Bài soạn Chuyên đề điện phân

CHƯƠNG II:TOÁN VỀ ĐIỆN PHÂN
Bài 1 :
Hoà tan 150 gam tinh thể CuSO
4
.5H
2
O vào 600 ml dung dịch HCl 0,6M
đc dung dịch A.Chia dung dịch A thành ba phần bằng nhau.
a) Tiến hành điện phân phần I với dòng điện có cường độ 1,34A trong
bốn giờ .Tính khối lượng kim loại thoát ra ở catốt và thể tích khí (đkc)
thu đc ở anốt .Biết hiệu suất điện phân là 100%.
b) Cho 5,4 gam nhôm vào phần II .Sau một thời gian thu đc 1,344 lít khí ,
dung dịch B và chất rắn C .Cho dung dịch B tác dụng với xút dư rồi lấy
kết tủa nung ở nhiệt độ cao đc 4 gam chất rắn . Tính lượng chất rắn C.
c) Cho 13,7 gam kim loại Ba vào phần III .Sau khi kết thúc tất cả các
phản ứng , lọc kết tủa rửa sạch và đem nung ở nhiệt độ cao thì thu đc
bao nhiêu gam chất rắn ?.Biết rằng khi tác dụng với bazơ Cu
2+
chỉ tạo
Cu(OH)
2
.
Hướng dẫn:
a) Số mol CuSO
4
ban đầu là=150:250 =0,6 mol .Số mol HCl ban đầu =0,36
mol.Vậy mỗi phần có 0,2 mol CuSO
4
và 0,12 mol HCl
Lượng đồng thu đc=m=
gIT

n
A
F
4,64.3600.34,1.32.
500.96
11
==
hay 0,1 mol
Các phản ứng điện phân xảy ra theo trình tự
CuSO
4
+ 2HCl
→
Cu + Cl
2
+ H
2
SO
4
(1)
0,12 0,06 0,06
2CuSO
4
+ 2H
2
O
→
2Cu + O
2
+ 2H

2
SO
4
(2)
Để thu đc 0,1 mol Cu phải có 0,04 mol Cu sinh ra ở (2) khi đó có 0,02 mol O
2
sịnh ra ở anốt. Vậy song song với thu đc 0,1 mol Cu ở catốt thì ở anốt có
0,06+0,02=0,08 mol khí sinh ra hay 1,792 lít khí
b) Số mol Al=0,2 mol.Số mol khí sinh ra là:0,06 mol
Pứ: 2Al + 6HCl
→
2AlCl
3
+ 3H
2
0,04 0,12 0,06
Sau pứ này Al còn 0,2-0,04=0,16 mol và phản ứng tiếp với CuSO
4
tạo dung
dịch B .Dung dịch B tác dụng với xút dư vẫn có kết tủa sauy ra CuSO
4
không
pứ hết nên còn dư trong dung dịch B .Gọi a là số mol CuSO
4
đã phản ứng với Al
ta có PT:
2Al + 3CuSO
4

→

Al
2
(SO
4
)
3
+ 3Cu (3)
a
3
2
a a
CuSO
4
+ 2NaOH
→
Cu(OH)
2
+ Na
2
SO
4

(0,2-a) (0,2-a)
1
Cu(OH)
2

 →
0
t

CuO + H
2
O
(0,2-a) (0,2-a)
⇒
0,2-a=
15,005,0
80
4
=⇒=
a

Vậy lượng chất rắn C=lượng Cu sinh ra ở (3) +lượng Al còn dư
=0,15.64+
g22,1127.15,0.
3
2
16,0
=






−
c) Số mol Ba=0,1 mol
Ba+2HCl
→
BaCl

2
+ H
2

0,06 0,12
Ba còn dư 0,04 mol sẽ phản ứng với tiếp với nước
Ba+ 2H
2
O
→
Ba(OH)
2
+ H
2

0,04 0,04
Trong dung dịch khi kết thúc hai pứ trên có số mol Ba
2+
= số mol Ba =0,1 molvà
só mol OH
-
=2số mol Ba(OH)
2
=0,08 mol
Ba
2+
+ SO
4
2-

→
BaSO
4
Cu
2+
+ 2OH
-

→
Cu(OH)
2
0,1 (0,2) 0,1 0,04 0,08 0,04
Chỉ có CuSO
4
bị nhiệt phân Cu(OH)
2

 →
0
t
CuO + H
2
O
0,04 0,04
Vậy chất rắn thu đc sau khi nung là=0,1.233+0,04.80=26,5g
Nhận xét đề:Sỡ dĩ các phản ứng điện phân diễn ra theo trình tự trên vì Cl
-
ưu
tiên nhường electron ở anốt trước H
2

