Chuyen de dien phan
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ ĐIỆN
PHÂN HÓA HỌC PHỔ THÔNG
Học viên: TRẦN THANH TÙNG
Lớp cao học: HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ
Đồng Tháp, 2017
1
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
Phần I: MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài
Hóa học là một môn khoa học thực nghiệm, việc dạy và học hóa học không
chỉ dừng lại ở khả năng truyền đạt và lĩnh hội kiến thức mà phải biết cách phát triển
năng lực tư duy, logic sáng tạo,rèn luyện các kĩ năng hóa học cho học sinh biết vận
dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống, bảo vệ môi trường.Vì vậy việc sử dụng bài
tập hóa học trong dạy học hóa học có ý nghĩa và tầm quan trọng vô cùng to lớn.Nó
giúp được học sinh nắm được chính xác các khái niệm, đào sâu mở rộng kiến thức
và các kĩ năng kĩ xảo.Giúp cho giáo viên củng cố khắc phục được những nội dung
quan trong cho học sinh đồng thời cũng chính là phương tiện kiểm chứng kết quả
công việc dạy và học. Do vậy cân chú ý đến việc sử dụng bài tập hóa học sao cho
hợp lý đúng mức nhằm nâng cao khả năng học tập của học sinh.Đặc biệt việc sử
dụng bài tập điện phân trong trường THPT hiện nay.Sự điện phân có vai trò vô
cùng quan trọng trong công nghiệp như sản xuất khí, sản xuất muối, sản xuất
bazơ...Lý thuyết về sự điện phân mới có trong chương trình hóa học 12 nâng cao và
ứng dụng của điện phân trong điều chế kim loại.Vì vậy bài tập điện phân còn ít ,là
dạng bài tập khó cần yêu cầu cao trong việc vận dụng kiến thức nhiều để giải. Để
có kiến thức vững chắc sâu sắc cần nắm vững cơ sở lý thuyết về sự điện phân đồng
thời phải biết vận dụng các kiến thức đó để giải các bài tập điện phân. Qua đó phát
huy tích cực linh hoạt sáng tạo trong học tập cũng như trong cuộc sống. Để giải
quyết các vấn đề trên chúng ta cần hướng dẫn học sinh nắm chắc và vận dụng sáng
tạo nội dung lý thuyết về điện phân.Như vậy đòi hỏi người giáo viên phải có kiến
thức vững vàng, phong phú luôn tự học hỏi bổ kiến thức cho mình và có phương
pháp dạy học sinh thích hợp để hướng dẫn học sinh vận dụng và giải quyết các vấn
đề đặt ra. Với những lý do trên,tôi mạnh dạn tiến hành triển khai nghiên cứu để tài:
‘’Nghiên cứu về sự điện phân trong chương trình Hóa học phổ thông”.
2. Lịch sử nghiên cứu.
2
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
Đây là đề tài rất phổ biến ở chương trình phổ thông nên có rất nhiều giáo
viên và sinh viên trong và ngoài nước thực hiện.
3. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu sự điện phân để giải bài tập có liên quan nhằm nâng cao chất lượng
dạy học.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1 Đối tượng Bài tập điện phân
4.2 Phạm vi nghiên cứu
Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng giạy ở trường THPT.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
- Phương pháp phân tích dữ kiện.
- Phương pháp thực hành.
Phần II: NỘI DUNG
Chương 1:Tổng quan về sự điện phân
1.1. Định nghĩa:
Điện phân là quá trình oxi hóa khử xẩy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng
điện một chiều đi qua dung dịch chất điện phân hoặc chất điện li nóng chảy.
1.2. Cơ chế của quá trình.
Cation (+) di chuyển về catot xẩy ra quá trình khử.
Anion (-)di chuyển về anot xẩy ra quá trình oxi hóa.
Cực âm (-) Catot
Fe3+, Cu2+, Zn2+
Cực dương (+) Anot
S2-, Cl-, I-, Br-
Fe3 e Fe 2
Cu 2 2e Cu
S 2 2e S
2 I 2e I 2
Fe 2 2e Fe
2Cl 2e Cl2
Zn 2 2e Zn
2 Br 2e Br2
- Dưới tác dụng của điện trường các Cation chuyển dời về Catot, các anion chuyển
dời về anot.
