Bài tập ôn tập điện phân

BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN
Phần I: Lý thuyết cần nắm:
1/ Quá trình điện phân: Là quá trình oxi hóa-khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua hợp chất nóng chảy, hoặc dung dịch chất điện li.
2/ Quá trình xảy ra ở các điện cực:
	- Anod (cực dương): ở đây xảy ra sự oxi hóa.
Các ion âm sẽ bị hút về anod
+ Nếu là S2-, Cl-, Br-, I- thì chúng bị điện phân trước H2O theo thứ tự tính khử giảm dần như sau: 
 S2->I- > Br- > Cl- > H2O (F- không bị điện phân ).
Phương trình điện phân tổng quát: S2- → S + 2e; 2X- → X2 + 2e
	Sau khi hết các ion đó, nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương trình: 
2H2O → O2 + 4H+ + 4e
+ Nếu là các ion: NO3-, SO42-, CO32-, PO43-...thì chúng không bị điện phân mà H2O bị điện phân.
- Catod (cực âm): ở đây xảy ra sự khử
Các cation kim loại và H+ bị hút về cực âm và chúng bị khử theo thứ tự trong dãy điện hóa (ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị khử trước): Mn+ + ne → M.
Chú ý: các cation của kim loại mạnh (IA, IIA, Al) không bị điện phân (đối với điện phân dung dịch). Cụ thể thứ tự như sau:
Nếu H2O điện phân sẽ điện phân theo phương trình: 
2H2O + 2e → H2 + 2OH- 
	à Trên đây là các quá trình xảy ra ở các điện cực, nó vẫn khá dài, chúng ta chỉ cần cho học sinh ghi nhớ ngắn ngọn như sau:
	+ Ở catod (cực -): sẽ thu được kim loại hoặc H2 (nếu điện phân dung dịch của kim loại mạnh).
	+ Ở anod (cực +): sẽ thu được Cl2 hoặc O2 (nếu hết Cl2, không có Cl2).
3/ Điện phân với điều chế kim loại:
	- Đối với điện phân dung dịch: 
	+ Dùng để điều chế kim loại trung bình và yếu (sau Al).
	+ Kim loại cần điều chế thường ở dạng dung dịch muối: MCln, M(NO3)n, M2(SO4)n, 
	- Đối với điện phân nóng chảy: 
	+ Dùng để điều chế kim loại mạnh (IA, IIA, Al).
	+ Kim loại cần điều chế thường ở dạng: muối halogen MXn (đối với kim loại nhóm IA, IIA), bazơ mạnh ( NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, ), Al2O3.
4/ Các công thức giải toán:
	Công thức Faraday (so với SGK, có thay đổi kí hiệu: thay A bằng M, thay n bằng e)
:	m = M.I.t/e.F 	(1).
	Từ công thức Faraday ta chuyển thành 2 công thức sau (tùy mục đích sử dụng cho phù hợp)
	n = I.t/eF	(2) 	; 	ne = I.t/F (3)
Trong đó: 	m(g): khối lượng chất sinh ra ở điện cực.
	n(mol): số mol.
	M(g/mol): khối lượng mol phân tử hoặc nguyên tử.
	I(A): cường độ dòng điện.
	t(s): thời gian điện phân.
	e: Số electron trao đổi.
	F = 96500: hằng số Faraday.
Phần II: Cách giải bài tập điện phân
	Một số lưu ý:
	- Khi thực hiện điện phân với 2 thời gian khác nhau với cùng cường độ dòng điện, chẳng hạn như thời gian t (thí nghiệm1) và thời gian 2t (thí nghiệm 2) thì lượng mol chất sinh ra ở thí nghiệm 2 chưa chắc đã gấp đôi ở thí nghiệm 1, nhưng lượng mol.e (ne) ở thí nghiệm 2 chắc chắn gấp đôi ở thí nghiệm 1.
	- Cần phải nắm rõ nội dung của câu “nước bắt đầu điện phân” trong từng trường hợp cụ thể để xác định đúng sản phẩm tạo thành ở 2 cực. Chẳng hạn:
	VD1: Điện phân 100ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 1M và AgNO3 1M đến khi nước bắt đầu điện phân ở 2 cực thì dừng lại. Xác định lượng chất tạo thành ở 2 cực?
