Phuơng pháp giải bài tập điện phân

Ph ng pháp gi i bài t p v đi n phânươ ả ậ ề ệ
0 Comment Size- Size+ 07/7/2010 Hóa RSS
I – NH C L I LÍ THUY TẮ Ạ Ế
1) Đi n phân ch t đi n li nóng ch yệ ấ ệ ả : áp d ng đ i v i MClụ ố ớ
n
, M(OH)
n
và Al
2
O
3
(M là kim lo i nhóm IA và IIA) ạ
2) Đi n phân dung d ch ch t đi n li trong n cệ ị ấ ệ ướ :
- Vai trò c a n c: tr c h t là dung môi hòa tan các ch t đi n phân, sau đó cóủ ướ ướ ế ấ ệ
th tham gia tr c ti p vào quá trình đi n phân: ể ự ế ệ
+ T i catot (c c âm) Hạ ự
2
O b kh : 2Hị ử
2
O + 2e → H
2
+ 2OH
–

+ T i anot (c c d ng) Hạ ự ươ
2
O b oxi hóa: 2Hị
2
O → O
2
+ 4H

+
+ 4e
- T i catot (c c âm) x y ra quá trình kh Mạ ự ả ử
+
, H
+
(axit), H
2
O theo quy t c: ắ
+ Các cation nhóm IA, IIA, Al
3+
không b kh (khi đó Hị ử
2
O b kh ) ị ử
+ Các ion H
+
(axit) và cation kim lo i khác b kh theo th t trong dãy th đi nạ ị ử ứ ự ế ệ
c c chu n (ion có tính oxi hóa m nh h n b kh tr c): Mự ẩ ạ ơ ị ử ướ
n+
+ ne → M
+ Các ion H
+
(axit) d b kh h n các ion Hễ ị ử ơ
+
(H
2
O)
+ Ví d khi đi n phân dung d ch h n h p ch a FeClụ ệ ị ỗ ợ ứ
3
, CuCl

2
và HCl thì th t cácứ ự
ion b kh là: Feị ử
3+
+ 1e → Fe
2+
; Cu
2+
+ 2e → Cu ; 2H
+
+ 2e → H
2
; Fe
2+
+ 2e → Fe
- T i anot (c c d ng) x y ra quá trình oxi hóa anion g c axit, OHạ ự ươ ả ố
–
(baz ki m),ơ ề
H
2
O theo quy t c: ắ
+ Các anion g c axit có oxi nh NOố ư
3
–, SO
4
2–
, PO
4
3–
, CO

3
2–
, ClO
4
–…không b oxiị
hóa
+ Các tr ng h p khác b oxi hóa theo th t : Sườ ợ ị ứ ự
2–
> I
–
> Br
–
> Cl
–
> RCOO
–
> OH
–
> H
2
O
3) Đ nh lu t Faradayị ậ
m =
Trong đó:
+ m: kh i l ng ch t gi i phóng đi n c c (gam) ố ượ ấ ả ở ệ ự
+ A: kh i l ng mol c a ch t thu đ c đi n c c ố ượ ủ ấ ượ ở ệ ự
+ n: s electron trao đ i đi n c c ố ổ ở ệ ự
+ I: c ng đ dòng đi n (A) ườ ộ ệ
+ t: th i gian đi n phân (s) ờ ệ
+ F: h ng s Faraday là đi n tích c a 1 mol electron hay đi n l ng c n thi t đằ ố ệ ủ ệ ượ ầ ế ể

1 mol electron chuy n d i trong m ch catot ho c anot (F = 1,602.10ể ờ ạ ở ặ ở
-
19
.6,022.10
23
≈ 96500 C.mol
-1
)
II – M T S C S Đ GI I BÀI T P V ĐI N PHÂNỘ Ố Ơ Ở Ể Ả Ậ Ề Ệ
- Kh i l ng catot tăng chính là kh i l ng kim lo i t o thành sau đi n phân bámố ượ ố ượ ạ ạ ệ
vào
- m (dung d ch sau đi n phân) = m (dung d ch tr c đi n phân) – (m k t t a + mị ệ ị ướ ệ ế ủ
khí)
- Đ gi m kh i l ng c a dung d ch: Δm = (m k t t a + m khí) ộ ả ố ượ ủ ị ế ủ
- Khi đi n phân các dung d ch:ệ ị
+ Hiđroxit c a kim lo i ho t đ ng hóa h c m nh (KOH, NaOH, Ba(OH)ủ ạ ạ ộ ọ ạ
2
,…)
+ Axit có oxi (HNO
3
, H
2
SO
4
, HClO
4
,…)
+ Mu i t o b i axit có oxi và baz ki m (KNOố ạ ở ơ ề
3
, Na

