Lý thuyết điện phân và câu hỏi trắc nghiệm có lời giải chi tiết môn Hóa học 11 năm 2019-2020

LÝ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM CÓ LỜI GIẢI CHI TIẾT

 

I – LÍ THUYẾT

1) Điện phân nóng chảy: áp dụng đối với MCl_n, M(OH)_n và Al₂O₃ (M là kim loại nhóm IA và IIA)

a) Điện phân nóng chảy oxit:

Nhôm là kim loại được sản xuất bằng cách điện phân Al₂O₃ nóng chảy. Al₂O3 nguyên chất nóng chảy ở nhiệt độ trên 2000⁰C. Một phương pháp rất thành công để sản xuất nhôm là tạo một dung dịch dẫn điện có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn 2000⁰C bằng cách hòa tan Al₂O₃ vào criolit nóng chảy (Na₃AlF₆).

 Phương trình sự điện phân: 2Al₂O₃ = 4Al + 3O₂

Tác dụng của Na₃AlF₆ (criolit):

- Hạ nhiệt độ nóng chảy cho hỗn hợp phản ứng.

- Tăng khả năng dẫn điện cho Al.

- Ngăn chặn sự tiếp xúc của oxi không khí với Al.

- Chú ý: Do điện cực làm bằng graphit (than chì) nên bị khí sinh ra ở anot ăn mòn:

2C + O₂ → 2CO↑

2CO + O₂ → 2CO₂↑

Vì vậy, trong quá trình điện phân nóng chảy oxit, tại anot thường thu được hỗn hợp khí CO, CO2, O2.

b) Điện phân nóng chảy hydroxit kim loại kiềm:

2MOH    →  2M + O₂↑ + H₂O↑ (M = Na, K,…)

c) Điện phân muối clorua (thường dùng điều chế KL kiềm và kiềm thổ)

 2MCl_x  →   2M + xCl₂   (x = 1,2)

2) Điện phân dung dịch chất điện li trong nước:

Vai trò của nước: trước hết là dung môi hòa tan các chất điện phân, sau đó có thể tham gia trực tiếp vào quá trình điện phân:

* Quy tắc anốt:

* Quy tắc catot:

+ Tại catot (cực âm) H₂O bị khử: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^–

+ Tại anot (cực dương) H₂O bị oxi hóa: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

- Tại catot (cực âm) xảy ra quá trình khử M⁺, H⁺ (axit), H₂O theo quy tắc:

+ Các cation nhóm IA, IIA, Al³⁺ không bị khử (khi đó H₂O bị khử)

+ Các ion H⁺ (axit) và cation kim loại khác bị khử theo thứ tự trong dãy thế điện cực chuẩn (ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị khử trước): Mⁿ⁺ + ne → M

+ Các ion H⁺ (axit) dễ bị khử hơn các ion H⁺ (H₂O)

+ Ví dụ khi điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl₃, CuCl₂ và HCl thì thứ tự các ion bị khử là:

Fe³⁺ + 1e → Fe²⁺ ; Cu²⁺ + 2e → Cu ; 2H⁺ + 2e → H₂ ; Fe²⁺ + 2e → Fe

- Tại anot (cực dương) xảy ra quá trình oxi hóa anion gốc axit, OH– (bazơ kiềm), H2O theo quy tắc:

+ Các anion gốc axit có oxi như NO₃^–, SO₄^2–, PO₄^3–, CO₃^2–, ClO₄^–…không bị oxi hóa

+ Các trường hợp khác bị oxi hóa theo thứ tự: S^2– > I^– > Br^– > Cl^– > RCOO^– > OH^– > H2O

3) Định luật Faraday: \(m = \frac{{AIt}}{{nF}}\)  hay  \(n = \frac{{It}}{{nF}}\)  

Trong đó:

+ m: khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam)

+ A: khối lượng mol của chất thu được ở điện cực

+ n: số electron trao đổi ở điện cực

+ I: cường độ dòng điện (A)

+ t: thời gian điện phân

+ F: hằng số Faraday (F = 96500 nếu thời gian tính theo giây; F = 26,8 nếu thời gian tính theo giờ)

II – MỘT SỐ CƠ SỞ ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN

- Nếu dung dịch có chứa ion Fe³⁺ và một số ion dương khác thì Fe³⁺ sẽ nhận điện tử theo nguyên tắc sau:

Giai đọan 1: Fe3+ + 1e = Fe²⁺

Giai đọan 2: Fe²⁺ trở về đúng vị trí của nó:    Fe²⁺ + 2e = Fe

 - Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào

- Khi 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, tại catot H₂O bắt đầu bị điện phân.

