Tài liệu CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC- PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH

TRƯỜNG THPT SÁNG SƠN CHUYÊN ĐỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH DÀNH CHO: HỌC SINH KHỐI 12 VÀ ÔN THI ĐẠI HỌC CAO ĐẲNG SỐ TIẾT THỰC HIỆN: 6 TIẾT GIÁO VIÊN: PHẠM VĂN HÙNG Sông Lô tháng 3 năm 2014 PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 1- PHẦN 1: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong quá trình giảng dạy môn Hóa học ở trường THPT, đặc biệt là trong quá trình ôn luyện cho học sinh thi học sinh giỏi các cấp và ở các kì thi Đại học; chuyên đề điện phân dung dịch là một chuyên đề hay và khá quan trọng nên các bài tập về điện phân thường có mặt trong các kì thi lớn của quốc gia. Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay thì việc giải nhanh các bài toán Hóa học là yêu cầu hàng đầu của người học; yêu cầu tìm ra được phương pháp giải toán một cách nhanh nhất, đi bằng con đường ngắn nhất không những giúp người học tiết kiệm được thời gian làm bài mà còn rèn luyện được tư duy và năng lực phát hiện vấn đề của người học. Trong thực tế tài liệu viết về điện phân dung dịch còn ít nên nguồn tư liệu để giáo viên nghiên cứu còn hạn chế do đó nội dung kiến thức và kĩ năng giải các bài tập điện phân cung cấp cho học sinh chưa được nhiều. Vì vậy, khi gặp các bài toán điện phân các em thường lúng túng trong việc tìm ra phương pháp giải phù hợp. Qua quá trình tìm tòi, nghiên cứu trong hai năm tôi đã hệ thống hóa các dạng bài tập điện phân dung dịch và phương pháp giải các dạng bài tập đó cho học sinh một cách dễ hiểu, dễ vận dụng, tránh được những lúng túng, sai lầm và nâng cao kết quả trong các kỳ thi. Trên cơ sở đó, tôi mạnh dạn chọn đề tài “ Phương pháp giải bài tập điện phân trong dung dịch” làm đề tài sáng kiến king nghiệm cho mình. Với hy vọng đề tài này sẽ là một tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập của các em học sinh 12 và cho công tác giảng dạy của các bạn đồng nghiệp. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 2- PHẦN 2: NỘI DUNG I/ ĐỊNH NGHĨA ĐIỆN PHÂN. Điện phân là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi cho dòng điện một chiều qua chất điện li ở trạng thái nc hay dung dịch -Từ định nghĩa trên suy ra: chỉ các chất điện li như NaCl, HCl, CuSO4… mới bị điện phân ngược lại các chất không điện li như: C2H5OH; C6H12O6; CHCl3…không thể điện phân II/ PHÂN LOẠI 1/ Dựa vào trạng thái điện của chất điện phân: chia làm hai loại + Điện phân dung dịch + Điện phân nóng chảy 2/ Dựa vào sự có mặt của màng ngăn: chia làm hai loại + Điện phân có màng ngăn + Điện phân không màng ngăn 3/ Dựa vào tính chất của điện cực: chia làm hai loại + Điện phân điện cực trơ + Điện phân cực dương tan(cực dương tham gia quá trình điện phân) III/ CÁCH VIẾT PHƯƠNG TRÌNH VÀ SƠ ĐỒ ĐIỆN PHÂN * Nguyên tắc: Thông thường trong khi làm bài tập ta chỉ cần viết phương trình điện phân nhưng để viết được phương trình điện phân ta phải viết được sơ đồ điện phân. III.1. Cách viết sơ đồ và phương trình điện phân + Bước1: Viết phương trình điện li + Bước 2: Xác định các ion có ở mỗi điện cực trong đó - Cực âm(còn gọi là catot kí hiệu là K): có ion dương và nước(nếu là điện phândung