Lý thuyết và câu hỏi trắc nghiệm Hóa học 12 - Điện phân (Có đáp án và lời giải)

CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN PHÂN

I – LÍ THUYẾT

1) Điện phân nóng chảy: áp dụng đối với MCln, M(OH)n và Al2O3 (M là kim loại nhóm IA và IIA) a) Điện phân nóng chảy oxit: Nhôm là kim loại được sản xuất bằng cách điện phân Al2O3 nóng chảy. Al2O3 nguyên chất nóng chảy ở nhiệt độ trên 20000C. Một phương pháp rất thành công để sản xuất nhôm là tạo một dung dịch dẫn điện có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn 20000C bằng cách hòa tan Al2O3 vào criolit nóng chảy (Na3AlF6). Phương trình sự điện phân: 2Al2O3 = 4Al + 3O2 •Tác dụng của Na3ALF6 (criolit): - Hạ nhiệt độ nóng chảy cho hỗn hợp phản ứng.

- Tăng khả năng dẫn điện cho Al. - Ngăn chặn sự tiếp xúc của oxi không khí với Al. - Chú ý: Do điện cực làm bằng graphit (than chì) nên bị khí sinh ra ở anot ăn mòn: 2C + O2 → 2CO↑ 2CO + O2 → 2CO2↑ Vì vậy, trong quá trình điện phân nóng chảy oxit, tại anot thường thu được hỗn hợp khí CO, CO2, O2. b) Điện phân nóng chảy hydroxit kim loại kiềm: 2MOH → 2M + O2↑ + H2O↑ (M = Na, K,…) c) Điện phân muối clorua (thường dùng điều chế KL kiềm và kiềm thổ) 2MClx → 2M + xCl2 (x = 1,2)

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:

* Quy tắc anốt:

* Quy tắc catot:

+ 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)

DeThi.edu.vn

+ 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: nF AIt m  hay nF

It n 

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 + F: hằng số Faraday (F = 96500 nếu thời gian tính theo giây; F = 26,8 nếu thời gian tính theo giờ)

II – MỘT SỐ CƠ SỞ ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN

- Nếu dung dịch có chứa ion Fe3+ và một số ion dương khác thì Fe3+ sẽ nhận điện tử theo nguyên tắc sau: Giai đọan 1: Fe3+ + 1e = Fe2+ Giai đọan 2: Fe2+ trở về đúng vị trí của nó: Fe2+ + 2e = Fe - Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào - Khi catot bắt đầu xuất hiện bọt khí hoặc khối lượng catot không đổi nghĩa là các ion kim loại bị điện phân trong dung dịch đã bị điện phân hết, tại catot H2O bắt đầu bị điện phân. - Khi pH của dung dịch không đổi có nghĩa là các ion âm hoặc dương (hay cả hai loại) có thể bị điện phân đã bị điện phân hết. Khi đó tiếp tục điện phân sẽ là H2O bị điện phân. - Chất rằn thoát ra có thể là kim loại (có thể là kết tủa của một kim loại hay có cả hai). - Chất khí thoát ra sau điện phân gồm cả khí thoát ra ở catot và anot (trừ khí gây ra phản ứng phụ, tạo sản phẩm tan trong dung dịch). Nếu đề yêu cầu tính lượng khí, phải xác định rõ khí ở điện cực nào, hay khí thu được tất cả sau điện phân. - Với quá trình điện phân có sinh ra kết tủa hay giải phóng khí thì: mdung dịch sau điện phân = mdung dịch trước điện phân – mkết tủa - mkhí - Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (m kết tủa + m khí)

- Nếu điện phân các bình nối tiếp nhau thì Q = I.t qua mỗi bình bằng nhau. Sự thu hoặc nhường electron ở các cực cùng tên phải như nhau và các chất sinh ra ở các cực cùng tên tỉ lệ mol với nhau. - Khi điện phân các dung dịch: + Hiđroxit của kim loại hoạt động …