- 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.

- Chất rằn thoát ra có thể là kim loại (có thể là kết tủa của một kim loại hay có cả hai).

- Chất khí thoát ra sau điện phân gồm cả khí thoát ra ở catot và anot (trừ khí gây ra phản ứng phụ, tạo sản phẩm tan trong dung dịch). Nếu đề yêu cầu tính lượng khí, phải xác định rõ khí ở điện cực nào, hay khí thu được tất cả sau điện phân.

- Với quá trình điện phân có sinh ra kết tủa hay giải phóng khí thì:

m_{dung dịch sau điện phân} = m_{dung dịch trước điện phân} – m_{kết tủa} - m_khí 

- Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (m kết tủa + m khí)

- Nếu điện phân các bình nối tiếp nhau thì Q = I.t qua mỗi bình bằng nhau. Sự thu hoặc nhường electron ở các cực cùng tên phải như nhau và các chất sinh ra ở các cực cùng tên tỉ lệ mol với nhau.

- 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,…) 

+ 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)

-  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

- 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. Ví dụ: 

+ Điện phân nóng chảy Al₂O₃ (có Na₃AlF₆) với anot làm bằng than chì thì điện cực bị ăn mòn dần do chúng cháy trong oxi mới sinh 

+ 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

- Viết phản ứng (thu hoặc nhường electron) xảy ra ở các điện cực theo đúng thứ tự, không cần viết phương trình điện phân tổng quát

- Nếu đề bài cho I và t thì trước hết tính số mol electron trao đổi ở từng điện cực (ne) theo công thức: ne = It/F . Sau đó dựa vào thứ tự điện phân, so sánh tổng số mol electron nhường hoặc nhận với ne để biết mức độ điện phân xảy ra. Ví dụ để dự đoán xem cation kim loại có bị khử hết không hay nước có bị điện phân không và H₂O có bị điện phân thì ở điện cực nào…

+ Trong nhiều trường hợp, có thể dùng định luật bảo toàn mol electron (số mol electron thu được ở catot bằng số mol electron nhường ở anot) để giải cho nhanh.
- Nếu đề bài yêu cầu tính điện lượng cần cho quá trình điện phân thì áp dụng công thức:

 Q = I.t = ne.F

III – MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA

Câu 1:  Điện phân hoàn toàn 200ml 1 dd chứa 2 muối là Cu(NO₃)₂ và AgNO₃ với I=0,804A, thời gian điện phân là 2giờ, người ta nhận thấy khối lượng cực âm tăng thêm 3,44g. Nồng độ mol của mỗi muối trong dd ban đầu lần lượt là:

A. 0,1M và 0,2M   

. 0,1M và  0,1M  

C. 0,1M và 0,15M 

D. 0,15M và 0,2M

HD:

C1: Viết ptđp

Theo Faraday tính nO₂ rồi lập hpt  gồm nO₂ và mKL

C2: Theo PP Bte: dễ dàng có ngay hệ:  \(\left\{ \begin{array}{l}
2x + y = 4.0,015\\
64x + 108y = 3,44
\end{array} \right.\)       

x = y = 0,02

Câu 2:  Điện phân nóng chảy hoàn toàn 1,9g muối clorua của kim loại M được 0,48g kim loại M ở catot. Kim loại M là:

A. Zn  

B. Ca   

C. Mg  

D. Ba

Câu 3: Điện phân một dd muối MCln với điện cực trơ. Khi ở catot thu được 16g kim loại M thì ở anot thu được 5,6 lít khí (đktc). Kim loại M là:

A. Mg  

B.  Fe  

C. Cu 

D. Ca

HD; Theo Bte có:  \(\frac{{16}}{M}.n = 0,25.2\)

Câu 4: Có 400ml dd chứa HCl và KCl đem điện phân trong bình điện phân có vách ngăn với cường độ dòng điện 9,65A trong 20 phút thì dung dịch chứa một chất tan có PH=13 (coi thể tích dung dịch không đổi). Nồng độ mol/lit của HCl và KCl trong dung dịch ban đầu lần lượt? 

