Lý thuyết và các bài tập cơ bản giải toán điện phân môn Hóa học 12 năm 2021

I. KHÁI NIỆM

 - Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li.

* Lưu ý: 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 electron mà phải truyền qua dây dẫn.

II. QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN XẢY RA TẠI CATOT

 - Tại catot xảy ra quá trình khử cation

Mn+ + ne → M

K  Ca  Na  Mg  Al              Zn  Fe ..... Pt Au

điện phân nóng chảy        điện phân dung dịch

1. Điện phân chất điện li nóng chảy

- Điều chế được hầu hết các kim loại. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ dùng điều chế các kim loại như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al. Vì phương pháp này tốn kém hơn so với phương pháp điện phân dung dịch.

2. Điện phân dung dịch chất điện li trong nước

- Điều chế các kim loại trung bình, yếu (sau Al).

Mn+  +  ne → M 

* Lưu ý: 

 - Nếu điện phân dung dịch mà có các ion K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+ thì nước sẽ tham gia điện phân.

2H2O + 2e → H2 + 2OH– 

- Nếu trong dung dịch có nhiều cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước.

Ví dụ: Điện phân dung dịch mà catot có chứa các ion Na+, Fe2+, Cu2+, Ag+ và Zn2+ thì thứ tự điện phân sẽ là 

  Ag+ +  1e  → Ag 

  Cu2+ + 2e → Cu 

  Fe2+ + 2e → Fe 

  Zn2+ + 2e → Zn 

  2H2O + 2e → H2 + 2OH– 

 - Các ion H+ của axit dễ bị khử hơn các ion H+ của nước

III. QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN XẢY RA TẠI ANOT

 - Tại anot xảy ra quá trình oxi hóa anion

   Xn- → X + ne  

1. Anot trơ (điện cực được làm bằng than chì)

a. Gốc axit không chứa oxi như halogenua X-, sunfua S2- ... thì gốc axit tham gia điện phân

 - Thứ tự anion bị oxi hóa: S2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH– > H2O

b. Gốc axit có chứa oxi NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–… thì nước tham gia điện phân.

    2H2O → O2 + 4H+ + 4e

2. Anot tan: Anot tham gia điện phân được ứng dụng để mạ điện

* Lưu ý:

- 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. 

 + Có thể tham gia vào quá trình điện phân:

 Tại catot (-) H2O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH– 

Tại anot (+) H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 

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

Ví dụ 1: Viết sơ đồ điện phân nóng chảy NaCl 

             Catot ( – )   → NaCl   →  Anot ( + )

2 Na+ + e → Na                  2Cl- → Cl2 + 2e

Phương trình điện phân là:

2NaCl → 2Na + Cl2 

Ví dụ 2: Viết sơ đồ điện phân nóng chảy NaOH

     Catot ( – )  →  NaOH   → Anot ( + )

Na+ + 1e → Na            4OH- → O2 + 2H2O + 4e

Phương trình điện phân là:

4NaOH → 4Na + O2 + 2H2O

Ví dụ 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy pha thêm criolit (Na3AlF6) có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

                Catot ( – )  → Al2O3  →  Anot ( + )

Al3+ + 3e → Al                        2O2- → O2 + 4e

Phương trình điện phân là:

2Al2O3 → 4Al + 3O2

Ví dụ 4: Viết sơ đồ điện phân dung dịch CuCl2

             Catot ( – ) → CuCl2  →  Anot ( + )

Cu2+ + 2e  → Cu                 2Cl-  → Cl2 + 2e

Phương trình điện phân là:

CuCl2  → Cu + Cl2 

Ví dụ 5: Viết sơ đồ điện phân dung dịch NaCl

                       Catot ( – )  →  NaCl   → Anot ( + ) 

                    H2O, Na+          (H2O)        Cl-, H2O 

2H2O + 2e → H2 + 2OH-                        2Cl- → Cl2 + 2e

Phương trình điện phân là:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 

Nếu không có màng ngăn thì: Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O

Nên phương trình điện phân là: NaCl + H2O → NaClO + H2 

Ví dụ 6: Viết sơ đồ điện phân dung dịch CuSO4

               Catot ( – )   → CuSO4  →  Anot ( + ) 

         Cu2+, H2O            (H2O)        H2O, SO42- 

 Cu2+ + 2e → Ni                          2H2O → O2 + 4H+ + 4e

Phương trình điện phân là: 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2 

