Phương pháp giải bài tập điện phân

CC PHNG PHP GII BI TP HểA HC PH THễNG
Vấn đề
IN PHN
I - ĐịNH NGHĩA
in phõn l dựng nng lng in thc hin phn ng oxi húa - kh xy ra trờn catot v anot
+ Ti catot (cc õm) xy ra quỏ trỡnh kh (nhn e)
+ Ti Anot (cc dng) xy ra quỏ trỡnh oxi hoỏ (cho e)
Khỏc vi phn ng oxi hoỏ kh thụng thng, phn ng in phõn do tỏc dng ca in nng v cỏc cht
trong mụi trng in phõn khụng trc tip cho nhau e m phi truyn qua dõy dn.
II CáC trờng hợp điện phân
1. in phõn núng chy
Phng phỏp in phõn núng chy ch ỏp dng iu ch cỏc kim loi hot ng rt mnh nh: Na, K, Mg,
Ca, Ba, Al
a) in phõn núng chy oxit: ch dng iu ch Al
6
NaAlF
2 3 2
2Al O 4Al+3O
* Tỏc dng ca Na
3
AlF
6
(criolit):
+ H nhit cho phn ng
+ Tng kh nng dn in cho Al
+ Ngn chn s tip xỳc ca oxi khụng khớ vi Al
Quỏ trỡnh in phõn:
+ Catot (-):
3+
2Al +6e 2Al
+ Anot (+)

Do in cực làm bằng graphit (than chì) nên bị khí sinh ra ở anot ăn mòn.
2-
2
2
2 2
6O -6e 3O
2C+O 2CO
2CO+O 2CO



Phơng trình phản ứng điện phân cho cả 2 cực là:
dpnc
2 3 2
dpnc
2 3
dpnc
2 3 2
2Al O 4Al+3O
Al O +3C 2Al+3CO
2Al O +3C 4Al+3CO



Khí ở anot sinh ra thờng là hỗn hợp khí CO, CO
2
và O
2
. Để đơn giản ngời ta thờng chỉ xét phơng trình:
6

NaAlF
2 3 2
2Al O 4Al+3O
b) Điện phân nóng chảy hiđroxit (Chỉ áp dụng để điều chế các kim loại kiềm: Na, K)
Tổng quát:
dpnc
2 2
1
2MOH 2M+ O +H O (M=Na, K,...)
2

Catot (-): 2M
+
+2e

2M
Anot (+): 2OH
-
-2e

2 2
1
O +H O
2

c) Điện phân nóng chảy muối clorua (Chỉ áp dụng để điều chế kim loại kiềm và kiềm thổ)
Tổng quát:
dpnc
x 2
2MCl 2M+xCl (x=1,2)

2. Điện phân dung dịch
- áp dụng để điều chế các kim loại trung bình, yếu.
- Trong điện phân dung dịch nớc giữ một vai trò quan trọng.
+ Là môi trờng để các cation và anion di chuyển về 2 cực.
+ Đôi khi nớc tham gia vào quá trình điện phân.
Biờn son: Hong Nam Ninh T: 0956 866 696
CC PHNG PHP GII BI TP HểA HC PH THễNG
ở catot:
+
2
2H +2e H
anot:
-
2 2
1
2OH -2e O +H O
2

Về bản chất nớc nguyên chất không bị điện phân do điện ở quá lớn ( I=0). Do vậy muỗn điện phân n ớc cần
hoà thêm các chất điện ly mạnh nh: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh...
Để viết đợc các phơng trình điện ly một cách đầy đủ cà chính xác, chúng ta cần lu ý một số quy tắc kinh
nghiệm sau đây:
Quy tắc 1: Quá trình khử xảy ra ở catot
+ Các ion kim loại từ Al trở về đầu dãy thực tế không bị khử thành ion kim loại khi điện phân dung dịch
+ Các ion sau Al thì bị khử thành kim loại, với thứ tự u tiên ngợc từ dới lên.
Trong đó đặc biệt chú ý ion H
+
luôn bị khử cuối cùng trong dãy u tiên trên.
Quy tắc 2: Quá trình oxi hoá ở anot
u tiên 1: Đó là các kim loại trung bình và yếu.

