Cu2+ +2eCu Mn2+ +2eMn 2H2O + 2eH2 +2OH  Ở anot Cl  tham gia điện phân trước , nếu thời gian điện phân cho phép cuối cùng H2O sẽ tham gia điện phân. 2Cl  -2eCl2 H2O - 2e

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

1 O2 +2H  2

--9--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Bài 7: a> Thiết lập sơ đồ điện phân dung dịch hỗ hợp ( H2SO4 , CuSO4 , KBr ) trong đó nồng độ mol của hai muối bằng nhau. Nếu thêm vai giọt quì tím vào dung dịch thì màu của dung dịch thay đổi như thế nào trong quá trình điện phân. b> Nếu thành nguyên tắc chung trong trường hợp điện phân dung dịch muối để nhận được dung dịch axit, dung dịch kiềm? Cho ví dụ minh hoạ? Hướng dẫn. a> Điện phân dung dịch hỗ hợp ( H2SO4 , CuSO4 , KBr ) trong đó nồng độ mol của hai muối bằng nhau. Sự điện li. H2SO4 = 2H+ + SO 24  CuSO4 = Cu2+ + SO 24  KBr = K+ + Br  H2 O H+ + OH  Khi có dòng điện một chiều đi qua. Ở catot: Cu2+ +2eCu Khi hết Cu2+ 2H+ + 2eH2 Ở anot: 2Br  -2eBr2 Khi hết Br 

H2O - 2e

1 O2 +2H  2

Như vậy ban đầu xảy ra phương trình điện phân : dd CuSO4 + 2KBr ðp (1)   Cu + Br2 + K2SO4 Vì nCuSO 4 = n KBr nên sau phản ứng (1) còn ½ số mol CuSO4 sẽ tiếp tục điện phân theo phản ứng sau: dd CuSO4 + H2O ðp   Cu +

1 O2 +H2SO4 2

(2)

Khi hết CuSO4 trong dung dịch còn H2SO4 và K2SO4 sẽ tiếp tục xảy ra phản ứng điện phân. dd H2O ðp   H2 +

1 O2 2

(3)

Như vậy sau 3 lần điện phân H2SO4 không những không mất đi mà nồng độ còn tăng thêm do phản ứng (2). b> Điện phân dung dịch muối cho dung dịch axit, dung dịch kiềm. * Tạo dung dịch axit: Ta biết muối có cấutạo gồm hai thành phần : Phần kim loại và phần gốc axit: Kí hiệu đơn giản của muối là MmXn do đó trong dung dịch muối có 4 ion : Mn+, Xm-, H+ và OH  . Muối sau khi điện phân dung dịch thu được có môi trường axit HnX (H+ ,X m) thì Mn+ và OH  phải tham gia điện phân như vậy Mn+ phải đứng sau Al3+ trong dãy Bêkêtop và để OH  phải tham gia điện phân ( tức H2O tham gia điện phân ) thì X m- phải là ion âm có oxi như NO 3 , SO 24  . dd Ví dụ: FeSO4 + H2O ðp   Fe +

1 O2 + H2SO4 2

* Tạo dung dịch kiềm M(OH)n ( Mn+ , OH  ) thì Mn+ phải là ion kim loại mạch như Na+, K+, Ca2+, Ba2+… và Xm- phải tham gia điện phân tức là anion không có oxi như ( Cl  ,Br  , I  …)… dd Ví dụ: 2KCl + H2O ðp   H2 + Cl2 + 2KOH Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--10--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Kết luận:  Dung dịch muối tạo bởi kim loại đứng sau Al trong dãy Bêkêtop và axit có oxi điện phân cho dung dịch axit.  Dung dịch muối tạo bởi kim loại kiềm , kiềm thổ ( trừ Be và Mg ) và axit không có oxi khi điện phân ( có màng ngăn xốp ) cho dung dịch bazơ . Bài 8: a> Nêu sự khác nhau về quá trình cho nhận electron trong phản ứng oxi hoá khử và trong phản ứng điện phân? b> Viết các phương trình phản ứng điện phân xảy ra khi điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp ) dung dịch chứa amol CuSO4, b mol NaCl trong 3 trường hợp: b = 2a, b< 2a, b>2a? Hướng dẫn. a> Phản ứng oxi hoá khử : Là quá trình cho nhận electron xảy ra khi các nguyên tử , phân tử va chạm nhau và trao đổi trực tiếp electron từ chất cho đến chất nhận ( hợp chất ion ) hoặc tạo thành cặp electron dùng chung lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn ( hợp chất cộng hoá trị ). Phương trình điện phân: là quá trình cho nhận electron gián tiếp nhờ vào dòng điện một chiều . Ở catot chất oxi hoá nhận eletron còn ở anot chất khử nhường eletron. * Phản ứng oxi hoá khử. Mg + Cl2   MaCl2 ( hợp chất ion ) H2 + Cl2   2HCl ( hợp chất cộng hoá trị ). * Sự điện phân nóng chảy NaCl khi có dòng điện một chiều đi qua. Ở catot: 2Na+ + 2e   2Na Ở anot: 2Cl- - 2e   Cl2 b> Sự điện li. CuSO4 = Cu2+ + SO 24  NaCl = Na+ + Cl  H2 O H+ + OH  Khi có dòng điện một chiều đi qua. Ở catot: Cu2+ +2eCu Ở anot: 2Cl  -2eCl2 Như vậy ban đầu xảy ra phương trình điện phân : dd CuSO4 + 2NaCl ðp (1)   Cu + Cl2 + Na2SO4 * Nếu b = 2a CuSO4 , NaCl xảy ra theo phản ứng (1) tham gia hết , dung dịch sau điện phân là Na2SO4 nên tiếp tục điện phân thì H2O sẽ tham gia điện phân. dd H2O ðp   H2 +

1 O2 2

(2)

* Nếu b > 2a: Theo phản ứng (1) dung dịch thu được sau phản ứng ngoài Na2SO4 (a mol ) còn có NaCl dư ( b – 2a ) mol. Nếu tiếp tục điện phân thì NaCl trong dung dịch điện phân trước theo phản ứng. dd 2NaCl + H2O ðp (3)   H2 + Cl2 + 2NaOH Dung dịch thu được sau (3) có Na2SO4 a mol và NaOH (b - 2a) mol. Nếu tiếp tục điện phân thì H2O bị điện phân theo phản ứng (2).

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--11--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n b * Nếu b < 2a: Theo phản ứng (1) dung dịch thu được sau phản ứng ngoài Na2SO4 ( 2 b mol ) còn có CuSO4 dư ( a – ) mol. Nếu tiếp tục điện phân thì CuSO4 trong dung dịch điện 2

phân trước theo phản ứng. dd CuSO4 + H2O ðp   Cu +

Dung dịch thu được sau (4) có Na2SO4

1 O2 + H2SO4 2

(4)

b b mol và H2SO4 (a - ) mol. Nếu tiếp tục điện phân thì 2 2

H2O bị điện phân theo phản ứng (2). Bài 9: a> Cho các chất ACln , RxOy , MOH ở trạng thái nóng chảy. Viết phương trình điện phân từng chất. Phương pháp trên dùng để điều chế kim loại nào ? b> Trong công nghiệp khi điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn hai điện cực , thu được hỗn hợp gồm NaOH + NaCl ở khu vực catot. Bằng phương pháp nào có thể tách được NaCl để thu được NaOH tinh khiết. c> Phân huỷ hoàn toàn a gam CaCO3 để lấy khí CO2. Điện phân dung dịch chứa b gam NaCl (điện cực trơ , màng ngăn xốp ) tới khi còn lại 25% NaCl không bị điện phân và tách lấy dung dịch NaOH (dd X ); cho khí CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch X được dung dịch Y. Biết dung dịch Y vừa tác dụng được với dung dịch KOH và vừa tác dụng được với dung dịch BaCl2. Viết ptpư xảy ra, lập biểu thức biễu diễn quan hệ giữa a và b? Hướng dẫn. a> Phường trình điện phân. dd 2ACln ðp (1) Điều chế kim loại từ K đến Al.   2A + Cl2 ðp dd 2RxOy  (2) Điều chế Al trong công nghiệp.  2xR + yO2 ðp dd 4MOH   4M + O2 + 2H2O (3) Điều chế Na, K b> Tách NaOH ra khỏi hỗn hợp NaCl và NaOH dùng phương pháp kết tinh phân đoạn dựa vào độ tan của NaCl bé hơn NaOH nên khi cô cạn thì NaCl kết tinh trước còn lại NaOH. c> Các phản ứng xảy ra. t CaCO3  CaO + CO2 (1) ðp dd 2NaCl + 2H2O  (2)  2NaOH + H2+ Cl2 CO2 + NaOH  (3)  NaHCO3 NaHCO3 + NaOH  (4)  Na2CO3 + H2O NaHCO3 + KOH  (5)  NaKCO3 + H2O Na2CO3 + BaCl2  (6)  BaCO3 + 2NaCl 0

Vì CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch NaOH (X) được dung dịch (Y) có khả năng vừa tác dụng được với KOH vừa có khả năng tác dụng được với BaCl2 nên dung dịch Y phải gồm 2 muối (muối trung hoà và muối axit).  Điều kiện: 1 <

n NaOH nCO2

nNaOH = nNaCl điện phân =

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

< 2  n CO = n CaCO 3 = 2

b 75 b x = mol. 100 58,5 78

--12--

a mol. 100


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n a a b < < 2. 100 100 78

Vậy ta có: * Phương pháp chung.  