IV. ĐỊNH LUẬT FARADAY

Khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỉ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và đương lượng của chất

\(m = \frac{{A.I.t}}{{n.F}}\)

Trong đó: 

- m: khối lượng chất giải phóng 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 (A) 

- t: thời gian điện phân (s) 

- F: hằng số Faraday là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng cần thiết để 1 mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F = 1,602.10-19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1) 

Bài 1: Điện phân nóng chảy m gam NaCl, đến khi kết thúc quá trình điện phân thì ở anot thu được 2,24 lít khí (đktc). Xác định giá trị của m

A.11,7 gam

B.5,85gam          

C.23,4gam          

D.8,775gam

Hướng dẫn giải:

Sơ đồ điện phân nóng chảy NaCl

Anot (+)	Catot (-)
2Cl- → Cl2 + 2e  0,2       0,1	2| Na+ + e → Na

→ mNaCl = 0,2*58,5= 11,7 gam

Bài 2: Điện phân dung dịch CuSO4  với cường độ dòng điện I=3,574 A trong thời gian t=5400s. Hãy tính thể tích khí thu được ở catot.

A.1,12 lít             

B.2,24 lít             

C.3,36 lít             

D.4,48 lít

Hướng dẫn giải:

Sơ đồ biểu diễn quá trình điện phân dung dịch CuSO4

Anot (+)	Catot (-)
SO42-, H2O	Cu2+, H2O
2H2O  →  4H+  + O2↑  + 4e                            0,05     0,2	Cu2+  +2e  → Cu            0,2       0,1

Áp dụng đinh luật Faraday

mCu = AIt/nF = 64*3,574*5400/2*96500=6,4 gam

nCu = 0,1 mol

→ VO2=0,05*22,4= 1,12 lít

Bài 3: Hãy xác định phản ứng nào sau đây xảy ra ở catot trong quá trình điện phân?

a. Cu2+(dd) + 2e → Cu(r)

b. Cu(r) → Cu2+(dd) + 2e

c. 2H2O + 2e → H2 +2OH–(dd)

d. 2H2O → O2 + 4H+ + 4e

e. 2Br–(dd) → Br2(dd) + 2e

Hướng dẫn giải:

– Catot( cực âm) là nơi xảy ra sự khử, các cation và phân tử nhận electron ở đây.

⇒ Phản ứng a, c đều xảy ra ở catot

Bài 4: Điện phân một dung dịch chứa anion NO3– và các cation kim loại có cùng nồng độ mol : Cu2+, Ag2+, Pb2+. Hãy cho biết trình tự xảy ra sự khử của các ion kim loại này trên bề mặt catot. Giải thích?

Hướng dẫn giải:

Tính oxi hóa Ag+ > Cu2+ > Pb2+ ⇒ Trình tự xảy ra sự khử ở catot là :

Ag+ + e → Ag

Cu2+ + 2e → Cu

Pb2+ + 2e → Pb

Câu 1: 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 2: Điện phân 100ml dung dịch chứa AgNO₃ 0.1M và Cu(NO₃)₂ 0.1M với cường độ dòng điện I là  1,93A.Tính thời gian điện phân (với hiệu xuất là 100%) để kết tủa hết Ag (t₁),để kết tủa hết Ag và Cu (t₂)

A. t₁ = 500s, t₂ = 1000s        

B. t₁ = 1000s, t₂ = 1500s  

C. t₁ = 500s, t₂ = 1200s   

D. t₁ = 500s,   t2 = 1500s

Câu 3: Điện phân với điện cực trơ dung dịch muối clorua của một kim loại hóa trị II với cường độ dòng điện 3A. Sau 1930 giây, thấy khối lượng catot tăng 1,92 gam. Kim loại trong muối clorua ở trên là kim loại nào dưới đây.