A. 0,2M và 0,2M     

B. 0,1M và 0,2M    

C. 0,2M và 0,1M     

D. 0,1M và 0,1M

HD: pH=13  →  nKCl = nKOH = 0,04

Theo Faraday: nH₂ = 0,06 →  nH₂(do HCl) = 0,04→  nHCl = 0,08

Câu 5: Điện phân 200ml dd CuSO₄ 0,2M với I=10A trong thời gian a, thấy có 224ml khí (đktc) thoát ra ở anot. Biết điện cực trơ và hiệu suất phản ứng là 100%. Khối lượng kim loại bám ở catot là:

A. 1,38g   

B. 1,28g 

C. 1,52g 

D. 2,56g

HD: Bài toán cho lượng sản phẩm nên ta cứ tính theo sản phẩm mà không cần quan tâm đến lượng ban đầu

Câu 6: Điện phân dd hh chứa 0,04mol AgNO₃ và 0,05mol Cu(NO₃)₂ (điện cực trơ), dòng điện 5A, trong 32phút 10 giây. Khối lượng kim loại bám vào catot là:

A. 6,24g 

B. 3,12g

C. 6,5g  

D. 7,24g

HD: Thứ tự điện phân: 

Ag⁺  → Ag   (1)           

Cu²⁺   →   Cu   (2)

gọi t1, t2 lần lượt là thời gian điện phân Ag⁺ và Cu²⁺

Ta có: t1 = 772s  →   t2 = 1158s  →  mCu = 1,92g      (Ag⁺ hết, Cu²⁺ dư)

mcatot = mCu, Ag

Câu 7: Sau một thời gian điện phân 200ml dd CuCl₂ người ta thu được 1,12 lít khí (đktc) ở anot. Ngâm đinh sắt sạch trong dd còn lại sau khi điện phân. Phản ứng xong, nhận thấy khối lượng đinh sắt tăng thêm 1,2g. Nồng độ mol ban đầu cảu dd CuCl₂ là:

A. 1M 

B.  1,5M  

C. 1,2M  

D. 2M

HD: Theo bài ra dễ dàng thấy được CuCl₂ dư và phản ứng với Fe

Theo tăng giảm khối lượng → nCuCl₂ (dư) = nFe = 0,15;  CuCl(đp) = nCl₂ = 0,05

Câu 8: Điện phân (với điện cực Pt) 200ml dd Cu(NO3)₂ đến khi bắt đầu có khí thoát ra ở catot thì ngừng lại. Để yên dd cho đến khi khối lượng catot không đổi, lúc đó khối lượng catot tăng thêm 3,2g so với lúc chưa điện phân. Nồng độ mol của dd Cu(NO₃)₂ trước phản ứng là:

A. 0,5M 

B. 0,9M   

C. 1M 

D. 1,5M

HD:  đp: Cu(NO₃)₂ →  Cu + 2HNO₃….  (1)

                   xmol                    x        2x

Để yên dd cho đến khi khối lượng catot không đổi khi đó có phản ứng:

3Cu + 8HNO₃    (2)

Do khối lượng catot tăng 3,2g nên sau (2) Cu dư  (HNO₃ hết)

Theo (1), (2):  mCu(dư) = 64(x-3x/4) = 3,2  (tính theo HNO₃)

Câu 9: Điện phân 250g dd CuSO₄ 8% đến khi nồng độ CuSO₄ trong dd thu được giảm đi và bằng một nửa so với trước phản ứng thì dừng lại. Khối lượng kim bám ở catot là:

A. 4,08g  

B. 2,04g  

C. 4,58g 

D. 4,5g

HD: nCuSO₄ = 0,125

Gọi nCuSO₄(pư) = x    

Theo pt hoặc theo BT e →   nCu = x;  nO₂ = x/2

C%CuSO₄ = \(\frac{{(0,125 - x)160}}{{250 - (64x + 32.\frac{x}{2})}} = 0,04\)

Câu 10: Điện phân dd hỗn hợp chứa Ag₂SO₄ và CuSO₄ một thời gian thấy khối lượng catot tăng lên 4,96g và khí thoát ra ở anot có thể tích là 0,336 lít (đktc). Khối lượng kim loại bám ở catot lần lượt là:

4,32g và 0,64g 

B. 3,32g và 0,64g 

C. 3,32g và 0,84

D. 4,32 và 1,64

...

Trên đây là phần trích dẫn Lý thuyết điện phân và câu hỏi trắc nghiệm có lời giải chi tiết môn Hóa học 11 năm 2019-2020, để xem toàn bộ nội dung chi tiết, mời các bạn cùng quý thầy cô vui lòng đăng nhập để tải về máy. 

Chúc các em đạt điểm số thật cao trong kì thi sắp đến!