3
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
-Tại catot xẩy ra quá trình khử: Cation nào có tính oxi hóa lớn nhất sẽ nhận
electron của nguồn điện trước.
-Tại anot xẩy ra quá trình oxi hóa: Anion nào có tính khử lớn nhất sẽ nhường
electron cho nguồn điện trước.
-Tổng số electron chất khử nhường ở anot bằng tổng số mol electron chất oxi hóa
nhận ở catot.
Chương 2. Ứng dụng của điện phân.
1.Điều chế các kim loại
2.Tinh chế các kim loại.
3.Điều chế một số phi kim: H2, O2, F2, Cl2…
4. Điều chế một số hợp chất: NaOH, H2O2, nước giavel…
5.Mạ điện
Chương 3. Định luật Faraday tổng quát.
Định luật thiết lập mối quan hệ giữa các chất bị biến đổi ở các điện cực vào cường
độ dòng điện, thời gian điện phân cũng như bản chất điện phân.
* Công thức dạng Faraday:
m
A I .t
.
n F
Trong đó:
m: Khối lượng chất thoát ra ở điện cực ( gam)
A: Khối lượng (mol) của chất đó
n: Số electron trao đổi(Chú ý n không phải là hóa trị)
A
: đương lượng gam hóa học
n
Ý nghĩa của hằng số Faraday. Để làm biến đổi một đương lượng gam của một chất
bất kỳ cần tiêu tốn một điện lượng bằng 96500 C.mol-1.
Chương 4. Các quá trình cụ thể xảy ra:
4.1. Điện phân nóng chảy.
a. Điều kiện để điện phân nóng chảy.
Hợp chất đem điện phân nóng chảy phải thỏa mãn đồng thời những điều kiện sau đây.
-
Trạng thái rắn ở điều kiện thường.
4
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
-
Bền ở nhiệt độ nóng chảy hoặc cao hơn.
-
Có nhiệt độ nóng chảy không quá cao hoặc tạo với phụ gia thành hỗn hợp có nhiệt
độ nóng chảy thấp.
Kết luận:
Với các điều kiện như trên, trong thực tế người ta chỉ điện phân nóng chảy một số
muối clorua của kim loại kiềm, kiềm thổ. Hidroxit, oxit của một số kim loại hoạt động
mạnh.
Ví dụ 1.
Trình bày cơ chế quá trình điện phân NaCl nóng chảy để tạo ra Na trong công
nghiệp.Nêu các điểm cần chú ý về mặt kỷ thuật.
Hướng dẫn giải.
0
t
Na Cl
Khi nóng chảy ta có NaCl
Khi cho dòng điện một chiều đi qua ta có:
Cực âm (-) Catôt
2 Na 1e Na
Cực dương (+) anôt
2Cl 2e Cl2
dpnc
Hay: 2 NaCl 2 Na Cl2
Các điểm cần chú ý về mặt kỉ thuật.
- Cần có màng ngăn bao bọc không cho Clo tác dụng trở lại với Na ở trạng thái
nóng chảy làm giảm hiệu suất của quá trình điện phân.
- Cần thêm phụ gia thích hợp như MgCl 2, KCl với tỷ lệ xác định, có thể làm giảm
nhiệt độ nóng chảy của NaCl từ 850 0C xuống còn khoảng 610-6500C. Tiết kiệm năng
lượng.
- Chọn hiệu điện thế, cường độ điện phân và các điện cực thích hợp.
Ví dụ 2.
Trình bày cơ chế điện phân Al 2O3 nóng chảy để tạo ra Al trong công nghiệp. Nêu
các điểm cần chú ý về mặt kỉ thuật.
Hướng dẫn giải.
Khi nóng chảy ta có :
0
t
2 Al 3 3O 2 .
Al2O3
5
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
-------------------------------------------------Cho dòng điện một chiều đi qua.
Cực âm (-) Catôt
3
4 Al 3e Al
Cực dương (+) anôt
6O 2 12e 3O2
4 Al 3O2
Hay: 2 Al2O3 dpnc
Các điểm cần chú ý về mặt kỉ thuật.
- Cần tinh chế Al2O3 từ quặng Boxit nhôm trước khi đem điện phân.
