Phương pháp giải bài tập điện phân

[cacodemon1812]

[PDF]https://server1.vnkienthuc.com/files/861/pp_giai_bt_dienphan_hochituan_dhy_hn_0639.pdf[/PDF]





I – NHẮC LẠI LÍ THUYẾT

1) ðiện phân chất ñiện li nóng chảy: áp dụng ñối với MCln, M(OH)n và Al2O3 (M là kim loại

nhóm IA và IIA)

2) ðiện phân dung dịch chất ñiện li trong nước:

- Vai trò của nước: trước hết là dung môi hòa tan các chất ñiện phân, sau ñó có thể tham gia trực

tiếp vào quá trình ñiện phân:

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

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

- Tại catot (cực âm) xảy ra quá trình khử M

+ Các cation nhóm IA, IIA, Al

+ Các ion H

tính oxi hóa mạnh hơn bị khử trước): M

+ Các ion H

–

+

+ 4e

(axit), H2O theo quy tắc:

+

+

, H

3+

không bị khử (khi ñó H2O bị khử)

+

(axit) và cation kim loại khác bị khử theo thứ tự trong dãy thế ñiện cực chuẩn (ion có

+ (axit) dễ bị khử hơn các ion H

n+ + ne → M

+ (H2O)

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

3+ + 1e → Fe

Fe- Tại anot (cực dương) xảy ra quá trình oxi hóa anion gốc axit, OH

+ Các anion gốc axit có oxi như NO3–, SO4

+ Các trường hợp khác bị oxi hóa theo thứ tự: S

3) ðịnh luật Faraday

2+2+

; Cu + 2e → Cu ; 2H

+ + 2e → H2 ; Fe

2–3–, PO42– > I2+

+ 2e → Fe 2–, CO3

, ClO4–…không bị oxi hóa

–– > Br > Cl

(bazơ kiềm), H2O theo quy tắc:

–– > RCOO– > OH– > H2O m =

Trong ñó:

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

+ A: khối lượng mol của chất thu ñược ở ñiện cực

+ n: số electron trao ñổi ở ñiện cực

+ I: cường ñộ dòng ñiện (A)

+ t: thời gian ñiện phân (s)

+ F: hằng số Faraday là ñiện tích của 1 mol electron hay ñiện lượng cần thiết ñể 1 mol electron

chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F = 1,602.10

II – MỘT SỐ CƠ SỞ ðỂ GIẢI BÀI TẬP VỀ ðIỆN PHÂN

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

- m (dung dịch sau ñiện phân) = m (dung dịch trước ñiện phân) – (m kết tủa + m khí)

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

- Khi ñiện phân các dung dịch:

+ Hiñroxit của kim loại hoạt ñộng hóa học mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH)2,…)

+ Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…)

-19.6,022.1023

≈ 96500 C.mol-1

- Thư viện Bài giảng, ðề thi trắc nghiệm

+ Muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm (KNO3, Na2SO4,…)

→ Thực tế là ñiện phân H2O ñể cho H2 (ở catot) và O2 (ở anot)

- Khi ñiện phân dung dịch với anot là một kim loại không trơ (không phải Pt hay ñiện cực than chì)

thì tại anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa ñiện cực

- Có thể có các phản ứng phụ xảy ra giữa từng cặp: chất tạo thành ở ñiện cực, chất tan trong dung

dịch, chất dùng làm ñiện cực. Ví dụ:

+ ðiện phân nóng chảy Al2O3 (có Na3AlF6) với anot làm bằng than chì thì ñiện cực bị ăn mòn

dần do chúng cháy trong oxi mới sinh

+ ðiện 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 ñiện cực theo ñúng thứ tự, không cần viết

phương trình ñiện phân tổng quát

- Viết phương trình ñiện phân tổng quát (như những phương trình hóa học thông thường) ñể tính

toán khi cần thiết

- Từ công thức Faraday → số mol chất thu ñược ở ñiện cực

- Nếu ñề bài cho I và t thì trước hết tính số mol electron trao ñổi ở từng ñiện cực (ne) theo công

thức: ne = (*) (với F = 96500 khi t = giây và F = 26,8 khi t = giờ). Sau ñó dựa vào thứ tự ñiện

phân, so sánh tổng số mol electron nhường hoặc nhận với ne ñể biết mức ñộ ñiện phân xảy ra. Ví dụ

ñể dự ñoán xem cation kim loại có bị khử hết không hay nước có bị ñiện phân không và H2O có bị

ñiện phân thì ở ñiện cực nào…

- Nếu ñề bài cho lượng khí thoát ra ở ñiện cực hoặc sự thay ñổi về khối lượng dung dịch, khối

lượng ñiện cực, pH,…thì dựa vào các bán phản ứng ñể tính số mol electron thu hoặc nhường ở mỗi

ñiện cực rồi thay vào công thức (*) ñể tính I hoặc t

- Nếu ñề bài yêu cầu tính ñiên lượng cần cho quá trình ñiện phân thì áp dụng công thức: Q = I.t =

ne.F

- Có thể tính thời gian t’ cần ñiện phân hết một lượng ion mà ñề bài ñã cho rồi so sánh với thời gian

t trong ñề bài. Nếu t’ < t thì lượng ion ñó ñã bị ñiện phân hết còn nếu t’ > t thì lượng ion ñó chưa bị

ñiện phân hết

- Khi ñiện phân các dung dịch trong các bình ñiện phân mắc nối tiếp thì cường ñộ dòng ñiện và thời

gian ñiện phân ở mỗi bình là như nhau → sự thu hoặc nhường electron ở các ñiện cực cùng tên phải

như nhau và các chất sinh ra ở các ñiện cực cùng tên tỉ lệ mol với nhau

- Trong nhiều trường hợp có thể dùng ñịnh luật bảo toàn mol electron (số mol electron thu ñược ở

catot = số mol electron nhường ở anot) ñể giải cho nhanh

III – MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA

Ví dụ 1: ðiện phân hòa toàn 2,22 gam muối clorua kim loại ở trạng thái nóng chảy thu ñược 448 ml

khí (ở ñktc) ở anot. Kim loại trong muối là:

A. Na B. Ca C. K D. Mg

Hướng dẫn: nCl2 = 0,02

Tại catot: M

Tại anot: 2Cl

(hoặc có thể viết phương trình ñiện phân MCln M + n/2Cl2 ñể tính) → ñáp án B

Ví dụ 2: Tiến hành ñiện phân (với ñiện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % ñến khi dung dịch

NaOH trong bình có nồng ñộ 25 % thì ngừng ñiện phân. Thể tích khí (ở ñktc) thoát ra ở anot và

n+

+ ne → M Theo ñlbt khối lượng mM = m(muối) – m(Cl2) = 2,22 – 0,02.71 = 0,8 gam

→ Cl2 + 2e Theo ñlbt mol electron ta có nM = → M = 20.n → n = 2 và M là Ca

–