u tiên 2:
2- - - - -
S >I >Br >Cl >OH
- Nếu khi điện phân ở anot chứa đồng thời kim loại và anion (ion âm) thì anion không bị điện phân.
- Các anion cha oxi nh:
- 2- 2- 2- 3- -
3 4 3 3 4 4
NO ;SO ;CO ;SO ;PO ;ClO
coi nh không điện phân.
III - Định luật điện phân
A Q A It
m= ì = .
n F n 96500
Trong đó:
+ m: số gam dạng sảm phẩm sinh ra trên điện cực
+ n: số electron trao đổi
+ Q = It: điện lợng đI qua dung dịch với cờng độ dònh điện là I, thời gian t và có đơn vị là culong; I (A);
t(giây)
+ F: hằng số Faraday; 1F = 96487 C

96500C
+
A
n
: gọi là đơng lợng điện hoá, gọi tắt là đơng lợng, kí hiệu là Đ.
*** ứng dụng của phơng pháp điện phân:
1. Điều chế một số kim loại:
2. Điều chế một số phi kim: H
2
; O

2
; F
2
; Cl
2
3. Điều chế một số hợp chất: KmnO
4
; NaOH; H
2
O
2
, nớc Giaven
4. Tinh chế một số kim loại: Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au
5. Mạ điện:
Điện phân với anot tan đợc dùng trong kĩ thuật mạ điện, nhằm bảo vệ kim loạikhỏi bị ăn mòn và tạo vẻ đẹp
cho vật mạ. Trong mạ điện, anot là kim loại dùng để mạ nh: Cu, Ag, Au, Cr, Ni.. catot là vật cần đợc mạ.
Lớp mạ rất mỏng thờng có độ dày từ: 5.10
-5
đến 1.10
-3
cm.
IV Vận dụng
A Bài tập mẫu
Bài 1: Điện phân dung dịch KCl
Giải:
Phơng trình điện li:
+ -
2
+ -
H O H +OH

KCl K +Cl

ơ

+ catot: (-): K
+
; H
+
, trong đó K
+
không bị điện phân (theo quy tắc 1)
+
2
2H +2e H
K
+

K
+
+ anot (-):
-
OH
;
-
Cl
thì thứ tự điện phân là:
-
Cl
>
-

OH
(theo quy tắc 2 u tiên 2)
-
2
2Cl -2e Cl
-
OH

-
OH
Do đó phơng trình điện phân là:
Biờn son: Hong Nam Ninh T: 0956 866 696
CC PHNG PHP GII BI TP HểA HC PH THễNG
2KCl + 2H
2
O
dpdd

2KOH + H
2

+ Cl
2

Nếu
-
Cl
hết thì đến lợt
-
OH

tham gia quá trình điện phân:
-
2 2
1
2OH -2e O +H O
2

Nh vậy, đến đây nớc điện phân và KOH đóng vai tròn xúc tác:
dpdd
2 2 2
KOH
1
H O H + O
2

Bài 2: Điện phân dung dịch CuSO
4
Giải:
+ catot: (-): Cu
2+
; H
+
: Cu
2+
+2e

Cu
+ anot (-):
2-
4

SO
;
-
OH
:
-
2 2
1
2OH -2e O +H O
2

Do đó phơng trình điện phân là: CuSO
4
+ H
2
O
dpdd

Cu + H
2
SO
4
+
2
1
O
2

Bài 3: Điện phân dung dịch CuSO
4

với anôt là Cu
Giải:
+ catot: (-): Cu
2+
; H
+
: Cu
2+
+2e

Cu
+ anot (-): Cu;
-
OH
: Cu 2e

Cu
2+
Nh vậy, ở catot Cu sinh ra bao nhiêu thì ở anot bị tan ra bấy nhiêu; trớc và sau điện phân lợng CuSO
4
không
đổi. Quá trình này dùng để mạ và tinh luyện kim loại nguyên chất.
Bài 4: Điện phân dung dịch hỗn hợp CuSO
4
a mol và KBr b mol.
Giải:
+ - + - 2+ 2-
H O H +OH ; KBr K +Br ; CuSO Cu +SO
2 4 4