Thành phần của boxit nhôm: Al2O3( MgCO3, CaCO3, SiO2, Fe3O4).
Quặng boxit sau khi được khai thác, nghiền nhỏ, rồi đun trong xút đặc dư, sau khi
phản ứng xẩy ra hoàn toàn. Pha loãng bằng nước để loại bỏ các tạp chất không tan, lọc
dung dịch thu được cho CO2 đi qua ta thu được Al(OH)3, đem đun nóng Al(OH)3 đến khối
lượng không đổi ta thu được Al2O3 rồi đem điện phân nóng chảy.
- Cần cho chất phụ gia là: Na 3AlF6 (criolit natri) với tỉ lệ thích hợp để làm giảm
nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 từ 20500C xuống còn khoảng 9500C.
- Chọn hiệu điện thế thích hợp khoảng 4,5-5V.
- Chọn cường độ điện phân thích hợp khoảng 50000A.
- Chọn điện cực than chì: Vừa có tính dẫn điện tốt, ở nhiệt độ cao vừa tiêu hao
lượng oxi ở anot theo hai phản ứng: C O2 CO2 ; CO2 C 2CO
Các bạn có biết: trước đây để tiếp các thượng khách, Nhà vua Napoleon tiếp bằng
các dụng cụ bằng nhôm. Tại vì thời đó chưa có công nghệ điện phân để sản xuất nhôm,
mà người ta phải dùng K để khử Al2O3 nên ở thời đó Al đắt hơn vàng.
Ví dụ 3.
Trình bày cơ chế điện phân NaOH nóng chảy.
0
Khi nóng chảy ta có: NaOH t Na OH
Cực âm (-) Catôt
4 Na 1e Na
Cực dương (+) anôt
4OH 4e O2 2 H 2O
dpnc
Hay: 4 NaOH 4 Na O2 2 H 2O .
Ví dụ 4:
6
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
Điện phân nóng chảy hoàn toàn 14,8 gam một hợp chất với điện cực trơ thu được
22,4 lít H2 (đktc) ở anot. Trình bày cơ chế của quá trình điện phân và xác định công thức
hợp chất đem điện phân.
Hướng dẫn giải.
Khi điện phân một hợp chất thu được hidro thoát ra ở anot chứng tỏ hợp chất đem điện
phân phải là hợp chất hidrua.
Đặt công thức của hợp chất hidrua là M(H)n.
0
Khi nóng chảy ta có: M ( H )n t M n nH .
Khi cho dòng điện một chiều đi qua ta có:
Cực âm (-) Catôt
M
n
Cực dương (-)anôt
2 H 2e H 2
ne M
dpnc
Hay: 2 M ( H ) n 2M nH 2 (1)
2(A+n)g
22,4.nl
14,8g
22,4l
Theo (1) và giải bài ra ta có: A=6,9n
n
A
Kết luận
1
6,9
Li
2
3
13,8 20,7
Loại Loại
Ví dụ 5:
Hãy nêu ý nghĩa của Na3AlF6 trong quá trình điện phân Al 2O3.Trong các ý nghĩa
trên thì ý nghĩa nào quan trọng nhất.
Hướng dẫn giải.
- Làm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 từ 20500C xuống còn khoảng 9500C
- Làm tăng độ dẫn điện ở trạng thái nóng chảy.
- Ngăn cản sự tác dụng trở lại của Al với oxi làm giảm hiệu suất quá trình điện
phân-(Do Na3AlF6 có tỷ khối nhỏ nên khi nóng chảy nó nằm phía trên ngăn cản sự tác
dụng trở lại của oxi với Al.
- Trong các ý nghĩa trên thì ý nghĩa: Làm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al 2O3 từ
20500C xuống còn khoảng 9500C là quan trọng nhất.
7
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
Ví dụ 6.
Trong điện phân Al2O3 người ta dùng điện cực nào sau đây là tốt nhất?
A.Than chì
B.Pt
C.Au
D.Al.
Hướng dẫn giải.
Trong các điện cực trên thì điện cực than chì là tốt nhất vì
- Rẽ tiền
- Dễ chế tạo
- Dẫn điện tốt.
- Làm tiêu hao lượng oxi giải phóng ra ngăn cản sự tác dụng trở lại của oxi
với Al.
` Chọn A.
