Bài tập sự điện phân 1 muối

Phương trình điện phân: KCl + H₂O \(\xrightarrow{dpmn}\) KOH + H₂ + Cl₂

Vậy sau một thời gian dung dịch thu được có môi trường kiềm (do điện phân tạo KOH)

Sau điện phân thu được dd X. Cho Fe vào dd X thu được 8 gam hỗn hợp kim loại → Cu²⁺ điện phân dư sau phản ứng

Số mol Cu²⁺ bị điện phân là:\({n_{C{u^{2 + }}}} = {{I.t} \over {n.F}} = {{1,93 \times 2 \times 60 \times 60} \over {2 \times 96500}} = 0,072(mol)\)

Tại catot                                                                                Tại anot

Cu²⁺  + 2e → Cu + 2e                                                           H₂O → O₂ + 4H⁺ +4e

0,072                → 0,144 (mol)                                                              0,144← 0,144 (mol)

Dung dich thu được sau pư chứa Cu²⁺ (a-0,072) mol ; H⁺: 0,144 (mol); NO₃^-: 2a (mol)

Cho dd X pư với Fe có PTHH sau:

3Fe    +   8H⁺   +  2NO₃^- → 3Fe²⁺ + 2NO + 4H₂O

0,054←0,144                                                         (mol)

         Fe    +     Cu²⁺    →    Fe²⁺   +   Cu↓

(a-0,072)← (a - 0,072)             → (a - 0,072)      (mol)

∆m_giảm = m_{Fe pư - mCu sinh ra}

→ 10,4 - 8 = 0,054.56 + (a - 0,072).56 - (a -0,072).64

→ a = 0,15

Gọi n_M = x (mol), n là số OXH của M trong hợp chất

Bảo toàn e ta có 

=> x*n= 4n_O2 = 4*0,03 = 0,12 (mol)

M_M = 10,8/x => M_M = 9n

=> n = 3, M_M = 27 thỏa mãn => M là Al

n_{e trao đổi} = I.t / F = 0,01 mol

Ở catot: Cu²⁺ + 2e → Cu

=> n_Cu = 0,01 :2 = 0,005 (mol) => m_Cu = 0,32 (g)

Ở anot: 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e

=> n_O2 = 0,01:4=0,0025 (mol) => V_O2 = 0,056 (l)

n_Cl2 = 0,02 (mol).

Sử dụng bảo toàn e  => n. n_M = 0,02*2 (mol) => n_M = 0,02 * 2/n

Ta có: \({n_{MC{l_n}}} = \frac{{2,98}}{{M + 35,5n}} = \frac{{0,04}}{n} \to 2,98n = 0,04M + 1,42n \to M = 39n\)

M là kim loại nên n = 1, 2, 3

+ Nếu n = 1 → M = 39 (Kali)

+ Nếu n = 2 → M = 78 (loại)

+ Nếu n = 3 → M = 117 (loại)

Gọi kim loại là M => Muối MCl₂  

MCl₂ → M + Cl₂

Bảo toàn khối lượng: m_muối = m_KL + m_Cl2 => m_Cl2 = 1,42 gam =>n_Cl2 = 0,02 mol

=> n_M = n_Cl2 = 0,02 mol => M_M = 0,48 : 0,02 = 24g (Mg)

Sử dụng công thức $m=\frac{A.I.t}{n.F}=\frac{27.16.3.60.60}{3.96500}=16,1\,\,gam$

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)

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%

n_CuCl2 = 0,1 mol; n_{e trao đổi} = IT/F = 0,3 mol

Cu²⁺ + 2e → Cu

0,1  → 0,2  → 0,1

=> m_Cu = 0,1.64 = 6,4 gam

n_{e trao đổi} = I.t / F = 0,005 mol

Ở catot: Cu²⁺ + 2e → Cu

Ở anot: 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e

Ở catot bắt đầu có bọt khí thoát ra => Cu²⁺ điện phân vừa hết

=> n_{O2 thu được ở anot} = 0,005 / 4 = 0,00125 mol

=> V = 0,028 lít = 28 ml

n_CuSO4 = 0,02 mol => n_{e Cu2+ nhận tối đa} = 0,02.2 = 0,04 mol

Khi t₁ = 200s => n_{e trao đổi} = I.t / F = 0,02 mol

=> n_{Cu tạo ra} = n_{e trao đổi} / 2 = 0,01 mol => m_{Cu (1)} = 0,64 gam

Khi t₂ = 500s => n_{e trao đổi} = I.t / F = 0,05 > 0,04

=> n_Cu = n_CuSO4 = 0,02 mol => m_{Cu (2)} = 1,28 gam

n_{e trao đổi} = I.t / F = 0,05 mol

Ở cực (-) điện phân H₂O:  2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^- 