ơ
+catot (-):
+ + 2+
H ; K ; Cu
thứ tự điện phân là
2+ +
Cu >H
còn K
+
không bị điện phân
2+
Cu +2e Cu
hết
2+
Cu
thì
+
2
2H +2e H
+ Anot (+):
- - 2-
OH ; Br ; SO
4
thứ tự điện phân là:
- -
Br >OH
; còn
2-
SO

4
không bị điện phân.
-
Br -2e Br
2

hết Br
-
thì
-
2 2
1
2OH -2e O +H O
2

Phơng trình điện phân:
dpdd
CuSO +2KBr Cu+Br +K SO
4 2 2 4

+ Nếu: b > 2a thì KBr d :
dpdd
2KBr+2H O H +Br +2KOH
2 2 2
m.n.x

+ Nếu: b < 2a thì CuSO
4
d: CuSO
4

+ H
2
O
dpdd

Cu + H
2
SO
4
+
2
1
O
2

+ Nếu b = 2a
dpdd
2 2 2
KOH
1
H O H + O
2

Bài 5: Điện phân dung dịch CuCl
2
, điện cực trơ bằng dòng điện 5A trong 45 phút 20 giây.Tính khối lợng
kim loại sinh ra trên catot và khí sinh ra ở anot (ở đktc).
Giải:
PT điện phân:
dpdd

CuCl Cu+Cl
2 2

áp dụng công thức có:
2 2
64ì5ì2720 4,512
m = =4,512 g n = nCu= =0,0705 mol V =0,0705ì22,4=1,5792 lit
Cu Cl Cl
2ì96500 64

B - Bài tập tự giải
Bài 1: Tiến hành điện phân điện cực trơ, có màng ngăn 1 dung dịch chứa m(g) hỗn hợp CuSO
4
, NaCl cho tới khi nớc
bắt đầu điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng lại. ở anot thu đợc 0,448 lít khí (đktc), dung dịch sau phản ứng có thể hoà
tan tối đa 0,68g Al
2
O
3
.
Biờn son: Hong Nam Ninh T: 0956 866 696
CC PHNG PHP GII BI TP HểA HC PH THễNG
1. Tính m
2. Tính khối lợng catot đã tăng trong quá trình điện phân
3. Tính khối lợng dung dịch giảm đI sau quá trình điện phân. (Gs nớc bay hơi không đáng kể)
Bài 2: Hoà tan 12,5g CuSO
4
.5H
2
O vào dung dịch chứa a(g) HCl đợc 100ml dung dịch X. Điện phân dung dịch X với