dịch)_Viết bên trái sơ đồ - Cực dương(còn gọi là anot kí hiệu là A): có ion âm và nước(nếu là điện phândung dịch)_Viết bên phải sơ đồ. VD: Catot : Cu2+, Na+, Mg2+, H2O anot: Cl-, S2-, NO3-, H2O Vấn đề đặt ra là thứ tự các ion bị khử ở catôt và thứ tự các ion bị oxi hóa ở anôt xảy ra như thế nào ? + Bước 3: viết quá trình cho – nhận e PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 3- Tại anot: xảy ra quá trình cho e(oxi hóa) theo thứ tự: kim loại làm anot > S2- > I- > Br- > Cl- > RCOO- > OH- > H2O > NO3-; SO42-; CO32-… Vậy: Vì nước điện phân hết mới đến NO3-; SO42-; CO32- nên các ion NO3-; SO42-; CO32- không bị điện phân trong dung dịch. Các muối NO3-; SO42-; CO32- cũng không bị điện phân nóng chảy vì khi đun nóng chảy chúng đã bị phân hủy. Tóm lại các ion NO3-; SO42-; CO32- không bị điện phân Tại catot: xảy ra quá trình nhận e (khử) theo thứ tự: Au3+….Cu2+ > H+ > Pb2+…Mn2+ > H2O > Al3+….Li+ Vậy: Ta có thể nhở rằng trong dãy điện hóa cứ ion đứng sau bị khử trước khi đến nước bị khử thì các ion đứng trước nước không bị khử nữa. Vì thế các ion Al3+…Li+ không bị điện phân ở trạng thái dung dịch muốn điều chế các kim loại này chỉ có thể điện phân nóng chảy hợp chất của chúng. + Bước 4: Viết phương trình điện phân dạng ion thu gọn bằng cách tổ hợp hai quá trình xảy ra đồng thời ở hai điện cực sao cho triệt tiêu e. Từ phương trình ion thu gọn viết phản ứng điện phân đầy đủ. + Bước 5: Viết phản ứng phụ nếu có  Ghi chú: nước bị điện phân ở mỗi điện cực theo sơ đồ sau: catot: 2HOH + 2e → H2↑ + 2OH-. anot: 2HOH → O2↑ + 4H+ + 4e OH-: 4OH- → O2 + H2O + 4e III.2.Một số VD minh họa: Viết sơ đồ và phương trình điện phân khi: a/điện phân dung dịch NaCl b/điện phân dung dịch CuSO4 c/ điện phân dung dịch K2SO4 Giải a/Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dịch NaCl : NaCl → Na+ + ClCatot (-) Anot (+) : Cl-, H2O PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 4- H2O, Na+ (không bị điện phân) 2Cl- → Cl2 + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2OH→ Phương trình : 2Cl- + 2H2O → Cl2 + H2 + 2OH2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2  Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch : CaCl2 , MgCl2 , BaCl2 , AlCl3... b/ điện phân dung dịch CuSO4 K (K) Cu2+, CuSO4 (H2O) H2O A SO42-, H2O (A) SO42- không bị điện phân Cu2+ + 2e → Cu 2H2O → 4H+ + O2 + 4e Tổ hợp hai quá trình trên sao cho số e bị triệt tiêu ta có: � pdd 2Cu2+ + 2H2O ��� � 2Cu + O2 + 4H+ � pdd hay: 2CuSO4 + 2H2O ��� � 2Cu + O2 + 2H2SO4  Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch : Cu(NO3)2, FeSO4, Fe(NO3)2, NiSO4, AgNO3... c/Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dịch Na2SO4 : Na2SO4 → 2Na+ + SO42- Catot (-) Anot (+) H2O, Na+ SO42-, H2O Na+ không bị điện phân SO42- không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → O2 + 4H+ + 4e dpdd 2H 2 +O 2 → Phương trình điện phân: 2H 2 O ���� Na SO 2 4  Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch: NaNO3, K2SO4 , Na2CO3 , MgSO4 , Al2(SO4)3.... → Với những chất trên ta nói nước bị điện phân, các chất đóng vai trò làm tăng khả năng dẫn điện của dung dịch. