Tài liệu 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