A. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Quá trình oxi hóa/khử xảy ra ở mỗi điện cực trơ trong quá trình điện phân dung dịch chất điện li trong nước và thứ tự ưu tiên:
- Tại catot (cực âm) xảy ra quá trình khử: Mn+, H+ (axit), H2O theo quy tắc:
+ Các ion kim loại từ Al3+ trở về đầu dãy trong dãy điện hóa không bị khử. Các ion kim loại khác và ion H+ (axit) bị khử theo đúng thứ tự ion có tính oxi hóa mạnh hơn trong dãy điện hóa bị khử trước.
+ H2O bị khử sau cùng.
\({M^{n + }} + ne \to M\)
\(2{H_2}O + 2e \to {H_2} + 2O{H^ - }\)
- Tại anot (cực dương) xảy ra quá trình oxi hóa: anion gốc axit, OH- (bazơ kiềm), H2O theo quy tắc:
+ Các anion gốc axit có oxi như: \(NO_3^ - ,SO_4^{2 - },...\) không bị oxi hóa.
+ Các trường hợp khác thường gặp bị oxi hóa theo thứ tự
\({S^{2 - }} > {I^ - } > B{r^ - } > C{l^ - } > O{H^ - } > {H_2}O\)
\(2C{l^ - } \to C{l_2} + 2e\)
\(2{H_2}O \to {O_2} + 4{H^ + } + 4e\)
Lưu ý khi làm bài tập điện phân dung dịch:
- Cần xác định đúng thứ tự chất/ion bị oxi hóa/khử ở mỗi điện cực.
- Áp dụng linh hoạt các phương pháp/định luật: bảo toàn electron, tăng giảm khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng,… để giải bài tập.
- Có thể tính lượng chất thu được ở các điện cực dựa vào công thức biểu diễn định luật Farađây:
\(m = \frac{{AIt}}{{nF}}\)
Trong đó
m: Khối lượng chất thu được ở điện cực (gam).
A: Khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực.
n: Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận.
I: Cường độ dòng điện (ampe).
t: Thời gian điện phân (giây).
F: Hằng số Farađây (F=96500).
B. BÀI TẬP MINH HỌA
Bài 1. Điện phân đến hết 0,1 mol Cu(NO3)2 trong dung dịch với điện cực trơ, thì sau điện phân khối lượng dung dịch đã giảm là
A. 1,6 gam.
B. 6,4 gam.
C. 8,0 gam.
D. 18,8 gam.
Hướng dẫn giải
\(2Cu{\left( {N{O_3}} \right)_2} + 2{H_2}O \to 2Cu + 4HN{O_3} + {O_2}\)
0,1 0,1 0,2 0,05
\({m_{Cu}} = 0,1.64 = 6,4(gam)\)
\({m_{{O_2}}} = 0,05.32 = 1,6(gam)\)
\({m_{{\text{giam}}}} = {m_{Cu}} + {m_{{O_2}}} = 8(gam)\)
Đáp án C.
Bài 2. Điện phân có màng ngăn với điện cực trơ 2 lít dung dịch chứa 0,2 mol CuCl2 và 0,4 mol BaCl2 đến khi được dung dịch có pH = 13 thì ngừng điện phân. Biết thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể trong quá trình điện phân. Thể tích khí (đktc) lần lượt thoát ra ở catot và anot là
A. 6,72 và 2,24 lít.
B. 2,24 và 6,72 lít.
C. 4,48 và 2,24 lít.
D. 2,24 và 4,48 lít.
Hướng dẫn giải
\({n_{CuC{l_2}}} = 0,2mol;\,{n_{BaC{l_2}}} = 0,4mol\)
\(pH = 13 \to \left[ {{H^ + }} \right] = {10^{ - 13}}M \to \left[ {O{H^ - }} \right] = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{{{10}^{ - 13}}}} = 0,1M \to {n_{O{H^ - }}} = 0,2mol.\)
Quá trình điện phân:
Catot (-)
Cu2+, Ba2+, H2O
\(C{u^{2 + }} + 2e \to Cu\)
0,2 0,4 0,2
\(2{H_2}O + 2e \to {H_2} + 2O{H^ - }\)
0,2 0,1 0,2
\( \to {V_{{H_2}}} = 0,1.22,4 = 2,24({\text{lit)}}\)
Anot (+)
\(C{l^ - }\), H2O
\(2C{l^ - } \to C{l_2} + 2e\)
0,3 0,6
\({V_{C{l_2}}} = 0,3.22,4 = 6,72({\text{lit}})\)
Đáp án B.