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 5- IV. BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN IV.1. Bài tập lý thuyết IV.1.1 Bài tập có lời giải Bài 1: (Trích 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 Cl2 và H2. Giải Catot: Na+, Cu2+, H2O Thứ tự điện phân Cu2+ > H2O Cu2+ +2e → Cu a 2a Anot: Cl-, SO42-, H2O Thứ tự: Cl- > H2O 2Cl- → Cl2 + 2e mol a a mol 2H2O → 4H+ + O2+ 4e a mol Khi catot có bọt khí thì dừng lại nghĩa là tại catot nước chưa bị khử . Tổng e nhường = tổng e nhận. → Chọn đáp án: A Bài 2: Điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp) một dung dịch gồm a mol CuSO4 và b mol NaCl. Dung dịch sau điện phân có thể hoà tan được kim loại nhôm, mối quan hệ giữa a và b là A. 2a=b B. 2a>b. C. 2a< b. D. 2a # b. Giải CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + ½ O2 a a 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2 b b 2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O Ta thấy 2a = b thì phản ứng trung hoà vừa đủ → môi trường trung tính. Để hòa tan được nhôm thì phải là môi trường kiềm hoặc môi trường axit. → Đáp án D Mở rộng: Nếu dung dịch sau phản ứng có tính axít thì : 2a > b Nếu dung dịch sau phản ứng có tính ba zơ thì b> 2 a. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 6- Bài 3. Điện phân dung dịch NaCl, điện cực trơ, không có vách ngăn. Sản phẩm thu được gồm: A. H2, Cl2, NaOH C. H2, Cl2, nước javen B. H2, Cl2, NaOH, nước javen D. H2, nước javen Giải Điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn dpdd � 2NaOH + Cl2 + H2 2NaCl +2 H2O ��� kmn NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O Nước gia ven Chú ý: khi điện phân không màng ngăn cần chú ý các phản ứng phụ Bài 4: Điện phân 100 dung dịch hỗn hợp gồm FeCl3 , FeCl2 , NiCl2, KCl, CuCl2 và HCl với điện cực trơ có màng ngăn xốp. Ở catot thu được chất nào trước? A.Fe. B. H2. C. Cu. D. O2 Bài giải Tại Catot có các quá trình khử xảy ra theo thứ tự Fe3+ + 1e → Fe2+ Cu2+ + 2e → Cu↓ 2H+ + 2e → H2 Ni2+ + 2e→ Ni↓ Fe2+ + 2e → Fe↓ H2O + 2e → H2 + 2OHVậy ta thu được Cu trước → Chọn C IV.1.2 Bài tập tự giải PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 7- Câu 1: Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ, cường độ dòng 5A. Khi ở anot có 4g khí oxi bay ra thì ngưng. Điều nào sau đây luôn đúng ? A. Khối lượng đồng thu được ở catot là 16g. B. Thời gian điện phân là 9650 giây. C. pH của dung dịch trong quá trình điện phân luôn giảm. D. Không có khí thoát ra ở catot. Câu 2: Điện phân một dung dịch gồm a mol CuSO4 và b mol NaCl. Nếu b > 2a mà ở catot chưa có khí thoát ra thì dung dịch sau điện phân chứa A. Na+, SO42-, Cl-. B. Na+, SO42-, Cu2+. C. Na+, Cl-. D. Na+, SO42-, Cu2+, Cl-. Câu 3: Khi điện phân điện cực trơ có màng ngăn dung dịch hỗn hợp gồm NaCl và CuSO 4 đến khi NaCl và CuSO4 đều hết nếu dung dịch sau điện phân hoà tan được Fe thì A. NaCl hết trước CuSO4. B. CuSO4 hết trước NaCl. C. NaCl và CuSO4 cùng hết. D. xảy ra trường hợp A hoặc B. Câu 4: ( ĐHKA 2009) Dãy các kim loại đều có thể được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch muối của chúng là: A. Fe, Cu, Ag. B. Mg, Zn, Cu. C. Al, Fe, Cr. D. Ba, Ag, Au. Câu 5: Điện phân dung dịch chứa HCl và KCl với màng ngăn xốp, sau một thời gian thu được dung dịch chỉ chứa một chất tan và có pH = 12. Vậy: A. chỉ có HCl bị điện phân. B. chỉ có KCl bị điện