Chuyên đề về Điện phân

A – LÍ THUYẾT
I – KHÁI NIỆM 
Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li 
- Sự điện phân là quá trình sử dụng điện năng để tạo ra sự biến đổi hóa học 
- Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của điện trường các cation chạy về cực âm (catot) còn các anion chạy về điện cực dương (anot), tại đó xảy ra phản ứng trên các điện cực (sự phóng điện) 
- Tại catot xảy ra quá trình khử cation (Mn+ + ne → M) còn tại anot xảy ra quá trình oxi hóa anion (Xn- → X + ne) 
- Người ta phân biệt: Điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li trong nước, điện phân dùng điện cực dương tan hay hiện tượng dương cực tan.
 1. Điện phân nóng chảy: Áp dụng đối với MCln, M(OH)n và Al2O3 (M là kim loại nhóm IA và IIA) là các kim loại có tính khử mạnh như K, Na, Mg, Al...
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.
Sơ đồ phản ứng: 
 • Tác dụng của Na3AlF6 (criolit):
- Hạ nhiệt độ nóng chảy cho hỗn hợp phản ứng Al2O3 từ 2050oC xuống khoảng 900oC
- Tăng khả năng dẫn điện cho hệ phản ứng
- 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,)
Ví dụ: Điện phân NaOH nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ: 
Catot ( – )  NaOH   Anot ( + ) 
4| Na+ + 1e → Na                           4OH- → O2 + 2H2O + 4e 
Phương trình điện phân là: 4NaOH 4Na + O2 + 2H2O
c. Điện phân muối clorua (thường dùng điều chế KL kiềm và kiềm thổ)
 2MClx → 2M + xCl2 (x = 1, 2)
Ví dụ: Điện phân NaCl nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ: 
Catot ( – )  NaCl  Anot ( + ) 
2| Na+ + e → Na                  2Cl- → Cl2 + 2e 
Phương trình điện phân là: 2NaCl 2Na + Cl2 
Cần có màng ngăn không cho Cl2 tác dụng trở lại với Na ở trạng thái nóng chảy làm giảm 
hiệu suất của quá trình điện phân. Một số chất phụ gia như NaF, KCl giúp làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hệ 
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. Trong sự điện phân dung dịch, ngoài các ion do chất điện li phân li ra còn có các ion H+ và OH- của nước. Do đó việc xác định sản phẩm của sự điện phân phức tạp hơn. Tùy thuộc vào tính khử và tính oxi hóa của các ion có trong bình điện phân mà ta thu được những sản phẩm khác nhau. 
Ví dụ khi điện phân dung dịch NaCl, các ion Na+, H+ (H2O) chạy về catot còn các ion Cl-, OH-(H2O) chạy về anot. Ion nào trong số chúng sẽ phóng điện ở các điện cực?
Cơ sở để giải quyết vẫn đề này là dựa vào các giá trị thế oxi hóa – khử của các cặp. Trong quá trình điện phân, trên catot diễn ra sự khử. Vì vậy khi có nhiều dạng oxi hóa thì trước hết dạng oxi hóa của cặp có thế lớn hơn sẽ bị khử trước. Ngược lại trên anot sẽ diễn ra sự oxi hóa dạng khử của cặp có thế oxi hóa – khử nhỏ nhất trước.
* Quy tắc anot: Am-, OH- (do nước hoặc baz điện li)
- Trường hợp anot trơ (C, Fe, Pt)
+ Nếu có mặt các anion Am-: I-, Br-, Cl-, S2-, RCOO-,...
hay tính khử của Am- >> OH- thì Am- sẽ bị oxi hóa:
2Cl-Cl2 +2e
2RCOO- R-R + 2CO2 + 2e.
Nếu có mặt các anion Am-: F-, SO2-4, NO3-...
Hay tính khử Am- << OH- thì OH- sẽ bị oxi hóa:
Nếu nước điện phân tại Katot: Phương trình tổng: 
Nếu nước điện phân tại Anot: Phương trình tổng: 
- Trường hợp anot hoạt động: Bản thân các kim loại này có tính khử vượt trội hơn hẳn so với các anion có mặt trong dung dịch, vì vậy chúng sẽ tham gia vào quá trình oxi hóa. Được gọi là hiện tượng dương cực tan: Nếu anot làm bằng kim loại mà ion của nó có mặt trong dung dịch thì khi điện phân: Anot sẽ bị hòa tan dần tạo ra các ion dương Mn+, các ion dương này đi vào dung dịch để bổ sung cho số ion dương bị giảm.