Bài 3. Điện phân dung dịch gồm 7,45 gam KCl và 28,2 gam Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khi khối lượng dung dịch giảm đi 10,75 gam thì ngừng điện phân (giả thiết lượng nước bay hơi không đáng kể). Tất cả các chất tan trong dung dịch sau điện phân là
A. KNO3 và KOH.
B. KNO3, HNO3 và Cu(NO3)2.
C. KNO3, KCl và KOH.
D. KNO3 và Cu(NO3)2.
Hướng dẫn giải
Ta có \({n_{KCl}} = 0,1mol;{n_{Cu{{(N{O_3})}_2}}} = 0,15mol\)
Cu(NO3)2 + 2KCl → Cu + Cl2 + 2KNO3
0,05 0,1 0,05 0,05
m dung dịch giảm \(= {m_{Cu}} + {m_{C{l_2}}} = 6,75\,\,gam\,\, < \,\,10,75\,\,gam\)
→ Cu(NO3)2 tiếp tục bị điện phân.
\(Cu{\left( {N{O_3}} \right)_2} + {H_2}O \to Cu + \frac{1}{2}{O_2} + 2HN{O_3}\)
m dung dịch giảm = 6,75 + 64a + 16a = 10,75 → a = 0,05
Vậy \({n_{Cu{{\left( {N{O_3}} \right)}_2}}}\) điện phân = 0,1 mol nên Cu(NO3)2 còn dư trong dung dịch sau điện phân.
Các chất tan trong dung dịch sau điện phân là: KNO3, HNO3 và Cu(NO3)2.
Đáp án B
Bài 4: Điện phân hòa toàn 2,22 gam muối clorua kim loại ở trạng thái nóng chảy thu được 448 ml khí (ở đktc) ở anot. Kim loại trong muối là:
A. Na
B. Ca
C. K
D. Mg
Hướng dẫn giải
nCl2 = 0,02
Tại catot: M+n + ne → M
Theo đlbt khối lượng mM = m(muối) – m(Cl2 ) = 2,22 – 0,02.71 = 0,8 gam
Tại anot: 2Cl- → Cl2 + 2e Theo đlbt mol electron ta có nM =0,04/n → M = 20.n → n = 2 và M là Ca (hoặc có thể viết phương trình điện phân MCln →M + n/2Cl2 để tính)
→ đáp án B
Bài 5: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến khi dung dịch NaOH trong bình có nồng độ 25 % thì ngừng điện phân. Thể tích khí (ở đktc) thoát ra ở anot và catot lần lượt là:
A. 149,3 lít và 74,7 lít
B. 156,8 lít và 78,4 lít
C. 78,4 lít và 156,8 lít
D. 74,7 lít và 149,3 lít
Hướng dẫn giải
mNaOH (trước điện phân) = 200 gam
Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước:
H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) → NaOH không đổi
→ m (dung dịch sau điện phân) = 80 gam
→ m (H2O bị điện phân) = 200 – 80 = 120 gam
→ nH2O = 20/3 mol → VO2 = 74,7 lít và VH2 = 149,3 lít
→ đáp án D
Bài 6: Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 ( d = 1,25 g/ml) với điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm 8 gam. Để làm kết tủa hết ion Cu2+ còn lại trong dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M. Nồng độ phần trăm của dung dịch CuSO4 ban đầu là:
A. 12,8 %
B. 9,6 %
C. 10,6 %
D. 11,8 %
Hướng dẫn giải
nH2S = 0,05 mol
- Gọi x là số mol CuSO4 tham gia quá trình điện phân:
CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 (1)
→ m (dung dịch giảm) = m Cu(catot) + m O2 (anot) = 64x + 16x = 8
→ x = 0,1 mol – CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 (2)
→ nH2S = nCuSO4 = 0,05 mol
- Từ (1) và (2) → nCuSO4 (ban đầu) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% = 9,6%
→ đáp án B
Bài 7: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện 9,65A. Tính khối lượng Cu bám vào catot khi thời gian điện phân t1 = 200 s và t2 = 500 s. Biết hiệu suất điện phân là 100 %
A. 0,32 gam và 0,64 gam
B. 0,64 gam và 1,28 gam
C. 0,64 gam và 1,60 gam
D. 0,64 gam và 1,32 gam
Hướng dẫn giải
nCuSO4 = 0,02 = nCu2+
Thời gian cần thiết để điện phân hết Cu2+ là t = 400s → t1 < t < t2