2
SO
4
,…)
→ Th c t là đi n phân Hự ế ệ
2
O đ cho Hể
2
( catot) và Oở
2
( anot) ở
- Khi đi n phân dung d ch v i anot là m t kim lo i không tr (không ph i Pt hayệ ị ớ ộ ạ ơ ả
đi n c c than chì) thì t i anot ch x y ra quá trình oxi hóa đi n c c ệ ự ạ ỉ ả ệ ự
- Có th có các ph n ng ph x y ra gi a t ng c p: ch t t o thành đi n c c,ể ả ứ ụ ả ữ ừ ặ ấ ạ ở ệ ự
ch t tan trong dung d ch, ch t dùng làm đi n c c. Ví d :ấ ị ấ ệ ự ụ
+ Đi n phân nóng ch y Alệ ả
2
O
3
(có Na
3
AlF
6
) v i anot làm b ng than chì thìớ ằ
đi n c c b ăn mòn d n do chúng cháy trong oxi m i sinhệ ự ị ầ ớ
+ Đi n phân dung d ch NaCl không màng ngăn t o ra n c Gia–ven và cóệ ị ạ ướ
khí H
2
thoát ra catotở
+ Ph n ng gi a axit trong dung d ch v i kim lo i bám trên catot ả ứ ữ ị ớ ạ

- Vi t ph n ng (thu ho c nh ng electron) x y ra các đi n c c theo đúng thế ả ứ ặ ườ ả ở ệ ự ứ
t , không c n vi t ph ng trình đi n phân t ng quát ự ầ ế ươ ệ ổ
- Vi t ph ng trình đi n phân t ng quát (nh nh ng ph ng trình hóa h c thôngế ươ ệ ổ ư ữ ươ ọ
th ng) đ tính toán khi c n thi t ườ ể ầ ế
- T công th c Faraday → s mol ch t thu đ c đi n c c ừ ứ ố ấ ượ ở ệ ự
- N u đ bài cho I và t thì tr c h t tính s mol electron trao đ i t ng đi n c cế ề ướ ế ố ổ ở ừ ệ ự
(n
e
) theo công th c: nứ
e
= (*) (v i F = 96500 khi t = giây và F = 26,8 khi t = gi ).ớ ờ
Sau đó d a vào th t đi n phân, so sánh t ng s mol electron nh ng ho cự ứ ự ệ ổ ố ườ ặ
nh n v i nậ ớ
e
đ bi t m c đ đi n phân x y ra. Ví d đ d đoán xem cation kimể ế ứ ộ ệ ả ụ ể ự
lo i có b kh h t không hay n c có b đi n phân không và Hạ ị ử ế ướ ị ệ
2
O có b đi n phânị ệ
thì đi n c c nào… ở ệ ự
- N u đ bài cho l ng khí thoát ra đi n c c ho c s thay đ i v kh i l ngế ề ượ ở ệ ự ặ ự ổ ề ố ượ
dung d ch, kh i l ng đi n c c, pH,…thì d a vào các bán ph n ng đ tính sị ố ượ ệ ự ự ả ứ ể ố
mol electron thu ho c nh ng m i đi n c c r i thay vào công th c (*) đ tính Iặ ườ ở ỗ ệ ự ồ ứ ể
ho c t ặ
- N u đ bài yêu c u tính điên l ng c n cho quá trình đi n phân thì áp d ngế ề ầ ượ ầ ệ ụ
công th c: Q = I.t = nứ
e
.F
- Có th tính th i gian t’ c n đi n phân h t m t l ng ion mà đ bài đã cho r i soể ờ ầ ệ ế ộ ượ ề ồ
sánh v i th i gian t trong đ bài. N u t’ < t thì l ng ion đó đã b đi n phân h tớ ờ ề ế ượ ị ệ ế
còn n u t’ > t thì l ng ion đó ch a b đi n phân h t ế ượ ư ị ệ ế