Ví dụ 7.
Có thể điện phân nóng chảy AlCl3 để sản suất Al được không.Giải thích?
Hướng dẫn giải.
So sánh với điều kiện điện phân nóng chảy ở trên ta thấy AlCl 3 không thỏa mãn ở
điều kiện thứ 2.
Vì AlCl3 là hợp chất cộng hóa trị nên khi đun nóng nó sẽ bị thăng hoa nên không
bền ở nhiệt độ nóng chảy.
4.2. Điện phân dung dịch.
Khi điện phân dung dịch tùy thuộc vào bản chất của chất đem điện phân mà dung
môi nước có thể tham gia vào các quá trình xảy ra ở catot và anot.
a.Các quá trình xảy ra ở Catot (điện cực trơ)
Quy tắc 1.
Nếu đến Catot gồm các cation kim loại kiềm, kiềm thổ hoặc Al 3+.Thì dung môi
nước đóng vai trò chất oxi hóa, nhận e của nguồn điện, còn các cation trên không bị điện
phân trong dung dịch với điện cực trơ.
Ví dụ 1:
Trình bày cơ chế điện phân dung dịch NaOH.
Trong dung dịch ta có các quá trình:
NaOH Na OH
8
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
------------------------------------------------- H OH
H 2O
Khi cho dòng điện một chiều đi qua ta có:
Cực âm (-) Catôt
H+, Na+
2.2 H 2.2e 2 H 2 (1)
Cực dương(+) anôt
OH4OH 4e O2 2 H 2O (2)
Hay: 2.2 H 2O 2.2e 2 H 2 2.2OH (1’) Hay: 2 H 2O 4e O2 4 H (2’)
Lấy (1) +(2) hoặc (1’) +(2’) ta được
2 H 2O NaOH
dpdd 2 H 2 O2 .
Như vậy điện phân dung dịch NaOH thực ra là điện phân nước, NaOH chỉ là chất điện
giải.
Quy tắc 2.
Nếu đến catot gồm các cation kim loại từ Zn Pb thì có hai quá trình xảy ra:
M n ne M (2)
2 H 2O 2e H 2 2OH (1)
Thực tế hai quá trình này xảy ra tranh chấp nhau, nhưng để đơn giản trong tính toán ta
tạm chấp nhận quá trình (2) và bỏ qua quá trình (1).
Quy tắc 3.
Nếu đến catot gồm các cation kim loại sau hidro: Cu2+, Ag+, Hg2+, Pt2+, Au3+.
Thì chỉ duy nhất quá trình (2) xảy ra.
Ví dụ 2:
Trình bày cơ chế điện phân dung dịch Cu(NO3)2 với điện cực trơ.
Trong dung dịch ta có các quá trình:
Cu ( NO3 )2 Cu 2 2 NO 3
H OH
H 2O
Khi cho dòng điện một chiều đi qua ta có:
Cực âm (-) Catot
2+
Cu H
+
2
2.Cu 2.2e .Cu (1)
Cực dương(+) anôt
-
OH , NO
3
2 H 2O 4e O2 4 H (2)
Lấy (1) +(2) ta có:
2Cu 2 H 2O dpdd
2Cu O2 4H
9
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
-------------------------------------------------dpdd
Hay : 2Cu ( NO3 ) 2 2H 2O 2Cu O2 4HNO3
Các quá trình xẩy ra ở anot(điện cực trơ).
Nói chung quá trình xẩy ra ở anot tuân theo dãy anion sau đây:
S 2 , I , Br , Cl , OH ( H 2O), F , SO42 , CO32 , NO3 ...
Quy tắc 4.
Nếu đến anot gồm các anion âm phía trước nhóm OH thì các anion đó sẽ nhường
electron cho nguồn điện trước theo thứ tự ưu tiên từ S2- đến ClQuy tắc 5.
Nếu đến anot gồm các anion gốc axit chứa oxi kể cả gốc florua thì các anion đó
không nhường e cho nguồn điện mà dung môi nước đóng vai trò là chất khử theo quá
trình.
2 H 2O 4e O2 4 H (3)
Kết luận:
1. Điện phân các dung dịch muối axit vô cơ có chứa oxi kể cả muối florua của
các cation kim loại đứng trước Zn trong dãy điện hóa với điện cực trơ thực chất là điện
phân nước.
