Sáng kiến kinh nghiệm SKKN môn hóa THPTLý thuyết điện phân và hướng dẫn giải bài tập điện phân trong đề thi đại học, cao đẳng

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:
"LÝ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP
ĐIỆN PHÂN TRONG ĐỀ THI ĐẠI HỌC, CAO ĐẲNG"

1


A.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Theo nhu cầu chung của các nghành nghề trong xã hội hiện nay nên xu thế của nhiều năm
gần đây, của tất cả các trường THPT trên toàn quốc là các em học và thi theo ban khoa
học tự nhiên. Vì vậy trách nhiệm của người giáo viên các bộ môn tự nhiên nói chung,
môn hóa học nói riêng càng phải cần đầu tư chuyên môn sâu hơn và cao hơn nữa. Có như
vậy mới giúp các em tiếp cận và giải các đề thi Đại học – Cao đẳng một cách nhanh
chóng và hiệu quả.
Đối với các em học sinh, không chỉ cần nhớ kiến thức, mà còn cần phải nhớ sâu, nắm
vững. Có như thế ở mỗi bài toán mới tìm ra được phương pháp giải toán một cách nhanh
nhất, đi bằng con đường ngắn nhất. Điều đó không những giúp các em tiết kiệm được
thời gian làm bài mà còn rèn được tư duy và năng lực phát hiện vấn đề. Vì vậy, việc
người giáo viên hướng dẫn các em sử dụng các phương pháp giải nhanh bài tập là rất
quan trọng.
Qua quá trình giảng dạy, luyện thi đại học, bồi dưỡng học sinh giỏi nhiều năm tôi nhận
thấy chuyên đề điện phân là một chuyên đề hay và khó nhưng lại khá quan trọng nên
thường gặp trong các đề thi lớn của quốc gia. Tuy nhiên, trong thực tế, tài liệu viết về vấn
đề điện phân còn ít nên nguồn tư liệu để giáo viên và học sinh nghiên cứu còn hạn chế do
đó nội dung kiến thức và kĩ năng giải bài tập điện phân cung cấp cho học sinh chưa được
nhiều. Vì vậy, các em thường lúng túng hoặc có tâm lí ngại và sợ gặp các bài tập liên

quan đến điện phân.
Qua nghiện cứu, giảng dạy nhiều năm tôi đã hệ thống hóa các dạng bài tập điện phân và
phương pháp giải các dạng bài tập đó cho học sinhh dễ hiểu, dễ vận dụng, tránh được
những lúng túng, sai lầm và nâng cao kết quả trong các kì thi.
Đề tài này được viết trên cơ sở khi đang dạy chương đại cương kim loại lớp 12, và qua
kinh nghiệm giảng dạy. Với hy vọng là một tài liệu tham khảo cho các em học sinh lớp
12 và các đồng nghiệp. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các đồng chí.

2


B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I.

LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN

1. 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.
- Sự điện phân là quá trình sử dụng điện năng để tạo ra sự biến đổi hóa học.
- Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của điện trường các cation chạy về cực âm
(catot) còn các anion chạy về điện cực dương (anot), tại đó xảy ra các quá trình trao đổi
electron trên các điện cực.
- Phân loại điện phân: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li
bằng điện cực trơ, điện phân dùng điện cực không trơ.
2. Sự điện phân các chất điện li:
a. Điện phân chất điện li nóng chảy
Trong thực tế, người ta thường tiến hành điện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit)
nóng chảy của các kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Ba, Ca, Mg, Al để điều chế
các kim loại đó từ hợp chất tương ứng.

Ví dụ 1: Điện phân NaCl nóng chảy.
NaCl(nóng chảy) → Na+ + ClCatot ( – )

←

NaCl

→

2| Na+ + e → Na
Phương trình điện phân:

Anot ( + )
2Cl- → Cl2 + 2e

2NaCl → 2Na + Cl2

Lưu ý: Cần có màng ngăn không cho Cl2 tác dụng trở lại với Na ở trạng thái nóng chảy
làm giảm hiệu suất của quá trình điện phân
Ví dụ 2: Điện phân NaOH nóng chảy.
NaOH(nóng chảy) → Na+ + OHCatot ( – )

←

NaOH

→

Anot ( + )

3


4| Na+ + 1e → Na

4OH+ → O2 + 2H2O + 4e

Phương trình điện phân: 4NaOH → 4Na + O2 + 2H2O
Ví dụ 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy có mặt criolit (Na3AlF6).
Al2O3 (nóng chảy) → 2Al3+ + 3O2Catot ( – )