- Khi đi n phân các dung d ch trong các bình đi n phân m c n i ti p thì c ngệ ị ệ ắ ố ế ườ
đ dòng đi n và th i gian đi n phân m i bình là nh nhau → s thu ho cộ ệ ờ ệ ở ỗ ư ự ặ
nh ng electron các đi n c c cùng tên ph i nh nhau và các ch t sinh ra ườ ở ệ ự ả ư ấ ở
các đi n c c cùng tên t l mol v i nhau ệ ự ỉ ệ ớ
- Trong nhi u tr ng h p có th dùng đ nh lu t b o toàn mol electron (s molề ườ ợ ể ị ậ ả ố
electron thu đ c catot = s mol electron nh ng anot) đ gi i cho nhanh ượ ở ố ườ ở ể ả
III – M T S VÍ D MINH H AỘ Ố Ụ Ọ
Ví d 1ụ : Đi n phân hòa toàn 2,22 gam mu i clorua kim lo i tr ng thái nóngệ ố ạ ở ạ
ch y thu đ c 448 ml khí ( đktc) anot. Kim lo i trong mu i là: ả ượ ở ở ạ ố
A. Na B. Ca C.
K D. Mg
H ng d nướ ẫ : nCl
2
= 0,02
T i catot: Mạ
n+
+ ne → M Theo đlbt kh i l ng mM = m(mu i) – m(Clố ượ ố
2
) = 2,22 –
0,02.71 = 0,8 gam
T i anot: 2Clạ
–
→ Cl
2
+ 2e Theo đlbt mol electron ta có nM = → M = 20.n → n
= 2 và M là Ca
(ho c có th vi t ph ng trình đi n phân MClặ ể ế ươ ệ
n
M + n/2Cl
2

đ tính) → ể đáp
án B
Ví d 2ụ : Ti n hành đi n phân (v i đi n c c Pt) 200 gam dung d ch NaOH 10 %ế ệ ớ ệ ự ị
đ n khi dung d ch NaOH trong bình có n ng đ 25 % thì ng ng đi n phân. Thế ị ồ ộ ừ ệ ể
tích khí ( đktc) thoát ra anot và catot l n l t là: ở ở ầ ượ
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
H ng d nướ ẫ : mNaOH (tr c đi n phân) = 20 gam ướ ệ
Đi n phân dung d ch NaOH th c ch t là đi n phân n c: Hệ ị ự ấ ệ ướ
2
O → 1/2 O
2
(anot) +
H
2
(catot) → NaOH không đ i → m (dung d ch sau đi n phân) = 80 gam → mổ ị ệ
(H
2
O b đi n phân) = 200 – 80 = 120 gam → nHị ệ
2
O = 20/3 mol → V
O
= 74,7 lít và
V
H
= 149,3 lít → đáp án D
Ví d 3ụ : Sau m t th i gian đi n phân 200 ml dung d ch CuSOộ ờ ệ ị
4
( d = 1,25 g/ml)
v i đi n c c graphit (than chì) th y kh i l ng dung d ch gi m 8 gam. Đ làm k tớ ệ ự ấ ố ượ ị ả ể ế

t a h t ion Cuủ ế
2+
còn l i trong dung d ch sau đi n phân c n dùng 100 ml dungạ ị ệ ầ
d ch Hị
2
S 0,5 M. N ng đ ph n trăm c a dung d ch CuSOồ ộ ầ ủ ị
4
ban đ u là: ầ
A. 12,8 % B. 9,6 % C. 10,6
% D. 11,8 %
H ng d nướ ẫ : nH
2
S = 0,05 mol
- G i x là s mol CuSOọ ố
4
tham gia quá trình đi n phân: CuSOệ
4
+ H
2
O → Cu +
1/2O
2
+ H
2
SO
4
(1) → m (dung d ch gi m) = m Cu(catot) + m Oị ả
2
(anot) = 64x + 16x
= 8 → x = 0,1 mol - CuSO

4
+ H
2
S → CuS + H
2
SO
4
(2)
→ nH
2
S = nCuSO
4
= 0,05 mol
- T (1) và (2) → nCuSOừ
4
(ban đ u) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% =ầ
→ đáp án B
Ví d 4ụ : Đi n phân 100 ml dung d ch CuSOệ ị
4
0,2 M v i c ng đ dòng đi nớ ườ ộ ệ
9,65A. Tính kh i l ng Cu bám vào catot khi th i gian đi n phân tố ượ ờ ệ
1
= 200 s và t
2
=
500 s. Bi t hi u su t đi n phân là 100 % ế ệ ấ ệ
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
H ng d nướ ẫ : nCuSO
4