phân. C.HCl và KCl đều bị điện phân hết. D. HCl bị điện phân hết, KCl bị điện phân một phần Câu 6. Khi điện phân hỗn hợp dung dịch NaCl và CuSO 4, nếu dung dịch sau khi điện phân hoà tan Al2O3 thì sẽ xảy ra trường hợp nào sau đây: A. NaCl dư B. CuSO4 dư C. NaCl dư hoặc CuSO4 dư D. NaCl và CuSO4 bị điện phân hết Câu 7. Điện phân dung dịch hỗn hợp (CuSO 4, KBr) trong đó nồng độ mol/l của 2 muối bằng nhau. Nếu thêm vài giọt quỳ tím vào dung dịch sau khi điện phân thì màu của dung dịch thay đổi như thế nào? A. Không đổi màu B. Dung dịch có màu đỏ C. Dung dịch có màu xanh D. Không xác định được Câu 8 Điện phân một dung dịch hỗn hợp gồm HCl, CuCl2, NaCl với điện cực trơ có màng ngăn. Kết luận nào sau đây là không đúng? A. Vì Cu2+ có tính oxi hoá mạnh hơn H+ nên CuCl2 được điện phân trước. B. Thứ tự điện phân sau đó là HCl  NaCl  H2O C. Quá trình điện phân HCl đi kèm với sự giảm giá trị pH. D. Quá trình điện phân H2O đi kèm với sự tăng giá trị pH Câu 9: (CĐ 2007) Trong công nghiệp, natri hiđroxit được sản xuất bằng phương pháp A. Điện phân dung dịch NaNO3, không có màng ngăn điện cực. B. Điện phân dung dịch NaCl, có màng ngăn điện cực. C. Điện phân dung dịch NaCl, không có màng ngăn điện cực. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 8- D. Điện phân NaCl nóng chảy. Câu 10: (CĐ 2007) Hai kim loại có thể được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch là A. Mg và Zn. B. Na và Fe. C. Al và Mg. D. Cu và Ag Câu 11: (CĐ 2010) Điện phân dung dịch CuSO 4 với anot bằng đồng (anot tan) và điện phân dung dịch CuSO4 với anot bằng graphit (điện cực trơ) đều có đặc điểm chung là A. ở catot xảy ra sự oxi hoá: 2H2O + 2e → 2OH– + H2. B. ở anot xảy ra sự khử: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. C. ở anot xảy ra sự oxi hoá: Cu2+ + 2e. → Cu D. ở catot xảy ra sự khử: Cu2+ + 2e → Cu. Câu 12: (ĐHKA 2010) Phản ứng điện phân dung dịch CuCl 2 (với điện cực trơ) và phản ứng ăn mòn điện hoá xảy ra khi nhúng hợp kim Zn-Cu vào dung dịch HCl có đặc điểm là: A. Phản ứng ở cực âm có sự tham gia của kim loại hoặc ion kim loại. B. Phản ứng xảy ra luôn kèm theo sự phát sinh dòng điện. C. Đều sinh ra Cu ở cực âm. D. Phản ứng ở cực dương đều là sự oxi hoá Cl–. Đáp án lý thuyết Câu 1 2 3 4 5 6 7 8 Đáp án C D 3 A C C B C Câu 9 10 11 12 Đáp án C D D A PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 9- IV.2. BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG IV.2.1. Chú ý khi giải bài tập. + Khi giải bài tập chỉ cần viết phương trình điện phân + Khối lượng dung dịch giảm = khối lượng khí bay ra + khối lượng kim loại thoát ra. + Khi mắc nối tiếp thì cường độ dòng điện trong các bình bằng nhau số mol e trao đổi là như nhau. * Muốn tính khối lượng các chất giải phóng ở các điện cực ta có thể tính theo phương trình điện phân. Ví dụ: dpdd 2CuSO 4 + 2H 2 O ��� � 2Cu + O 2 + 2H 2SO 4 160(g ) 64(g) →11,2(lit) →1(mol) a(g) x (g) → y (lit) →z(mol) * Khi biết cường độ dòng điện ( I) và thời gian điện phân (t) ta có thể tính theo công thức Faraday: m A.I .t n.F hoặc m I .t  nx  A n.F Trong đó: m - khối lượng chất (rắn, lỏng, khí) thoát ra ở điện cực (gam). A - Khối lượng nguyên tử (đối với kim loại) hoặc khối lượng phân tử (đối với chất khí) - số electron trao đổi