←

Al2O3

→

4| Al3+ + 3e → Al

Anot ( + )
3| 2O2- → O2 + 4e

Phương trình điện phân: 2Al2O3 → 4Al + 3O2
b. Điện phân dung dịch chất điện li vô cơ trong nước.
Trong sự điện phân dung dịch, ngoài các ion do chất điện li phân li ra còn có các ion H +
và OH- của nước. Do đó việc xác định sản phẩm của sự điện phân phức tạp hơn. Tùy
thuộc vào tính khử và tính oxi hóa của các ion có trong bình điện phân mà ta thu được
những sản phẩm khác nhau.
* Ở catot (cực âm):
-Có thể xảy ra các quá trình khử sau đây:

Mn+ + ne → M
2H+ (axit) + 2e → H2
Hoặc ion hiđro của nước bị khử: 2H 2O + 2e → H2 + 2OH-. Nếu catot có các cation kim
loại sau nhôm hoặc H+(axit), các cation này sẽ nhận electron. Nếu đồng thời có nhiều
cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước.
Cụ thể: thứ tự tăng dần tính oxi hóa của các cation như sau:
Zn2+ , Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Fe3+, Hg2+, Ag+…
- Nếu catot có các cation kim loại trước Zn2+ thì H2O sẽ bị khử (hay H2O có tính oxi hóa
mạnh hơn các ion này).
*Anot (cực dương):
- Có thể xảy ra quá trình oxi hóa các anion gốc axit như Cl - , S2-…hoặc ion OH- của bazơ
kiềm hoặc nước.
2Cl-→ Cl2 + 2e
4OH- → O2 + 2H2O + 4e
Hoặc ion OH- của nước bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e

4


- Nếu Anot có các anion: S2-, I-, Br-, Cl-, OH-…, các anon này sẽ nhường electron. Nếu
đồng thời có nhiều anion thì anion nào có tính khử mạnh hơn sẽ bị oxi hóa trước.
Cụ thể: thứ tự giảm dần tính khử của các anion như sau: S2-, I-, Br-, Cl-, OH-,…
- Nếu ở anot có các anion gốc axit như: F -, NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4-… thì nước sẽ
bị oxi hóa (hay H2O có tính khử mạnh hơn các ion này).
*Tổng quát: Điện phân dung dịch sẽ thu được sản phẩm ở các điện cực là
Catot

Anot

-Kim loại

-Phi kim: O2, Cl2, S, …

-Khí H2
- Dung dịch: OH-

-Dung dịch: H+

*Lưu ý: Nếu khi điện phân không dùng các anot trơ như graphit, platin (Pt) mà dùng các
kim loại như Fe, Ni, Cu, Ag…thì các kim loại này dễ bị oxi hóa hơn các anion vì thế oxi
hóa – khử của chúng thấp hơn, và do đó chúng tan vào dung dịch (anot tan hay hiện
tượng dương cực tan)
* Một số ví dụ
Ví dụ 1: Viết sơ đồ và phương trình điện phân dung dịch CuCl2 với anot trơ.
CuCl2 → Cu2+ + 2ClCatot ( – )

← CuCl2 → Anot ( + )

Cu2+ + 2e → Cu

2Cl- → Cl2 +2e

Phương trình điện phân: CuCl2 → Cu + Cl2
Nhận xét:
- Sau khi CuCl2 hết, bình điện phân chỉ còn H 2O (dẫn điện rất kém) nên H 2O sẽ không
điện phân tiếp.
-Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch: NiCl2, FeCl2, ZnCl2….
Ví dụ 2: Viết sơ đồ và phương trình điện phân dung dịch Na2SO4 với anot trơ.
Na2SO4
Catot (-)

←

→ 2Na+ + SO42Na2SO4

→

Anot (+)

Na+ không bị điện phân

SO42- không bị điện phân

2H2O + 2e → H2 + 2OH-

2H2O → O2 + 4H+ + 4e

5


→ Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2
Nhận xét:
- Na2SO4 chỉ đóng vai trò là chất dẫn điện, nên trong quá trình điện phân lượng Na 2SO4
không đổi.
- Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch: NaNO3, K2SO4, Na2CO3 , MgSO4,….
Ví dụ 3: Viết sơ đồ và phương trình điện phân dung dịch H 2SO4, dung dịch NaOH với
anot trơ.
Điện phân dung dịch H2SO4:
Catot (-)

←

H2SO4

→

Anot (+)

2H+ + 2e → H2

SO42- không bị điện phân
2H2O → O2 + 4H+ + 4e

→ Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2
Điện phân dung dịch NaOH:
Catot (-)

←

NaOH

→

Anot (+)