= 0,02 = nCu
2+

Th i gian c n thi t đ đi n phân h t Cuờ ầ ế ể ệ ế
2+
là t = s → t
1
< t < t
2
→
T i tạ
1
có 1/2 s mol Cuố
2+
b đi n phân → mị ệ
1
= 0,01.64 = 0,64 gam và t i tạ
2
Cu
2+
đã
b đi n phân h t → mị ệ ế
2
= 1,28 gam → đáp án B
Ví d 5ụ : Đi n phân 200 ml dung d ch CuSOệ ị
4
v i đi n c c tr và c ng đ dòngớ ệ ự ơ ườ ộ
đi n 1A. Khi th y catot b t đ u có b t khí thoát ra thì d ng đi n phân. Đ trungệ ấ ở ắ ầ ọ ừ ệ ể
hòa dung d ch thu đ c sau khi đi n phân c n dùng 100 ml dung d ch NaOHị ượ ệ ầ ị
0,1M. Th i gian đi n phân và n ng đ mol c a dung d ch CuSOờ ệ ồ ộ ủ ị

4
ban đ u là: ầ
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
H ng d nướ ẫ : nNaOH = 0,01 mol
- Khi catot b t đ u có b t khí (Hở ắ ầ ọ
2
) thoát ra ch ng t CuSOứ ỏ
4
đã b đi n phân h tị ệ ế
theo ph ng trình:ươ
CuSO
4
+ H
2
O → Cu + 1/2O
2
+ H
2
SO
4

- nNaOH = nOH
–
= 0,01 mol → nH
2
SO
4
= 0,5.nH
+

= 0,5.nOH
–
= 0,005 (mol) →
nCu = nCuSO
4
= 0,005 (mol) → = 0,005 → t = 965 s và C
M(CuSO )
=
M (ho c có th d a vào các ph n ng thu ho c nh ng electron ặ ể ự ả ứ ặ ườ ở
đi n c c đ tính) → ệ ự ể đáp án A
Ví d 6ụ : Đi n phân 200 ml dung d ch h n h p AgNOệ ị ỗ ợ
3
0,1 M và Cu(NO
3
)
2
0,2 M
v i đi n c c tr và c ng đ dòng đi n b ng 5A. Sau 19 phút 18 giây d ng đi nớ ệ ự ơ ườ ộ ệ ằ ừ ệ
phân, l y catot s y khô th y tăng m gam. Giá tr c a m là: ấ ấ ấ ị ủ
A. 5,16 gam B. 1,72 gam C. 2,58 gam D.
3,44 gam
H ng d nướ ẫ : nAg
+
= 0,02 mol ; nCu
2+
= 0,04 mol
- Ta có n
e
= mol
- Th t các ion b kh t i catot: ứ ự ị ử ạ

Ag
+
+ 1e → Ag (1) → sau (1) còn 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron
0,02 0,02 0,02
Cu
2+
+ 2e → Cu (2) → sau (2) còn d 0,02 mol Cuư
2+

0,02 0,04 0,02
m (catot tăng) = m (kim lo i bám vào) = 0,02.(108 + 64) = 3,44 gam → ạ đáp án D
Ví d 7ụ : Hòa tan 50 gam tinh th CuSOể
4
.5H
2
O vào 200 ml dung d ch HCl 0,6 Mị
thu đ c dung d ch X. Đem đi n phân dung d ch X (các đi n c c tr ) v i c ngượ ị ệ ị ệ ự ơ ớ ườ
đ dòng đi n 1,34A trong 4 gi . Kh i l ng kim lo i thoát ra catot và th tíchộ ệ ờ ố ượ ạ ở ể
khí thoát ra anot ( đktc) l n l t là (Bi t hi u su t đi n phân là 100 %): ở ở ầ ượ ế ệ ấ ệ
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
H ng d nướ ẫ : nCuSO
4
.5H
2
O = nCuSO
4
= 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol
- Ta có n
e

= mol
- Th t đi n phân t i catot và anot là: ứ ự ệ ạ
T i catot: Cuạ
2+
+ 2e → Cu → Cu
2+
ch a b đi n phân h t → m (kim lo i catot) =ư ị ệ ế ạ ở
0,1.64 = 6,4 gam
0,1 0,2 0,1
T i anot: ạ
2Cl
–
→ Cl
2
+ 2e → n
e
(do Cl
–
nh ng) = 0,12 < 0,2 mol → t i anot Clườ ạ
–
đã b đi nị ệ
phân h t và ế
0,12 0,06 0,12 đ n n c b đi n phân → nế ướ ị ệ
e
(do H
2
O nh ng) = 0,2 –ườ
0,12 = 0,08 mol
2H
2