O.
Bài 2:
Hoà tan hoàn toàn 10,65 g hỗn hợp gồm 1 oxit kim loại kiềm và một oxit
kim loại kiềm thổ bằng dung dịch HCl thu đc dung dịch B. Cô cạn dung dịch
B rồi điện phân nóng chảy hoàn toàn hỗn hợp muối thì thu đc 3,696 lít khí
C(27,3
0
C và 1 atm) ở anốt và hỗn hợp kim loại D ở catot.
a) Tính khối lượng D
b) Lấy m gam D cho tác dụng hết với nước đc dung dịch E và V lít
khí.Cho từ từ bột nhôm vào dung dịch E cho tới ngừng thoát khí thấy
hết p gam Al và có V
1
lít khí thoát ra .So sánh V
1
và V.Tính p theo m
c) Nếu lấy hỗn hợp kim loại D rồi luyện thêm 1,37 g Ba thì đc một hợp
kim trong đó Ba chiếm 23,07% về số mol.Hỏi hỗn hợp đầu là oxit của
các kim loại kiềm, kiềm thổ nào?
Hướng dẫn:
a) Gọi A
2
O và BO là công thức của oxit kim loại kiềm và kiềm thổ , a và b lần
lượt là số mol của chúng
A
2
O + 2HCl
→
2ACl + H
2

O BO + 2HCl
→
BCl
2
+ H
2
a 2a b b
2ACl
 →
dpnc
2A + Cl
2
BCl
2

 →
dpnc
B + Cl
2
2a 2a a b b b
Theo bài rat a có hệ:
2





==+
=+++
15,0

3,300.082,0
696,3.1
65,10)16()162(
ba
BbAa
⇒
2aA +bB =8,25
Đây cũng chình là biểu thức tính tổng hỗn hợp kim loại D Vậy D nặng 8,25 g
b) Giả sử m gam D chứa x mol A và y mol B
2A + 2H
2
O
→
2A
+
+ 2OH
-
+H
2
B+2H
2
O
→
B
2+
+2OH
-
+H
2

x x
2
x
y 2y y
2OH
-
+2Al + 2H
2
O
→
2AlO
2
-
+3H
2
(x+2y) (x+2y)
)2(
2
3
yx
+
Ta có :
y
yx
V
V
x
+
+
=

2
2
3
1
)2(
=3
⇒
V
1
= 3V
Theo các phản ứng trên , nếu lấy toàn bộ D(2a mol A và b mol B)thì tạo (2a+2b)
mol OH
-
.Số mol Al phản ứng =số mol OH
-
nên khi ấy phải dùng 0,3.27=8,1 g Al
Vậy 8,25 g D phản ứng
→
8,1 g Al
m g D pứ
→
0,982m gam Al
⇒
p=0,982m
c)Hỗn hợp D chứa 2a mol A và b mol B ta có 2a+b>a+b
2a+b > 0,15
Số mol Ba them vào =1,37:137=0,01 mol Giả sử trong D không có Ba , như vậy
lượng Ba thêm vào chiếm một tỉ lệ về số mol là
%25,6
16,0

01,0
01,0
01,0
01,02
01,0
==
++
<
++
baba
. Điều này mâu thuẫn với giả thiết là Ba
chiếm 23,07 % Vậy D phải có Ba
Như vậy D chứa 2a mol A và b mol Ba.Suy rat a có hệ







=+
=
++
+
=+
8,25137bA2
100
07,23
01,02
01,0

15,0
a
ba
b
ba
Giải rat a đc a=0,1;b=0,05;A=7
Vậy hỗn hợp đầu là Li
2
O và BaO
Bài 3:
Điện phân có màng ngăn (điện cực trơ) một dung dịch chứa m gam hỗn hợp
CuSO
4
và NaCl . ở anốt thu đc 0,448 lít khí ở điều kiện chuẩn .Dung dịch sau
điện phân có thể hoà tan hết tối đa 0,68 gam bột Al
2
O
3
. Biết rằng quá trình
điện phân đc tiến hành đến khi H
2
O bắt đầu bị điện phân ở cả hai điện cực thì
ngừg lại .
1) Tính m?
2) Sau khi điện phân khối lượng Catốt tăng bao nhiêu?
3) Sauk hi điện phân khối lượng dung dịch giảm bao nhiêu(bỏ qua nước
3
bay hơi) ?
Hướng dẫn:
1) Các pứ xảy ra khi điện phân dung dịch chứa a mol CuSO