n I - Cường độ dòng điện ( A) t - Thời gian điện phân (s) F - Hằng số Faraday F= 96500C Nếu đầu bài cho I và t Thì hãy nghĩ đến tính e trao đổi ne  It F = Số e nhận tại Catot = số e nhường tại Anot IV.2.2 Ví dụ vận dụng Bài tập 1: Điện phân 100ml dung dịch chứa NaCl với điện cực trơ ,có màng ngăn, cường độ dòng điện I là 1.93A. Tính thời gian điện phân để được dung dịch pH = 12, thể tích dung dịch được xem như không thay đổi, hiệu suất điện phân là 100%. A. 50s B. 100s C. 150s D . 200 PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 10 - Hướng dẫn giải Vì dung dịch có PH = 12 → Môi trường kiềm . pH = 12 → [H+] = 10-12 → [OH-] = 0,01 M→ Số mol OH- = 0,001 mol Na+ không bị điện phân catot : 2H2O + 2e → H2 + 2OH- anot: Cl- → Cl2 + 2e 0,001  0,001 → Số mol e trao đổi là : n = 0,001 mol I.t n.F Áp dụng công thức Faraday : ne = F � t= I  0, 001.96500  50s → A 1,93 Bài tập 2: (Trích Đại học khối A- 2010) Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 và 0,12 mol NaCl bằng dòng điện có cường độ 2A. 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  n e (trao đổi)= I.t F 0,2 mol Catot (-) Anot (+) (Cu2+; Na+, H2O) (SO42-, Cl-, H2O) Na+ không điện phân Cu2+ + 2e → 0,2 0,4 SO42- không điện phân 2Cl- → Cl2 Cu + 2e → Cu2+ còn dư 0,12 0,12 2H2O → 4H+ +O2 + 4e 0,02  0,08 Vkhí = (0,06 + 0,02). 22,4 = 1,792 lít → Đáp án C PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 11 - Bài tập 3: 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 Hướng dẫn giải 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 AgNO3 , Và còn dư một phần CuSO4 → Khối lượng Cu được tạo thành : 1,72 – 1,08 = 0,64 gam → n Cu = 0,01 mol Tổng ne =2 nCu + nAg = 0,02 + 0,01 = 0,03 mol ne  It → t = 750 s → Chọn Đáp án D . F Bài tập 4: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,1M và NaCl 0,6M (điện cực trơ, 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 Số mol e trao đổi khi điện phân : n I.t 5.3860  0,2 F 96500 mol n Cu(NO3)2 = 0,1.0,5 = 0,05 mol ; n NaCl = 0,5.0,6 = 0,3 mol → n Cu2+ = 0,05 mol , n Cl- = 0,3 mol → Vậy Cl- dư , Cu2+ hết , nên tại catot sẽ có phản ứng điện phân nước (sao cho đủ số mol e nhận ở catot là 0,2) Tại catot : Tại anot : Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e 0,05→0,1 0,20,2 2H2O + 2e → H2 + 2OH0,1 (0,2-0,1) → 0,1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 12 - Dung dịch sau khi điện phân có 0,1 mol OH- có khả năng phản ứng với Al theo phương trình : Al + OH- + H2O → AlO2- + 3/2 H2 0,10,1 mAl max = 0,1.27= 2,7 (g) → Chọn Đáp án B Chú ý: Nếu dung dịch sau điện phân có tính axit thì ở cực dương có quá trình oxi hóa nước.( dư H+) Nếu dung dịch sau điện phân có tính ba zơ thì nước ở cực âm bị khử → OHNếu dung dịch có thể hòa tan hợp chất lưỡng tính thì xét 2 trường hợp. Bài tập 5:Điện phân 200ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 xM, KCl yM ( điện cực trơ, màng ngăn) đến khi nước bắt đầu điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng lại. Dung dịch sau điện phân có khối lượng giảm 22,04(g) so với dung dịch ban đầu và dung dịch này hòa tan tối đa 7,92(g) Zn(OH)2. Biết thời gian điện phân là 19300 giây. Giá trị của x, y, cường độ dòng điện là: A. 0,5M; 1,2M; 2,5A B. 1M; 1,5M; 1A C. 0,6M; 