Na+ không bị điện phân

4OH- → O2 + H2O + 4e

2H2O + 2e → H2 + 2OH→ Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2

Nhận xét:
- Điện phân các dung dịch axit: HNO 3, H2SO4, HClO4…, các dung dịch kiềm: NaOH,
KOH, Ba(OH)2…. đều thực chất là điện phân H2O.
- Phân tử axit, bazơ trong trường hợp này đóng vai trò là chất dẫn điện.
Ví dụ 4: Viết sơ đồ và phương trình điện phân khi điện phân dung dịch NaCl.
NaCl → Na+ + ClCatot (-)
Na+ không bị điện phân

Anot (+)
2Cl- → Cl2 + 2e

2H2O + 2e → H2 + 2OH→ Phương trình : 2Cl- + 2H2O → Cl2 + H2 + 2OH- (có màng ngăn)
hay 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

6


Nhận xét:
- Sau khi NaCl hết (Cl- hết), dung dịch có NaOH nên giai đoạn điện phân tiếp theo là điện
phân H2O: 2H2O → 2H2 + O2. Do đó, số mol NaOH không đổi, nhưng nồng độ mol
NaOH tăng dần.
- Trong quá trình điện phân dung dịch NaCl, pH của dung dịch tăng dần.
- Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch : NaCl, CaCl2, MgCl2, BaCl2 …
- Không thể điều chế kim loại từ K đến Al bằng phương pháp điện phân dung dịch.
- Nếu không có màng ngăn thì: Cl2+ 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O
nên phương trình điện phân là: NaCl + H2O → NaClO + H2
Ví dụ 5: Viết sơ đồ và phương trình điện phân khi điện phân dung dịch CuSO4.
CuSO4 → Cu2+ + SO42Catot(-)
SO4

2-

không
bị
Cu
+ 2e → Cu
2H2O →
2+
→ Phương trình điện phân : Cu + H2O → Cu + 2H+ + ½ O2
2+

hay

điện
4H+ +

Anot(+)
phân
.
O2+ 4e

CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + ½ O2

Nhận xét:
- Sau khi CuSO4 hết (Cu2+ hết), dung dịch có H2SO4 nên giai đoạn điện phân tiếp theo là
điện phân H2O: 2H2O → 2H2 + O2. Do đó, số mol H2SO4 không đổi, nhưng nồng độ mol
H2SO4 tăng dần.
- Trong quá trình điện phân dung dịch CuSO4, pH của dung dịch giảm dần.
-Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch muối của kim loại từ Zn → Hg với các gốc
axit NO3- , SO42- …

Kết luận:
- Điện phân các dung dịch: kiềm, axit có oxi, muối của axit có oxi và kim loại từ Al trở về
trước đều thực chất là điện phân H2O. Trong quá trình điện phân, số mol chất tan không
thay đổi nhưng nồng độ tăng dần.
- Điện phân dung dịch muối của ion kim loại sau nhôm với gốc axit như NO 3-, SO42-… thì
dung dịch sau điện phân có pH <7.
- Điện phân dung dịch muối của ion kim loại trước kẽm với gốc axit không có oxi như
Cl-, Br-… thì dung dịch sau điện phân có pH>7.
7


Ví dụ 6: Viết sơ đồ và phương trình điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl 3, CuCl2 và
HCl với anot trơ.
FeCl3 → Fe3+ + 3ClCuCl2 → Cu2+ + 2ClHCl → H+ + ClCatot ( – )

Anot ( + )

Fe3+ + 1e → Fe2+

2Cl- → Cl2 + 2e

Cu2+ +2e → Cu
2H+ +2e → H2
Fe2+ + 2e→ Fe
Phương trình điện phân lần lượt xảy ra là:
2FeCl2→ 2FeCl2 + Cl2
CuCl2 → Cu + Cl2
2HCl →H2 + Cl2
FeCl2 → Fe + Cl2
Ví dụ 7: Viết sơ đồ và phương trình điện phân khi điện phân dung dịch hỗn hợp gồm a mol

NaCl và b mol Cu(NO3)2 , bằng điện cực trơ và có màng ngăn.
Biết a>2b
NaCl
Cu(NO3)2
Catot
(-)
+
Na không bị điện phân

Na+

→
→

Cu2+

+
2e
→
Cu
2H2O + 2e → H2 + 2OHPhương trình điện phân:

Cu2+

+

Anot
NO không bị điện phân

+ Cl2NO3(+)

3

2Cl→
Cl2
+
2e
+
2H2O → 4H + O2 + 4e

Cu2+ + 2Cl- → Cu + Cl2 (1)
Hoặc: Cu(NO3)2 + 2NaCl → Cu + Cl2 + 2NaNO3
Do a>2b nên khi Cu2+ hết, Cl- dư→ kết thúc giai đoạn (1). Tiếp tục điện phân sẽ xảy ra
giai đoạn (2) là điện phân dung dịch NaCl
2H2O + 2Cl- → H2 + 2OH- + Cl2 (2)
8