Viết các phương trình điện li. ( có thể có hoặc không ). Viết các phương trình cho - nhận electron xảy ra ở các điện cực. Theo đúng trình tự xảy ra ở Catôt và Anôt .  Viết phương trình điện phân. ( Ngoài ra chú ý : Nếu có phản ứng phụ xảy ra  phải xét từng phản ứng phụ. Nếu là bài toán sản xuất phải xét điều kiện sản xuất ) Loại 2: Điện phân nóng chảy. * Một số lưu ý: Để có các kim loại: Li, Na, K, Ba, Mg người ta phải điện phân nóng chảy các muối halogenua hoặc hiđroxit của kim loại này, riêng Al điện phân nóng chảy Al 2O3. * Một số phương trình điện phân. (Đã trình bày ở phần kiến thức trọng tâm ). Ví dụ 1: Điện phân muối clorua kim loại kiềm nóng chảy, người ta thu được 0,896 lít khí (đktc ) ở Anôt và 3,12 gam kim loại ở Katôt. Hãy xác định công thức muối đã điện phân. Hướng dẫn. Gọi RCl là muối clrrua của kim loại kiềm R. Phương trình điện phân của muối RCl nóng chảy. 2RCl dpnc   2R + Cl2 ( 1 ) Từ ( 1 ) ta có : n R = 2n Cl = 2. 2

R=

0,896 = 0,08 ( mol ) 22,4

3,12 = 39. Vậy R là kali, muối là KCl. 0,08

Ví dụ 2: Sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy. hãy cho biết lượng Al2O3 và C (A) cần dùng để có thể xản xuất được 0,54 tấn nhôm. Cho rằng toàn bộ lượng O2 sinh ra đã đốt cháy cực dương thành CO2. Hướng dẫn. Các phương trình phản ứng xảy ra. Al2O3 dpnc   2Al +

3 O2  2

t 3C + 3O2  3CO2 Từ (1) và (2). Ta có: 2Al2O3 + 3C dpnc   4Al + 3CO2 204 tấn 6 tấn 108 tấn 0

 m Al O cần có = 2 3

mC (anôt) =

(1) (2) (3)

204.0,54 =1,02 tấn. 108

36.0,54 = 0,18 tấn. 108

Ví dụ 3: Người ta thực hiện sự điện phân để sản xuất nhôm từ quặng boxit với dòng điện 50000 ampe, điện thế 4,5 vôn, liên tục trong 1 ngày. a> Tính lượng Al thu được. b> Tính lượng than chì ( làm anot ) thiêu thụ trong 1 ngày , biết chỉ có 2 khí CO và CO2 sinh ra với tỉ lệ thể tích 3:7. Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--13--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

c> Tính khối lượng quặng cần thiết dùng trong một ngày, biết rằng quặng chứa 60% Al 2O3 và hiệu suất tinh chế Al2O3 từ quặng là 80%. Hướng dẫn. a> Phương trình điện phân. Al2O3 + 3C dpnc (1)   2Al + 3CO dpnc 2Al2O3 + 3C  (2)  4Al + 3CO2 mAl ( thu được trong một ngày ) =

AIt 27.50000.24 = = 402985 gam. 3..26,8 nF

b> Gọi nCO , n CO lần lượt là x ,y mol . Ta có: x : y = 3 : 7 ( I ). 2

Từ (1) và (2) ta có: nAl =

2 402985 4 = 14925,37 mol. (II) x  y= 3 27 3

Giải hệ (I) (II)  nCO = 3950,8 mol; n CO = 9218,6 mol. Vậy lượng than chì tiêu thụ trong một ngày ( 24 giờ ) là : mC = 12( 3950,8 + 9218,6 ) = 158032,8 gam. 2

c> m Al O

2 3

( cần dùng trong một ngày )

=(

1 .14925,37).102 = 761193,87 gam 2

Vì quặng chứa 60% Al2O3 và hiệu suất tinh chế ra Al2O3 từ quặng là 80% nên năng lượng thực dùng trong một ngày là : mquặ

ng

= 761193,87x

100 100 x = 1585820,56 gam = 1585,82 kg 60 80

Bài tập: Bài 1: Điện phân muối clorua của kim loại ở trạng thái nóng chảy khi trên Catot xuất hiện 6,24 gam kim loại thì trên Anot thu được 1,792 lít khí (đktc). Xác định tên của muối clorua trên. Đáp số: KCl Bài 2: Hỗn hợp A gồm M2CO3 và BaCO3 ( M là kim loại kiếm ) . Cho 10 gam, A tác dụng vừa đủ với HCl 0,4 M thấy thoát ra 1,467 lít khí ( 25 0C và 1 atm ). Cô cạn dung dịch thu được hỗn hợp muối B. Điện phân B nóng chảy đến khi ở anot không còn khí thoát ra thì thu được 2 kim loại ở catot. Cho hỗn hợp 2 kim loại này hoàn tan vào nước sau đó cho tác dụng với dung dịch (NH4)2SO4 dư thu được khí C và 9,32 gam kết tủa. a> Tính khối lượng nguyên tử của M b> Tính thể tích của dung dịch HCl đã dùng. c> Tính % về khối lượng các chất trong A. d> Người ta nén khí C thu được ở trên vào bình dung tích 5 lít có chứa sãn O 2 ở 250C , sau khi nén đem về nhiệt độ ban đầu (250C ) thì áp suất trong bình là 1,0268 atm. Nung nóng bình một thời gian, giả sử lúc đó 90% NH3 bị cháy thành N2 và H2O, sau đó đưa nhiệt độ bình về 136,50C. d1> Tính % theo thể tích các khí trong bình sau khi đốt cháy. d2> Tính áp suất trong bình ( ở 136,50C ) sau khi cháy. Đáp số: a> M = 23 ( Na ) b> 0,3 l ít c> Na2CO3 ( 21,2% ) và BaCO3 ( 78,8% ) d> + NH3 ( 0,012 mol ) chiếm 5,06 % + O2 ( 0,009 mol ) chiếm 3,8 % + N2 ( 0,054 mol ) chiếm 22,785 % Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--14--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

+ H2O ( 0,162 mol ) chiếm 68,355 % + Áp suất trong bình 1,59 atm. Bài 3: Điện phân nóng chảy a gam muối A tạo bởi kim loại M và halogen X ta thu được 0,96 gam kim loại M ở catot và 0,896 lít khí (ở đktc ). Mặt khác hoà tan a gam muối A vào nước sau đó cho tác dụng với AgNO3 dư thì thu được 11,48 gam kết tủa . 1> X là halogen nào ? 2> Trộn 0,96 gam kim loại M với 2,242 gam kim loại M’ có cùng hoá trị duy nhất, rồi đốt hết hỗn hợp bằng oxi thì thu được 4,162 gam hỗn hợp 2 oxit. Để hoà tan hoàn toàn hỗn hợp oxit này cần 500 ml dung dịch H2SO4 nồng độ c mol/l . a> Tính % số mol của các oxit trong hỗn hợp của chúng. b> Tính thỉ lệ khối lượng nguyên tử của M và M’. c> Tính c ( nồng độ dung dịch H2SO4 ). Đáp số: 1> X là Clo ( 35,5 ) 2> a> %M2On = 66,7% ; %M’2On = 33,33% b>

M = 4,66 ; c> 0,12 mol/lít M'

Loại 3: Điện phân dung dịch. * Phương pháp chung + Viết các phản ứng điện li. + Giai đoạn 1: Các cation (Mn+) di chuyển về ( Catôt ) , anion ( Xm-) di chuyển về ( Anôt). + Giai đoạn 2: Các cation (Mn+) bị khử ở ( Catôt ), các anion ( Xm-) bị oxi hoá ở( Anôt). Nếu trong dung dịch hết Cation (Mn+) mà vẫn tiếp tục điện phân thì tại Catot ( K ) có khí H2 thoát ra do điện phân nước. K: 2H2O + 2e  H2 + 2OH  Nếu trong dung dịch hết Anion ( Xm-) mà vẫn tiếp tục điện phân thì tại Anot ( A ) có khí O2 thoát ra do điện phân nước. A: 2H2O - 2e  2H++ O2 + Giai đoạn 3: Chỉ có H2O bị điện phân : ở (K) có H2 , (A) có O2. Do đó cần dựa vào số mol (Mn+) và số mol ( Xm-) … để biết sau mỗi giai đoạn trong dung dịch đã hết ion nào và ion nào còn điện phân. Từ đó xác định được giai đoạn kế tiếp đến lượt ion nào bị điện phân hay chỉ có H2O bị điện phân. Một số dấu hiệu của quá trình điện phân cần chú ý. + Khi catot bắt đầu có bọt khí xuất hiện hoặc khối lượng catot không đổi nữa có nghĩa là các ion kim loại bị điện phân trong dung dịch đã điện phân hết, tại catot bắt đầu điện phân H2O. + Khi pH của dung dịch không đổi nữa cũng có nghĩa là các ion âm hoặc dương có thể bị điện phân trong dung dịch đã bị điện phân hết. Khi đó tiếp tục điện phân sẽ là điện phân H2O hoặc H2O trong dung dịch bazơ hay dung dịch axit chứa oxi sinh ra trong quá trình điện phân. + Với quá trình điện phân có sinh ra kết tủa hay giải phóng khí : mdd sau đp = mdd trước đp – m – m

Dạng 1: Điện phân dung dịch có H2O bị khử hoặc oxi hoá ở các điện cực trong bình điện phân. Ví dụ 1: Điện phân 1 dung dịch muối MCln với điện cực trơ. Khi ở catot thu được 16 gam chất rắn thì ở anot thu được 5,6 lít khí (đktc) . Xác định kim loại M. (ĐH Y Dược TPHCM – 1999 khối B ) Hướng dẫn: Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--15--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Phương trình điện phân: dd 2MCln ðp   2M + nCl2 2M(g) n ( mol ) 16 gam 0,25 mol  M = 32n.  n = 2 ; M =64 ( Cu ) Ví dụ 2: Điện phân dung dịch NaOH với cường độ 10A trong thời gian 268 giờ. Sau điện phân còn lại 100 gam dung dịch NaOH 24%. Tính nồng độ phần trăm của dung dịch NaOH trước điện phân. Hướng dẫn: Phương trình điện phân: mNaOH ( trước điện phân) = mNaOH ( sau điện phân) = 24 gam phương trình điện phân dung dịch NaOH

1 O2 2

dd H2O ðp   H2 +

n H O ( bị điện phân ) = n H ( tạo thành ) = 2

2

m ddNaOH ( ban đầu ) = m dd sau + m H O 2

Vậy C% ddNaOH ( ban đầu ) =

It 10.268 = = 50 mol nF 2.26,8

( bị điện phân )

= 100 + 18x50 = 1000 gam

24 .100% = 2,4 % 1000

Ví dụ 3: Điện phân 500 ml dung dịch AgNO3 xM sau một thời gian thấy khối lượng catôt thay đổi 2,16 gam và thu được dung dịch A. Biết A không tạo được kết tủa với dung dịch NaCl. a> Tính trị số của x. b> Biết I = 2A. Tính thời gian điện phân. c> Tính thể tích khí thoát ra ở anôt tại nhiệt độ 27,30C và áp suất 0,98 atm. Hướng dẫn. Phương trình cho - nhận electron ở các điện cực. Ở(K) Ag+ + e   Ag Ở(A)