2M; 2A D. 1M;2M; 2A Bài giải Bài toán có 2 trường hợp: TH1: Tạo môi trường kiềm ( y > 2x) Tại Catôt Tại Anot 2+ Cu + 2e→ Cu 2Cl- → Cl2 + 2e 0,2x 0,4x 0,2x 0,2y 0,1 y 0,2y 2H2O + 2e → H2 + 2OH 0,2y-0,4x 0,2y-0,4x Khối lượng dung dịch giảm: 64.0,2x + 71.0,1y +0,2(y-2x) = 22,04(I) Dung dịch hòa tan Zn(OH)2 Zn(OH)2 + 2OH- → ZnO22- + 2H2O 0,08 0,16 mol → 0,2y-0,4x = 0,16( II) Từ I và II → x = 0,6 và y = 2 → I = 2A → Chọn B TH2 : Tạo môi trường axít ( y<2x) Tại Catôt Cu2+ + 2e→ Cu 0,2x 0,4x 0,2x Tại Anot 2Cl- → Cl2 + 2e 0,2y 0,1 y 0,2y 2H2O → 4H+ + O2 + 4e 0,4x-0,2y Khối lượng dung dịch giảm 64.0,2x + 71.0,1y + 8.(0,4x-0,2y)= 22,04 (I) PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 13 - Dung dịch hòa tan Zn(OH)2 Zn(OH)2 + 2H+ → Zn2++ 2H2O 0,08 0,16 mol → 0,4x – 0,2y = 0,16 (II) Từ I và II → x = 0,97 và y = 1,15 loại Ghi chú : Nếu để ý 4 đáp án thì ta chỉ cần xét mỗi trường hợp I( vì y>2x). Vì vậy khi làm bài tập trắc nghiệm thì việc nhìn đáp án và định hình hướng giải là 1 khâu quan trọng. Bài tập 6:Hoà tan 50 gam tinh thể CuSO4 .5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6M đc dung dịch A.. Tiến hành điện phân Avới ḍòng 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%. A. 6,4 gam và 2,24 lít B. 3.2 gam và 4,48 lít C. 6,4 gam và 1,792 lít D. 6,4 gam và 1,344lít Bài giải ne = 0,2 mol Số mol CuSO4 ban đầu là 50:250 =0,2 mol .Số mol HCl ban đầu =0,12 mol. Tại Catot Cu2+ còn dư ( tối đa 0,4 mol e ) Tại Anol 2Cl- → Cl2 + 2e 0,12 0,06 0,12 2H2O → 4H+ + O2 + 4e 0,02 0,08 Tổng V khí = 0,08x22,4 = 1,792 lít . → ne = 0,2 mol → nCu = 0,1 mol IV.2.3. Bài tập tự giải. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 14 - Bài 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 Bài 2 Điện phân 100ml dung dịch CuSO4 0.2M với cường độ I = 9.65 A.Tính khối lượng Cu bám bên catot khi thời gian điện phân t1 = 200s và t2 = 500s (với hiệu suất là 100%). A. 0.32g ; 0.64g B. 0.64g ; 1.28g C. 0.64g ; 1.32g D. 0.32g ; 1.28g Bài 3 .(Trích Đại học khối B-2010): Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO4 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 MSO4.5H2O 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 M và thời gian t lần lượt là: A. Ni và 1400 s B. Cu và 2800 s C. Ni và 2800 s D. Cu và 1400 s Bài 5 (Trích 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 (cho Cu = 64) 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 Điện phân 2 lít dung dịch hỗn hợp gồm NaCl và CuSO4 đến khi H2O bị điện phân ở hai cực thì dừng lại, tại catốt thu 1.28 gam kim loại và anôt thu 0.336 lít khí (ở điều kiện chuẩn). Coi thể tích dung dịch không đổi thì pH của dung dịch thu được bằng A. 2 B. 13 C. 12 D. 3 Bài 8 Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M và Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ và cường độ dòng điện bằng 5A. Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khô PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 15 - thấy tăng m gam. Giá trị của m là: A. 5,16 gam B. 1,72 gam C. 2,58 gam D. 3,44 gam Bài 9 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 10 Mắc nối tiếp 3 bình điện phân A, B, C đựng 3 dung dịch tương ứng CuCl2, 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, 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 11 Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa 0,15 mol FeCl3; 0,3 mol CuCl2; 0,1mol NaCl đến khi catot bắt đầu sủi bọt khí thì ngừng điện phân. Tại thời điểm này, catot đã tăng: A. 27,6 gam B. 8,4 gam C. 19,2 gam D. 29,9 gam Bài 12 Hoà tan a mol Fe3O4 bằng dung dịch H2SO4 vừa đủ, thu được dung dịch X. Điện phân X với 2 điện cực trơ bằng dòng điện cường độ 9,65A. Sau 1000 giây thì kết thúc điện phân và khi đó trên catot bắt đầu thoát ra bọt khí. Giá trị của a là A. 0,025. B. 0,050. C. 0,0125. D. 0,075. Câu 13. Điện phân dùng điện cực trơ dung dịch muối sunfat kim loại hoá trị 2 với cường độ dòng điện 3A. Sau 1930 giây thấy khối lượng catot tăng 1,92 gam. Muối sunfat đã điện phân là A. CuSO4. B. NiSO4. C. MgSO4. D. ZnSO4. Câu 14. Điện phân hoàn toàn 1 lít dung dịch AgNO3 với 2 điên cực trơ thu được một dung dịch có pH= 2. Xem thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể thì lượng Ag bám ở catot là: A. 0,54 gam. B. 0,108 gam. C. 1,08 gam. D. 0,216 g Câu 15: Điện phân 200 ml dung dịch AgNO3 0,4M (điện cực trơ) trong thời gian 4 giờ, cường độ dòng điện là 0,402A. Nồng độ mol/l các chất có trong dung dịch sau điện phân là A. AgNO3 0,15M và HNO3 0,3M. B. AgNO3 0,1M và HNO3 0,3M. C. AgNO3 0,1M D. HNO3 0,3M Câu 16: Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuCl2 thu được 1,12 lít khí X (ở đktc). Ngâm đinh sắt vào dung dịch sau điện phân, khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy khối lượng đinh sắt tăng thêm 1,2 gam. Nồng độ mol của CuCl2 ban đầu là: A. 1M. B. 1,5M. C. 1,2M. D. 2M. Câu 17: Điện phân bằng điện cực trơ dung dịch muối sunfat của kim loại hoá trị II với dòng điện có cường độ 6A. Sau 29 phút điện phân thấy khối lượng catot tăng lên 3,45 gam. Kim loại đó là: A. Zn. B. Cu. C. Ni. D. Sn. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 16 - Câu 18: Điện phân 500ml dung dịch AgNO3 với điện cực trơ cho đến khi catot bắt đầu có khí thoat ra thì ngừng. Để trung hòa dd sau điện phân cần 800ml dd NaOH 1M. Nồng độ mol AgNO3, và thời gian điện phân là bao nhiêu biết I=20A? A. 0,8M, 3860giây B. 1,6M, 3860giây C. 3,2M, 360giây D. 0,4M, 380giây Câu 16: Điện phân 2 lít dung dịch CuSO4 với điện cực trơ và dòng điện một chiều có cường độ I=10A cho đến khi catot bắt đầu có khí thoát ra thì ngừng thấy phải mất 32 phút 10 giây. Nồng độ mol CuSO4 ban đầu và pH dung dịch sau phản ứng là bao nhiêu? (Cu=64;Ag=108;S=32;N=14;O=16) A. [Ag(NO3)]=0,5M, pH=1 B. [Ag(NO3)]=0,05M, pH=10 C. [Ag(NO3)]=0,005M, pH=1 D. [Ag(NO3)]=0,05M, pH=1 Câu 17: Điện phân có màng ngăn điện cực trơ 100ml dd MgCl2 0,15M với cường độ dòng điện 0,1A trong 9650 giây. Tính nồng độ mol các ion trong dung dịch sau điện phân biết thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể. A. [Mg2+]=0,01M, [Cl-]=0,02M B. [Mg2+]=0,1M, [Cl-]=0,2M C. [Mg2+]=0,001M, [Cl-]=0,02M D. [Mg2+]=0,01M, [Cl-]=0,2M Câu 18( A-07): Điện phân dung dịch CuCl2 với điện trơ, sau một thời gian thu dược 0,32gam Cu ở catot và một lượng khí X ở anot. 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?