* 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)
+ 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– (baz kiềm), H2O theo quy tắc: 
+ Các anion gốc axit có oxi như 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: hay 
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)
Ví dụ: Điện phân 100 ml dung dịch NaCl với điện cực trơ có màng ngăn với cường độ dòng điện I = 1,93A. Dung dịch thu được sau khi điện phân có pH = 12. Biết thể tích dung dịch không đổi, clo không hòa tan trong nước và hiệu suất điện phân 100%. Thời gian tiến hành điện phân là: A. 50 s                        B. 60 s                        C. 100 s                           D. 200 s 
Giải: pH = 12  [OH-] = 10-2   = 10-3 M 
Tại catot (–) xảy ra phản ứng: 2H2O + 2e H2 + 2OH-  ne = 10-3 mol    
hoặc  mH2 = 10-3 gam    Đáp án A 
V. MỘT SỐ VÍ DỤ ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH
- Điện phân dung dịch CuCl2 với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ: 
Catot ( – ) CuCl2  Anot ( + ) 
Cu2+ + 2e  Cu                            2Cl-  Cl2 + 2e 
Phương trình điện phân là: CuCl2  Cu + Cl2 
- Điện phân dung dịch K2SO4 với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ: 
Catot (–)  K2SO4  Anot (+) 
   H2O, K+                 (H2O)             H2O, 
2| 2H2O + 2e  H2 + 2OH-                    2H2O  O2 + 4H+ + 4e 
Phương trình điện phân là: 2H2O  2H2 + O2 
- Điện phân dung dịch NaCl bão hòa với điện cực trơ có màng ngăn có thể biểu diễn bằng sơ đồ: 
Catot ( – )  NaCl  Anot ( + ) 
H2O, Na+            (H2O)          Cl-, H2O 
    2H2O + 2e  H2 + 2OH-                  2Cl-  Cl2 + 2e 
Phương trình điện phân là: 2NaCl + 2H2O  2NaOH + H2 + Cl2 
Nếu không có màng ngăn thì: Cl2 + 2NaOH  NaCl + NaClO + H2O nên phương trình điện phân là: NaCl + H2O NaClO + H2 
- Điện phân dung dịch NiSO4 với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ: 
Catot ( – )  NiSO4  Anot ( + ) 
Ni2+, H2O               (H2O)         H2O, SO42- 
   2| Ni2+ + 2e  Ni                      2H2O  O2 + 4H+ + 4e 
Phương trình điện phân là: 2NiSO4 + 2H2O  2Ni + 2H2SO4 + O2 
- Điện phân dung dịch NiSO4 với anot bằng Cu biểu diễn bằng sơ đồ: 
Catot ( – )  NiSO4  Cu ( + ) 
      Ni2+, H2O            (H2O)            H2O, SO42- 
       Ni2+ + 2e  Ni                          Cu  Cu2+ + 2e 
Phương trình điện phân là: NiSO4 + Cu  CuSO4 + Ni 
- Điện phân dung dịch CuSO4 với anot bằng Cu (như hình vẽ sau đây): 
Ở catot ( – ): Cu2+(dd) + 2e  Cu làm giảm nồng độ ion Cu2+ ở bên nhánh trái của ống chữ U 
Ở anot ( + ): Cu(r)  Cu2+(dd) + 2e làm tăng nồng độ ion Cu2+ ở bên nhánh trái của ống chữ U 
và anot dần dần bị hòa tan 
Phương trình điện phân là: Cu(r) + Cu2+(dd)   Cu2+(dd) + Cu(r) 
- Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl3, CuCl2 và HCl với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ: 
Catot ( – )  FeCl3, CuCl2, HCl  Anot ( + ) 
Fe3+, Cu2+, H+ 
Fe3+ + 1e Fe2+ 
Cu2+ + 2e  Cu                                     2Cl-  Cl2 + 2e  
2H+ + 2e  H2 
Fe2+ + 2e  Fe
Quá trình điện phân lần lượt xảy ra ở các điện cực là: 
2FeCl3  2FeCl2 + Cl2 
CuCl2  Cu + Cl2 
2HCl  H2 + Cl2 
FeCl2  Fe + Cl2 
VI. ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN PHÂN 
Sự điện phân có nhiều ứng dụng trong công nghiệp 
- Sản xuất NaOH, Cl2 bằng phương pháp điện phân dung dịch NaCl đậm đặc.Trong quá trình điện phân sản phẩm tạo thành là NaOH, Cl2, H2.