H2O - 2e  

1 O2 + 2H+ 2

Phương trình điện phân: dd 4AgNO3 + 2H2O ðp   4Ag + O2 + 4HNO3 Vì dung dịch A sau điện phân không tạo kết tủa với dung dịch NaCl chứng tỏ Ag+ đã hết , dung dịch A là dung dịch HNO3. T ừ ( 1 ): nAg = nAgNO 3 = nHNO 3 =

2,16 = 0,02 ( mol ). 108

0,02 .1000 = 0,4 M. 500 It b> Từ công thức : nAg =  Thời gian điện phân là : n.F 0,02.1.96500 t đp = = 965 giây. 2

a> CM dd AgNO 3 = x (M) =

c> Khí thoát ra ở (A) là O2. 0,02 22,4 . .( 273  27,3) nRT 4 273 VO 2 = = = 0,1257 lít. 0,98 P

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--16--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Ví dụ 4: Tiến hành điện phân (với điện cực trơ, màng năng xốp) một dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl cho tới khi H2O bắt đầu bị điện phân ở cả hai điện cực thì dừng lại. Ở anot thu được 0,448 lít khí ở đktc. Dung dịch sau điện phân có thể hoà tan tối đa 0,68 gam Al 2O3. a> Tính khối lượng của m. b> Tính khối lượng catot tăng lên trong quá trình điện phân. c> Tính khối lượng dung dịch giảm trong quá trình điện phân, giả sử nước bay hơi không đáng kể. ĐS: TH1: NaCl dư: m = 4,4733gam ; mK tăng = 0,853 gam; mdd giảm = 2,287 gam TH2: CuSO4 dư: m = 5,97gam ; mK tăng = 1,92 gam; mdd giảm = 2,95 gam Dạng 2: Điện phân dung dịch chứa nhiều ion kim loại. * Phương pháp chung. 

Xác định vị trí của các cation kim loại có trong dung dịch. + Nếu kim loại đứng trước Al3+ trong dãy điện hoá thì không khử được trong dung dịch nước. + Nếu kim loại đứng sau Al3+ trong dãy điện hoá thì khử được trong dung dịch nước.  Viết phương trình cho - nhận electron ở 2 điện cực ( của ion kim loại đứng sau Al 3+ trong dãy điện hoá ( bên catôt ) và anion gốc axit hay H2O ( bên anot ). + Ion kim loại có tính oxi hoá mạnh bị khử trước. Ví dụ 1: Hoà+ Ion tan 17 AgNO vàomạnh nướcbịđược dung dịch A. Đem điện phân dung dịch A bằng gốcgam axit có tính 3khử oxi hoá trước. dòng điện I = phương 2,68 A thời 30 phút thì bằng trên catôt thu được 5 gamtrình Ag. nhường - nhận ở  cóViết trìnhgian điệnlà phân chung( cách cộng 2 phương a> Tính quáđã trình hai hiệu điện suất cực, của sau khi cânđiện bằngphân. hệ số cho số electron nhường và nhận bằng nhau ). b> Thêm vào dung dịch sau khi điện phânđể16tính gam tiếp tụcbiết điệntheo phân 4 rồi Dùng phương trình điện phân chung số CuSO mol các chất chứa số với moldòng điện có cường độđãnhư trên trong 3 giờ . Tính % khối lượng kim loại đã bám trên catôt. chất biết. (cho hiệuChó suấtý:phản là ion 100% ). lo¹i Mn+ vµ Nm+ ( biÕt r»ng Mn+ cã tÝnh oxi ho¸ m¹nh h¬n Nm+ ). NÕu ứng cã hai kim Hướng dẫn. LÇn l-ît x¶y ra c¸c giai ®o¹n sau: a> Pt đp dung dịch AgNO . + ne  * Giai ®o¹n 1: M3n+ M ( 1 ) hÕt thêi gian t1  ðp dd m+ 4AgNO + 2H2:2ON  Ag +NO(2 2+) hÕt 4HNO (1) 3 ®o¹n me  4 * Giai + thêi3gian t2  Theo bài cho , số mol Ag ra bàm theogiai pt (1) là ): ( giải t1 +phóng t2 là thời gian vào điệncatot phântính cả hai đoạn 2,68 .0,5theo bµi to¸n lµ t th× : It ®iÖn Khi ®ã thêi gian ph©n nAg = = = 0,05 mol. n+ + NÕu : t  nF t1  §ang 26,8.x¶y 1 ra giai ®o¹n (1) . M ch-a hÕt hoÆc võa hÕt. : t  t1 + t2  Giai ®o¹n (1) vµ (2) ®· x¶y ra . Mn+ vµ Nm+ ®· hÕt . + mNÕu Ag ( bám vào catot ) = 0,05. 108 = 5,4 gam. + NÕu : t1< chỉ t < thu t1 +được t2  5Giai ®o¹n kÕt thóc, ®angquá x¶ytrình ra giai ®o¹n (2) .là: Mn+ hÕt Nm+ Thực tế trên cactot gam Ag (1) vậy®·hiệu suất của điện phân

ch-a hÕt

H% = 92,6%

b> nAgNO 3 ( bị điện phân ) = 0,05 mol .  nAgNO 3 chưa bị điện phân =

17 - 0,05 = 0,05 mol. 170

nCuSO 4 ( cho thêm ) = 0,1 mol. Thứ tự điện phân các chất trong dung dịch hỗn hợp trên như sau: dd 4AgNO3 + 2H2O ðp   4 Ag + O2 + 4HNO3 ðp dd 2CuSO4 + 2H2O   2 Cu + O2 + 2H2SO4  Ta có nAg = nAgNO 3 ( chưa bị điện phân ) = 0,05 mol. Giả sử :

26,8.0,05 = 0, 5 giờ. 2,68 26,8.2.0,1 Cu2+ bị điện phân hết thời gian t2 là: t2 = = 2 giờ. 2,68

Ag+ bị điện phân hết thời gian t1 là: t1 =

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--17--

(2) (3)


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Vậy ta có: t1 + t2 < 3 giờ . Nên phản ứng (2) ,(3) đều xảy ra hoàn toàn .  m Ag = 0,1.108 = 10,8 gam.  m Cu = 0,1.64 = 6,4 gam. Do đó:

% m Ag =

10,8.100 = 62,8%. 10,8  6,4

% m Cu = 100% - 62,8% = 37,2% Ví dụ 2: Hoà tan 1,12 gam hỗn hợp gồm Ag và Cu trong 19,6 gam dung dịch H 2SO4 đặc, nóng (dung dịch A) thu được SO2 và dung dịch B. Cho SO2 thoát ra hấp thụ hết vào nước Brôm sau đó thêm Ba(NO3)2 dư thì thu được 1,864 gam kết tủa. Cô cạn dunhg dịch B, lấy muối khan hoà tan thành 500 ml dung dịch, sau đó điện phân 100 ml dung dịch trong thời gian 7 phút 43 giây với điện cực trơ và cường độ dòng điện I = 0,5 A. 1> Tính khối lượng Ag và Cu trong hỗn hợp đầu. 2> a) Tính nồng độ % của axit H2SO4 trong A, biết rằng chỉ có 10% H2SO4 đã phản ứng với Ag và Cu. b) Nếu lấy ½ dung dịch A pha loãng để có pH = 2 thì thể tích dung dịch sau khi pha loãng là bao nhiêu ? ( Biết axit H2SO4 điện li hoàn toàn ). 3> a) Tính khối lượng kim loại thoát ra ở catot. b) Nếu điện phân với anot bằng Cu cho đến khi trong dung dịch không còn ion Ag+ thì khối lượng catot tăng bao nhiêu gam và khối lượng anot giảm bao nhiêu gam? Biết rằng ở anot xảy ra quá trình : Cu - 2e  Cu2+. Hướng dẫn. 1> Đặt nAg = x ( mol ); nCu = y ( mol ). m hỗn hợp = 108 x + 64 y = 1,12 gam. (I) Các ptpư: 2Ag + 2H2SO4  (1)  Ag2 SO4 + SO2  + 2H2O x x 0,5x 0,5x Cu + 2H2SO4  (2)  CuSO4 + SO2  + 2H2O y 2y y y SO2 + Br2 + 2H2O  (3)  2HBr + H2SO4 0,5x + y 0,5x + y H2SO4 + Ba(NO3)2  (4)  BaSO4 + 2HNO3 0,5x + y 0,5x + y Từ (1), (2), (3), (4) ta có nBaSO 4 = 0,5 + y = 0,008 mol (II) Giải hệ (I),(II)  x = 0,008 mol; y = 0,004 mol. mAg = 0,864 gam mCu = 0,256 gam 2> a) n H SO ( phản ứng 1,2 ) = x + 2y = 0,016 mol. 2

4

 n H SO ( trong A ) = 0,016.10 = 0,16 mol. Vậy C% H2SO4 trong A = 80% b) pH = 2  [H+ ] = 0,01 mol/l  CM H SO = ½ [H+ ] = 0,005 mol/l n H SO ( trong ½ dung dịch A ) = 0,08 mol. V A sau pha loãng = 16 lít. a) n Ag SO ( trong 100 ml dung dịch ) = 0,8.10-3 mol 2

4

2

2

3>

4

4

2

4

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--18--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

n CuSO ( trong 100 ml dung dịch ) = 0,8.10 mol Giả sử Ag+ bị điện phân hết theo phương trình: dd 2Ag2SO4 + 2H2O ðp   4 Ag + O2  + 2H2SO4 -3 0,8.10 1,6.10-3 -3

4

Thời gian điện phân Ag2SO4 ; t1 =

m.n..F A.I

(5)

 t1  309 giây

Vì bài cho thời gian điện phân là 7 phút 43 giây ( hay 463 giây ) nên Ag2SO4 đã bị điện phân xong . Thời gian t2 còn lại là : 463 – 309 = 154 giây dành cho phản ứng điện phân CuSO4 . Ptđp: dd 2CuSO4 + 2H2O ðp (6)   2Cu + O2  + 2H2SO4 x’ x’ Gọi số mol CuSO4 điện phân là x’ bị điện phân trong trong thời gian t2 ( s ) ta có : 64x’ =