2. Điện phân các dung dịch muối của các axit vô cơ có chứa oxi kể cả muối florua
với các cation kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa với điện cực trơ thì sẽ thu được
kim loại ở catot và khí O2 thoát ra ở anot đồng thời trong dung dịch thu được có chứa
axit tương ứng.
3. Điện phân dung dịch các axit vô cơ có chứa oxi kể axit flohidric với điện cực
trơ thực chất là điện phân nước.
4. Điện phân dung dịch các bazơ của kim loại kiềm và kiềm thổ thực chất là điện
phân nước.
Ví dụ 3.
Khi điện phân dung dịch CuSO4, dấu hiệu nào chính xác nhất để biết CuSO4 vừa bị
điện phân hết.
A. Dung dịch từ màu xanh chuyển sang không màu.
B. Có khí không màu thoát ra ở Catot.
C. Có kết tủa Cu màu đỏ bám vào catot.
10
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
D. Bỏ quỳ tím vào dung dịch điện phân thì có màu đỏ.
Hướng dẫn giải.
A. Mắt người cảm nhận màu sắc là khác nhau nên không chính xác.
B. Tại thời điểm CuSO4 vừa điện phân hết thì H+ bị điện phân tạo khí không màu
thoát ra.(Hiện tượng này chính xác nhất).
C. Trong điện phân tất nhiên là có Cu xuất hiện.
D. Trong quá trình điện phân CuSO4 tạo ra H2SO4 cho nên làm quỳ tím hóa đỏ, hiện
tượng này cũng không chính xác.
Chọn B.
Ví dụ 4.
Cho các mệnh đề sau:
Không thể điện phân nóng chảy được AlCl 3 được(1). Các cation từ Al 3+ trở về trước
không điện phân được trong dung dịch(2). Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện
phân nước(3). Sau khi điện phân dung dịch CuSO4 thì dung dịch thu được có pH>7(4).
Số mệnh đề phát biểu đúng là:
A. 1
B.2
C.3
D.4
Hướng dẫn giải.
Không thể điện phân nóng chảy được AlCl3 được.(Xem tác giả phân tích ở trên)
Các cation từ Al3+ trở về trước không điện phân được trong dung dịch với điện cực trơ.
Còn với điện cực bằng Hg thì vẫn điện phân được.(Trước đây có rất nhiều nhà máy điện
phân sử dụng điện cực Hg. Công ước quốc tế yêu cầu năm 2020 loại bỏ tất cả các nhà
máy sử dụng quy trình này). Mệnh đề này sai.
Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước. Mệnh đề này đúng.
Sau khi điện phân dung dịch CuSO4 thì dung dịch tạo thành có chứa H2SO4
pH<7. Mệnh đề này sai.
Chọn B.
Ví dụ 5.
Khi điện phân dung dịch Na2SO4 trong bình chữ U với điện cực trơ có pha vài giọt
Phenolphtalein thì hiện tượng quan sát được trong quá trình điện phân là:
A. Có khí H2 thoát ra ở Catot.
11
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
B. Có khí O2 thoát ra ở Catot.
C. Dung dịch có màu hồng ở anot.
D. Dung dịch có màu xanh ở anot
Hướng dẫn giải.
Điện phân dung dịch Na2SO4 thực chất là điện phân nước.
Khí H2 sẽ thoát ra tại Catot theo quá trình: 2 H 2O 2e H 2 2OH
Khí O2 sẽ thoát ra tại anot theo quá trình: 2 H 2O 4e O2 4H
Tại cực âm có môi trường bazơ 2 H 2O 2e H 2 2OH nên làm phenolphtalein có màu
hồng.
Chọn A.
Ví dụ 6.
Khi điện phân dung dịch Na2SO4 trong bình chữ U với điện cực trơ có pha vài giọt quỳ
tím thì hiện tượng quan sát được trong quá trình điện phân là:
A.Có khí H2 thoát ra ở Anot.
B.Có khí O2 thoát ra ở Catot.
C.Dung dịch có màu đỏ ở Catot.
D.Dung dịch có màu xanh ở Catot.
Hướng dẫn giải.
Điện phân dung dịch Na2SO4 thực chất là điện phân nước.