A. Ni                                    

B. Zn                               

C. Fe                               

D. Cu

Câu 4: Điện phân 100 ml dung dịch chứa 2,7 gam muối clorua của kim loại X cho tới khi khí bắt đầu xuất hiện ở catot thì ngừng điện phân thu được 0,228 lít khí ở anot (đo ở đktc). Kim loại đó là:

A. Cu                                   

B. Zn                               

C. Al                               

D. Mg

Câu 5: Điện phân dung dịch X chứa 0,4 mol M(NO₃)₂ và NaNO₃ (với điện cực trơ) trong thời gian 48 phút 15 giây, thu được 11,52 gam kimloại M tại catôt và 2,016 lít khí (đktc) tại anôt.Tên kim loại M và cường độ dòng điện là

A. Fe và 24A                       

B. Zn và 12A                  

C. Ni và 24A                   

D. Cu và 12A

Câu 6: Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa 0,04 mol AgNO₃ và 0,05 mol Cu(NO₃)₂ (điện cực trơ), dòng điện 5A, trong 32 phút 10 giây. Khối lượng kim loại bám vào catot là:

A. 6,24g                               

B. 3,12g                          

C. 6,5g                            

D. 7,24g

Câu 7: Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl₃ 1M , FeCl₂ 2M , CuCl₂ 1M và HCl 2M với điện cực trơ có màng ngăn xốp cường độ dòng điện là 5A trong 2 giờ 40 phút 50 giây ở catot thu được:

A. 5,6 g Fe                           

B. 2,8 g Fe                       

C. 6,4 g Cu                      

D. 4,6 g Cu

Câu 8: Điện phân 400ml Cu(NO₃)₂ 0,5M, HCl 1M bằng điện cực trơ, I = 10A, sau 48,25 phút dừng điện phân, để nguyên điện cực. Sau phản ứng hoàn toàn thì khối lượng Catot tăng là:

A. 1,6 gam                           

B. 6,4 gam                       

C. 4,8 gam                      

D. 0 gam

Câu 9: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO₄ 0,2 M và AgNO₃ 0,1 M.với cường dòng điện I=3,86A. Tính thời gian điện phân để được một khối lượng kim loại bám bên catot là 1,72 gam

A.250s                              

B. 1000s                         

C. 398,15s                        

D. 750s

Câu 10: Điện phân 0,5 lít dung dịch AgNO₃ aM, với I = 2A, sau t giây thấy khối lượng cactot thay đổi 2,16 gam, thu được dung dịch X (không tạo được kết tủa với dung dịch NaCl) và giải phóng V (ml) khí (đktc) ở anot. Giá trị a, t, V lần lượt là:

A. 0,04; 965; 112                  

B. 0,04; 1930; 125,7         

C. 0,04; 1158; 112      

D. 0,02; 965; 168

Câu 11: Điện phân hoàn toàn 200 ml 1 dung dịch chứa 2 muối là Cu(NO₃)₂ và AgNO₃ với I=0,804A, thời gian điện phân là 2giờ, người ta nhận thấy khối lượng cực âm tăng thêm 3,44g. Nồng độ mol của mỗi muối trong dd ban đầu lần lượt là:

A. 0,1M và 0,2M                 

B. 0,1M và  0,1M            

C. 0,1M và 0,15M           

D. 0,15M và 0,2M

Câu 12: 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 và0,2M              

D. 0,1 M và 0,1 M

Câu 13: Tiến hành điện phân hoàn toàn 1 lít dung dịch X chứa Cu(NO₃)₂ a(M) và AgNO₃ b(M) thấy khối lượng catot tăng 16,8 gam và giải phóng 1,344 lít khí (đktc) bên anot. Giá trị a và b lần lượt là:

A. 0,04 và 0,08                    

B. 0,05 và 0,1                 

C. 0,06 và 0,12               

D. 0,08 và 0,12

Câu 14: Điện phân dung dịch chứa muối Halogen của một kim loại và 0,3 mol NaCl, với điện cực trơ, màng ngăn xốp, I = 10A. Sau 40 phút 12,5 giây thấy tổng thể tích khí thu được ở 2 điện cực bằng 3,36 lít (đo ở đktc). Muối trong dung dịch có thể là:

A. KF                                   

B. MgCl₂                         

C. KCl                             

D. CuCl₂

Câu 15: Điện phân 200ml dung dịch A (FeCl₃ xM, CuCl₂ 0,5M) (điện cực trơ) sau t giây thu được 9,2 gam kim loại và V lít khí. V lít khí này vừa đủ để oxi hóa 9,2 gam kim loại trên (kim loại có số oxi hóa cao nhất). Giá trị x là:

A. 0,05M                             

B. 0,25M                         

C. 1M                              

D. 0,5M

 

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Lý thuyết và các bài tập cơ bản giải toán điện phân 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 đề thi này sẽ giúp các em học sinh  ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong kì thi sắp tới.