PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN ⬅ ☀ I – NHẮC LẠI LÝ THUYẾT 1) Điện phân chất điện li nóng chảy: áp dụng đối với MCln, M(OH)n và Al2O3 (M là kim loại nhóm IA và IIA) 2) Điện phân dung dịch chất điện li trong nước:  - Vai trò của nước: trước hết là dung môi hòa tan các chất điện phân, sau đó có thể tham gia trực tiếp vào quá trình điện phân:  + Tại catot (cực âm) H2O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH–  + Tại anot (cực dương) H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e  - Tại catot (cực âm) xảy ra quá trình khử M+, H+ (axit), H2O theo quy tắc:  + Các cation nhóm IA, IIA, Al3+ không bị khử (khi đó H2O bị khử)  + Các ion H+ (axit) và cation kim loại khác bị khử theo thứ tự trong dãy thế điện cực chuẩn (ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị khử trước): Mn+ + ne → M  + Các ion H+ (axit) dễ bị khử hơn các ion H+ (H2O) + Ví dụ khi điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl3, CuCl2 và HCl thì thứ tự các ion bị khử là: Fe3+ + 1e → Fe2+ ; Cu2+ + 2e → Cu ; 2H+ + 2e → H2 ; Fe2+ + 2e → Fe - Tại anot (cực dương) xảy ra quá trình oxi hóa anion gốc axit, OH– (bazơ kiềm), H2O theo quy tắc:  + Các anion gốc axit có oxi như NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–…không bị oxi hóa  + Các trường hợp khác bị oxi hóa theo thứ tự: S2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH– > H2O  3) Định luật Faraday m = (A/n) x (It/F) Trong đó:  + m: khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam)  + A: khối lượng mol của chất thu được ở điện cực  + n: số electron trao đổi ở điện cực  + I: cường độ dòng điện (A)  + t: thời gian điện phân (s)  + F: hằng số Faraday là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng cần thiết để 1 mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F = 1,602.10-19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1) ☀ II – MỘT SỐ CƠ SỞ ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN - Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào  - m (dung dịch sau điện phân) = m (dung dịch trước điện phân) – (m kết tủa + m khí)  - Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (m kết tủa + m khí)  - Khi điện phân các dung dịch:  + Hiđroxit của kim loại hoạt động hóa học mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH)2,…) + Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…)  + Muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm (KNO3, Na2SO4,…)  → Thực tế là điện phân H2O để cho H2 (ở catot) và O2 (ở anot)  - Khi điện phân dung dịch với anot là một kim loại không trơ (không phải Pt hay điện cực than chì) thì tại anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa điện cực  - Có thể có các phản ứng phụ xảy ra giữa từng cặp: chất tạo thành ở điện cực, chất tan trong dung dịch, chất dùng làm điện cực. Ví dụ:  + Điện phân nóng chảy Al2O3 (có Na3AlF6) với anot làm bằng than chì thì điện cực bị ăn mòn dần do chúng cháy trong oxi mới sinh  + Điện 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 điện cực theo đúng thứ tự, không cần viết phương trình điện phân tổng quát  - Viết phương trình điện phân tổng quát (như những phương trình hóa học thông thường) để tính toán khi cần thiết  - Từ công thức Faraday → số mol chất thu được ở điện cực = m/A = It/nF - Nếu đề bài cho I và t thì trước hết tính số mol electron trao đổi ở từng điện cực (ne) theo công thức: ne = It/F(*) (với F = 96500 khi t = giây và F = 26,8 khi t = giờ). Sau đó dựa vào thứ tự điện phân, so sánh tổng số mol electron nhường hoặc nhận với ne để biết mức độ điện phân xảy ra. Ví dụ để dự đoán xem cation kim loại có bị khử hết không hay nước có bị điện phân không và H2O có bị điện phân thì ở điện cực nào…  - Nếu đề bài cho lượng khí thoát ra ở điện cực hoặc sự thay đổi về khối lượng dung dịch, khối lượng điện cực, pH,…thì dựa vào các bán phản ứng để tính số mol electron thu hoặc nhường ở mỗi điện cực rồi thay vào công thức (*) để tính I hoặc t  - Nếu đề bài yêu cầu tính điên lượng cần cho quá trình điện phân thì áp dụng công thức: Q = I.t = ne.F  - Có thể tính thời gian t’ cần điện phân hết một lượng ion mà đề bài đã cho rồi so sánh với thời gian t trong đề bài. Nếu t’ < t thì lượng ion đó đã bị điện phân hết còn nếu t’ > t thì lượng ion đó chưa bị điện phân hết  - Khi điện phân các dung dịch trong các bình điện phân mắc nối tiếp thì cường độ dòng điện và thời gian điện phân ở mỗi bình là như nhau → sự thu hoặc nhường electron ở các điện cực cùng tên phải như nhau và các chất sinh ra ở các điện cực cùng tên tỉ lệ mol với nhau  - Trong nhiều trường hợp có thể dùng định luật bảo toàn mol electron (số mol electron thu được ở catot = số mol electron nhường ở anot) để giải cho nhanh ☀ III – MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA Ví dụ 1: Điện phân hòa toàn 2,22 gam muối clorua kim loại ở trạng thái nóng chảy thu được 448 ml khí (ở đktc) ở anot. Kim loại trong muối là:  A. Na  B. Ca  C. K  D. Mg Hướng dẫn: nCl2 = 0,02  Tại catot: Mn+ + ne → M Theo đlbt khối lượng mM = m(muối) – m(Cl2) = 2,22 – 0,02.71 = 0,8 gam  Tại anot: 2Cl– → Cl2 + 2e Theo đlbt mol electron ta có nM = 0,04/n → M = 20.n → n = 2 và M là Ca  (hoặc có thể viết phương trình điện phân MCln (đpnc)-> M + n/2Cl2 để tính)  → đáp án B Ví dụ 2: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến khi dung dịch NaOH trong bình có nồng độ 25 % thì ngừng điện phân. Thể tích khí (ở đktc) thoát ra ở anot và catot lần lượt là:  A. 149,3 lít và 74,7 lít  B. 156,8 lít và 78,4 lít  C. 78,4 lít và 156,8 lít  D. 74,7 lít và 149,3 lít Hướng dẫn: mNaOH (trước điện phân) = 20 gam  Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước: H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) → NaOH không đổi → m (dung dịch sau điện phân) = 80 gam → m (H2O bị điện phân) = 200 – 80 = 120 gam → nH2O = 20/3 mol → VO = 74,7 lít và VH = 149,3 lít  → đáp án D Ví dụ 3: Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 ( d = 1,25 g/ml) với điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm 8 gam. Để làm kết tủa hết ion Cu2+ còn lại trong dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M. Nồng độ phần trăm của dung dịch CuSO4 ban đầu là:  A. 12,8 %  B. 9,6 %  C. 10,6 %  D. 11,8 % Hướng dẫn: nH2S = 0,05 mol  - Gọi x là số mol CuSO4 tham gia quá trình điện phân: CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 (1) → m (dung dịch giảm) = m Cu(catot) + m O2(anot) = 64x + 16x = 8 → x = 0,1 mol - CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 (2)  → nH2S = nCuSO4 = 0,05 mol  - Từ (1) và (2) → nCuSO4 (ban đầu) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% = (0,15x160)/(200x1,25) = 9,6% → đáp án B Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện 9,65A. Tính khối lượng Cu bám vào catot khi thời gian điện phân t1 = 200 s và t2 = 500 s. Biết hiệu suất điện phân là 100 %  A. 0,32 gam và 0,64 gam  B. 0,64 gam và 1,28 gam  C. 0,64 gam và 1,60 gam  D. 0,64 gam và 1,32 gam Hướng dẫn: nCuSO4 = 0,02 = nCu2+  Thời gian cần thiết để điện phân hết Cu2+ là t = (0,02x2x96500)/9,65 =400 s → t1 < t < t2 → Tại t1 có 1/2 số mol Cu2+ bị điện phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam và tại t2 Cu2+ đã bị điện phân hết → m2 = 1,28 gam  → đáp án B SỰ ĐIỆN PHÂN 19 tháng 2 2013 lúc 20:11 NÀO CHÚNG MÌNH CÙNG HỌC. Đầu tiên chị sẽ post một số lí thuyết và phương pháp. 8h30 bắt đầu có bài nhé I.    Kiến thức và chú ý A.  Định nghĩa § Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li. + Tại catot (cực õm) xảy ra quỏ trỡnh khử (nhận e) + Tại Anot (cực dương) xảy ra quỏ trỡnh oxi hoỏ (cho e) § Khác với phản ứng oxi hóa – khử thông thường, phản ứng điện phân do tác dụng của điện năng và các chất trong môi trường điện phân không trực tiếp cho nhau electron mà phải truyền qua dây dẫn. B. Các trường hợp điện phân 1. Điện phân nóng chảy Phương pháp điện phân nóng chảy chỉ áp dụng điều chế các kim loại hoạt động rất mạnh như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al a) Điện phân nóng chảy oxit: chỉ áp dụng điều chế Al  2Al2O3---->4Al+3O2 * Tác dụng của Na3AlF6 (criolit): + Hạ nhiệt cho phản ứng. + Tạo ra một chất lỏng dẫn điện tốt hơn nhôm oxit nóng chảy. + Tạo ra một lớp màng nhẹ nổi lên trên bề mặt của nhôm ngăn không cho Al tiếp xúc với oxi và không khí. Quá trình điện phân: + Catot (-):                      + Anot (+): Do điện cực làm bằng graphit (than chì) nên bị khí sinh ra ở anot ăn mòn:  C+O2---CO2 2C+O2--->2CO Khí ở anot sinh ra thường là hỗn hợp khí CO, CO2 và O2. Để đơn giản người ta thường chỉ xét phương trình: b) Điện phân nóng chảy hiđroxit Điện phân nóng chảy hiđroxit của kim loại nhóm IA và , ,  để điều chế các kim loại tương ứng.  2M(OH)n---->2M+n/2O2+nH2O c) Điện phân nóng chảy muối clorua Điện phân nóng chảy muối clorua của kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ để điều chế các kim loại tương ứng.  MCln--->M+n/2Cl2 2. Điện phân dung dịch - Áp dụng để điều chế các kim loại trung bình, yếu. - Trong điện phân dung dịch nước giữ một vai trò quan trọng: + Là môi trường để các cation và anion di chuyển về 2 cực. + Có thể tham gia vào quá trình điện phân: Tại catot (-) H2O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH–  Tại anot (+) H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e  Về bản chất nước nguyên chất không bị điện phân do điện ở quá lớn (I=0). Do vậy muốn điện phân nước cần hoà thêm các chất điện li mạnh như: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh... Các bước viết sơ đồ và phương trình điện phân dung dịch (điện cực trơ, màng ngăn xốp): Bước 1: Viết phương trình điện li của chất tan có trong dung dịch điện phân và xác định sự có mặt của các tiểu phân ở các điện cực. Ở anot (+): Các ion âm và Ở catot (-): Các ion dương và Bước 2: Tại mỗi điện cực viết 1 quá trình nhường hoặc nhận electron theo đúng thứ tự điện phân. Thứ tự điện phân tại anot:  S(2-)--->I- --->Br-  ---->Cl- ---->H2O Các gốc axit chứa oxi của axit vô cơ,  không nhường electron tại anot khi điện phân dung dịch. Thứ tự điện phân tại catot: ion nào có tính oxi hóa mạnh nhất được ưu tiên nhận electron trước: Các ion dương tạo bởi kim loại nhóm IA, IIA hoặc  không bao giờ nhận electron khi điện phân dung dịch. Bước 3: Thành lập pt điện phân Nhận xét: + Điện phân dung dịch bazo, dung dịch axit chứa oxi, HF, dung dịch muối tạo bởi kim loại nhóm IA, IIA hoặc Al với axit vô cơ chứa oxi thì phản ứng điện phân đều có dạng:  H2O--->H2+1/2O2 + A là muối tạo bởi kim loại đứng sau Al và 1 axit vô cơ chứa oxi thì phản ứng điện phân có dạng:  A+H2O--->kim loại+O2+axit + B là muối tạo bởi kim loại nhóm IA, IIA và Al với axit không chứa oxi, phản ứng điện phân có dạng:  B+H2O--->phi kim+H2+hidroxit kim loại + C là muối tạo bởi kim loại đứng sau Al và axit không chứa oxi thì phản ứng điện phân có dạng:  C--->Kim loại/H2+phi kim  C. Công thức Faraday Dựa vào công thức biểu diễn định luật Faraday ta có thể xác định được khối lượng các chất thu được ở các điện cực:  m=AIt/nF trong đó A: khối lượng mol n: số e mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận I: cường độ dòng điện (A) t: thời gian điện phân (giây) F: hằng số Faraday: F=96500 Hic gõ mệt quá Công thức tính nhanh số mol e trao đổi :n(e trao đổi)=It/F