4
và b mol NaCl
CuSO
4
+ 2NaCl
→
Na
2
SO
4
+ Cu + Cl
2
(1)
Như vậy nếu b=2a thì sau pứ này đến dung dịch Na
2
SO
4
bị điện phân và nước sẽ
tham gia pứ ở hai điện cực .Tuy nhiên dung dịch sau điện phân khi ấy sẽ không
sẽ không pứ đc với Al
2
O
3

⇒
loại trường hợp này
Vậy sau pứ (1) có thể xảy ra hai trường hợp
• b>2a
Tiếp tục điện phân thì NaCl bị điện phân tiếp do còn (b-2a) mol NaCl
2NaCl +2H

2
O
→
2NaOH + H
2
+ Cl
2
(2)
(b-2a) (b-2a)
)2(
2
1
ab −

)2(
2
1
ab −
Trong pứ này có H
2
O tham gia pứ ở catốt .Khi (2) kết thúc bắt đầu có H
2
O tham
gia pứ ở catốt .Theo đề bài sự điện phân dừng lại . Pứ của 0,68 g Al
2
O
3
=0,006 mol
Al
2

O
3
với dung dịch NaOH
Al
2
O
3
+ 2NaOH
→
2NaAlO
2
+H
2
O
0,006 0,012
Suy ra số mol Cl
2
sinh ra ở (2) là0,0006 mol Do đó số mol của Cl
2
sin ra ở (1) là
mol014,0006,0
3,22
448,0
=−
=số mol CuSO
4
bị điện phân =
2
1
số mol NaCl bị điện

phân
Vậy ở (1) có 0,028 mol NaCl bị điện phân , (2) có 0,012 mol NaCl bị điện phân ,còn
CuSO
4
chỉ tham gia ở (1) là 0,014 mol nên
1) m=160.0,014+ 58,5(0,028+0,012) = 4,58 g
2) Sau điện phân khối lượng catốt tăng =0,014.64=0,896 g
3) Sau điện phân khối lượng dung dịch giảm = khôis lượng catốt tăng + khối
lượng các khí thoát ra =0,896+ 71(0,014+0,006) +2.0,006=2,328 g
• b< 2a
Tiếp tục điện phân thì NaCl hết dugn dịch mới gồm Na
2
SO
4
và CuSO
4
bị điện phân
: CuSO
4
+ H
2
O
→
Cu + H
2
SO
4
+
2
1

O
2
(3)
(a-
2
b
) (a-
)
2
b
(a-
)
2
b

2
1
(a-
)
2
b

Trong phản ứng này có nước tham gia pứ ở anốt .Khi (3) kết thúc bắt đầu có nước
tham gia pứ ở catốt.Theo bài ra sự điện phân dừng lại : Phản ứng của 0,006 mol
Al
2
O
3
với H
2

SO
4
:
Al
2
O
3
+ 3H
2
SO
4

→
Al
2
(SO
4
)
3
+3 H
2
O
0,006 0,018
Suy ra số mol O
2
sinh ra ở (3) là
009,0.
2
1
. Vậy số mol Cl

2
sinh ra ở (1) là 0,02-
0,009-0,011 mol =số mol CuSO
4
bị điện phân=
2
1
số mol NaCl bị điện phân
Vậy ở (1) có 0,011 mol CuSO
4
bị điện phân , ở (3) có 0,018 mol CuSO
4
bị điện
phân , còn NaCl chỉ tham gia ở (1) là 0,022 mol nên
4
1) m=160(0,011+0,018)+ 58,5.0,022=5,927 g
2) khối lượng catot tăng =(0,011+0,018)64=1,856 g
3) Khối lượng dung dịch giảm =khối lượng catot tăng +khối lượng khí thoát
=1,856+ 71.0,011+ 0,009.32=2,925 g
Bài 4:
Một hỗn hợp gồm 23,5 gam muối cacbonnat kim loại hoạt động hoá trị II
(A) và 8,4 gam muối cacbonat kim loại hoạt động hoá trị II(B) đem hoà tan
hoàn tan vào HCl dư rồi cô cạn và điện phân nóng chảy hoàn toàn thấy có m
gam các kim loại tạo ra ở catot và V lít Clo thoát ra ở anot .Biết khi trộn m
gam các kim loại này với m gam Ni rồi cho tác dụng với H
2
SO
4
dư thì thể tích
H