điện cực trơ, dòng điện 1 chiều 5A trong 386 giây.
1. Viết các PTHH có thể xảy ra khi điện phân.
2. Tính nồng độ mol/l các chất tan trong dung dịch sau điện phân
3. Sau điện phân lấy điện cực ra rồi cho vào phần dung dịch 5,9g 1 kim loại M (đứng sau Mg trong dãy điện hoá). Khi
phản ứng kết thúc, ngời ta thu đợc 0,672 lít khí (1,6atm và 54,6
0
C) và lọc dung dịch thu đợc 3,26g chất rắn. Xác đụnh
m và tính a.
4. Nếu không cho M mà tiếp tục điện phân , về nguyên tắc phải điện phân bao lâu mới thấy khí thoát ra ở K.
Bài 3: Nung hoàn toàn 45,6g hỗn hợp 2 muối hiđrocacbonat của kim loại R và R thu đợc hỗn hợp chất rắn A và hỗn
hợp khí B. Cho B hấp thụ hết vào 2 lít dung dịch Ba(OH)
2
0,3M (d=1,2) thu đợc 102,44g kết tủa.
Sau phản ứng khối lợng dung dịch còn 2325,48g và dung dịch vẫn có tính bazơ. Hoà tan hết chất rắn A cần 500ml
dung dịch HCl 3,65% thì thu đợc 2 muối clorua của R và R
Nếu đem điện phân nóng chảy muối clorua của R trong A thì cần thời gian t(giây) với cờng độ I = 10A. Trong khi
đó, cũng với thời gian và cờng độ nh trên đem điện phân nóng chảy muối clorua của R trong A thì đợc 11,04g R.
a. Hãy xác định R, R
b. Tính D của dung dịch HCl đã dùng.
Bài 4: Trong 500ml dung dịch A chứa 0,4925g một hỗn hợp gồm muối clorua và hiđroxit của kim loại kiềm. Dung
dịch A có pH =12. Khi điện phân 1/10 dung dịch A cho đến khi hết clo thì thu đợc 11,2ml khí clo (273
0
C và 1atm).
a) Xác định kim loại
b) 1/10 A tác dụng vừa đủ với 25ml dung dịch CuCl
2
. Tìm nồng độ mol của dd CuCl
2
c) Hỏi phải điện phân 1/10A trong bao lâu với I = 96,5A để đợc dung dịch có 1 chất tan với pH=13.
Bài 5: Tiến hành điện phân dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,01M + CuCl

2
0,1M + NaCl 0,1M, điện cực trơ, màng ngăn
xốp. Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến thiên pH của dung dịch theo quá trình điện phân.
Bài 6: Điện phân 100ml dung dịch chứa Cu
2+
, Na
+
; H
+
;
2-
SO
4
có pH = 1, điện cực trơ. Sau một thời gian điện
phân, rút điện cực ra khỏi dung dịch, thấy khối lợng trong dung dịch giảm 0,64 gam và dung dịch có màu
xanh nhạt, thể tích dung dịch không đổi.
1.Viết các phơng trình phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân.
2. Tính nồng độ H
+
có trong dung dịch sau khi điện phân.
Bài 7: M là kim loại có tổng số hạt cơ bản là 87, X là halogenua. Điện phân dung dịch MX
a
bằng dòng điện 5A, điện
cực trơ, sau 21 phút 27 giây ngừng điện phân, thấy trên catot sinh ra 1,9575 gam kimloại M. Xác định tên kimloại M
và nguyên tố X biết MX
a
có khối lợng phân tử là 218,7
Bài 8: Nêu phơng pháp tách từng chất sau ra khỏi hỗn hợp: KCl; BaCl
2
; MgCl

2
Bài 9: Điều chế các kimloại từ hỗn hợp sau:NaCl; BaCl
2
; AlCl
3
; CuCl
2
Bài 10: Những quá trình nào xảy ra khi điện phân dung dịch Cu(NO
3
)
2
bằng than chì? Sau đó nếu đổi chiều dòng điện
thì điều gì sẽ xảy ra?
Bài 11: Tính thời gian để điện phân dung dịch NiSO
4
bằng dòng điện 2A để phủ kín cả 2 mặt một lá kim loại mỏng
có kích thớc 10
ì
10 cm bằng một lớp niken có bề dày 0,05mm. Biết rằng niken có khối lợng riêng 8,9g/cm
3
và hiệu
suất điện phân là 90%.
Bài 12: Điện phân dung dịch NaCl cho đến khi hết muối với dòng điện 1,61A thấy hết 60phút
1. Tính khối lợng khí thoát ra, biết rằng điện cực trơ, màng ngăn xốp.
2.Trộn dung dịch sau điện phân với dung dịch H
2
SO
4
chứa 0,04 mol rồi cô cạn dung dịch. Tính khối lợng muối khan
thu đợc.