Khí H2 sẽ thoát ra tại Catot theo quá trình: 2 H 2O 2e H 2 2OH
Khí O2 sẽ thoát ra tại atot theo quá trình: 2 H 2O 4e O2 4H
Tại cực âm (catot) có môi trường bazơ 2 H 2O 2e H 2 2OH nên làm quỳ tím hóa
xanh.
Chọn D.
Ví dụ 7.
Điện phân hỗn hợp CuCl2, HCl, NaCl .
Trình bày cơ chế của quá trình điện phân.
Trong quá trình điện phân thì giá trị pH biến thiên như thế nào?
12
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
Hướng dẫn giải.
Trong dung dịch ta có các quá trình sau:
HCl H Cl
NaCl Na Cl
CuCl2 Cu 2 2Cl
H OH
H 2O
Khi cho dòng điện một chiều đi qua ta có:
Cực âm (-) Catot
Cu2+, H+, H2O, Na+
Cực dương (+) Anot
Cl-, H2O
Cu 2 2e Cu (1)
2Cl 2e Cl2 (4)
2 H 2e H 2 (2)
2 H 2O 4e O2 4 H (5)
2 H 2O 2e H 2 2OH (3)
Đầu tiên xẩy ra quá trình (1) và (4) thực chất là điện phân CuCl2.
CuCl2 dpdd
Cu Cl2 .
Ở quá trình này nồng độ H+ không bị biến đổi nên pH không thay đổi.
Khi (1) bị điện phân hết thì đến quá trình (2) và (4) thực chất là điện phân HCl
2 HCl dpdd
H 2 Cl2 .
Ở quá trình này nồng độ H+ bị giảm do (2) nên pH tăng.
Khi quá trình (2) và (4) vừa điện phân xong thì pH sẽ bằng 7.
Tiếp theo là quá trình (3) và (4) thực chất là điện phân dung dịch NaCl
2 NaCl 2 H 2O dpdd
2 NaOH Cl2 H 2
Ở quá trình này tạo ra NaOH nên pH tiếp tục tăng.
Tiếp theo là quá trình (3) và (5) thực chất là điện phân nước với chất điện giải là
NaOH.
Lúc này thể tích dung dịch giảm, số mol NaOH không thay đổi nên nồng độ OH tiếp tục tăng
pH lại tiếp tục tăng.
Ví dụ 8.
Trình bày cơ chế điện phân dung dịch muối ăn có màng ngăn và không có màng
ngăn.
13
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
Hướng dẫn giải.
Trong dung dịch có các quá trình sau:
NaCl Na Cl
H OH
H 2O
Khi cho dòng điện một chiều đi qua ta có:
Cực âm (-) Catot
H2O, Na
Cực dương (+) anot
+
-
Cl , H2O
2 H 2O 2e H 2 2OH
2Cl 2e Cl2
dpdd
Phương trình điện phân là: 2 H 2O 2Cl H 2 Cl2 2OH
H 2 Cl2 2 NaOH .
Hay: 2 H 2O 2 NaCl dpdd
Nếu không có màng ngăn thì khí Clo sau khi tạo ra sẽ tác dụng với NaOH tạo thành nước
giavel: Cl2 2 NaOH NaCl NaClO H 2O
Ví dụ 9.
Hiện tượng quan sát được trong quá trình điện phân dung dịch MgCl 2 là:
A. Có khí không màu thoát ra ở anot.
B. Có khí màu vàng lục thoát ra ở Catot.
C. Có khí O2 thoát ra ở anot.
D.Có kết tủa tạo thành phía bên catot.
Hướng dẫn giải.
Trong dung dịch ta có các quá trình sau:
MgCl2 Mg 2 2Cl
H OH
H 2O
Khi cho dòng điện một chiều đi qua ta có:
Catot (+)
2+
H2O, Mg
2 H 2O 2e H 2 2OH
Anot(-)
-
Cl , H2O
2Cl 2e Cl2 (màu vàng lục)
dpdd
Hay phương trình phản ứng là: 2 H 2O 2Cl Cl2 H 2 2OH
OH- tạo thành ở Catot sẽ tác dụng với Mg2+ tạo thành Mg(OH)2.
MgCl2 2 H 2O dpdd
H 2 Cl2 Mg (OH ) 2 .