O → O
2
+ 4H
+
+ 4e
0,02 0,08
V (khí thoát ra anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → ở đáp án A
Ví d 8ụ : Có 200 ml dung d ch h n h p Cu(NOị ỗ ợ
3
)
2
và AgNO
3
, đ đi n phân h t ionể ệ ế
kim lo i trong dung d ch c n dùng c ng đ dòng đi n 0,402A trong 4 gi . Sauạ ị ầ ườ ộ ệ ờ
khi đi n phân xong th y có 3,44 gam kim lo i bám catot. N ng đ mol c aệ ấ ạ ở ồ ộ ủ
Cu(NO
3
)
2
và AgNO
3
trong h n h p đ u l n l t là: ỗ ợ ầ ầ ượ
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
H ng d nướ ẫ :
- Ta có n
e
= mol
- T i catot: Agạ

+
+ 1e → Ag Ta có h ph ng trình:ệ ươ
x x (mol)
Cu
2+
+ 2e → Cu → C
M
Cu(NO
3
)
2
= C
M
AgNO
3
= 0,1 M → đáp
án D
y y (mol)
Ví d 9ụ : Hòa tan 4,5 gam tinh th MSOể
4
.5H
2
O vào n c đ c dung d ch X. Đi nướ ượ ị ệ
phân dung d ch X v i đi n c c tr và c ng đ dòng đi n 1,93A. N u th i gianị ớ ệ ự ơ ườ ộ ệ ế ờ
đi n phân là t (s) thì thu đ c kim lo i M catot và 156,8 ml khí t i anot. N uệ ượ ạ ở ạ ế
th i gian đi n phân là 2t (s) thì thu đ c 537,6 ml khí . Bi t th tích các khí đo ờ ệ ượ ế ể ở
đktc. Kim lo i M và th i gian t l n l t là: ạ ờ ầ ượ
A. Ni và 1400 s B. Cu và 2800 s
C. Ni và 2800 s D. Cu và 1400 s
H ng d nướ ẫ : G i nMSOọ

4
= nM
2+
= x mol
Ví d 10ụ : M c n i ti p hai bình đi n phân: bình (1) ch a dung d ch MClắ ố ế ệ ứ ị
2
và bình
(2) ch a dung d ch AgNOứ ị
3
. Sau 3 phút 13 giây thì catot bình (1) thu đ c 1,6ở ượ
gam kim lo i còn catot bình (2) thu đ c 5,4 gam kim lo i. C hai bình đ uạ ở ượ ạ ả ề
không th y khí catot thoát ra. Kim lo i M là: ấ ở ạ
A. Zn B. Cu C. Ni D. Pb
H ng d nướ ẫ : - Do hai bình m c n i ti p nên ta có: ắ ố ế
Q = I.t = → M = 64 → Cu → đáp án B
Ví d 11ụ : Đi n phân nóng ch y Alệ ả
2
O
3
v i anot than chì (hi u su t đi n phân 100ớ ệ ấ ệ
%) thu đ c m kg Al catot và 67,2 mượ ở
3
( đktc) h n h p khí X có t kh i so v iở ỗ ợ ỉ ố ớ
hiđro b ng 16. L y 2,24 lít ( đktc) h n h p khí X s c vào dung d ch n c vôiằ ấ ở ỗ ợ ụ ị ướ
trong (d ) thu đ c 2 gam k t t a. Giá tr c a m là: ư ượ ế ủ ị ủ
A. 54,0 kg B. 75,6 kg C. 67,5
kg D. 108,0 kg
H ng d nướ ẫ : 2Al
2
O

3
4Al + 3O
2
(1) ; C + O
2
CO
2
(2) ; 2C + O
2

2CO (3)
- Do X = 32 → h n h p X có COỗ ợ
2
; CO (x mol) và O
2
d (y mol) ư
- 2,24 lít X + Ca(OH)
2
d → 0,02 mol k t t a = nCOư ế ủ
2
→ trong 67,2 m
3
X có 0,6
CO
2

- Ta có h ph ng trình: ệ ươ và 0,6 + x + y = 3 → x = 1,8 và y =
0,6
T (1) ; (2) ; (3) → mAl = ừ kg → đáp án B