Bài 13: Điện phân 2 lít dung dịch CuSO
4
0,5M với điện cực trơ. Sau một thời gian, ngừng điện phân và cho đi qua
dung dịch sau điện phân một lợng d khí A thì thu đợc 72gam chất kết tủa màu đen. Biết rằng, khi đốt cháy A trong
oxi d thì thu đợc hơi nớc và khí B B làm mất màu dung dịch nớc brom
1. Xác định công thức phân tử của các khí A, B
2. Tính thể tích khí thoát ra trên anot ở đktc
3. Tính thể tích dung dịch HNO
3
60% ( d= 1,37g/ml) cần thiết để hoà tan lợng kim loại thoát ra trên catot.
Bài 14 : Trong quá trình điện phân những cation sẽ di chuyển về:
A. Cực dơng, ở đây xảy ra sự oxi hoá B. Cực dơng, ở đây xảy ra sự khử
C. Cực âm, ở đây xảy ra sự oxi hoá D. Cực âm, ở đây xảy ra sự khử
Bài 15: Quá trình xảy ra tại các điện cực khi điện phân dung dịch AgNO
3
là :
A. Cực dơng : Khử ion NO
3
-
B. Cực âm : Oxi hoá ion NO
3
-

C. Cực âm : Khử ion Ag
+
D. Cực dơng : Khử H
2
O
Bài 16: Một dung dịch X chứa đồng thời NaNO
3

, Cu(NO
3
)
2
, Fe(NO
3
)
3
, Zn(NO
3
)
2
, AgNO
3
. Thứ tự các kim loại thoát
ra ở catot khi điện phân dung dịch trên là:
Biờn son: Hong Nam Ninh T: 0956 866 696
CC PHNG PHP GII BI TP HểA HC PH THễNG
A.Ag, Fe,Cu, Zn, Na B. Ag, Fe, Cu, Zn C. Ag, Cu, Fe D.Ag,Cu, Fe, Zn, Na
Bài 17 Phản ứng điện phân nóng chảy nào dới đây bị viết sai sản phẩm?
A. Al
2
O
3

dpnc

2Al+3/2O
2
B. 2NaOH

dpnc

2Na+O
2
+ H
2
C. 2NaCl
dpnc

2Na+Cl
2
D. CaBr
2

dpnc

Ca + Br
2
Bài 18 Dãy gồm các kim loại đợc điều chế trong công nghiệp bằng phơng pháp điện phân hợp chất nóng chảy của
chúng là. (ĐH KHốI A 2007)
A. Na, Ca, Zn B. Na, Cu, Al C. Na, Ca, Al D. Fe, Ca, Al
Bài 19: Khi điện phân hỗn hợp dung dịch NaCl và CuSO
4
, nếu dung dịch sau khi điện phân hoà tan đợc NaHCO
3
thì
sẽ xảy trờng hợp nào sau đây:
A. NaCl d B. NaCl d hoặc CuSO
4
d

C. CuSO
4
d D. NaCl và CuSO
4
bị điện phân hết
Bài 20: Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO
4
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 ( biết ion SO
4
2-
không bị điện
phân trong dung dịch ) (ĐH KHốI b 2007)
A. b > 2a B. b =2a C. b < 2a D. 2b =a
Bài 21: Khi điện phân có vách ngăn dung dịch gồm NaCl, HCl . Sau một thời gian điện phân xác định xảy ra trờng
hợp nào sau đây, trờng hợp nào đúng :
A. Dung dịch thu đợc có làm quỳ tím hóa đỏ B. Dung dịch thu đợc không đổi màu quỳ tím
C. Dung dịch thu đợc làm xanh quỳ tím D. A, B, C đều đúng
Bài 22 . ứng dụng nào dới đây không phải là ứng dụng của sự điện phân ?
A. Điều chế một số kim loại, phi kim và hợp chất B. Thông qua các phản ứng để sản sinh ra dòng điện
C. Tinh chế một số kim loại nh Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au... D. Mạ Zn, sn, Ni, Ag, Au... bảo vệ và trang trí kim loại
Bài 23 . Điện phân đến hết 0,1 mol Cu (NO
3
)
2
trong dung dịch với điện tực trơ, thì sau điện phân khối lợng dung dịch
đã giảm bao nhiêu gam
A. 1,6g B. 6,4g C. 8,0 gam D. 18,8g
Bài 24. Tính thể tích khí (đktc) thu đợc khi điện phân hết 0,1 mol NaCl trong dung dịch với điện cực trơ, màng ngăn
xốp.