	Phân tích: ở anod ta thu được O2 (H2O điện phân), ở catod có thể thu được sản phẩm theo thứ tự: Ag, Cu, H2. Nhưng do “nước bắt đầu điện phân ở 2 cực thì dừng lại”, nghĩa là chỉ mới bắt đầu thu được H2 từ H2O à sản phẩm được tạo thành gồm toàn bộ lượng Ag và Cu từ Ag+ và Cu2+.
	Bài giải: 	Ở catod gồm: Ag 0,1mol và Cu 0,1 mol	(tổng ne = 0,3)
Ở anod có 0,075mol O2 (do bảo toàn mol.e)
	VD2: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 và NaCl đến khi nước bắt đầu điện phân ở 2 cực thì dừng lại. 
	Phân tích: ở anod ta thu được Cl2 sau đó mới đến O2 (H2O điện phân), ở catod thu được Cu sau đó mới đến H2 (H2O điện phân). Vậy “nước bắt đầu điện phân ở 2 cực thì dừng lại”, nghĩa là Cu2+ hết, Cl- hết, chỉ H2 hoặc O2 được tạo thành.
Khối lượng catod tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào.
Độ giảm khối lượng của dung dịch: 	Δmgiảm = mrắn + mkhí.
	Xét một số câu hỏi trong các đề thi của Bộ giáo dục:
Câu 1: Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 và 0,12 mol NaCl bằng dòng điện có cường độ 2A. Thể tích khí (đktc) thoát ra ở anot sau 9650 giây điện phân là 
 A. 1,344 lít. 	B. 2,240 lít. 	C. 1,792 lít. 	D. 2,912 lít.
Giải
	ne = I.t/F = 2.9650/96500 = 0,2
	Ở anod: Cl2 0,06 mol (0,12mol.e), chưa đủ 0,2 mol.e à có thêm 0,08 mol.e hay 0,02mol O2.
	Vậy tổng cộng có 0,08mol khí tạo ra ở anod.
Đáp án: C.
Câu 2: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M và NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A trong 3860 giây. Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hoà tan m gam Al. Giá trị lớn nhất của m là 
 A. 4,05. 	B. 2,70. 	C. 1,35. 	D. 5,40. 
Giải
	ne = I.t/F = 5.3860/96500 = 0,2 mol.e (chú ý: bằng nhau ở 2 điện cực)
CuCl2 : 0,05mol
NaCl: 0,25mol
Catod: Cu:0,05 mol (0,1mol.e) à có thêm H2: 0,05mol (0,1mol.e)
Anod: Cl2 : 0,1mol (0,2mol.e)
Dung dịch: Na+: 0,25 mol.
 Cl-dư: 0,15 mol (do bảo toàn Cl)
 à OH-: 0,1 mol (do BTĐT)
	OH-: 0,1 mol à Al: 0,1mol.
Đáp án: B.
Câu 3: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 0,1 mol FeCl3, 0,2 mol CuCl2 và 0,1 mol HCl (điện cực trơ). Khi ở catot bắt đầu thoát khí thì ở anot thu được V lít khí (đktc). Biết hiệu suất của quá trình điện phân là 100%. Giá trị của V là	
 A. 5,60.	B. 11,20.	C. 22,40.	D. 4,48.
Giải
	Phân tích: Thứ tự điện phân có thể có ở catod: Fe3+ à Fe2+; Cu2+ à Cu; H+ à H2; Fe2+ à Fe. Theo đề bài: “catot bắt đầu thoát khí”, nghĩa là mới vừa điện phân xong Cu2+. Ở anod thu Cl2.
	Bảo toàn e, ta có: 0,1.1 + 0,2.2 = nCl2. 2
ànCl2 = 0,25 mol
Đáp án :A.
Câu 4: Điện phân 2 lít dung dịch hỗn hợp gồm NaCl và CuSO4 đến khi H2O bị điện phân ở hai cực thì dừng lại, tại catot thu 1,28 gam kim loại và anot thu 0,336 lít khí (ở đktc). Coi thể tích dung dịch không đổi thì pH của dung dịch thu được bằng
 A. 12.	 B. 1.	 	C. 13. D. 2.
Giải
	Chú ý: H2O bắt đầu điện phân ở 2 cực à thu H2 hoặc O2.
CuSO4 
NaCl
Catod: Cu: 0,02 mol (0,04mol.e) 
Anod: Cl2 : a mol. * Tìm a, b: a+b= 0,015 và 2a + 4b = 0,04
 O2: b à a = 0,01; b = 0,005
Dung dịch: H+
	O2: 0,005 mol à H+: 0,02mol. Hoặc có thể tìm H+ bằng bảo toàn điện tích.
