Luyện tập Điện phân CD

Ta thấy khi điện phân hết NaCl và CuSO₄ thì chỉ có Cu²⁺ và Cl^– bị điện phân hết tạo Cu và Cl₂. Mà dung dịch sau điện phân hòa tan được Fe và sinh khí ⇒ dung dịch sau điện phân chứa acid.

⇒ Dung dịch chắc chắn chứa H₂SO₄ (vì SO₄^2– không bị điện phân).

Khi điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ và không có màng ngăn, trong quá trình điện phân, NaOH sinh ra ở cathode sẽ phản ứng với khí Cl₂ sinh ra ở anode theo phương trình hóa học:

Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

                               (nước Javen)

→ Sản phẩm thu được gồm: H₂, nước Javen.

Ở cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu

                   2H⁺ + 2e → H₂

Ở anode: 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e

⇒ Lượng H⁺ luôn sinh ra làm pH giảm dần.

2 bình điện phân mắc nối tiếp ⇒ n_{e trao đổi bình 1} = n_{e trao đổi bình 2}.

n_Cu = = 0,025 mol ⇒ n_{e trao đổi} = 0,025.2 = 0,05 mol

⇒ n_Ag = 0,05 mol ⇒ m_{bình 2 tăng} = m_Ag = 5,4 gam

 Phương trình điện phân dung dịch CuSO₄: 2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + 2H₂SO₄ + O₂.

Thứ tự điện phân theo nguyên tắc:

- Ở cực âm, chất có tính oxi hóa mạnh hơn (dễ nhận electron hơn) được ưu tiên điện phân trước.

- Ở cực dương, chất có tính khử mạnh hơn (dễ nhường electron hơn) được ưu tiên điện phân trước.

→ Thứ tự điện phân: Fe³⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺.

Vậy kim loại thu được đầu tiên là Cu.

Hai khí thoát ra ở anode là Cl₂ và O₂:

Ta có hệ phương trình:

Sau phản ứng thu được 2 muối có nồng độ bằng nhau → số mol 2 muối bằng nhau.

→ Fe³⁺ điện phân hết, Cu²⁺ điện phân dư.

Bảo toàn nguyên tố Cl:

3n_FeCl3 = 2n_Cl2 → n_FeCl3 = .0,15 = 0,1 (mol)

⇒ n_{Cu²⁺ dư} = n_Fe²⁺ = n_Fe³⁺ = 0,1 (mol)

Đặt n_{Cu²⁺ điện phân} = a (mol)

Bảo toàn electron ta có:

0,1 + 2a = 0,3 + 0,2 ⇒ a = 0,2 (mol)

Bảo toàn nguyên tố Cu:

n_CuSO4 = n_{Cu²⁺ điện phân} + n_{Cu²⁺ dư} = 0,2 + 0,1 = 0,3 (mol)

⇒ m = m_CuSO4 + m_FeCl3 = 0,3.160 + 0,1.162,5 = 64,25 (g)

Trong quá trình điện phân dung dịch CuCl₂ bằng điện cực trơ:

Cực âm (cathode): Cu²⁺ + 2e → Cu

Cực dương (anode): 2Cl^– → Cl₂ + 2e

Vậy phát biểu đúng là: Ion Cu²⁺ nhận electron ở cathode.

Những phát biểu đúng là: (a), (c).

- Trong pin điện hóa, điện năng được sinh ra từ phản ứng oxi hóa - khử tự diễn biến.

- Trong bình điện phân, phản ứng oxi hóa – khử không tự diễn biến, phản ứng oxi hóa khử xảy ra dưới tác dụng của dòng điện.

- Trong pin điện hóa: Cực âm (anode), cực dương (cathode).

- Trong bình điện phân: Cực âm (cathode), cực dương (anode).

Để mạ kẽm cho một cuộn dây thép thì phải nối cuộn dây thép với cực âm của nguồn điện rồi nhúng vào dung dịch muối kẽm và đóng mạch cho dòng điện chạy qua dung dịch một thời gian.

Gọi kim loại M có hóa trị n.

       2MCl_n → 2M + nCl₂

mol:   ←        0,3

⇒ M = 12 : = 20n

Ta lập bảng:

Vậy kim loại M là Ca.

Điện phân có nhiều ứng dụng quan trong trong thực tiến như sản xuất kim loại mạnh (Na, Al,...), mạ điện, tinh chế kim loại,...

Thứ tự điện phân theo nguyên tắc:

- Ở cực âm, chất có tính oxi hóa mạnh hơn (dễ nhận electron hơn) được ưu tiên điện phân trước.

- Ở cực dương, chất có tính khử mạnh hơn (dễ nhường electron hơn) được ưu tiên điện phân trước.

→ Thứ tự điện phân: Fe³⁺, Cu²⁺, Fe²⁺.

Trong quá trình điện phân, các ion sẽ di chuyển về các điện cực trái dấu.

→ Trong quá trình điện phân, các anion di chuyển về anode, ở đây chúng bị oxi hoá.

m_CuSO4­ = 20 gam ⇒ n_CuSO4 = 0,125 mol

n_{CuSO4 phản ứng} = x mol ⇒ n_{Cu sinh ra} = x mol ⇒ n_O2 = 0,5x mol

C%CuSO₄ = .100% = 4% (Vì dung dịch sau phản ứng có nồng độ bằng một nửa so với trước phản ứng).

⇒ x = 0,0638 mol ⇒ m_Cu = 4,0832 gam

Cathode là cực (–) có ion Na⁺ ⇒ thu được Na.

Điện phân nước xảy ra khi cation không bị điện phân ⇒ cation không bị điện phân là K⁺.

Phương trình điện phân:

        2Al₂O₃ 4Al + 3O₂

kmol:                → 

Gọi số mol của khí CO và CO₂ trong hỗn hợp lần lượt là a và b:

            2C + O₂ 2CO

kmol:   a ← 0,5a  ← a

          C + O₂ CO₂

kmol:  b ← b  ←   b

Ta có hệ phương trình: 

⇒ m_{anode tiêu hao} = m_{C phản ứng} = 12.(n_CO + n_CO2) = 555,56 (kg)

Giải thích tại sao để điều chế Al người ta điện phân Al₂O₃ nóng chảy mà không điện phân nóng chảy là: AlCl₃ là hợp chất không nóng chảy mà thăng hoa.