Hoặc: 2H2O + 2NaCl → H2 + Cl2 + 2NaOH
Khi Cl- hết → kết thúc giai đoạn (2). Tiếp tục điện phân sẽ xảy ra giai đoạn (3) là điện
phân H2O
2H2O → 2H2 + O2 (3)
* Một số câu hỏi vận dụng:
Câu 1: Khi điện phân các dung dịch: NaCl, KNO3, AgNO3, CuSO4 với điện cực trơ, màng
ngăn xốp. Dung dịch có pH tăng trong quá trình điện phân là:
A. NaCl

B. KNO3

C. AgNO3

D. CuSO4

→ Chọn đáp án: A
Câu 2: (Đại học khối B-2007) Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 và b mol NaCl
( với điện cực trơ, có màng ngăn xốp). Để dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein
chuyển sang màu hồng thì điều kiện của a và b là:
A. b = 2a

B. 2b = a

C. b > 2a

D. b < 2a

→ Chọn đáp án: C
Câu 4: (Đại học khối A- 2010) Điện phân (với điện cực trơ) một dung dịch gồm NaCl và
CuSO4 có cùng số mol, đến khi ở catot xuất hiện bọt khí thì dừng điện phân. Trong cả
quá trình điện phân trên, sản phẩm thu được ở anot là
A. khí Cl2 và O2. B. khí H2 và O2. C. chỉ có khí Cl2. D. khí Cl 2 và H2.
→ Chọn đáp án: A
Câu 5: Điện phân hoàn toàn dung dịch hỗn hợp gồm a mol Cu(NO 3)2 và b mol NaCl với
điện cực trơ , màng ngăn xốp . Để dung dịch thu được sau khi điện phân có khả năng
phản ứng với Al2O3 thì
A. b = 2a

B. b > 2a

C.

b < 2a

D. b < 2a hoặc b > 2a

Hướng dẫn giải câu 5:
Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3NaCl
b
+

Na
Cu2+

Catot(-)
không bị điện phân
+
2e
→
Cu

3

NO

→
Anot
không bị
2Cl→

a
Na+

điện
Cl2

a
+

Cl

-

b
(+)
phân .
+
2e
9


→

Phương

trình

:

Cu2+

2Cl-

+

→

Cu

+
a

Cl2

(1)
b

2+

Nếu dư Cu sau (1) : a > b/2 ( 2a > b ) thì có phản ứng
Cu2+
+
2H2O→
Cu
+
→ Dung dịch thu được có axit nên có phản ứng với Al2O3
6H+
+
Al2O3
→
Nếu dư Cl sau (1) : a < b/2 ( b > 2a) thì có phản ứng

2Al3+

4H+

+

O2

+

2H2O
+
2Cl→
2OH+
H2
+
→ Dung dịch thu được có môi trường bazơ nên có phản ứng với Al2O3

3H2O
Cl2

2OH- + Al2O3 → 2AlO2- + H2O → Chọn đáp án D .
II. BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN
1.

Định luật Farađay

Công thức:

m=

AIt
nF

(*)

Trong đó: m là khối lượng chất thoát ra ở điện cực.
A: khối lượng mol của chất thu được ở điện cực.
n: là số electrron trao đổi ở điện cực.
t: là thời gian điện phân (s).
I: là cường độ dòng điện (Ampe).
F: là hằng số Farađay có giá trị F = 96500 .
Thường dùng 2 công thức sau:
-

Số mol chất thoát ra ở điện cực

-

Số mol electron trao đổi: ne

=

=

It
nF

It
F

(**)

(***)

2. Một số cơ sở để giải bài toán điện phân:
a. Khi điện phân các dung dịch:
+ Hiđroxit của kim loại hoạt động hóa học mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH) 2,…)
+ Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…)

10


+ Muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm (KNO 3,
Đều thực tế là điện phân H2O: 2H2O → 2H2 (catot) + O2 (anot)

Na2SO4,…)

b. Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào.
- Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (mkết tủa + mkhí)
c. H2O bắt đầu điện phân ở các điện cực khi:
+ Catot: bắt đầu có khí thoát ra hoặc khi khối lượng catot không đổi, đó là lúc các ion
kim loại (có thể bị điện phân) vừa hết.
+ Khi pH của dung dịch không đổi, đó là lúc các ion (có thể bị điện phân) vừa hết.
d. Khi điện phân với một Anot không trơ (làm bằng kim loại không phải là Pt hay than
chì) thì tại Anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa điện cực.
Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với anot làm bằng Cu.
CuSO4 → Cu2+ + SO42Catot (-)