Đáp án: C.
Câu 5: Người ta điều chế H2 và O2 bằng phương pháp điện phân dung dịch NaOH với điện cực trơ, cường độ dòng điện 0,67 A trong thời gian 40 giờ. Dung dịch thu được sau điện phân có khối lượng 100 gam và nồng độ NaOH là 6%. Nồng độ dung dịch NaOH trước điện phân là (giả thiết lượng nước bay hơi không đáng kể)
 A. 5,08%.	B. 6,00%.	C. 5,50%.	D. 3,16%.
Giải
	ne = I.t/F = 0,67.144000/96500 = 1 (chú ý: bằng nhau ở 2 điện cực)
dd NaOH
(6 gam NaOH)
Catod: H2: 0,5mol (1mole)
Anod: O2 : 0,25mol (1mol.e)
100 gam dung dịch NaOH 6%
 (6 gam NaOH)
	Bảo toàn khối lượng: m ddNaOH bđ = 100 + 0,5.2 + 0,25.32 = 109
Đáp án: C.
Câu 6: Tiến hành điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl (hiệu suất 100%, điện cực trơ, màng ngăn xốp), đến khi nước bắt đầu bị điện phân ở cả hai điện cực thì ngừng điện phân, thu được dung dịch X và 6,72 lít khí (đktc) ở anot. Dung dịch X hòa tan tối đa 20,4 gam Al2O3. Giá trị của m là
	A. 25,6.	B. 23,5.	C. 51,1.	D. 50,4.
Giải
	Chú ý: H2O bắt đầu điện phân ở 2 cực à thu H2 hoặc O2.
	Dung dịch sau phản ứng hòa tan Al2O3 à môi trường axit hoặc môi trường kiềm vì Al2O3 lưỡng tính.
	+ TH1: môi trường axit
	Al2O3: 0,2 mol à H+: 1,2 mol à O2: 0,3 mol à Cl2: 0 mol (vô lí à loại).
	+ TH2: môi trường kiềm
	Al2O3: 0,2 mol à OH-: 0,4 mol à H2: 0,2 mol à không có O2 à Cl2 : 0,3 mol.
	Bảo toàn e à Cu: 0,1 mol
	Bảo toàn Cu và Cl à CuSO4: 0,1 mol và NaCl: 0,6 mol
Đáp án: C.
	Hoặc trình bày bài giải theo bảng tóm tắt sau:
CuSO4 : 0,1mol
NaCl: 0,6mol
Catod: Cu:0,1 mol (0,2mol.e)
 H2: 0,2mol (0,4mol.e)
Anod: Cl2 : 0,3mol 
Dung dịch: OH-: 0,4mol
Câu 7: Điện phân dung dịch gồm 7,45 gam KCl và 28,2 gam Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khi khối lượng dung dịch giảm đi 10,75 gam thì ngừng điện phân (giả thiết lượng nước bay hơi không đáng kể). Tất cả các chất tan trong dung dịch sau điện phân là 
 A. KNO3, HNO3 và Cu(NO3)2. 	B. KNO3, KCl và KOH. 	
C. KNO3 và Cu(NO3)2. 	 	D. KNO3 và KOH.
Giải
	KCl: 0,1mol
Cu(NO3)2: 0,15mol
Catod: Cu: a mol.
Anod: Cl2 : 0,05mol
 O2: b mol 
Dung dịch: K+: 0,1 mol.
 Cu2+dư: 0,05mol
 NO3-: 0,3 mol.
 à H+: 0,1 mol (do BTĐT)
	Bước 1: Tìm a, b
	Ta có: 2a = 0,05.2 + 4b và 64a + 0,05.71 + 32b = 10,75
	àa= 0,1 và b = 0,025.
	Bước 2: Xác định lượng Cu2+ dư; bảo toàn điện tích à H+.
Đáp án: A.
