Bài tập về sự điện phân

I. Bài tập định luật Faraday và điện phân một muối

1. Định luật Faraday

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)

Bài tập áp dụng:

Bài 1: Điện phân muối chloride nóng chảy của kim loại M thu được 12 gam kim loại và 0,3 mol khí. Kim loại M là

A. Ca.            B. Mg.

C. Al.             D. Fe.

Lời giải: Gọi kim loại M có hóa trị n

2MCl_n  →  2M  +  nCl₂

                 0,6/n      0,3

=> M = 12 : (0,6/n) = 20n => M = 40; n = 2 (Ca)

Đáp án: A

Bài 2: Điện phân NaCl nóng chảy với cường độ I = 1,93A trong thời gian 6 phút 40 giây thì thu được 0,1472 gam Na. Hiệu suất quá trình điện phân là

A. 90%.            B. 80%.

C. 100%.          D. 75%.

Lời giải: t = 400s => m_{Na thu được lí thuyết} = A.I.t / nF = 0,184 gam

mà m_{Na thực tế} = 0,1472 gam

=> H = 0,1472 / 0,184 .100% = 80%

Đáp án: B

II. Phương pháp giải bài tập điện phân hỗn hợp muối

1. Các công thức thường sử dụng

- Nếu đề bài cho I và t thì trước hết tính số mol e trao đổi ở từng điện cực: ${n_{e\,\,trao\,\,doi}} = \frac{{I.t}}{F}$

=> Dựa vào thứ tự điện phân, so sánh tổng số mol electron nhường hoặc nhận với n_{e trao đổi} để biết mức độ điện phân xảy ra. Ví dụ để dự đoán xem cation kim loại có bị khử hết không hay H₂O bị điện phân ở điện cực nào.

=> Sử dụng bảo toàn e để giải bài toán.

- Nếu đề bào yêu cầu tính điện lượng cần cho quá trình điện phân thì áp dụng công thức:

Q = I.t = n_e.F

2. Một số kinh nghiệm khi giải bài tập điện phân

- Khi điện phân các dung dịch dưới đây thì thực tế là điện phân H₂O thu được H₂ ở catot và O₂ ở anot.

+ Hydroxide của kim loại hoạt động hóa học mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH)₂,…)

+ Acid có oxygen (HNO₃, H₂SO₄,…)

+ Muối tạo bởi acid có oxygen và base mạnh (KNO₃, Na₂SO₄,…)

- Chỉ cần 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.

- Với các bài tập điện phân chéo, có thể sử dụng phương trình điện phân tổng quát để tính toán.

- Nếu đề bài cho lượng khí thoát ra ở điện cực hoặc sự thay đổi về khối lượng dung dịch,… thì dựa vào các bán phản ứng để tính số mol electron thu hoặc nhường ở mỗi điện cực (e trao đổi).

- Có thể so sánh thời gian t^’ (hoặc n^’_{e trao đổi}) 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 (hoặc n^’_{e trao đổi} < n_e) thì lượng ion đó đã bị điện phân hết còn nếu t^’ > t thì lượng ion đó chưa bị điện phân hết.

Bài tập áp dụng: Điện phân dung dịch hồn hợp chứa 0,04 mol AgNO₃ và 0,05 mol Cu(NO₃)₂, điện cực trơ, dòng điện 5A, trong 32 phút 10 giây. Khối lượng kim loại bám vào catot là

A. 6,24 gam.         B. 3,12 gam.

C. 6,5 gam.           D. 7,24 gam.

Lời giải: ${n_{e\,\,trao\,\,doi}} = \frac{{5.1930}}{{96500}} = 0,1mol$

Catot gồm Ag⁺ và Cu²⁺  bị oxi hóa

Ag⁺ + 1e → Ag

         0,04  0,04

Cu²⁺ + 2e → Cu

        0,06 →0,03

\(\left\{ \begin{gathered}
{n_{Ag}} = 0.04{\mkern 1mu} mol \hfill \\
{n_{Cu}} = \frac{{0,1 - 0,04}}{2} = 0,03mol \hfill \\
\end{gathered} \right.\)  

=> m_KL = 0,04.108 + 0,03.64 = 6,24g

Đáp án: A