64.0,5.154  x’ = 0,4.10-3 mol 96500.2

Do đó khối lượng kim loại bám ( K ) bằng : 108.1,6.10-3 + 64. 0,4.10-3 = 0,1984 gam. b) Ag2SO4 = 2Ag+ + SO 24  (7) 2 2+ CuSO4 = Cu + SO 4 (8) Ở (K) Ở (A) Cu + 2+ ( Ag , Cu ,H2O ) ( SO 24  , H2O ) H2 O H+ + OH  H2 O H+ + OH  Ag+ + e  Ag Cu - 2e  Cu2+ Phương trình điện phân. Cu + Ag2SO4  2Ag + CuSO4 Độ giảm khối lượng của anot: ( Do anot bằng Cu tan dần )  m (A) = 0,8.10-3 . 64 = 0,0512 gam. Độ tăng khối lượng của catot: ( Do Ag bám vào )  m (K) = 1,6.10-3 . 108 = 0,1728 gam. * HiÖn t-îng d-¬ng cùc tan: Qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n x¶y ra ë An«t ( nÕu an«t lµm b»ng kim lo¹i Cu, Sn, Ag,.. ) chÝnh lµ qu¸ tr×nh tan cña kim lo¹i lµm an«t ( nghÜa lµ chÝnh kim lo¹i lam an«t tan , bÞ oxi ho¸ ). C¸c an«t kh¸c cã mÆt trong dung dÞch ®iÖn li hÇu nh- cßn nguyªn vÑn ( kh«ng bÞ oxi ho¸ ). * NÕu an«t lµm b»ng kim lo¹i mµ c¸c ion cña nã cã trong dung dÞch , khi ®iÖn ph©n an«t bÞ hoµ tan dÇn  HiÖn t-îng ®ã gäi lµ hiÖn t-îng d-¬ng cùc tan. Khi ®ã ®é gi¶m khèi l-îng cña an«t b»ng ®é t¨ng khèi l-îng cña cat«t ( do kim lo¹i bÞ ®Èy ra ngoµi bÞ ®Èy ra b¸m vµo cat«t ). Chó ý: Ngoµi ph¶n øng chÝnh x¶y ra khi ®iÖn ph©n, cßn cã thÓ cã ph¶n øng phô x¶y ra gi÷a c¸c ®iÖn cùc , chÊt tan trong dung dÞch, chÊt dïng lµm ®iÖn cùc. Ví dụ 3: Điện phân dung dịch AgNO3 với điện cực bằng Ag. Lúc đầu 2 điện cực có khối lượng bằng nhau , sau t (giờ) điện phân , đem 2 điện cực ra cân lại thấy hơn kém nhau 27 gam. Tính t ( giờ ) điện phân, biết cường độ dòng điện là 2,68 A. Hướng dẫn. Khi điện phân dung dịch AgNO3 với điện cực bằng Ag. Ở anot (A) : Ag - e  Ag+ và ở catot (K) : Ag+ + e  Ag

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--19--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Gọi khối lượng mỗi điện cực ban đầu là m (g), khối lượng anot ( làm bằng Ag ) tan là x (g). Sau một thời gian điện phân: mA < mK hay mK – mA = ( m + x ) – ( m + x ) = 27 gam  x = 13,5 gam 13,5 = 0,125 mol. 108 26,8.0,125.1 Vậy thời gian điện phân là: t = = 1,25 giờ 2,68

 nAg tan = nAg bám =

Lưu ý khi giả bài toán điện phân hỗn hợp dung dịch 2 muối ( Mỗi muối chỉ có 1 cation hoặc một anion tham gia điện phân ) Ví dụ: Điện phân dung dịch hỗn hợp KCl và CuSO4. Giai đoạn 1: dd CuSO4 + 2KCl ðp (1)   Cu + K2SO4 + Cl2 (K) (A) * Nếu KCl dư: Giai đoạn 2: dd 2KCl + H2O ðp (2)   2KOH + H2 + Cl2 (K) (A) + Hiện tượng catot có khí bay lên, dung dịch tạo thành có môi trương bazơ hay ( pH>7) * Nếu CuSO4 dư: Giai đoạn 2: dd CuSO4 + H2O ðp (2’)   Cu + H2SO4 + O2 (K) (A) + Hiện tượng catot có thêm kim loại bám vào ( khối lượng tăng ), dung dịch thu được có môi trường axit ( pH < 7 ). Nếu: Đề bài cho dung dịch sau điện phân có khả năng hoà tan được Al2O3 ( ZnO) hoặc Al(OH)3 ( Zn(OH)2 ) thì phải xét hai trường hợp. TH1: KCl dư dung dịch thu được có môi trường bazơ ( KOH ) 2KOH + Al2O3   2KAlO2 + H2O TH2: CuSO4 dư dung dịch thu được có môi trường axit (H2SO4 ) H2SO4 + Al2O3   Al2(SO4)3 + H2O Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch chứa CuSO4 và NaCl có nồng độ 0,1 mol/l với bình điện phân có màng ngăn, điện cực trơ , cường độ dòng điện 0,5 A. Tính thời gian điện phân nếu dung dịch nhận được sau điện phân có pH = 2. Giả sử thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể trong suốt quá trình điện phân. Hướng dẫn. + Dung dịch sau điện phân có pH = 2 hay [H ] = 10-2 mol/l phương trình điện phân. dd CuSO4 + 2NaCl ðp (1)   Cu  + Cl2 + Na2SO4 ðp dd CuSO4 + H2O  (2)  Cu  + ½ O2 + H2SO4 -2 Từ (1): nCu = n H SO = ½ n H = ½ (0,1.10 ) = 0,0005 mol/l 2

4

2

 nCu( p ứ ) = nCu (1) + nCu (2) = 0,005 + 0,0005 = 0,0055 mol < nCu2+ ( ban đầu ) = 0,01 mol. Vậy sau điện phân Cu2+ dư . Áp dụng định luật Faraday ta có thời gian điện phân dung dịch là : t= Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

nCu .n.F = 2123 giây. I --20--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Ví dụ 5: Điện phân 500 ml dung dịch A có chứa FeSO4 và KCl với điện cực trơ giữa các điện cực có màng ngăn xốp ngăn cách . Sau khi điện phân xong ở anot thu được 4,48 lít khí B (đktc), ở catôt thu được khí C và ở bình điện phân thu được dung dịch D. Dung dịch D hoà tan được tối đa 15,3 gam Al2O3 . a> Tính nồng độ mol/l các chất trong dung dịch A. b> Tính thể tích khí C thoát ra ở catot ( theo lít ) ở 2730C và 1atm. c> Sau khi điện phân khối lượng dung dịch A giảm đi bao nhiêu gam? Hướng dẫn. a> phương trình điện phân. dd FeSO4 + 2KCl ðp (1)   Fe  + Cl2 + K2SO4 x 2x x Vì khi điện phân xong thì catot có khí bay ra nên FeSO4 phải hết KCl dư sau phản ứng (1) khi đó xảy ra phản ứng điện phân dung dịch KCl dư. dd 2KCl + H2O ðp (2)   2KOH + H2 + Cl2 y ½y ½y 2 KOH + Al2O3  (3)  2KAlO2 + H2O y ½y Gọi số mol FeSO4 và KCl điện phân ở phương trình (1) và (2) lần lượt là x, y . n Al O = 0,15 mol  y = 0,3 mol 2 3

n Cl = 0,2 mol. Từ (1) , (2) ta có x + ½ y = 0,2  x = 0,05 mol. CM ( FeSO 4 ) = 0,1 M CM ( KCl ) = 0,8 M 0 b> Khí C là H2 có thể tích ở 273 C và 1atm là : 6,72 lít. c> Khối lượng dung dịch ban đầu : m dd giảm = m Fe + m Cl + m H = 17,3 gam Dạng 3: Điện phân trong trường hợp nhiều bình điện phân mắc nối tiếp hay song song. * Một số lưu ý khi giải bài tập. + Nếu đề bài cho thực hiện quá trình điện phân gồm nhiều giai đoạn xảy ra kế tiếp nhau , có thể dự đoán các giai đoạn nào đã xảy ra dựa trên lượng sản phẩm xuất hiện ở điện cực vào những thời điểm khác nhau. Chẳng hạn :  Nếu thời gian điện phân tăng lên n lần , lượng sản phẩm ( khối lượng kim loại thoát ra ở catot) củng tăng lên n lần  Có thể kết luận rằng: Ở bên điện cực đó chỉ xảy ra một phản ứng duy nhất. Mn+ + ne  M  Nếu đề bài toán cho thời gian điện phân tăng lên n lần nhưng khối lượng sản phẩm chỉ tăng lên n’lần ( mà n’ < n )  Có thể kết luận rằng : Toàn bộ ion Mn+ trong dung dịch đã bị điện phân hết thành kim loại M và mM ( thu được ở catot ) = mM n  ( trong dung dịch đầu ). Sau khi điện phân hết ion Mn+ , bên catot chuyển qua một giai đoạn điện phân khác ( thường là đến lượt điện phân H2O ). + NÕu gÆp bµi to¸n biÕn d¹ng:  NhiÕu b×nh ®iÖn ph©n m¾c nèi tiÕp: c-êng ®é dßng ®iÖn ( I ) ë mçi B§P b»ng nhau ( I1 = I2 = I3 =… ) thêi gian ®iÖn ph©n nh- nhau, bëi vËy ( Q = I. t ) Qua mçi B§P nh- nhau. 2

2

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--21--

2


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

L-u ý: Khi ®iÖn ph©n nhiÒu B§P m¾c nèi tiÕp , sù phô thu hoÆc nh-ênh electron ë c¸c ®iÖn cùc cïng tªn ph¶i nh- nhau vµ c¸c chÊt sinh ra ë c¸c ®iÖn cùc cïng tªn tØ lÖ mol víi nhau. Vidô: M¾c nèi tiÕp B§P ( 1 ) chøa dung dÞch AgNO3, B§P ( 2 ) chøa dung dÞch CuSO4 th× cã dßng ®iÖn mét chiÒu ®i qua: ë ( K ) B§P ( 1 ): 2Ag + + 2e  2Ag ë ( K ) B§P ( 2 ): Cu2 + + 2e  Cu Vµ nAg = 2nCu  NhiÒu B§P m¾c song song: Khi 2 B§P m¾c song song, nÕu R 1 = R2 th× I1 = I2 =

