Luyện tập Điện phân KNTT

Ở anode, ion NO₃⁻ không bị điện phân, H₂O bị điện phân:

2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e hay có thể viết H₂O →O₂ + 2H⁺ + 2e

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).

Trong các quá trình điện phân các ion âm di chuyển về điện cực dương (anode) ở đây xảy ra quá trình oxi hóa

Hàn điện không liên quan đến phương pháp điện phân

Ở anode có thể xảy ra sự oxi hoá ion sulfate (SO₄^2-) hoặc phân tử H₂O. Tuy nhiên, vì H₂O dễ bị oxi hoá hơn ion sulfate nên H₂O bị oxi hoá trước, tạo thành sản phẩm là khí O₂.

2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

+ Ở cathode có thể xảy ra sự khử ion Cu²⁺ hoặc phân tử H₂O. Vì ion Cu²⁺ dễ bị khử hơn H₂O nên ion Cu²⁺ bị khử trước, tạo thành ion kim loại Cu bám trên cathode.

Cu²⁺ + 2e → Cu

Quá trình oxi hoá, quá trình khử xảy ra ở mỗi điện cực:

Tại anode (Cực dương): 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e

Tại cathode (cực âm): 2H₂O + 2e→ 2OH⁻ + H₂

Ion càng có tính oxi hóa mạnh thì bị điện phân trước

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

Dãy các kim loại đều có thể được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch muối của chúng là Fe, Cu, Ag

Điện phân dung dịch AgNO₃ (điện cực bằng Pt):

Anode (cực dương): nơi xảy ra quá trình oxi hóa H₂O:

2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e.

Cathode (cực âm): nơi xảy ra quá trình khử ion Ag⁺:

Ag⁺ + e → Ag↓

Quá trình xảy ra ở mỗi điện cực:

Anode Cực dương: xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e

Cathode (Cực âm) xảy ra quá trình khử ion dương.

Na⁺ + 1e → Na.

Thứ tự điện phân là: Fe³⁺, Cu²⁺, Fe²⁺.

Điện phân dung dịch AgNO₃ (điện cực trơ):

Anode (+): nơi xảy ra quá trình oxi hóa H₂O:

2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e.

Cathode (-): nơi xảy ra quá trình khử ion Ag⁺:

Ag⁺ + 1e → Ag↓

Các quá trình điện phân mà cực dương bị mòn là (1) và (3).

Gọi số mol của: Cu²⁺: x và Cl^-: y

Ở Cathode thoát ra khí → H₂O bị điện phân

Áp dụng định luật bảo toàn e:

2x + 2.n_H2 = y

⇒

Số mol khí thoát ra ở anode bằng 4 lần số mol khí thoát ra từ cathode

0,5y = 4(0,5y - x)

3y = 8x ⇒

n_Cl2 = 3,7185 : 24,79 = 0,15 mol

n_Fe = 25,2 : 56 = 0,45 mol

Vì dung dịch sau phản ứng, phản ứng được với Fe

Sau điện phân còn dư CuCl₂

Phương trình hóa học:

CuCl₂ Cu + Cl₂ (1)

0,15 0,15 (mol)

Fe + CuCl₂ FeCl₂ + Cu

0,45 0,45 mol

n_CuCl2 = n_{CuCl2 (1)} + n_{CuCl2 (2)} = 0,15 + 0,45 = 0,6 mol

V = 0,6 : 0,8 = 0,75 L

Quá trình điện phân

M²⁺ + 2e → M

n_M = .0,06 = 0,03 mol

Khối lượng cathode tăng chính là khối lượng kim loại M bám vào

Kim loại cần tìm là Fe

Ta nhận thấy cathode khối lượng tăng lên chính là khối lượng Cu

m_cathode = m_Cu = 12,8 gam

Quá trình oxi hoá, quá trình khử xảy ra ở mỗi điện cực:

Áp dụng bảo toàn electron ta có:

4x + 0,1 = 0,4 x = 0,075 mol

n_khí = n_Cl2 + n_O2 = 0,05 + 0,075 = 0,125 mol

V_khí = 0,125 .24,79 = 3,09875 lít

n_CuSO4 = 0,1 mol

Theo hệ quả của công thức Faraday:

Quá trình điện phân:

Ở Cathode (-): Cu²⁺ + 2e → Cu

0,08 → 0,04 mol

Ở Anode (+): 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

 0,02 ←     0,08 mol

m_Cu = 0,04.64 = 2,56 gam

m_O2 = 0,02.32 = 0,64 gam

m _{dung dịch giảm} = m_Cu + m_O2 = 2,56 + 0,64 = 3,2 gam

Tại thời gian: 4825 giây

Áp dụng bảo toàn electron ta có: 2x + 4y = 0,1 (1)

n_{hỗn hợp khí} = x + y = 0,04 (2)

Từ (1) và (2) giải hệ: x = 0,03 mol; y = 0,01 mol

n_H⁺ = 0,04 mol

Phương trình hóa học:

H⁺ + OH^- H₂O

0,04 0,04 mol

Cu²⁺ + 2OH^- Cu(OH)₂

0,01 0,02

n_{Cu2+ (X)} = 0,05 + 0,01 = 0,06 mol

Tại t (s)

Hệ ban đầu có 0,06 mol CuSO₄ và 0,06 mol KCl

Tại t giây

Áp dụng bảo toàn e:

0,12 + 2a = 0,06 + 4b (3)

n_{hỗn hợp khí} = n_H2 + n_O2 + n_Cl2= a + b + 0,03 = 0,09 mol (4)

Từ (3) và (4) giải hệ được: a = 0,03 mol; b = 0,03 mol