(Cu=64) A. 0,15M B. 0,2M C. 0,1M D. 0,05M Câu 19: Điện phân dung dịch X chứa 0,4 mol M(NO 3)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. Kim loại M là: A. Fe. B. Zn. C. Ni. D. Cu. Câu 20:Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa 0,15 mol FeCl3; 0,3 mol CuCl2; 0,1mol NaCl đến khi catot bắt đầu sủi bọt khí thì ngừng điện phân. Tại thời điểm này, catot đã tăng: A. 27,6 gam B. 8,4 gam C. 19,2 gam D. 29,9 gam Câu 21. 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 V. MỘT SỐ KINH NGHIỆM KHI GIẢI BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ĐIỆN PHÂN (1) H2O bắt đầu điện phân tại các điện cực khi: PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 17 - + Ở catot: bắt đầu xuất hiện bọt khí hoặc khối lượng catot không đổi nghĩa là các ion kim loại bị điện phân trong dung dịch đã bị điện phân hết. + Khi pH của dung dịch không đổi có nghĩa là các ion âm hoặc dương (hay cả hai loại) có thể bị điện phân đã bị điện phân hết. Khi đó tiếp tục điện phân sẽ là H2O bị điện phân. (2) Khi điện phân các dung dịch: + Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…) + Muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm (KNO3, Na2SO4,…) → Thực tế là điện phân H2O để cho H2 (ở catot) và O2 (ở anot). (3) Khi điện phân dung dịch với anot là một kim loại không trơ (không phải Pt hay điện cực than chì) thì tại anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa điện cực. (4) Có thể có các phản ứng phụ xảy ra giữa từng cặp: chất tạo thành ở điện cực, chất tan trong dung dịch, chất dùng làm điện cực như: Điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo ra nước Gia–ven và có khí H2 thoát ra ở catot ; Phản ứng giữa axit trong dung dịch với kim loại bám trên catot . (5) Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào. - mdd sau dp  mdd truoc dp  m �m � - Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (mkết tủa + mkhí) (6) Nếu đề bài cho lượng khí thoát ra ở điện cực hoặc sự thay đổi về khối lượng dung dịch, khối lượng điện cực, pH,…thì dựa vào các bán phản ứng để tính số mol electron thu hoặc nhường ở mỗi điện cực rồi thay vào công thức (*) để tính I hoặc t . (7) Có thể tính thời gian t’ cần điện phân hết một lượng ion mà đề bài đã cho rồi so sánh với thời gian t trong đề bài. Nếu t’ < t thì lượng ion đó đã bị điện phân hết còn nếu t’ > t thì lượng ion đó chưa bị điện phân hết VI. Những kết quả đạt được sau khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 18 - Mặc dù thời gian rất hạn chế nhưng tôi đó vận dụng sáng kiến kinh nghiệm này vào các tiết dạy và đã đạt được kết quả khả quan. Trước hết, bản thân đó nhận thấy rằng những kinh nghiệm này rất phù hợp với chương trình ôn thi đại học cao đẳng. Học sinh có hứng thú học tập hơn, tích cực chủ động sáng tạo để mở rộng vốn hiểu biết, đồng thời cũng rất linh hoạt trong việc thực hiện nhiệm vụ lĩnh hội kiến thức và phát triển kĩ năng. Giỏi Lớp Khá Tb Yếu Kém SLHS SL % SL % SL % SL 12A1 38 10 26,3 25 65,7 3 8 0 12A2 40 5 12 18 34,5 17 42,5 0 % SL % 0 0 0 0 0 0 * Kết quả cụ thể : PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 19 - PHẦN 3: KẾT LUẬN 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. - 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. 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 trong toàn trường. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH - 20 -