Anot (+)

Cu2+ +2e → Cu

Cu → Cu2+ + 2e

Vậy bản chất của quá trình điện phân ở đây là sự di chuyển Cu từ Anot sang Catot. Trong
quá trình điện phân nồng độ của CuSO4 không thay đổi.
Ví dụ: Điện phân dung dịch AgNO3 với anot Cu.
AgNO3 → Ag+ + NO3Catot (-)
Ag+ +1e → Ag

Anot (+)
Cu→ Cu2+ +2e

Phương trình điện phân: 2AgNO3 + Cu → 2Ag + Cu(NO3)2
e. Có thể xảy ra phản ứng phụ:
- Giữa các chất tạo thành ở các điện cực trong quá trình điện phân.
Ví dụ: Điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ, không có màng ngăn. OH - và Cl2 sinh
ra sẽ phản ứng với nhau tạo nước Javen
- Giữa axit trong dung dịch và kim loại bám trên catot.
Ví dụ: Điện phân dung dịch Cu(NO3)2, sau điện phân nếu chưa lấy catot ra thì sẽ có phản
ứng giữa Cu (ở catot) và dung dịch HNO3 (trong bình điện phân).

11


3. Hai dạng bài toán điện phân thường gặp:
Dạng 1: Tính thời gian điện phân (khi biết I, số mol)
*Cách làm:
- Viết các phương trình điện phân có thể xảy ra (không cần viết sơ đồ điện phân).
- Xác định các sản phẩm thu được ở mỗi điện cực.

- Sử dụng tỷ lệ như phương trình hóa học thông thường để tính số mol sản phẩm.
- Áp dụng công thức của Farađay (**) để tính thời gian theo số mol sản phẩm thu được ở
các điện cực, hoặc theo số mol electron trao đổi.
* Một số ví dụ:
Ví dụ 1: Điện phân 100ml dung dịch chứa NaCl với điện cực trơ, có màng ngăn, cường
độ dòng điện không đổi 1,93A. Tính thời gian điện phân để được dung dịch pH = 12. Cho
thể tích dung dịch được xem như không thay đổi, hiệu suất điện phân là 100%.
A. 50s.

B. 100s.

C. 150s.

D . 200s.

Hướng dẫn giải:
Các phương trình điện phân có thể xảy ra:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
Khi NaCl hết

(1)

2H2O → 2H2 + O2

(2)

Vì dung dịch có pH = 12 → dung dịch thu được có môi trường kiềm .
pH = 12 → [H+] = 10-12 → [OH-] = 0,01 → Số mol OH- = 0,001 mol
Áp dụng công thức Farađay (**):
nOH- =

I .t
n.F

→

t=

nOH − .n.F
I

=

0,001.1.96500
= 50( s)
1,93

Hoặc áp dụng công thức Faraday (***):
ne =

I.t
F

→

t=

ne .F 0,001.1.96500
=
= 50( s)

I
1,93

→ Chọn đáp án A
Ví dụ 2: Điện phân 100ml dung dịch CuSO4 0,1M với các điện cực trơ cho đến khi bắt
đầu có bọt khí vừa thoát ra ở catot thì dừng lại. Tính pH dung dịch sau điện phân. Biết
hiệu suất điện phân bằng 100%, thể tích dung dịch được xem như không đổi. Lấy lg2 =
0,3.
12


A. pH = 0,1

B. pH = 0,7

C. pH = 2,0

D. pH = 1,3

Hướng dẫn giải:
Các phương trình điện phân có thể xảy ra:
CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + 1/2O2 (1)
Khi H2SO4 hết

2H2O → 2H2 + O2

(2)

Do điện phân đến khi vừa bắt đầu sủi bọt khí, nên ở catot Cu 2+ vừa hết → không xảy ra
phương trình (2).

Theo (1) Số mol O2 = ½ số mol H2SO4 = 0,01 mol
→ [H+] = 0,02/0,1 = 0,2 → pH = -lg0,2 = 0,7 → Chọn đáp án B
Ví dụ 3: Điện phân một dung dịch chứa 0,1 mol NaCl với cường độ dòng điện 1 ampe,
có màng ngăn và điện cực trơ, đến khi anot có 2,24 lít (ở đktc). Tính thời gian điện phân.
Hướng dẫn giải:
Các phương trình điện phân có thể xảy ra:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
0,1

(1)

0,05

Khi NaCl hết

2H2O → 2H2 + O2

(2)

0,1
Vì anot thu được O2 nên giai đoạn (1) đã xong hay NaCl hết.
Theo (1) và (2): Số mol H2 thu được ở catot = 0,05+0,1=0,15 mol → ne=0,3 mol
Áp dụng công thức của Farađay (**)ta có:

n

H2

=

I .t
n.F

→

t=

n H 2 .n.F
I

=

0,15.2.96500
= 28950( s )
1

hay 8h2’30”.