I 2

Ví dụ 1:Mắc nối tiếp 2 bình điện phân: Bình X chứa 800 ml dung dịch muối MCl 2 nồng độ a mol/l và HCl nồng độ 4a mol/l bình Y chứa 800 ml dung dich AgNO3. + Sau 3 phút 13 giây điện phân thì catot bình X thoát ra 1,6 gam kim loại, còn bình Y thoát ra 5,4 gam kim loại. + Sau 9 phút 39 giây điện phân thì catot bình X thoát ra 3,2 gam kim loại, còn bình Y thoát ra 16,2 gam kim loại. Biết cường độ dòng điện không đổi và hiệu suất điện phân là 100%. Sau 9 phút 39 giây thì ngừng điện phân, lấy 2 dung dịch thu được sau điện phân đổ vào nhau thì thu được 6,1705 gam kết tủa và dung dịch Z có thể tích là 1,6 lít. 1> Giải thích các quá trình điện phân. 2> Tính khối lượng nguyên tử M. 3> Tính nồng độ mol/l của các chất trong các dung dịch ban đầu ở bình X,Y và trong dung dịch Z, giả sử thể tích các dung dịch không đổi. 4> Hãy so sánh thể tích khí thoát ra ở anot của các bình X và Y. Hướng dẫn. 1> Giải thích quá trình điện phân. Có thể mô tả dữ kiện bài cho theo bảng tóm tắt sau. Thời gian điện phân Catot bình X Catot bình Y 3 phút 13 giây 1,6 gam kim loại 5,4 gam kim loại 9 phút 39 giây 3,2 gam kim loại 16,2 gam kim loại Nhận xét: Tuỳ thời gian điện phân gấp 3 lần lượng , kim loại thoát ra ở catot bình X chỉ tăng gấp đôi ( 3,2 : 1,6 = 2 lần )  Chứng tỏ MCl2 đã bị điện phân hết theo ptđp sau: dd MCl2 ðp (1)   M  + Cl2 ðp dd Và một phần HCl bị điện phân : 2HCl  (2)  H2 + Cl2 Còn ở bình Y lượng kim loại thoát ra tăng gấp 3 lần , mặt khác khi trộn 2 dung dịch sau điện phân có kết tủa xuất hiện . Chứng tỏ AgNO3 bị điện phân chưa hết. dd 4AgNO3 + 2H2O ðp (3)   4Ag + O2 + 4HNO3 ðp dd AgNO3 ( dư) + HCl  (4)  AgCl + HNO3 2. Vì hai bình điện phân mắc nối tiếp, điện lượng Q = It. Qua 2 bình là như nhau nên ta có tỉ lệ: It =

1,6.2.96500 5,4.1.96500 =  M = 64 ( Cu ). M 108

3. Ta có : Từ (1) nM = nMCl 2 = 0,05 mol.

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--22--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

0,05 CM( MCl 2 ) = = 0,0625 M. 0,8

CM ( HCl ) = 0,0625. 4 = 0,25 M. nAgNO 3 ( bị điện phân ) = 0,15 mol Từ (4)  nAgNO 3 (4) = n HCl (4) = nAgCl = 0,043 mol.  CM(AgNO 3 ) =

0,15  0,043 = 0,241 M 0,8

* Trong dung dịch Z có HCl và HNO3 . So sánh (1) và (2). Vì hai bình điện phân cùng điện lượng q = It. Do mắc nối tiếp nên nCl 2 (1)= nCl 2 (2) hay n HCl ( 3’13’’) = 2nMCl 2 ( 3’13’’) =2.

1,6 =0,05 mol. 64

nHCl còn lại = nHCl ban đầu - n HCl (4) = 0,107 mol.  CM ( HCl ) trong dung dịch Z = 0,0669 M. Theo (3), (4): nHNO 3 =  n AgNO = 0,241.0,8 = 0,1928 mol. Do đó: CM(HNO 3 ) = 0,1205 M 4. Do mắc nối tiếp nên có cùng một điện lượng qua bình điện phân.. 3

nO (bình Y ) =

It It và nCl ( bình X ) = 2.96500 96500

 nO = ½ nCl  nCl 2 = 2nO 2 hay VCl 2 = 2VO 2 Ví dụ 2:Có 3 bình điện phân: bình (1) đựng 400 ml dung dịch CuCl2 2x (M), bình (2) đựng 800ml dung dịch AgNO3 x (M) : bình (3) đựng 100 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO 3)2 và Ni(NO3)2. Mắc nối tiếp bình (1) với bình (2). Còn bình (3) được mắc song song với bình (1) và bình (2) , điện phân với dòng điện có cường độ I = 2,68A. Trong thời gian 12 phút thì ngừng quá trình điện phân. Lấy dung dịch ở bình (1) đổ vào bình (2), thấy xuất hiện kết tủa . Đem phân tích dung dịch nước lọc thấy có 0,05mol/l ion Cl  . Còn ở bình (3) thì các cation kim loại vừa bị điện phân hết , đem catot bình (3) cân lại thấy tăng thêm 0,4 gam . Tính nồng độ mol/l của các chất trong 3 bình điện phân. Giả sử điện trở của 3 dung dịch là như nhau và thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể trong quá trình điện phân. ĐS: x = 1,933 M ; [Cu2+]= ; [Ni2+] Bài tập: Bài 1: Hoà tan m gam hỗn hợp gồm Al, Cu, Ag bằng dung dịch HNO 3 vừa đủ ( phản ứng cho ra NO ) thu được dung dịch A, pha loãng dung dịch A rồi đem điện phân , thu được 1,296 gam kim loại bên catot và 67,2 ml khí (đktc) bên anot thì ngừng điện phân.Cho vào dung dịch sau điện phân 0,81 gam bột nhôm rồi lắc đều cho đến khi hết màu xanh, tách phần chất rắn, sấy khô, cân được 3,891 gam. Cho khí NH3 đi qua dung dịch nước lọc cho đến khi phản ứng xong. Lọc lấy kết tủa rồi đem nung đến khối lượng không đổi được 1,989 gam. Tính thành phần mỗi kim loại trong hỗn hợp biết rằng số mol Al trong hỗn hợp bằng 1/6 tổng số mol Cu và Ag. Đáp án : mCu = 1,92 gam; mAg = 3,24 gam ; mAl = 0,27 gam. Bài 2: Hoà tan 13,5 gam CuCl2 và 15,1 gam KCl vào 171,4 gam H2O được dung dịch A. a> Tính nồng độ % các chất trong dung dịch A. b> Đem điện phân dung dịch A với bình điện phân có màng ngăn với điện cực trơ và dòng điện có cường độ là 13,4 A thời gian điện phân là 1 giờ hiệu suất điện phân là 90%. Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--23--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Tính nồng độ % các chất sau khi điện phân. Đáp án: a> C% CuCl2 = 6,75%; C% KCl = 7,55% b> C% KOH = 6,72% Bài 3: Điện phân 200 ml dung dịch AgNO3 0,2 M và HNO3 chưa biết nồng độ trong thời gian 4h 3giây với cườngđộ dòng điện là 0,201A, ở cực âm thu được 3,078 gam Ag và ở cực dương thu được oxi. a> Tính hiệu suất của quá trình điện phân. b> Xác định nồng độ phân tử gam của HNO3 trong dung dịch đầu ( nếu xem hiệu suất phản ứng điện phân là 100% - từ câu hỏi này trở đi ). Biết rằng sau điện phân cần 250ml dung dịch NaOH 1,5M để trung hoà. c> Nếu không trung hoà dung dịch sau điện phân mà cho thêm vào dung dịch đó 3,78g Zn(NO3)2 rồi tiếp tục điện phân một thời gian thì: * Thành phần % khối lượng các kim loại bám vào cực âm là bao nhiêu. * Xác định nồng độ phân tử gam của dung dịch sau khi kết thúc hoàn toàn quá trình điện phân. Không kể sự thay đổi thể tích của dung dịch trong quá trình điện phân. Đáp án: a> H = 95% b> CM(HNO 3 ) = 1,725 M c> Thành phần % khối lượng các kim loại bám vào catot là: %Ag = 86,9% ; % Zn = 13,1% Nồng độ mol/l các chất sau khi kết thúc điện phân CM (HNO 3 ) = 2,025M CM Zn(NO 3 ) 2 = 0,05 M Bài 4: Hoà tan 40 gam CuSO4.nH2O vào nước được dung dịch A Hoà tan a gam tinh thể NiSO4. 7H2O vào nước được dung dịch B. Cho 2 dung dịch A và B vào 2 bình điện phân được mắc nối tiếp. Để điện phân hoàn toàn các ion kim loại có trong mỗi dung dịch cần dòng điện có I = 2,144A và trong thời gian 4 giờ. Tính % khối lượng của H2O có trong CuSO4 ngậm H2O và a gam. Đáp án: CuSO4 . 5 H2O ; % mH 2 O = 36% Bài 5: Hoà tan150 gam tinh thể CuSO4 .H2O vào 600ml dung dịch HCl 0,6M mol/l ta được dung dịch A. Chia dung dịch A thành 3 phần bằng nhau: a> Tiến hành điện phân phần 1 với dòng điện có cườn độ 1,34A trong vòng 4 giờ. Tính khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí (ở đktc) thoát ra ở anot, biết hiệu suất điện phân là 100%. b> Cho 5,4 gam Al kim loại vào phần 2 . Sau một thời gian ta thu được 1,344 lít khí (ở đktc), dung dịch B và chất rắn C. Cho dung dịch B tác dụng với xút dư rồi lấy kết tủa nung ở nhiệt độ cao thì thu được 4 gam chất rắn . Tính khối lượng kết tủa C. c> Cho 13,7 gam Ba vào phần 3 sau khi kết thúc tất cả các phản ứng , lọc lấy kết tủa rửa sạch và đem nung ở nhiệt độ cao thì thu được bao nhiêu gam chất rắn, biết rằng khi tác dụng với bazơ, Cu2+ chỉ tạo thành Cu(OH)2 Đáp án: a> Catot có 6,4 gam Cu ; Anot có 0,06 mol Cl2 và 0,02 mol O2. b> mC = 11,22 gam c> m chất rắn = 26,5 gam. Bài 6: Hỗn hợp A gồm 2 oxit kim loại XO và YO. Khi hoà tan 60 gam hỗn hợp A vào 1 lít dung dịch hỗn hợp HCl, H2SO4 có nồng độ mol/l tương ứng là 2M và 0,75M thì thu được dung dịch B. Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--24--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Phải dùng vừa hết 58,1 gam hỗn hợp muối (NH4)2CO3 và BaCO3 để trung hoà axit dư trong B. Dung dịch D nhận được sau khi trung hoà nặng hơn dung dịch B 12,8 gam. Điện phân dung dịch D cho đến khi ở catot bắt đầu xuất hiện bọt khí thì dừng lại. Khi đó có 16g kim loại bám vào catot và có 5,6 gam lít khí (đktc ) thoát ra ở anot a> Tính % theo khối lượng hỗn hợp muối cacbonat. b> Gọi tên 2 oxit trong hỗn hợp A và % khối lượng hỗn hợp này. Đáp án: a> %m (NH 4 ) 2 SO 4 = 66,09 % ; %mBaSO 4 = 33,01% b> %mCuO = 33,33% ; %mMgO = 66,67% Bài 7: Điện phân ( với điện cực Pt ) 200ml dung dịch Cu(NO3)2 đến khi bắt đầu có khí thoát ra ở catot thì dừng lại . Để yên dung dịch cho đến khi khối lượng catot khôi đổi , thấy khối lượng catot tăng 3,2 gam so với lúc chưa điện phân. Tính nồng độ mol/l của dung dịch Cu(NO3)2 trước khi điện phân. Đáp án: 0,25M Bài 8: Điện phân 400ml dung dịch hỗn hợp HCl và KCl trong bình điện phân có vách ngăn với cường độ dòng điện 9,65 A trong thời gian 20 phút thì thu được dung dịch sau cùng có pH= 13. a> Viết phương trình điện phân. b> Tính nồng độ mol/l của dung dịch ban đầu ( coi thể tích dung dịch thay đổi không đãng kể ). Đáp án: [HCl] = 0,3M; [KCl] = 0,1M. Bài 9: Trong bình điện phân thứ nhất ( bình 1) người ta hoà tan 0,3725 gam XCl của kim loại kiềm vào nước. Mắc nối tiếp bình 1 với bình 2 chứa dung dịch CuSO4. Sau một thời gian điện phân thấy catot bình 2 có 0,16 g kim loại bám vào, còn bình 1 thấy chứa một chất tan có pH= 13. a> Tính thể tích dung dịch bình 1 sau khi điện phân. b> Cho biết bình 1 chứa chất gì . Đáp án: a> V = 0,05 lít; b> Chứa muối KCl. Bài 10: Điện phân dung dịch NaCl cho đến khi hết muối với dòng điện có cường độ I= 1,61A thấy mất hết 60 phút. a> Tính khối lượng khí Cl2 bay ra, biết bình điện phân có màng ngăn, điện cực trơ. b> Trộn lẫn dung dịch thu được sau điện phân với một dung dịch có chứa 0,04 mol H2SO4 rồi cô cạn dung dịch. Tính khối lượng muối khan thu được. Cho các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Đáp án: a> mCl2 = 2,133g; b> mNa 2 SO 4 = 2,84g, mNaSO 4 = 2,4g m muối = 5,24g Bài 11: Mắc nối tiếp 3 bình điện phân A, B, C đựng 3 dung dịch tương ứng CuCl2, XSO4, AgNO3 rồi tiến hành điện phân với điện cực trơ bằng dòng điện 5A. Sau thời gian điện phân t thấy khối lượng kim loại thoát ra trên catot bình A ít hơn trên catot bình C 0,76g và ở catot bình C nhiều hơn ở 2 catot bình A và B là 0,485g. Tính khối lượng nguyên tử nguyên tố X, gọi tên X và tính t giây. Đáp án: X là Mn ( 55 ); t = 193 giây C. SỰ ĐIỆN PHÂN Câu 1. Mệnh đề nào sau đây là đúng? 1. Đối với bình điện phân: catot là cực âm, xảy ra quá trình khử; còn anot là cực dương, xảy ra quá trình oxi hóa. 2. Đối với bình điện phân: catot là cực dương, xảy ra quá trình khử; còn anot là cực âm, xảy ra quá trình oxi hóa. Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--25--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