→ Tại t1 có 1/2 số mol Cu2+ bị điện phân
→ m1 = 0,01.64 = 0,64 gam và tại t2 Cu2+ đã bị điện phân hết → m2 = 1,28 gam
→ đáp án B
Bài 8: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1A. Khi thấy ở catot bắt đầu có bọt khí thoát ra thì dừng điện phân. Để trung hòa dung dịch thu được sau khi điện phân cần dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,1M. Thời gian điện phân và nồng độ mol của dung dịch CuSO4 ban đầu là:
A. 965 s và 0,025 M
B. 1930 s và 0,05 M
C. 965 s và 0,05 M
D. 1930 s và 0,025 M
Hướng dẫn giải
nNaOH = 0,01 mol
- Khi ở catot bắt đầu có bọt khí (H2) thoát ra chứng tỏ CuSO4 đã bị điện phân hết theo phương trình:
CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4
- nNaOH = nOH– = 0,01 mol → nH2SO4 = 0,5.nH+ = 0,5.nOH- = 0,005 (mol)
→ nCu = nCuSO4 = 0,005 (mol)
→ t = 965 s và CM(CuSO ) =0,025 M (hoặc có thể dựa vào các phản ứng thu hoặc nhường electron ở điện cực để tính)
→ đáp án A
Bài 9: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 = 0,1 M và Cu(NO3 )2 0,2 M với điện cực trơ và cường độ dòng điện bằng 5A. Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khô thấy tăng m gam. Giá trị của m là:
A. 5,16 gam
B. 1,72 gam
C. 2,58 gam
D. 3,44 gam
Hướng dẫn giải
nAg+ = 0,02 mol ; nCu2+ = 0,04 mol
- Ta có ne = mol
- Thứ tự các ion bị khử tại catot
Ag+ + 1e → Ag (1) → sau (1) còn 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron
Cu2+ + 2e → Cu (2) → sau (2) còn dư 0,02 mol
Cu2+ m (catot tăng) = m (kim loại bám vào) = 0,02.(108 + 64) = 3,44 gam
→ đáp án D
Bài 10: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu được dung dịch X. Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện 1,34A trong 4 giờ. Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (ở đktc) lần lượt là (Biết hiệu suất điện phân là 100 %):
A. 6,4 gam và 1,792 lít
B. 10,8 gam và 1,344 lít
C. 6,4 gam và 2,016 lít
D. 9,6 gam và 1,792 lít
Hướng dẫn giải
nCuSO4.5H2O = nCuSO4 = 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol
- Ta có ne = 0,2mol
- Thứ tự điện phân tại catot và anot là:
Tại catot: Cu2+ + 2e → Cu → Cu2+ chưa bị điện phân hết → m (kim loại ở catot) = 0,1.64 = 6,4 gam
Tại anot: 2Cl- → Cl2 + 2e → ne (do Cl– nhường) = 0,12 < 0,2 mol
→ tại anot Cl– đã bị điện phân hết đến nước bị điện phân
→ ne (do H2O nhường) = 0,2 – 0,12 = 0,08 mol
2H2O → O2 + 4H+ + 4e →V (khí thoát ra ở anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → đáp án A
Bài 11: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 và AgNO3, để điện phân hết ion kim loại trong dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A trong 4 giờ. Sau khi điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám ở catot. Nồng độ mol của Cu(NO3)2 và AgNO3 trong hỗn hợp đầu lần lượt là:
A. 0,2 M và 0,1 M
B. 0,1 M và 0,2 M
C. 0,2 M và 0,2 M
D. 0,1 M và 0,1 M
Hướng dẫn giải
- Ta có ne = 0,06mol - Tại catot: Ag+ + 1e → Ag
Ta có hệ phương trình: 2x+y=0,06 và 64x + 108y =3,44→x=0,02 mol, y=0,02 mol
Cu2+ + 2e → Cu → CM Cu(NO3)2 = 0,1M, CM AgNO3 = 0,1 M
→ đáp án D