Chọn D.
14
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
Ví dụ 10.
Trình bày cơ chế điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực Anot (Cu) & Catot (Pt).
Hướng dẫn giải.
Trong dung dịch ta có các quá trình sau:
CuSO4 Cu 2 SO42
H OH
H 2O
Khi cho dòng điện một chiều đi qua ta có:
Catot (+)
Anot(-)
Cu2+, H2O
H2O, SO42-
Cu 2 2e Cu
2 H 2O 4e O2 4 H
2Cu 2 H 2O dpdd
2Cu O2 4 H
2Cu O2 2 H 2 SO4
hay 2CuSO4 H 2O dpdd
tại anot (cực dương làm bằng kim loại Cu) có O 2 thoát ra và ở đây có môi trường axit.
Nên có phản ứng 2Cu O2 4 H 2Cu 2 2 H 2O .Kết quả là điện cực bị hòa tan và đi vào
dung dịch chất điện phân(Đây gọi là hiện tượng dương cực tan).
Ví dụ 11.
Trình bày cơ chế điện phân dung dịch CH2COONa với điện cực trơ có màng ngăn.
Hướng dẫn giải.
Trong dung dịch ta có các quá trình sau:
CH 3COONa CH 3COO Na
H OH
H 2O
Khi cho dòng điện một chiều đi qua ta có:
Catot (+)
H2O, Na
+
2 H 2O 2e H 2 2OH
Anot(-)
-
CH3COO , H2O
CH 3COO 1e CO2 CH 3.
2CH 3. C2 H 6
2 H 2O 2CH 3COO dpdd
C2 H 6 CO2 H 2 2OH
C2 H 6 CO2 H 2 2 NaOH
Hay: 2 H 2O 2CH 3COONa dpdd
Bài tập áp dụng về điện phân.
15
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
Câu 1: Khi cho dòng điện có cường độ 0,804 A đi trong 2 giờ qua 160ml dung dịch chứa
AgNO3 và Cu(NO3)2 ở catot thoát ra 3,44g hỗn hợp của hai kim loại. Xác định nồng độ
(mol) của hai muối trong dung dịch ban đầu nếu biết dung dịch thu được khi kết thúc thí
nghiệm không chứa ion đồng và ion bạc.
A. AgNO3 = Cu(NO3)2 = 0,120 M
B. AgNO3 = Cu(NO3)2 = 0,250 M
C. AgNO3 = Cu(NO3)2 = 0,375 M
D. AgNO3 = Cu(NO3)2 = 0,125 M
Câu 2: Cho dòng điện một chiều có cường độ 16A đi qua nhôm oxit nóng chảy trong 3
giờ. Khối lượng Al thoát ra ở catot là
A. 8, 0g
B. 91,3g
C. 46,0g
D. 16,1g
Câu 3: Cho 1 lít dung dịch CuCl2 0,1M. Điện phân với cường độ 10A trong vòng 2895(s).
Khối lượng Cu thoát ra là
A. 6,4g
B. 3,2g
C. 9, 6g
D. 4,8g
Câu 4: Khi điện phân 1000g dung dịch bạc nitrat 5,l%, ở catot thoát ra 10,8g chất. Sau đó
cho thêm vào bình điện phân 500g dung dịch đồng (II) clorua 13,5% và điện phân cho
đến khi ở anot thoát ra 8, 96 lít khí (đktc). Xác định nồng độ% các chất trong dung dịch
cuối cùng
A. 1,3% HNO3
B. 1,3% AgNO3
C. 1,3% Cu(NO3)2
D. 1,3% CuCl2
Câu 5: Cho dòng điện đi qua bình điện phân chứa 500ml dung dịch natri hidroxit có nồng
độ của NaOH là 4,6% (khối lượng riêng 1,05g/ml). Sau một số giờ, nồng độ của natri
hidroxit trong bình điện phân đạt đến 10%. Xác định thể tích các khí (đktc) thoát ra ở điện
cực.
A. 337,9 lít H2 và 177,4 lít O2
B. 177,4 lít H2 và 337168, 9 lít O2
C. 168, 9 lít H2 và 177,4 lít O2
D. 177,4 lít H2 và 337,9 lít O2
Câu 6: Khi điện phân 14,6g một chất nóng chảy, ở anot thoát ra1,12 lít nitơ (đktc). Xác
định chất đó.