Câu 8: Hoà tan 13,68 gam muối MSO4 vào nước được dung dịch X. Điện phân X (với điện cực trơ, cường độ dòng điện không đổi) trong thời gian t giây, được y gam kim loại M duy nhất ở catot và 0,035 mol khí ở anot. Còn nếu thời gian điện phân là 2t giây thì tổng số mol khí thu được ở cả hai điện cực là 0,1245 mol. Giá trị của y là 
 A. 4,788. 	B. 4,480. 	C. 1,680. 	D. 3,920.	
Giải
13,68g MSO4
0,0855 mol
t giây
Catod: M: 0,07 mol (0,14mol.e)
(y gam)
Anod: O2: 0,035 mol (0,14mol.e)
2t giây
Catod: M: 0,0855 mol (0,171mol.e)
 H2: 0,0545 (0,109 mol.e)
Anod: O2: 0,07 mol (0,28mol.e) 
(Tổng H2 và O2 là 0,1245 mol)
	Hướng dẫn:
+ Bước 1: từ số mol O2 (t): 0,035 mol à số mol O2 (2t): 0,07 mol à số mol H2 (2t): 0,0545 mol
	+ Bước 2: Bảo toàn e à số mol M (2t): 0,0855 mol à số mol MSO4 ban đầu: 0,0855 mol.
	+ Bước 3: Tìm M. MMSO4 = 160 à M là Cu
	+ Bước 4: Bảo toàn e à số mol M (t): 0,07 mol à y = 4,48 gam
Đáp án: B.
Câu 9: Điện phân dung dịch hỗn hợp CuSO4 (0,05 mol) và NaCl bằng dòng điện có cường độ không đổi 2A (điện cực trơ, màng ngăn xốp). Sau thời gian t giây thì ngừng điện phân, thu được dung dịch Y và khí ở hai điện cực có tổng thể tích là 2,24 lít (đktc). Dung dịch Y hòa tan tối đa 0,8 gam MgO. Biết hiệu suất điện phân 100%, các khí sinh ra không tan trong dung dịch. Giá trị của t là
A. 6755.	B. 772.	C. 8685.	D. 4825.
Giải
	Dung dịch sau điện phân hòa tan 0,02 mol MgO à có chứa 0,04 mol H+.
CuSO4: 0,05mol
NaCl: 0,06 mol
Catod: Cu: 0,05 mol.
 H2: a mol
Anod: Cl2 : 0,03mol
 O2: b mol 
Dung dịch: SO42-: 0,05 mol.
 H+dư: 0,04 mol
 Na+: 0,06 mol.
	+ Bước 1: Bảo toàn điện tích à Na+: 0,06 mol à NaCl: 0,06mol à Cl2: 0,03mol.	
	+ Bước 2: Tìm a, b
	Ta có: a + b + 0,03 = 0,1 và 0,05.2 + a.2 = 0,03.2 + b.4
	àa= 0,04 và b = 0,03.
	+ Bước 3: Xác định t
	t= (0,05.2 + 0,04.2).96500/2 = 8685 giây
Đáp án: C.
Câu 10 (Đề minh họa 2018): Điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp) dung dịch gồm CuSO4 và NaCl (tỉ lệ mol tương ứng 1: 3) với cường độ dòng điện 1,34A. Sau thời gian t giờ, thu được dung dịch Y (chứa hai chất tan) có khối lượng giảm 10,375 gam so với dung dịch ban đầu. Cho bột Al dư vào Y, thu được 1,68 lít khí H2 (đktc). Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, hiệu suất điện phân 100%, bỏ qua sự hòa tan của khí trong nước và sự bay hơi của nước. Giá trị của t là
A. 7.	B. 6. 	C. 5.	D. 4.
Giải
	Đặt: CuSO4: x mol; NaCl: 3x mol.
	Phân tích: dung dịch sau điện phân chắc chắn có: Na+: 3x mol; SO42-: x mol. Nhận thấy số mol điện tích dương lớn hơn số mol điện tích âm, mặt khác đề bài cho dung dịch sau điện phân chứa 2 chất tan à dung dịch chứa thêm ion OH-.
 	Bước 1: OH-:0,05 mol (do khi tác dụng Al tạo ra 0,075mol H2).
	Bước 2: BTĐT à x = 0,05mol. Vậy CuSO4: 0,05 mol; NaCl: 0,15 mol.
	Bước 3: Tìm lượng chất ở 2 cực
CuSO4: 0,05 mol
NaCl: 0,15 mol
Catod: Cu: 0,05 mol.
 H2: a mol.
* Tìm a, b:
+ BT e: 0,05.2 + 2a = 0,075.2 + 4b (1)
+ dd giảm: 0,05.64 + 2a + 0,075.71 + 32b = 10,375 (2)
à a = 0,125 ; b = 0,05 
Anod: Cl2 : 0,075mol 
 O2: b mol 
Dung dịch: Na+, SO42-, OH-.