Hoặc áp dụng công thức của Farađay (***)ta có:

n

e

=

I .t
F

→

t=

ne .F 0,3.96500
=
= 28950( s )
I
1

hay 8h2’30”.

Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2M và AgNO3 0,1M với cường độ dòng
điện I = 3,86A.Tính thời gian điện phân để được một khối lượng kim loại bám bên catot
là 1,72g ?
A. 250s

B. 1000s

C. 500s

D. 750s

13


Hướng dẫn giải:
Vì đề bài chỉ hỏi đến kim loại nên ta chỉ cần quan tâm đến quá trình nhường e của ion
kim loại ở catot (mà không cần viết phương trình). Catot xảy ra các quá trình theo thứ tự
Ag+ +1e → Ag
Cu2+ + 2e → Cu

Số gam kim loại Ag tối đa được tạo thành : 0,01.108 = 1,08 gam
Số gam Cu tối đa tạo thành : 0,02.64 = 1,28 gam
Vì 1,08 < 1,72 < 1,08 + 1,28 → Điện phân hết Ag+ và còn dư một phần Cu2+
→ Khối lượng Cu được tạo thành : 1,72 – 1,08 = 0,64 gam → nCu = 0,01 mol
→ Tổng số mol electron ở hai quá trình trên là: ne = 0,01 + 0,02 = 0,03 mol
Áp dụng công thức Faraday (***):

n

e

=

I .t
F

→

t=

ne .F 0,03.96500
=
= 750( s )
I
3,86

→ Chọn Đáp án D .
Dạng 2: Biết thời gian, tính lượng chất thoát ra ở điện cực (hoặc lượng chất tham gia
điện phân).
* Cách làm:

-Từ số mol chất đã biết và thời gian tính số mol electron ne theo công thức (***).
- Viết lần lượt từng quá trình nhận, nhường electron đồng thời so sánh với n e để biết điện
phân đến quá trình nào.
- Từ những quá trình đã xác định được, tính lượng chất đã điện phân hoặc lượng chất thu
được.
Ví dụ 1: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 0,1 mol FeCl 2 và 0,012 mol NaCl với cường
độ dòng điện 9,65 ampe, điện cực trơ, màng ngăn xốp trong thời gian 38’40”. Tính khối
lượng kim loại thu được ở catot, thể tích khí
(ở đktc) thu được ở anot. Biết hiệu suất
điện phân là 100%.
Hướng dẫn giải:
I .t

Áp dụng công thức Farađay (***) ta có: ne = F

=

9,65.(38.60 + 40)
= 0,232(mol )
96500

Ở catot ( -): Fe2+ +2e → Fe

14


0,1→0,2 < 0,232 nên Fe2+ hết → mFe= 0,1.56=5,6 gam
Ở anot:

2Cl- →

Cl2 +

0,212 → 0,106

2e
0,212mol < 0,232 nên H2O sẽ điện phân tiếp

2H2O → O2 + 4H+ +4e
0,005

0,02

Số mol e mà H2O nhận là: 0,232 - 0,212 = 0,02 mol
Vậy ở anot thu được 0,106 mol Cl2 và 0,005mol O2.
→ V=22,4.(0,106+0,005) =2,4864 (lít)
Ví dụ 2: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện
9,65A, điện cực trơ. Khối lượng Cu bám vào catot khi thời gian điện phân t 1= 200s và t2=
500s lần lượt là
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:
- Nếu Cu2+ hết: ne = 0,04 mol
- Áp dụng công thức (***) ta có:

+Số mol electron khi điện phân 200 s là n e =

I .t 9,65.200
=
= 0,02(mol ) <
F
96500

0,04 nên Cu2+ chưa

hết → nCu = 1/2ne = 0,01 → m1 = 0,64 gam
+ Số mol electron khi điện phân 500 s là 0,02.2,5= 0,05 (mol)>ne → Cu2+ hết
→ nCu = nCu2+= 0,02mol → m2 = 1,28 gam
→ đáp án B
Ví dụ 3: (Đại học khối A- 2010)
Điện phân dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO 4 và 0,12 mol NaCl bằng dòng điện có cường
độ 2A, có màng ngăn, điện cực trơ. Thể tích khí (đktc) thoát ra ở anot sau 9650 giây điện
phân là
A. 2,240 lít.