A. Sr3N2
B. NaNO3
C. NH3
D. NH4NO3
Câu 7: Khi điện phân dung dịch nước muối ka li của axit cacboxylic một nấc, ở anot tạo
nên khí và chất rắn chứa 93,5% lượng cacbon. Hỏi muối đó là muối gì
A. C2H3COOK
B. HCOOK
C. C6H5COOK.
D. CH3COOK
16
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
Câu 8: Điện phân 400g dung dịch bạc nitrat 8, 5% cho đến khi khối lượng của dung dịch
giảm bớt 25g. Tính nồng độ phần trăm của hợp chất trong dung dịch khi thôi điện phân
A. 4,48%
B. 6,72%
C. 3,36%
D. 1,12%
Câu 9: Điện phân dung dịch nước natri hidroxit bằng dòng điện có cường độ 10A trong
268 giờ. Sau khi thôi điện phân, còn lại 100 g dung dịch natri hidroxit 24%. Nồng độ ban
đầu của dung dịch là
A. 3,6%
B. 1,2%
C. 2,4%
D. 1,25%
Câu 10: Khi điện phân dung dịch nitrat của một kim loại, ở các điện cực platin thoát ra
1,08g kim loại và 56 ml oxi (đktc). Xác định kim loại trong muối nitrat.
A. Ag
B. Al
C. Fe
D. Cu
Câu 11: Điện phân 400g dung dịch đồng (II) sunfat 8% cho đến khi khối lượng của dung
dịch giảm bớt 20,5g. Tính nồng độ % của hợp chất trong dung dịch khi thôi điện phân
A. 2,59%
B. 3,36&
C. 1,68%
D. 5,18%
Câu 12: Khi điện phân 13,4g một chất nóng chảy, ở anot thoát ra 1,12 lít hidro (đktc).
Xác định chất đó.
A. KH
B. CsH
C. NaH
D. không xác định được
Câu 13: Cho các chất sau: CuCl2; AgNO3; MgSO4; NaOH; CaCl2; H2SO4,Al2O3
Trong thực tế, số chất có thể điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch là
A. 3
B. 1
C. 4
D. 2
Câu 14: Khi điện phân dung dịch canxi clorua, ở catot thoát ra 4 g hidro và V lít khí thoát
ra ở anot. Khối lượng khí thoát ra là
A. 32g
B. 142g
C. 19g
D. 64g
Câu 15: Điện phân 400ml dung dịch đồng (II) sunfat 6% (khối lượng riêng 1,02g/ml) cho
đến khi khối lượng của dung dịch giảm bớt 10g. Xác định nồng độ % của hợp chất trong
dung dịch còn lại và khối
A. 1,16 % CuSO4
B. 3,1% H2SO4
C. 1,12% H2SO4
D. 3,1% CuSO4
Phần III. KẾT LUẬN
17
Chuyên đề điện phân
Học viên: Trần Thanh Tùng
--------------------------------------------------
Trên đây là phương pháp giải một số dạng bài toán cơ bản về điện phân quá trình
tìm tòinghiên cứu tôi đã giải quyết các vấn đề sau:
-
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của sự điện phân 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 bài tập thành những nhóm để có phương pháp
giải chung.
- Đưa các dạng bài tập cơ bản nhất và hướng dẫn giải chi tiết, ngắn gọn các bài tập
đó.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Xuân Trọng (Chủ biên) sgk Hóa học 12 (nâng cao) Nhà xuất bản Giáo dục Hà
Nội 2008.
2. Đề thi Đại học, Cao đẳng các năm 2007, 2008, 2009 2011, 2012.
3. Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ- Tập 1- NXB Giáo dục 2003.
4. Ngô Ngọc An- Phản ứng oxi hóa khử và điện phân- NXB Giáo dục Hà Nội 2006.
5. Nguyễn Xuân Trường- Bài tập Hóa học ở trường phổ thông- NXB Sư phạm 2003.
6. Nguyễn Xuân Trường- Ôn luyện kiến thức Hóa học đại cương và vô cơ trung học
phổ thông- NXB giáo dục Hà Nội 2008.
18