=> n_OH- = n_e = 0,05 mol => [OH^-] = 0,05 / 0,5 = 0,1 M

=> pOH = 1 => pH = 13

M²⁺ + 2e → M

n_{e trao đổi} = 0,06 mol => n_M = 0,03 mol

Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại M bám vào

=> M = 1,68 / 0,03 = 56 => M là Fe

Catot: M²⁺ + 2e → M

Anot: 2H₂O → O₂ ↑ + 4H⁺ + 4e

           0,18   → 0,09    →     0,36

=> n_{e trao đổi} = 4.n_O2 = 0,36 mol

Mà n_e = I.t / F => I = n_e.F / t = 12A

n_M = n_{e trao đổi} / 2 = 0,18 mol => M = 11,52 / 0,18 = 64

=> M là Cu

2 bình điện phân mắc nối tiếp => n_{e trao đổi bình 1} = n_{e trao đổi bình 2}

n_Cu = 1,6/64 = 0,025 mol => n_{e trao đổi} = 0,025.2 = 0,05 mol

=> n_Ag = 0,05 mol => m_{bình 2 tăng} = m_Ag = 5,4 gam

Đến khi catot bắt đầu có khí thoát ra => Ag⁺ bị điện phân vừa hết

n_NaOH = 0,8 mol => n_H+ = 0,8 mol

Catot: Ag⁺ + 1e → Ag

Anot: 2H₂O → O₂ ↑ + 4H⁺ + 4e

=> n_{e trao đổi} = n_H+ = 0,8 mol

=> n_Ag+ = 0,8 mol => C_{M AgNO3} = 0,8 / 0,5 = 1,6M

n = I.t / F => t = n.F / I = 3860s

n_O2 = 0,125 mol

Catot: Cu²⁺ + 2e → Cu

Anot: 2H₂O → O₂ ↑ + 4H⁺ + 4e

=> n_{e trao đổi} = 4.n_O2 = 0,5 mol

=> n_Cu = 0,5 / 2 = 0,25 mol => m = 16 gam => A đúng

t = n.F / I = 4825s => B sai

+) pH của dung dịch ban đầu giảm, khi hết Cu²⁺ thì nước điện phân ở catot tạo OH^-, ở anot tạo ra H⁺ và n_OH- = n_H+ nên pH không đổi

+) hết Cu²⁺, nước điện phân ở catot tạo khí H₂

m_{NaOH (trước điện phân)} = 20 gam 

Ở catot: 2H₂O + 2e → H₂ ↑ + 2OH^-

Ở anot:   4OH^- → O₂ + 2H₂O + 4e 

Cộng 2 quá trình, điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước: H₂O → ½.O_{2 (anot)} + H_{2 (catot)}

→ NaOH không đổi → m _{dung dịch sau điện phân} = 80 gam

→ m_{H2O bị điện phân} = 200 – 80 = 120 gam → n_H2O = 20/3 mol

→ V_O2 = 74,7 lít và V_H2 = 149,3 lít

m_CuSO4­ = 20 gam  => n_CuSO4 = 0,125 mol

n_{CuSO4 phản ứng} = x mol => n_{Cu sinh ra} = x mol => n_O2 = 0,5x mol

$C{\% _{CuS{O_4}}} = \frac{{(0,125 - x).160}}{{250 - 64{\text{x}} - 0,5{\text{x}}.32}}.100\%  = 4\% $ (Vì dung dịch sau phản ứng có nồng độ bằng một nửa so với trước phản ứng)

=> x = 0,0638 mol => m_Cu = 4,0832 gam