	Bước 4: 	ne = 0,05.2 + 0,125.2 = 0,35
	t = 25205,2 giây (7 giờ)
Đáp án: A.
	* Một số bài toán rèn luyện thêm:
Câu 1: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M và Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ và cường độ dòng điện bằng 5A. Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khô thấy tăng m gam. Giá trị của m là 
A. 5,16 gam. 	B. 1,72 gam. 	C. 2,58 gam. 	D. 3,44 gam.
Câu 2: Tiến hành điện phân 200ml dung dịch gồm HCl 0,6M và CuSO4 1M với cường độ dòng điện 1,34 A trong thời gian 4 giờ. Biết hiệu suất điện phân là 100%. Thể tích khí (đktc) thoát ra trên anot là
	A. 1,344 lít. 	B. 1,568 lít. 	C. 1,792 lít. 	D. 2,016 lít.
Câu 3: Thực hiện phản ứng điện phân dung dịch chứa mg hỗn hợp CuSO4 và NaCl với cường độ dòng điện là 5A. Đến thời điểm t, tại 2 điện cực nước bắt đầu điện phân thì ngắt dòng điện. Dung dịch sau điện phân hoà tan vừa đủ 1,6g CuO và ở anot của bình điện phân có 448ml khí bay ra (đktc). Nếu thể tích dung dịch không thay đổi V= 400ml thì nồng độ mol của các chất trong dung dịch là :
A. 0,04M; 0,08M.	B. 0,12M; 0,04M.	
C. 0,075M; 0,05M.	D. 0,02M; 0,12M.
Câu 4: Điện phân 200ml dung dịch Y gồm KCl 0,1M và Cu(NO3)2 0,2M với cường độ dòng điện 5A trong thời gian 1158 giây, điện cực trơ, màng ngăn xốp. Giả sử nước bay hơi không đáng kể. Độ giảm khối lượng của dung dịch sau khi điện phân là
	A. 3,59 g.	B. 2,31 g.	C. 1,67 g.	D. 2,95 g.
Câu 5: Điện phân dung dịch X chứa a mol CuSO4 và 0,2 mol KCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dòng điện không đổi) trong thời gian t giây, thu được 2,464 lít khí ở anot (đktc). Nếu thời gian điện phân là 2t giây thì tổng thể tích khí thu được ở cả hai điện cực là 5,824 lít (đktc). Biết hiệu suất điện phân 100%, các khí sinh ra không tan trong dung dịch. Giá trị của a là
	A. 0,26.	B. 0,24.	C. 0,18.	D. 0,15.
Câu 6: Điện phân dung dịch muối MSO4 (M là kim loại) với điện cực trơ, cường độ dòng điện không đổi. Sau thời gian t giây, thu được a mol khí ở anot. Nếu thời gian điện phân là 2t giây thì tổng số mol khí thu được ở cả hai điện cực là 2,5a mol. Giả sử hiệu suất điện phân là 100%, khí sinh ra không tan trong nước. Phát biểu nào sau đây là sai?
	A. Khi thu được 1,8a mol khí ở anot thì vẫn chưa xuất hiện bọt khí ở catot.
	B. Tại thời điểm 2t giây, có bọt khí ở catot.	
	C. Dung dịch sau điện phân có pH<7.
	D. Tại thời điểm t giây, ion M2+ chưa bị điện phân hết.
Câu 7: Điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl và 0,05 mol CuSO4 bằng dòng điện một chiều có cường độ 2A (điện cực trơ, có màng ngăn). Sau thời gian t giây thì ngừng điện phân, thu được khí ở hai điện cực có tổng thể tích là 2,352 lít (đktc) và dung dịch X. Dung dịch X hoà tan được tối đa 2,04 gam Al2O3. Giả sử hiệu suất điện phân là 100%, các khí sinh ra không tan trong dung dịch. Giá trị của t là
A. 9408. 	B. 7720. C. 9650. 	D. 8685.
Câu 8: Điện phân 200 ml dung dịch gồm CuSO4 1,25M và NaCl a mol/lít (điện cực trơ, màng ngăn xốp, hiệu suất điện phân 100%, bỏ qua sự hòa tan của khí trong nước và sự bay hơi của nước) với cường độ dòng điện không đổi 2A trong thời gian 19300 giây. Dung dịch thu được có khối lượng giảm 24,25 gam so với dung dịch ban đầu. Giá trị của a là
A. 0,75.	B. 0,50.	C. 1,00	.	D. 1,50.