B. 2,912 lít.

C. 1,792 lít.

D. 1,344 lít.

Hướng dẫn giải

15

I .t

Áp dụng công thức (***) ta có ne = F

=

2.9650
= 0,2( mol ) .
96500

Ở anot xảy ra:
2Cl-

→
Cl2
+
0,12 < 0,2 mol nên còn xảy ra quá trình điện phân của H2O

0,12
4H2O

4H+
+
0,02 0,08

→

O2

+

2e

4e

Số mol e do H2O nhường là: 0,2- 0,12=0,08 mol
Vậy: Vkhí = (0,06 + 0,02). 22,4 = 1,792 lít

→ Đáp án C

Ví dụ 4: (Đại học khối B– 2009)
Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl 2 0,1M và NaCl
0,5M (với điện cực trơ, màng ngăn, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện
5A trong 3860 giây. Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hoà tan m gam Al.
Giá trị lớn nhất của m là
A. 4,05.

B. 2,70.

C. 1,35.

D. 5,40.

Hướng dẫn giải
I .t

Số mol e trao đổi khi điện phân : ne= F

=

5.3860
= 0,2(mol )
96500

n CuCl2 = 0,1.0,5 = 0,05 mol ; n NaCl = 0,5.0,5 = 0,25 mol
Tại catot :
Cu2+ + 2e → Cu
0,05→ 0,1 < 0,2 nên còn quá trình điện phân của H2O.
Số mol e do H2O nhận là: 0,2- 0,1=0,1 mol
2H2O + 2e → H2 + 2OH0,1 →

0,1.

Vậy dung dịch sau khi điện phân có 0,1 mol OH - có khả năng phản ứng với Al theo
phương trình :
Al

+

OH-

+

H2O

→
0,1
mAl (max) = 0,1.27= 2,7 (g) → Chọn đáp án B

AlO2-

+

3/2

H2
0,1

16


Ví dụ 5: Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl 3 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

Hướng dẫn giải
Áp dụng công thức (***): ne =

I .t 5.(2.60.60 + 40.60 + 50)
=
= 0,5(mol )
F

96500

Theo giả thiết: n Fe3+ = 0,1 mol; n Fe2+ = 0,2 mol; n Cu2+ = 0,1 mol; n H+ = 0,2 mol
Sắp xếp tính oxi hóa của các ion theo chiều tăng dần : Fe2+ < H+ < Cu2+ < Fe3+
→ Thứ tự bị điện phân ở catot (-) là:
Fe3+ + 1e → Fe2+

(1)

0,1 → 0,1→ 0,1
Cu2+ + 2e → Cu

(2)

0,1 → 0,2→ 0,1
2H+ + 2e → H2

(3)

0,2→ 0,2 → Sau (1), (2), (3) số mol e bằng 0,5 = n e , nên không xảy ra quá trình (4) dưới
đây:
Fe2+ + 2e → Fe

(4)

Vì số mol e trao đổi chỉ là 0,5 mol → Không có phản ứng (4) , kim loại thu được chỉ ở
phản ứng (2) → Kim loại thu được ở catot là Cu có khối lượng là: 0,1.64 = 6,4 gam
→ Chọn đáp án C.
3.

Một số ví dụ áp dụng:

Bài 1: 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

Bài 2: 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

17


xong thấy có 3,44 gam kim loại bám ở catot. Nồng độ mol của Cu(NO 3)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

Bài 3.( Đại học khối B-2010): Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO 4
nồng độ x mol/l, sau một thời gian thu được dung dịch Y vẫn còn màu xanh, có khối
lượng giảm 8g so với dung dịch ban đầu. Cho 16,8g bột Fe vào Y, sau khi các phản ứng
xảy ra hoàn toàn, thu được 12,4g kim loại. Giá trị x là
A. 2,25

B. 1,5

C. 1,25

D. 3,25

Bài 4. Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO 4.5H2O 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
A. Ni và 1400 s.

M
và
thời
gian
t
lần
lượt
B. Cu và 2800 s.
C. Ni và 2800 s. D. Cu và 1400s.

là

Bài 5. ( Đại học khối A-2007): Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau một thời
gian thu được 0,32 gam Cu ở catôt và một lượng khí X ở anôt. Hấp thụ hoàn toàn lượng
khí X trên vào 200 ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường). Sau phản ứng, nồng độ
NaOH còn lại là 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch không thay đổi). Nồng độ ban đầu
của dung dịch NaOH là
A. 0,15M.

B. 0,2M.

C. 0,1M.

D. 0,05M.

Bài 6. Điện phân dung dịch NaCl (d=1,2g/ml) chỉ thu được một chất khí ở điện cực. Cô
cạn dung dịch sau điện phân, còn lại 125g cặn khô. Nhiệt phân cặn này thấy giảm 8g.
Hiệu suất của quá trình điện phân là
A. 25%.