Bài 12: Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H2O vào nước được dung dịch X. Điện phân dung dịch X với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1,93A. Nếu thời gian điện phân là t (s) thì thu được kim loại M ở catot và 156,8 ml khí tại anot. Nếu thời gian điện phân là 2t (s) thì thu được 537,6 ml khí . Biết thể tích các khí đo ở đktc. Kim loại M và thời gian t lần lượt là:
A. Ni và 1400 s
B. Cu và 2800 s
C. Ni và 2800 s
D. Cu và 1400 s
Hướng dẫn giải
Gọi nMSO4 = nM2+ = x mol
M2+ + 2e → M 2H2O + 2e → H2 +2OH- 2 H2O → 4H+ + 4e + O2
x 2x x 0,02 0,01 0,056 0,014
2x + 0,02 =0,056 → x= 0,018→ M= 64 (Cu), t = 1400s
→ Đáp án D
Bài 13: Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl2 và bình (2) chứa dung dịch AgNO3. Sau 3 phút 13 giây thì ở catot bình (1) thu được 1,6 gam kim loại còn ở catot bình (2) thu được 5,4 gam kim loại. Cả hai bình đều không thấy khí ở catot thoát ra. Kim loại M là:
A. Zn
B. Cu
C. Ni
D. Pb
Hướng dẫn giải
- Do hai bình mắc nối tiếp nên ta có: Q = I.t = 1,6.2.F/M =5,4.1/108→ M = 64 → Cu
→ Đáp án B
Bài 14: Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100 %) thu được m kg Al ở catot và 67,2 m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 16. Lấy 2,24 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa. Giá trị của m là:
A. 54,0 kg
B. 75,6 kg
C. 67,5 kg
D. 108,0 kg
Hướng dẫn giải
Al2O3→ 4Al + 3O2 (1) ; C + O2 →CO2 (2) ; 2C + O2 →2CO (3)
- Do X = 32 → hỗn hợp X có CO2 ; CO (x mol) và O2 dư (y mol)
2,24 lít X + Ca(OH)2 dư → 0,02 mol kết tủa = nCO2
→ trong 67,2 m3 X có 0,6 CO2
- Ta có hệ phương trình: và 0,6 + x + y = 3 → x = 1,8 và y = 0,6 Từ (1) ; (2) ; (3) → mAl = 75,6kg
→ đáp án B
C. LUYỆN TẬP
Câu 1: Điện phân hòa toàn 2,22 gam muối clorua kim loại ở trạng thái nóng chảy thu được 448 ml khí (ở đktc) ở anot. Kim loại trong muối là:
A. Na
B. Ca
C. K
D. Mg
Câu 2: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến khi dung dịch NaOH trong bình có nồng độ 25 % thì ngừng điện phân. Thể tích khí (ở đktc) thoát ra ở anot và catot lần lượt là:
A. 149,3 lít và 74,7 lít
B. 156,8 lít và 78,4 lít
C. 78,4 lít và 156,8 lít
D. 74,7 lít và 149,3 lít
Câu 3: Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 ( d = 1,25 g/ml) với điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm 8 gam. Để làm kết tủa hết ion Cu2+ còn lại trong dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M. Nồng độ phần trăm của dung dịch CuSO4 ban đầu là:
A. 12,8 %
B. 9,6 %
C. 10,6 %
D. 11,8 %
Câu 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện 9,65A. Tính khối lượng Cu bám vào catot khi thời gian điện phân t1 = 200 s và t2 = 500 s. Biết hiệu suất điện phân là 100 %
A. 0,32 gam và 0,64 gam
B. 0,64 gam và 1,28 gam
C. 0,64 gam và 1,60 gam
D. 0,64 gam và 1,32 gam
Câu 5: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1A. Khi thấy ở catot bắt đầu có bọt khí thoát ra thì dừng điện phân. Để trung hòa dung dịch thu được sau khi điện phân cần dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,1M. Thời gian điện phân và nồng độ mol của dung dịch CuSO4 ban đầu là:
A. 965 s và 0,025 M
B. 1930 s và 0,05 M
C. 965 s và 0,05 M
D. 1930 s và 0,025 M