3. Đối với pin điện: catot là cực âm, xảy ra quá trình khử; còn anot là cực dương, xảy ra quá trình oxi hóa. 4. Đối với pin điện: catot là cực dương, xảy ra quá trình khử; còn anot là cực âm, xảy ra quá trình oxi hóa. A. 1, 2 B. 1, 3 C. 1, 4 D. 2, 4 Câu 2. Mệnh đề nào sau đây là đúng? 1. Điện phân là quá trình oxi hóa khử, phát sinh ra dòng điện. 2. Phương pháp điện phân điều chế được kim loại tinh khiết hơn so với phương pháp nhiệt luyện hay thủy luyện. 3. Có thể dùng phương pháp điện phân dung dịch CuSO4 để điều chế H2SO4. 4. Thực chất điện phân dung dịch K2SO4 là sự điện phân của H2O. A. 1, 2, 3 B. 2, 3, 4 C. 1, 2, 4 D. 1, 3, 4 Câu 3. Điện phân (có màng ngăn, điện cực trơ) một dung dịch chứa hỗn hợp CuSO 4 và NaCl. Dung dịch sau điện phân hòa tan được bột Al2O3. Dung dịch sau điện phân có thể chứa: A. H2SO4 B. NaOH C. H2SO4 hoặc NaOH D. Kết quả khác Câu 4. Khi điện phân dung dịch CuSO4, ở anot xảy ra quá trình: H2O – 2e ½O2 + 2H+ . Vậy anot được làm bằng: A. Zn B. Cu C. Pt D. Fe Câu 5. Khi điện phân dung dịch CuSO4, ở anot xảy ra quá trình: Cu – 2e Cu2+ . Vậy anot được làm bằng: A. Zn B. Cu C. Pt D. Fe Câu 6. Chọn các phương trình phản ứng điện phân đúng: 1.

2MCln

®pnc

3.

2MOH

®pnc

®pdd

2M + nCl2

2.

2AgNO3 + H2O

2M + H2 + O2

4.

®pdd 2NaCl + 2H2O cã mµng ng¨n H2 + Cl2 + 2NaOH

2Ag + 1/2O2 + 2HNO3

A. 1, 2, 3 B. 2, 3, 4 C. 1, 2, 4 D. 1, 3, 4 Câu 7. Điện phân các dung dịch chứa các chất tan sau đây với điện cực trơ, màng ngăn xốp: 1. KCl; 2. KNO3; 3. CuSO4; 4. CuCl2; 5. Na2SO4; 6. ZnSO4; 7. CH3COONa; 8. AgNO3. Sau điện phân, dung dịch nào có môi trường axit? A.1, 3, 4, 5 B. 2, 4, 6, 8 C.3, 4, 6, 8 D. 4, 6, 7, 8 Câu 8. Điện phân các dung dịch chứa các chất tan sau đây với điện cực trơ, màng ngăn xốp: 1. KCl; 2. KNO3; 3. CuSO4; 4. CuCl2; 5. Na2CO3; 6. ZnSO4; 7. CH3COONa; 8. NaOH. Sau điện phân, dung dịch nào có môi trường bazơ? A. 1, 4, 6, 8 B. 1, 5, 7, 8 C.2, 4, 6, 8 D. 3, 5, 6, 7 Câu 9. Khi điện phân (có màng ngăn) dung dịch gồm NaCl, HCl. Sau một thời gian xác định, người ta có thể thấy các trường hợp sau đây: A. Dung dịch thu được làm quỳ tím hóa đỏ. B. Dung dịch thu được làm quỳ tím hóa xanh. C. Dung dịch thu được không làm đổi màu quỳ tím. Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--26--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

D. A, B, C đúng. Câu 10. Muốn thu được clorua vôi, ta có thể điện phân: A. Dung dịch NaCl có màng ngăn, điện cực trơ. B. Dung dịch CaCl2 có màng ngăn, điện cực trơ. C. Dung dịch NaCl không có màng ngăn, điện cực trơ. D. Dung dịch CaCl2 không có màng ngăn, điện cực trơ. Câu 11. Muốn thu được nước Javen, ta có thể điện phân: A. Dung dịch NaCl có màng ngăn, điện cực trơ. B. Dung dịch CaCl2 có màng ngăn, điện cực trơ. C. Dung dịch NaCl không có màng ngăn, điện cực trơ. D. Dung dịch CaCl2 không có màng ngăn, điện cực trơ. Câu 12. Hiện tượng anot tan có thể ứng dụng trong lĩnh vực: A. xi mạ điện B. tách kim loại C. tinh chế kim loại D. cả A, B, C + 3+ 2+ Câu 13. Một dung dịch có chứa các ion: Na , Al , Fe , Fe3+, Cl-, NO3-, SO42-, CH3COO-, các ion sẽ bị phóng điện tại các điện cực khi điện phân dung dịch bao gồm: A. Fe2+, Fe3+, Cl-, SO42B. Al3+, Fe2+, NO3-, SO42C. Fe2+, Fe3+, Cl-, CH3COOD. Na+, Al3+, Cl-, NO3Câu 14. Điện phân (điện cực trơ, có màng ngăn) một dung dịch có chứa các ion Fe2+, Fe3+, Cu2+ thì thứ tự phóng điện của các ion ở catot là: A. Fe2+, Fe3+, Cu2+ B. Fe+3, Cu2+, Fe2+ C. Cu2+, Fe3+, Fe2+ D. Cu2+, Fe2+, Fe3+ Câu 15. Điện phân (điện cực trơ, có màng ngăn) một dung dịch có chứa các ion F -, Cl-, Br-, OHthì thứ tự phóng điện của các ion ở anot là: A. F-, Cl-, BrB. Br-, Cl-, FC. OH-, Cl-, BrD. Br-, Cl-, OHCâu 16. Điện phân một dung dịch hỗn hợp gồm HCl, NaCl, CuCl2 với điện cực trơ, có màng ngăn. Kết luận nào sau đây không đúng? A. Thứ tự điện phân là: CuCl2, HCl, NaCl, H2O. B. Trong quá trình điện phân CuCl2, pH không đổi. C. Trong quá trình điện phân HCl, pH giảm. D. Trong quá trình điện phân H2O, pH tăng. Câu 17. Điện phân 400 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với dòng điện 10 A trong thời gian t, thấy có 224 ml khí (đktc) thoát ra ở anot. Biết rằng điện cực trơ và hiệu suất điện phân 100%. Độ tăng khối lượng catot là: A. 1,28 gam B. 0,32 gam C. 0,64 gam D. 3,2 gam Câu 18. Mắc nối tiếp bình 1 chứa dung dịch KCl với bình 2 chứa dung dịch CuSO4. Sau một thời gian điện phân thấy catot bình 2 có 16 gam kim loại bám vào và ở anot bình 1 chỉ thu được một loại khí X. Hỏi thể tích khí X (đktc) đến thời diểm đó là bao nhiêu? A. 0,0672 lít B. 0,056 lít C. 0,112 lít D. 0,224 lít Câu 19. Mắc song song bình 1 chứa dung dịch NaCl với bình 2 chứa dung dịch AgNO3. Tiến hành điện phân với dòng điện cường độ 19,3 A trong thời gian 25 phút; thấy khối lượng catot bình 2 tăng 21,6 gam và ở anot bình 1 chỉ thu được một loại khí X. Hỏi thể tích khí X (đktc) đến thời diểm đó là bao nhiêu? A. 1,12 lít B. 2,24 lít C. 3,36 lít D. 4,48 lít Câu 20. Điện phân 400 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với dòng điện 10 A trong thời gian t, thấy có 224 ml khí (đktc) thoát ra ở anot. Biết rằng điện cực trơ và hiệu suất điện phân 100%. Thời gian điện phân t là: A. 4 ph 15 giây B. 6 ph 15 giây C. 2 ph 30 giây D. 6 ph 26 giây Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--27--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Câu 21. Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa 0,04 mol AgNO3 và 0,05 mol Cu(NO3)2 với điện cực trơ, dòng điện 5 A trong 32 phút 10 giây. Khối lượng kim loại bám vào catot là: A. 3,24 gam B. 6,24 gam C. 3,2 gam D. 7,52 gam Câu 22. Hòa tan 12,5 gam CuSO4.5H2O vào một lượng dung dịch HCl được 100 ml dung dịch X. Điện phân dung dịch X (điện cực trơ) với dòng điện 5 A trong thời gian 386 giây. Nồng độ mol/lít của muối trong dung dịch sau điện phân là (xem thể tích dung dịch không đổi): A. 0,15 M B. 0,2 M C. 0,4 M D. 0,6 M Câu 23. Hòa tan 50 gam CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M được dung dịch X. Điện phân dung dịch X (điện cực trơ) với dòng điện 1,34 A trong thời gian 4 giờ. Hiệu suất điện phân 100%. Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí (đktc) thoát ra ở anot lần lượt là: A. 3,2 gam; 0,896 lítB. 9,6 gam; 2,688 lít C. 12,8 gam; 3,584 lít D. 6,4 gam; 1,792 lít Câu 24. Điện phân 200 ml dung dịch NaCl 2 M (d = 1,1 g/ml) với điện cực bằng than chì, có màng ngăn xốp; dung dịch luôn được khuấy đều. Khi ở catot thoáy ra 22,4 lít ở điều kiện 20 oC, 1 atm thì ngừng điện phân. Nồng độ phần trăm của NaOH trong dung dịch sau điện phân là: A. 4,16% B. 12,68% C. 8,32% D. 16,64% Câu 25. Có 400 ml dung dịch chứa HCl và KCl, đem điện phân trong bình có màng ngăn với cường độ dòng điện là 9,65 A trong 20 phút thì dung dịch cuối cùng chứa một chất tan, có pH = 13. Tại anot chỉ thu được một loại khí. Nồng độ mol/l của HCl và KCl trong dung dịch ban đầu lần lượt là: A. 0,1 và 0,05 M B. 0,2 và 0,2 M C. 0,3 và 0,15 M D. 0,2 và 0,1 M