B. 30%.

C. 50%.

D.60%.

Bài 7. Có hai bình điện phân mắc nối tiếp nhau. Bình 1 chứa dung dịch CuCl2, bình 2
chứa dung dịch AgNO3. Tiến hành điện phân điện cực trơ, kết thúc điện phân thấy trên catot
bình 1 tăng 1,6 gam. Khối lượng catot bình 2 tăng
A. 2,52 gam.

B. 3,24 gam.

C. 5,40 gam.

D. 10,8 gam.

Bài 8. Mắc nối tiếp 3 bình điện phân A, B, C đựng 3 dung dịch tương ứng CuCl 2, XSO4,
và Ag2SO4 rồi tiến hành điện phân với điện cực trơ cường độ dòng điện là 5A. Sau thời
gian điện phân t thấy khối lượng kim loại thoát ra tại catot bình A ít hơn bình C là 0,76g,

18


và catot bình C nhiều hơn catot bình B và bình A là 0,485g. Khối lượng nguyên tử X và
thời gian t là
A. 55 và 193s.

B. 30 và 133s.

C. 28 và 193s.

D. 55 và 965s.

Bài 9: Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl 2 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.

C. KẾT LUẬN
Hóa học nói chung và bài tập hóa học nói riêng đóng vai trò hết sức quan trọng trong
việc học tập hóa học. Nó giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, đồng thời góp phần
quan trong trong việc ôn luyện kiến thức cũ, bổ sung thêm những phần còn thiếu sót về
thực hành và lí thuyết hóa học.
Qua kết quả của việc áp dụng tài liệu này vào giảng dạy tôi thấy rằng muốn đạt
được kết quả cao trong công tác ôn luyện thi đại học, bồi dưỡng học sinh giỏi, trước hết
người thầy phải cần mẫn chịu khó, nhưng mang tính sáng tạo trong việc hướng dẫn ôn
tập cho học sinh. Về phía học sinh phải nắm vững kiến thức cơ bản, say sưa với bộ môn,
biết cách khai thác triệt để các dữ kiện của đề cho. Khi chưa tìm được hướng giải quyết
cần đặt câu hỏi trước các dữ kiện để suy luận, không được chán nản. Những khám phá về
hóa học sẽ làm các em yêu khoa học tự nhiên, yêu quê hương đất nươc, chắp cánh cho
những ước mơ hòa bão để trở thành những kĩ sư, bác sĩ… tương lai. Tôi mong rằng, với
nội dung đề tài này sẽ giúp các em hiểu hơn về kiến thức điện phân, giải bài tập điện
phân một cách tự tin, hiệu quả.
I.

KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI.

Trên đây là một số kỹ năng và phương pháp giải một số dạng bài toán cơ bản về điện
phân dung dịch. Quá trình tìm tòi nghiên cứu tôi đã giải quyết được những vấn đề sau:
- Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của điện phân dung dịch; các quá trình xảy ra trong đó.
19

- Từ đó rút ra các bước thông thường để giải một bài toán điện phân.
- Sắp xếp một cách có hệ thống các dạng bài tập điện phân dung dịch
- Đưa ra được các dạng bài tập cơ bản nhất và hướng dẫn giải chi tiết, ngắn gọn các dạng
bài tập đó.
Trong các năm giảng dạy và ôn luyện thi với việc áp dụng phương pháp trên tôi thấy khả
năng giải bài tập điện phân dung dịch của học sinh đã được nâng cao ; các em hứng thú
hơn trong học tập. Ở các lớp luyện thi với đối tượng là học sinh trung bình khá thì số học
sinh hiểu và có kỹ năng giải được các dạng bài tập trên là tương đối. Được đồng nghiệp
xem đây là một tài liệu rất bổ ích dùng để bổ trợ ôn thi học sinh giỏi và ôn thi đại học.
II. HƯỚNG TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI
- Bổ sung thêm các dạng bài toán ở mức độ dành cho học sinh đại trà và học sinh khá,
giỏi.
- Áp dụng điều chỉnh những thiếu sót vào giảng dạy.
- Vận dụng các kinh nghiệm giảng dạy, tiếp thu các ý kiến chỉ đạo, tranh thủ sự đóng góp
xây dựng của các đồng nghiệp để đề tài này có tính thực tiễn cao.
- Trong quá trình thực hiện đề tài này mặc dù tôi đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu song
không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Rất mong nhận được sự quan tâm đóng
góp của các bạn đồng nghiệp để bản thân tôi được hoàn thiện hơn trong giảng dạy cũng
như sáng kiến kinh nghiệm này có tác dụng cao trong việc dạy và học.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Bỉm Sơn, ngày 20 tháng 5 năm 2012
Người viết

20