Câu 6: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M và Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ và cường độ dòng điện bằng 5A. Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khô thấy tăng m gam. Giá trị của m là:
A. 5,16 gam
B. 1,72 gam
C. 2,58 gam
D. 3,44 gam
Câu 7: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu được dung dịch X. Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện 1,34A trong 4 giờ. Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (ở đktc) lần lượt là (Biết hiệu suất điện phân là 100 %):
A. 6,4 gam và 1,792 lít
B. 10,8 gam và 1,344 lít
C. 6,4 gam và 2,016 lít
D. 9,6 gam và 1,792 lít
Câu 8: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 và AgNO3, để điện phân hết ion kim loại trong dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A trong 4 giờ. Sau khi điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám ở catot. Nồng độ mol của Cu(NO3)2 và AgNO3 trong hỗn hợp đầu lần lượt là:
A. 0,2 M và 0,1 M
B. 0,1 M và 0,2 M
C. 0,2 M và 0,2 M
D. 0,1 M và 0,1 M
Câu 9: Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H2O vào nước được dung dịch X. Điện phân dung dịch X với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1,93A. Nếu thời gian điện phân là t (s) thì thu được kim loại M ở catot và 156,8 ml khí tại anot. Nếu thời gian điện phân là 2t (s) thì thu được 537,6 ml khí . Biết thể tích các khí đo ở đktc. Kim loại M và thời gian t lần lượt là:
A. Ni và 1400 s
B. Cu và 2800 s
C. Ni và 2800 s
D. Cu và 1400 s
Câu 10: Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl2 và bình (2) chứa dung dịch AgNO3. Sau 3 phút 13 giây thì ở catot bình (1) thu được 1,6 gam kim loại còn ở catot bình (2) thu được 5,4 gam kim loại. Cả hai bình đều không thấy khí ở catot thoát ra. Kim loại M là:
A. Zn
B. Cu
C. Ni
D. Pb
Câu 11. Điện phân dung dịch CuSO4 nồng độ 0,5M với điện cực trơ trong thì thu được 1gam Cu. Nếu dùng dòng điện một chiều có cường độ 1A, thì thời gian điện phân tối thiểu là
A. 50 phút 15 giây.
B. 40 phút 15 giây.
C. 0,45 giờ.
D. 0,65 giờ.
Câu 12. Điện phân một dung dịch muối nitrat của một kim loại M hóa trị n với cường độ dòng I = 9,65 A, thời gian điện phân 400 giây thì thấy khối lượng catot tăng 4,32 gam. M là kim loại:
A.Cu
B. Ag
C. Fe
D. Zn
Câu 13. Điện phân 500 ml dung dịch A chứa CuCl2 0,2 M, NaCl 0,1 M với cường độ dòng điện I= 4 A, thời gian t giây đến khi bắt đầu có khí thoát ra ở catot thì dừng lại.Giá trị của t là:
A. 4250 giây
B. 3425 giây
C. 4825 giây
D. 2225 giây
Câu 14. Điện phân 2 lít dung dịch AgNO3 0,03 M một thời gian thu được dung dịch A có pH= 2. Hiệu suất điện phân là: ( coi thể tích dung dịch không đổi)
A. 66,67%
B. 25%
C. 30%
D. 33,33%
Câu 15. Điện phân 1 lít dung dịch Cu(NO3)2 0,2 M đến khi ở catot bắt đầu có khí thoát ra thì dừng lại thu được dung dịch A. Dung dịch A có thể hòa tan được tối đa bao nhiêu gam Fe? ( biết rằng có khí NO duy nhất thoát ra ngoài)
A. 8,4 gam
B. 4,8 gam
C. 5,6 gam
D. 11,2 gam
Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Chuyên đề phân dạng bài tập điện phân dung dịch môn Hóa học 12 năm 2021. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong kì thi sắp tới.
Ngoài ra các em có thể tham khảo thêm một số tư liệu cùng chuyên mục tại đây:
