BÀI 16: ĐIỆN PHÂN

(15 CÂU)

1. NHẬN BIẾT (4 CÂU)

Câu 1: Hãy cho biết thứ tự điện phân dung dịch.

Trả lời:

Thứ tự điện phân:

- Tại anode, chất khử mạnh hơn bị oxi hoá trước.

- Tại cathode, chất oxi hoá mạnh hơn bị khử trước.

Câu 2: Nêu ứng dụng của phương phát điện phân trong thực tiễn.

Trả lời:

Trong thực tiễn, phương pháp điện phân được sử dụng để sản xuất kim loại, tinh chế kim loại, mạ điện.

Câu 3: Nêu biện pháp sản xuất nhôm trong công nghiệp.

Trả lời:

Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng cách điện phân aluminium oxide nóng chảy.

Câu 4: Quá trình tinh chế đồng được thực hiện như thế nào?

Trả lời:

Quá trình tinh chế đồng được thực hiện bằng phương pháp điện phân với anode bằng đồng thô.

2. THÔNG HIỂU (6 CÂU)

Câu 1: Hãy giải thích vì sao khi điện phân KCl nóng chảy và điện phân dung dịch KCl thì sản phẩm thu được là khác nhau.

Trả lời:

Ở cathode xảy ra sự khử những chất khác nhau, do đó phương trình điện phân khác nhau.

- Điện phân nóng chảy KCl: 2KCl 2K + Cl₂↑.

- Điện phân dung dịch KCl:

+ Ở cathode: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-.

+ Ở anode: 2Cl^- → Cl₂ + 2e.

PTHH: 2KCl + 2H₂O → 2KOH + H₂ + Cl₂.

Câu 2: Hãy giải thích vì sao khi điện phân dung dịch KNO₃, dung dịch H₂SO₄ thì sản phẩm thu được là giống nhau.

Trả lời:

Ở cathode, ion H⁺ hoặc phân tử H₂O bị khử, giải phóng H₂. Ở anode, H₂O bị oxi hoá, giải phóng O₂.

- Điện phân dung dịch KNO₃:

+ Ở cathode: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-.

+ Ở anode: 2H₂O → 4e + 4H⁺ + O₂.

PTHH: 2H₂O 2H₂ + O₂.

- Điện phân dung dịch H₂SO₄:

+ Ở cathode: 2H⁺ + 2e → H₂.

+ Ở anode: 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e.

PTHH: 2H₂O 2H₂ + O₂.

Câu 3: Để điện phân một dung dịch chứa anion và các cation kim loại có cùng nồng độ mol: Cu²⁺, Ag⁺, Pb²⁺. Hãy cho biết trình tự xảy ra sự khử của những ion kim loại này trên bề mặt cathode. Giải thích.

Trả lời:

Ta có tính oxi hoá của Ag⁺ > Cu²⁺ > Pb²⁺nên sự khử xảy ra theo thứ tự Ag⁺, Cu²⁺, Pb²⁺.

Câu 4: Điện phân dung dịch ZnBr₂ với các điện cực trơ bằng graphite, nhận thấy có kim loại bám trên một điện cực và dung dịch xung quanh điện cực còn lại có màu vàng. Giải thích các hiện tượng quan sát được và viết phương trình cho mỗi quá trình.

Trả lời:

- Cực âm có kim loại Zn bám trên cực âm (cathode): Zn²⁺ + 2e → Zn.

- Cực dương: Ion Br^- bị oxi hoá thành Br₂ tan vào dung dịch, tạo nên màu vàng xung quanh cực dương (anode): 2Br^- → Br₂ + 2e.

Câu 5: Hãy đề xuất và trình bày cách mạ đồng (Cu) lên một đồ vật làm từ sắt (Fe) bằng phương pháp điện phân.

Trả lời:

Mạ đồng (Cu) lên một đồ vật làm từ sắt (Fe) bằng phương pháp điện phân với anode làm bằng đồng và cathode là vật bằng sắt cần được mạ và cùng được nhúng trong dung dịch Cu²⁺ (dung dịch muối của đồng, ví dụ CuSO₄).

- Ở anode: Cu → Cu²⁺ + 2e (điện cực đồng tan ra).

- Ở cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu (đồng sinh ra bám vào vật cần mạ).

Hai quá trình này giữ cho nồng độ CuSO₄ trong bình điện phân không đổi.

Câu 6: Vì sao phải điện phân NaCl ở trạng thái nóng chảy để điều chế Na? Có thể điện phân NaCl rắn được không?

Trả lời:

Phải điện phân NaCl ở trạng thái nóng chảy vì ở trạng thái nóng chảy NaCl mới điện li thành các ion Na⁺ và Cl^-. Ở trạng thái rắn NaCl là chất không điện li.

3. VẬN DỤNG (3 CÂU)

Câu 1: Thực hiện sự điện phân dung dịch CuSO₄với một điện cực bằng graphit và một điện cực bằng đồng.

- Thí nghiệm 1: Người ta nối điện cực graphit với cực (+) và điện cực đồng với cực ( - ) của nguồn điện.

- Thí nghiệm 2: đảo lại, người ta nối điện cực graphit với cực ( - ) và điện cực đồng với cực (+) của nguồn điện .

a. Hãy mô tả hiện tượng quan sát được và cho biết phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực trong các thí nghiệm trên

b. Hãy so sánh độ pH của dung dịch trong 2 thí nghiệm trên.

c. Hãy so sánh nồng độ ion Cu²⁺ trong dung dịch sau 2 thí nghiệm.

Trả lời:

Hiện tượng thí nghiệm 1: Graphite là anode (cực +), Cu là cathode ( cực -)

- Ở anode có bọt khí O₂thoát ra; ở cathode có Cu bám lên, màu xanh của dung dịch nhạt dần

+ Cathode: Cu²⁺, H₂O.

Cu²⁺ + 2e → Cu.

+ Anode: SO₄^2-, H₂O.

H₂O → 2H⁺ + O₂ + 2e.

PTHH: CuSO₄ + H₂O Cu + O₂ + H₂SO₄.

Hiện tượng thí nghiệm 2: Cực Cu (anode) bị tan, cực graphite (cathode) có Cu bám lên, màu xanh của dung dịch không đổi.

- Cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu.

- Anode: Cu → Cu²⁺ + 2e.

Phương trình điện phân: Cu_anode + Cu²⁺ → Cu²⁺ + Cu_cathode

b) Thí nghiệm 1: pH giảm (nồng độ H⁺ tăng), còn thí nghiệm 2: pH không đổi.

c) Thí nghiệm 1: nồng độ Cu²⁺ sau điện phân giảm, còn thí nghiệm 2: nồng độ Cu²⁺ không thay đổi trong quá trình điện phân.

Câu 2: Xét quá trình sản xuất nhôm được thực hiện theo phương pháp điện phân Al₂O₃ nóng chảy với điện cực than chì. Trung bình để sản xuất được 1 tấn Al thì lượng điện cực than chì bị tiêu hao do phản ứng oxi hoá là bao nhiêu? Giả thiết thành phần khí bay ra ở cực dương gồm 50% CO và 50% CO₂ về thể tích.

Trả lời:

Đổi 1 tấn = 10⁶ gam.

Số mol Al là: mol.

2Al₂O₃ 4Al + 3O₂

→ (mol)

O₂ + 2C 2CO

0,5x ← x ← x mol

Số mol O₂ là: 0,5x + x = => x = mol

n_C = x + x = mol.

=> m_C = 12. = 444444 gam = 0,44 tấn.

Câu 3: Cho 0,04 mol bột Fe vào dung dịch chứa 0,07 mol AgNO₃. Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thì khối lượng chất rắn thu được là bao nhiêu

Trả lời:

Sử dụng phương trình cho – nhận e ta có:

Fe → Fe²⁺ + 2e Ag⁺ + 1e → Ag

0,035 ← 0,035 ← 0,07 0,07 → 0,07 → 0,07

Chất rắn thu được sau phản ứng gồm: Ag 0,07 mol và Fe dư 0,005 mol.

→ m_rắn = 0,07.108 + 0,005.56 = 7.84 (g)

4. VẬN DỤNG CAO (2 CÂU)

Câu 1: Ngâm một đinh sắt sạch trong 200 ml dung dịch CuSO₄. Sau khi phản ứng kết thúc lấy đinh sắt ra khỏi dung dịch, rửa nhẹ, làm khô, nhận thấy khối lượng đinh sắt tăng thêm 0,8 g.

a) Viết phương trình hoá học của phản ứng dạng phân tử và ion thu gọn. Cho biết vai trò của các chất tham gia phản ứng.

b) Tính nồng độ mol của dung dịch CuSO₄.

Giả thiết Cu giải phóng ra đều bám hết vào đinh sắt.

Trả lời:

a) Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu (1)

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu (2)

Chất khử chất oxi hóa

b) Theo (1) cứ 1 mol CuSO₄ phản ứng làm khối lượng đinh sắt tăng 8 g

x mol → 0,8 g

x = 1.0,8:8 = 0,1 mol

Nồng độ mol của dung dịch CuSO₄ là: 0,1.1000:200 = 0,5 M.

Câu 2: Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO₄ với điện cực graphite, 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.

Hãy xác định nồng độ mol và nồng độ phần trăm của dung dịch CuSO₄ trước điện phân. Biết dung dịch CuSO₄ ban đầu có khối lượng riêng là 1,25 g/ml.

Trả lời:

CuSO₄ + H₂O Cu + H₂SO₄ + O₂.

CuSO₄ + H₂S → CuS↓ + H₂SO₄

.

m_giảm = m_Cu + = 8 gam.

Số mol CuSO₄ bị điện phân bằng số mol Cu và bằng 0,1 mol.

Tổng số mol CuSO₄ là: 0,1 + 0,05 = 0,15 mol.

Nồng độ CuSO₄ ban đầu là: (M).