A. 0,024 lit B. 1,120 lit C. 2,240 lit D. 4,489 lit
Bài 25: Điện phân dung dịch CuCl
2
với điện cực trơ , sau một thời gian thu đợc 0,32 gam Cu ở catot và một lợng khí
X ở anot. Hấp thụ hoàn toàn lợng khí X trên vào 200 ml dung dịch NaOH ở nhiệt độ thờng). Sau phản ứng nồng độ
NaOH còn lại là 0,05M ( giả thiết thể tích của dung dịch NaOH không thay đổi). Nồng độ ban đầu của dung dịch
NaOH là. (ĐH KHốI A 2007)
A. 0,15 M B. 0,2M C. 0,1 M D. 0,05M
Bài 26: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO
4
với điện cực trơ bằng dòng điện một chiều I = 9,65 A. Khi thể tích khí
thoát ra ở cả hai đện cực đều là 1,12 lít (đktc) thì dừng điện phân. Khối lợng kim loại sinh ra ở katốt và thời gian điện
phân là:
A. 3,2gam và1000 s B. 2,2 gam và 800 s C. 6,4 gam và 3600 s D. 5,4 gam và 1800 s
Bài 27. iện phân 200ml dd CuSO
4
0,5 M và FeSO
4
0,5M trong 15 phút với điện cực trơ và dòng điện I= 5A sẽ thu đ-
ợc ở catot:
A. chỉ có đồng B. Vừa đồng, vừa sắt
C. chỉ có sắt D. vừa đồng vừa sắt với lợng mỗi kim loại là tối đa
Bài 28: Điện phân dung dịch CuSO
4
bằng điện cực trơ với dòng điện có cờng độ I = 0,5A trong thời gian 1930 giây
thì khối lợng đồng và thể tích khí O
2
sinh ra là
A: 0, 64g và 0,112 lit B: 0, 32g và 0, 056 lít C: 0, 96g và 0, 168 lít D: 1, 28g và 0, 224 lít
Bài 29: Điện phân 200ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,1M và CuSO

4
0,5M bằng điện cực trơ. Khi ở katốt có 3,2g
Cu thì thể tích khí thoát ra ở anốt là
A : 0, 56 lít B : 0, 84 lít C : 0, 672 lít D : 0,448 lit
Bài 30: Điện phân dd chứa 0,2 mol FeSO
4
và 0,06mol HCl với dòng điện 1,34 A trong 2 giờ (điện cực trơ, có màng
ngăn). Bỏ qua sự hoà tan của clo trong nớc và coi hiệu suất điện phân là 100%. Khối lợng kim loại thoát ra ở katot và
thể tích khí thoát ra ở anot (đktc) lần lợt là:
A. 1,12 g Fe và 0, 896 lit hỗn hợp khí Cl
2
, O
2
. B. 1,12 g Fe và 1, 12 lit hỗn hợp khí Cl
2
và O
2
.
C. 11,2 g Fe và 1, 12 lit hỗn hợp khí Cl
2
và O
2
. D. 1,12 g Fe và 8, 96 lit hỗn hợp khí Cl
2
và O
Bài 31: Dung dịch chứa đồng thời 0,01 mol NaCl; 0,02 mol CuCl
2
; 0,01 mol FeCl
3
; 0,06 mol CaCl

2
. Kim loại đầu
tiên thoát ra ở catot khi điện phân dung dịch trên là :
A. Fe B. Zn C. Cu D. Ca
Bài 32: Natri, canxi, magie, nhôm đợc sản xuất trong công nghiệp bằng phơng pháp nào:
A. Phơng pháp thuỷ luyện. B. Phơng pháp nhiệt luyện.
C. Phơng pháp điện phân. D. Phơng pháp điện phân hợp chất nóng chảy.
Biờn son: Hong Nam Ninh T: 0956 866 696