NHIỆT PHÂN A.KIẾN THỨC CƠ BẢN. I. Định nghĩa. Là phản ứng phân huỷ phân tử một chất thành nhiều phân tử chất khác dưới tác dụng của nhiệt độ. Hợp chất càng bền thì nhiệt độ phân huỷ càng cao. II. Một số phản ứng nhiệt phân quan trọng. 1. Nhiệt phân muối. Loại muối

Kim loại trong dãy HĐHH Trước Mg

Nitrat

Từ Mg đến Cu

Cacbonat

Sau Cu Kim loại kiếm Cu và kim loại trước Cu

Hiđro cacbonat Sunfat

Amoni

Sản phẩm M(NO2)n + O2

Ví dụ t 2NaNO3  NaNO2 + O2 0

t Oxit kim loại + NO2 + O2 2Cu(NO3)2  2CuO+4NO2+O2 0 t Kim loại + NO2 + O2 2AgNO3  Ag+2NO2+O2 Bến với nhiệt độ t0 Oxit kim loại + CO2 CaCO3  CaO + CO2 0

Kim loại sau Cu

Kim loại + CO2 + O2

Các kim loại

Cacbonat + CO2 + H2O

K, Na, Ba Từ Mg đến Cu

Bền với nhiệt độ Oxit kim loại + SO2 + O2

t 4FeSO4  2Fe2O3+4SO2+O2

Sau Cu

Kim loại + SO2 + O2

t Ag2SO4  2Ag+SO2+O2

Loại muối Của axit dẽ bay hơi Của axit có tính oxi hoá mạnh

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

Sản phẩm Axit tạo muối + NH3 NH3 tạo ra bị axit oxi hoá tiếp tạo thành N2O hoặc N2

--28--

t 2Ag2CO3  4Ag+2CO2+O2 0

t  CaCO3+ CO2 0

Ca(HCO3)2

+ H2O

0

0

Ví dụ NH4Cl  HCl + NH3 t0

C   N2O + 2H2O NH4NO3 250 0


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n C NH4NO3 400   2N2 + O2+2H2O 0

,MnO2 2KClO3 t   2KCl + 3O2 0

Của oxaxit Halogen M(XOm)n ( X là Halogen trừ F )

MXn + O2 ( Muố i Halogen + O2 )

t Ca(ClO2)2  CaCl2 +3O2 0

* Loại muối các oxaxit chứa nguyên tố có hoá trị cao bị nhiệt phân luôn có O2. t 2KMnO4  K2MnO4 + MnO2 + O2 t 4K2Cr2O7  4K2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 2. Nhiệt phân hiđroxit kim loại. * Hiđroxit của kim loại không tan trong nước. t 2M(OH)n  M2On + nH2O t Ví dụ: Mg(OH)2  MgO + H2O Chú ý: Các hiđroxit tan được trong nước không bị nhiệt phân hoặc rất khó bị nhiệt phân t Ví dụ: NaOH  Không bị nhiệ t phân * Nhiệt phân trong không khí ( hoặc gốc axit có tính oxi hoá ), số oxi hoá của kim loại có thể tăng. t Ví dụ: 4Fe(OH)2 + O2  2Fe2O3 + 4H2O t 4Fe(NO3)2  2Fe2O3 + 8NO2 + O2 B. Bµi tËp vËn dông . Loại 1: Bài tập lý thuyết. Bài 1: a> Thế nào là sự nhiệt phân một hợp chất hoá học? Sự nhiêt phân có phải là một quá trình oxi hoá khử không? Nêu ví dụ ? b> Viết phương trình phản ứng nhiệt phân các chất sau: M(OH)n, M2(CO3)n, M(NO3)n, M2(SO4)n ( Sản phẩm tạo thành là oxit kim loại ). c> Viết phương trình phản ứng nhiệt phân các chất sau: NaHCO3; Mg(HCO3)2; Na2SO4.10H2O; FeSO4 ( tạo SO2, O2, oxit sắ t ). d> Viết phương trình phản ứng nhiệt phân các chất sau: (NH4)2CO3; Ba(HCO3)2 ; AgNO3; KNO3; Fe(NO3)3; (NH4)3PO4 . Hướ ng dẫ n. a> Là quá trình phân tích mộ t chấ t thành hai hay nhiề u chấ t khác dưới tác dụng của nhiệt độ. Sự nhiệ t phân có thể là quá trình oxi hoá khử mà cũ ng có thể không phả i là quá trình oxi hoá khử . t Ví dụ : Mg(OH)2  MgO + H2O ( Không phải là quá trình oxi hoá khử ) t 4Fe(NO3)2  2Fe2O3 + 8NO2 + O2 ( Là quá trình oxi hoá khử ) t b> 2M(OH)n  M2On + nH2O t M2(CO3)n  M2On + CO2 0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

t 2M(NO3)n  M2On + 2nNO2 + 0

t M2(SO4)n  M2On + nSO2 + 0

c>

n O2 2

n O2 2

t 2NaHCO3  Na2CO3 + CO2 + H2O t Mg(HCO3)2  MgCO3 + CO2 + H2O 0

0

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--29--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Na2SO4.10H2O  Na2SO4 + 10H2O t 4FeSO4  2Fe2O3 + 4SO2 + O2 t d> (NH4)2CO3  2NH3 + CO2 + H2O t Ba(HCO3)2  BaCO3 + CO2 + H2O t BaCO3  BaO + CO2 t AgNO3  Ag + 2NO2 + O2 t 2KNO3  2KNO2 + O2 t 4Fe(NO3)3  2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2 t 2(NH4)3PO4  6NH3 + 2HPO3 + 2H2O Bài 2: Trong một chén sứ A, B, C đựng một muối nitrat. Nung các chén ở nhiệt độ cao trong không khí tới khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau đó làm nguội thấy: * Trong A không còn lại dấu vết gì? * Cho dung dịch HCl vào B thấy thoát ra khí không màu ( hoá nâu trong không khí ). * Trong C còn lại chất rắn màu nâu. Hãy xác định muối nitrat có trong mỗi chén trên? Hướ ng dẫ n. * Trong chén A không còn dấu vết gì ? chứng tỏ các muối nitrat bị nhiệt phân hoàn toàn và sản phẩm bay hơi hết. Vậy trong chén A có thể có: t NH4NO3  N2O + 2H2O t Hg(NO3)2  Hg + 2NO2 + O2 t Muối nitrat hữu cơ: (CH3NH3)NO3 + O2  CO2 + 3H2O + N2 * Trong chén B phải là chứa muối nitrat của kim loại kiềm vì nó chuyển muối nitrat thành muối nitrit. t 2NaNO3  2NaNO2 + O2 NaNO2 + HCl   NaCl + HNO2 3HNO2   HNO3 + 2NO + H2O 2NO + O2   2NO2 * Trong chén C còn lại một chất màu đỏ nâu chứng tỏ đó là muối Fe2O3. Vậy trong muối ban đầu có thể là muối sắt (II) hoặc sắt (III) nitrat. t 4Fe(NO3)2  2Fe2O3 + 8NO2+ O2 t 4Fe(NO3)3  2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2 Loại 2: Bài tập vận dụng . Bài 1: Nhiện phân hoàn toàn 9,4 gam muối nitrat của kim loại R thì chỉ còn lại chất rắn có khối lượng 4g . Xác định muối nitrat đem nhiệt phân là muối của kim loại gì? Hướng dẫn. Gọi công thức của muối nitrat là : R(NO3)n ( n là hoá trị của kim loại R ). Trường hợp 1: R là kim loại đứng trước Mg trong dãy điện hoá. Phương trình nhiệt phân. t0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

t R(NO3)n  R(NO2)n + 0

Ta có:

mR ( NO3 ) n mR ( NO2 ) n

=

M R  62n 9,4 =  MR < 0 4 M R  46n

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

n O2 2

( loại ) --30--

(1)