2
sinh ra nhiều gấp 2,675 lần so với khí sinh ra khi có một mình Ni và biết
phân tử lượng của oxit kim loại B bằng nguyên tử lượng của kim loai A
1) Viết các phương trình hoá học xảy ra
2) Tính thành phần % khối lượng của A và B tạo ra ở catốt
3) Tính thể tích V của khí Clo
Giả thiết các phản ứng xảy ra hoàn toàn
Hướng dẫn :
1) Gọi hai muối trên là ACO
3
và BCO
3
với số mol tương ứng trong hỗn hợp là a
và b . Các pứ
ACO
3
+ 2HCl
→
ACl
2
+ H
2
O +CO
2

a a
BCO
3
+ 2HCl
→

BCl
2
+ H
2
O + CO
2

b b
ACl
2

→
A +Cl
2
BCl
2

→
B + Cl
2

a a a b b b
A +H
2
SO
4

→
ASO
4

+ H
2
B + H
2
SO
4

→
BSO
4
+ H
2

a a b b
Ni+ H
2
SO
4

→
NiSO
4
+ H
2

c c
(với c là số mol tương ứng với m gam Ni)
2) Theo bài rat a có hệ :










+=
=++
=+
=+
=+
16BA
2,675c cba
59cbB¢
4,8)60(
5,23)60(
a
Bb
Aa
Giải ra ta được A=40; B=24; a=0,235;b=0,1;c=0,2
Vậy A là Ca và B là Mg . Suy ra %Ca=79,66%
%Mg = 20,34%
3) Thể tích Clo thu được =22,4(a+b) =7,504l
Bài 5:
a) Tính lượng quặng bôxit chứa 40% Al
2
O
3
để điều chế 1 tấn Al bằng

5
phương pháp điện phân , giả sử hiệu suất chế biến quặng và điện phân
là 100%
b) Tính lượng cực than làm anot bị tiêu hao khi điện phân nóng chảy
Al
2
O
3
để sản xuất Al có khối lượng 27 tấn trong trường hơp sau:
• Tất cả khí thoát ra ở anot là CO
2

• Khí thoát ra ở anốt gồm 10% CO và 90% CO
2
(theo thể tích)
• Khí thoát ra ở anốt gồm 10% O
2
và 10% CO ; 80% CO
2
Hướng dẫn:
a) Phương trình điện phân :
2Al
2
O
3

→
4Al + 3O
2
Lượng Al

2
O
3
cần =1 tấn.
t88,1
27.4
102.2
=
2.102 g 4.27 g Lượng quặng 40% cần=1,88.
t7,4
40
100
=
?
←
1 tấn
b) 27 tấn nhôm ứng với 27.10
6
:27=10
6
mol Al
Cứ 4 mol Al sinh ra thì kèm theo 3 mol O
2
vậy số mol O
2
sinh ra khi ấy
=10
6
.
10.5,7

4
3
=
5
mol
Các pứ xảy ra của oxi với anốt
C + O
2

→
CO
2
(2) 2C + O
2

→
2CO (3)
• Tất cả thoát ra ở anốt là CO
2

Theo (2) thì số mol C=số mol O
2
=7,5.10
5
mol .Vậy lượng C cần=9.10
6
g
• Khí thoát ra gồm 10% CO và 90 % CO
2

Gọi x là số mol C cháy tạo CO
2

2y là số mol C cháy tạo CO
Ta có hệ:



=
=+
yx
yx
2,9
105.5,7
Giải rat a đc x=710526 mol y=39473,6 mol
Suy ra lượng C cần= 12(x+2y) =9473664 g
• Khí thoát ra gồm 10% O
2
;10% CO và 80% CO
2

Gọi a là số mol C cháy tạo CO
2

2b là số mol C cháy tạo CO, c là số mol O
2
có trong hỗn hợp
Ta có hệ:






=
=
=++
cb
ba
cba
2
2.8
105.5,7
Giải rat a đc b=39473 và a=631578
Suy ra lượng C cần=12(a+2b) =8526303g
Bài 6:
Điện phân nóng chảy a gam muối A tạo bởi kim loại M và halogen X thu đc
0,96 gam M ở catot và 0,896 lít khí ở anot. Mặt khác hoà tan a gam muối A
6