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Trường hợp 2: R là kim loại từ Mg đến Cu trong dãy điện hoá. Phương trình nhiệt phân. t 2R(NO3)n  R2On + 2nNO2 + 0

Ta có:

mR ( NO3 ) n m R2On

=

n O2 2

(2)

2 x( M R  62n) 9,4 =  MR = 32n 4 2 x( M R  16n)

 n = 2 ; MR = 64 ( R là Cu ) thoã mãn Vậy muối nitrat cần tìm là Cu(NO3)2 Trường hợp 3: R là kim loại đứng sau Cu trong dãy điện hoá. Phương trình nhiệt phân. t R(NO3)n  R + nNO2 + 0

Ta có:

m R ( NO3 ) n mR

=

n O2 2

M R  62n 9,4 =  MR = 45,92n 4 MR

(3)

( loại )

Bài 2: Cho 21,52g hỗn hợp A gồm kim loại R và muồi nitrat của kim loại đó vào bình kín ( không chứa không khí ) rồi nung bình đến nhiệt độ cao để phản ứng xảy ra hoàn toàn , sản phẩm là oxit RO . Chia chất rắn trong bình sau phản ứng làm hai phần bằng nhau: Phần 1: Phản ứng hết với 2/3 lít dung dịch HNO3 0,38M có khí NO bay ra. Phần 2: Phản ứng hết với 0,3 lít dung dịch H2SO4 0,2M ( loãng ) được dung dịch B . Xác định khối lượng nguyên tử và gọi tên kim loại R. Hướng dẫn. Phương trình phản ứng. t R(NO3)2  R + 2NO2 + 0

1 O2 2

(1)

a a 2a 0,5a (mol) t R + ½ O2  RO (2) a 0,5a a (mol) Chất rắn còn lại tác dụng với HNO3 có khí NO bay ra chứng tỏ trong chất rắn thu được phải gồm có cả oxit kim loại RO và ki loại R còn dư. Gọi a là số mol của muối nitrat nhiệt phân. Phần 1: Gọi số mol R và RO trong mỗi phần là x, y . 3R + 8HNO3  (3)  3R(NO3)2 + 2NO + 4H2O x 8/3x 2/3x RO + 2HNO3  (4)  R(NO3)2 + H2O y 2y 0

Từ (3) và (4) ta có : nHNO 3 =

8 x 3

+ 2y = 2/3.0,38 =

0,76 (I) 3

Phần 2: Vì H2SO4 loãng có thể phản ứng với kim loại R hay không phản ứng nên ta phải xét hai trường hợp. Trường hợp 1: R là kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hoá học. R + H2SO4  (5)  RSO4 + H2 x x x x RO + H2SO4  (6)  RSO4 + H2O y y y Từ (5) và (6) ta có : n H SO = x + y = 0,3.0,2 = 0,06 mol (II) 2

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

4

--31--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

Giải hệ: (I), (II) ta có: x = 0,2 mol; y < 0 ( loại ) Trường hợp 2: R là kim loại đứng sau H trong dãy hoạt động hoá học. Chỉ có phản ứng (6) không có phản ứng (5). Từ (6) ta có: n H SO = y = 0,3.0,2 = 0,06 mol  x = 0,05 mol. Vậy toàn bộ lượng chất rắn còn lại sau khi nung hỗn hợp (A) gồm: nR dư = 2.0,05 = 0,1 mol và nRO = 2.0,06 = 0,12 mol. Vì bình kín ( không chứa không khí ) nên O2 tham gia phản ứng (2) chính là O2 sinh ra ở phản ứng (1). Do vậy ta có : 2a = 0,12 mol  a = 0,06 mol.  nR ban đầu = a + 0,1 = 0,06 + 0,1 = 0,16 mol.  m hỗn hợp = 0,16.MR + 0,06.(MR + 2.62) = 21,52 g  MR = 64 . Vậy R là Cu. Bài 3: Nhiệt phân hoàn toàn 27,3g hỗn hợp NaNO3 và Cu(NO3)2 . Hỗn hợp khí thoát ra được dẫn vào 89,2 ml nước thì còn dư 1,12 lít khí (đktc) không bị hấp thụ ( lượng oxi hoà tan không đáng kể ). a> Tính khối lượng mỗi muối trong hỗn hợp đầu. b> Tính nồng độ % của dung dịch axit. Hướng dẫn. Phương trình phản ứng. t 2NaNO3  2NaNO2 + O2 (1) x x 0,5x t Cu(NO3)2  CuO + 2NO2 + ½ O2 (2) y y 2y 0,5y t 2NO2 + ½ O2 + H2O  2HNO3 (3) 2y 0,5y a> Nhận thấy, khí còn dư chính là O2. Từ (1), (2), (3) ta có: n NaNO = 2n O dư= x = 0,1 mol. Vậy m NaNO = 0,1.85 = 8,5 g và m Cu ( NO ) = 27,3 – 8,5 = 18,8 g 2

4

0

0

0

2

3

3 2

3

b> n HNO = n NO = 2n Cu ( NO ) = 2. 3 2

2

3

18,8 = 0,2 mol 188

mdd HNO = m NO + m O + m H O = 0,2.46 + 0,05.32 + 89,2 = 100 g 2

3

Vậy

C% HNO

3

2

2

0,2.63 = .100% = 12,6 % 100

Bài tập. Bài 1: Nhiệt phân hoàn toàn 3,78g muối nitrat của kim loại R hoá trị II thu được chất rắn A và một hỗn hợp khí B. Chất A phản ứng vừa đủ với 7,3g dung dịch HCl 20% tạo muối. a> Xác định R và công thức muối nitrat của nó. b> Tính % theo thể tích của các khí trong hỗn hợp khí B. c> Cho hỗn hợp khí B tác dụng với 20ml H2O. Tính C% dung dịch thu được . Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Đáp số: a> Zn(NO3)2 b> %V NO = 80%; %Vm O = 20% c> C% HNO = 11,372 % Bài 2: Nung 31,1g hỗn hợp CaCO3 và Ca(OH)2 . Sản phẩm khí thu được cho qua dung dịch NaOH có khối lượng 90g thí tác dụng hết , được dung dịch A với nồng độ 16,55%. Dung dịch A 2

2

3

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--32--


Tr-êng thpt hËu léc 2

«n thi ®¹i häc chuyªn ®Ò ®iÖn ph©n

tác dụng được với một chất của hỗn hợp đầu và tạo thành hai muối . Tính thành phần % theo khối lượng của các chất trong hỗn hợp đầu. (Đề thi tuyển sinh Đại Học Y Dược Tp.HCM – 1993 ) Đáp số: %m CaCO = 76%; %m Ca (OH ) = 24%. Bài 3:Nung nóng 8,64g hỗn hợp A gòm KNO 3, KClO3 và KMnO4 thì thu được 1232ml khí oxi . Mặt khác cũng 8,64g hỗn hợp A tác dụng với dung dịch HCl đặc , dư thì thu được 2464ml khí clo. Các thể tích khí đều đo ở đktc . Xác định thành phần % theo khối lượng của hỗn hợp muối A. Đáp số: %m KNO =35,07% ; %m KClO = 28,35% ; %m KMnO = 36,58% Bài 4: Cho hỗn hợp A gồm NaCl, NaHCO3 và NH4HCO3 . Nung nóng 36,4g hỗn hợp này đến khối lượng không đổi thu được 22,3g chất rắn B. Cho B tác dụng với duing dịch HCl dư thì thoát ra 2,24 lít khí ( đktc ) và dung dịch D. Cô cạn dung dịch D thu được chất rắn E. a> Xác định tên và khối lượng chất rắn E. c> Tính khối lượng mỗi muối có trong hỗn hợp A ban đầu. Đáp số: a> E là NaCl có khối lượng 24 g b> 16,8g NaHCO3; 11,7g NaCl ; 7,9g NH4HCO3 Bài 5: Trong phòng thí nghiệm oxi được điều chế bằng cách nhiệt phân kaliclorat hoặc kali pemanganat. a> Viết phương trình phản ứng xảy ra và cho biết hai phương trình phản ứng đó thuộc loại gì . b> Từ 1 g mỗi hoá chất ban đầu , phản ứng nào sẽ cho oxi nhiều hơn ( nếu hiệu suất như nhau ). Đáp số: a> Phản ứng oxi hoá - khử. b> KClO3 nhiều hơn Bài 6: Nhiệt phân 12,25g KClO3 một thời gian được 0,672 lít khí A ( đktc ) và hỗn hợp rắn B. Hoà tan hoàn toàn chất rắn B vào nước rồi cho tác dụng với AgNO 3 dư được 4,305g kết tủa. Tính % khối lượng các chất trong hỗn hợp rắn B, biết sự nhiệt phân KClO3 xảy ra theo hai phương trình sau: t KClO3  KCl + O2 t KClO3  KCl + KClO4 Đáp số: 36,8% KClO4 ; 18,8% KCl ; 43,4% KClO3 Bài 7: Nhiệt phân hoàn toàn 83,68 hõn hợp A gồm 5 muối KClO3 , Ca(ClO3)2 , Ca(ClO)2 , CaCl2 , và KCl thu được chất rắn B gồm CaCl2, KCl và một thể tích O2 vừa đủ oxi hoá SO2 thành SO3 để điều chế 191,1 g dung dịch H2SO4 80% . Cho chất rắn B tác dụng với 360 ml dung dịch K 2CO3 0,5M ( vừa đủ ) thu được kết tủa C và dung dịch D. Lượng KCl trong dung dịch D nhiều gấp 22/3 lần lượng KCl có trong A. a> Tính khối lượng kết tủa C. b> Tính % khối lượng của KClO3 trong A. Đáp số: a> mC = 18 g b> %m KClO = 58,55% 3

2

3

3

0

0

3

Thầy giáo: Mai Tiến Dũng

--33--

4

CHUYÊN ĐỀ NHIỆT PHÂN ĐIỆN PHÂN TRƯỜNG THPT HẬU LỘC 2 NH 2017-2018  

LINK DOCS.GOOGLE: https://drive.google.com/file/d/0B_NNtKpVZTUYX3FPUHVCam9Wdmc/view?usp=sharing

CHUYÊN ĐỀ NHIỆT PHÂN ĐIỆN PHÂN TRƯỜNG THPT HẬU LỘC 2 NH 2017-2018  

LINK DOCS.GOOGLE: https://drive.google.com/file/d/0B_NNtKpVZTUYX3FPUHVCam9Wdmc/view?usp=sharing

Advertisement