- Sản xuất các khí H2, O2 bằng phương pháp điện phân các dung dịch như K2SO4, H2SO4, NaOH... thực chất là điện phân nước, còn các chất muối, axit, kiềm chỉ đóng vai trò làm tăng độ dẫn điện của dung dịch. 
- Sản xuất Li, Na, K, Mg, Ca, Ba, Cl2, Br2... bằng cách điện phân các muối halogen nóng chảy.
- Sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy có thêm criolit để giảm nhiệt độ nóng chảy của nhôm oxit.
- Sản xuất KClO3 bằng phương pháp điện phân nóng chảy KCl.
- Điều chế các kim loại tinh khiết: Bằng phương pháp điện phân người ta có thể thu được các kim loại có độ tinh khiết cao như Zn, Cd, Mn, Cr, Fe...
- Tinh chế kim loại: Nhờ phương pháp này có thể tinh chế hàng loạt kim loại như Cu, Ag, Au, Ni, Co và Pb. Phổ biến nhất là tinh chế đồng. Đồng thô (lẫn tạp chất) được dùng làm anot, nhúng trong dung dịch điện phân CuSO4. Đồng tinh khiết được dùng làm catot. Các ion Cu2+ từ sự hòa tan anot chuyển về catot và bị khử thành đồng tinh khiết bám vào catot. 
- Mạ điện: Người ta có thể mạ các kim loại như Zn, Cd, Cu, Ni, Cr, Sn, Ag, Au lên bề mặt các đồ vật bằng kim loại để chống gỉ, tăng vẻ bóng đẹp của đồ vật bằng phương pháp điện phân. Trong mạ điện kim loại để mạ được dùng làm anot nhúng trong dung dịch muối của nó.Điện phân với anot tan cũng được dùng trong mạ điện, nhằm bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn và tạo vẻ đẹp cho vật mạ. Anot là kim loại dùng để mạ (như hình vẽ là bạc) còn catot là vật cần mạ (cái thìa). Lớp mạ thường rất mỏng, có độ dày từ 5.10-5 ÷ 1.10-3 cm 
- Phân tích định tính, phân tích định lượng và tách các kim loại ra khỏi hỗn hợp của chúng. Nguyên tắc dựa trên thế phóng điện khác nhau của các ion kim loại trong hỗn hợp. 
 VII. 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 rắn 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 hóa học mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH)2,) 
      + Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,) 
      + Muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm (KNO3, Na2SO4,) 
→ Thực tế là điện phân H2O để cho H2 (ở catot) và O2 (ở anot) 
 - Khi điện phân dung dịch với anot là một kim loại không trơ (không phải Pt hay điện cực than chì) thì tại anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa điện cực 
 - Có thể có các phản ứng phụ xảy ra giữa từng cặp: Chất tạo thành ở điện cực, chất tan trong dung dịch, chất dùng làm điện cực. Ví dụ: 
         + Điện phân nóng chảy Al2O3 (có Na3AlF6) với anot làm bằng than chì thì điện cực bị ăn mòn dần do chúng cháy trong oxi mới sinh 
         + Điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo ra nước Ja–ven và có khí H2 thoát ra ở catot 
         + Phản ứng giữa axit trong dung dịch với kim loại bám trên catot 
- 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 
- Nếu đề bài cho I và t thì trước hết tính số mol electron trao đổi ở từng điện cực (ne) theo công thức: . Sau đó dựa vào thứ tự điện phân, so sánh tổng số mol electron nhường hoặc nhận với ne để biết mức độ điện phân xảy ra. Ví dụ để dự đoán xem cation kim loại có bị khử hết không hay nước có bị điện phân không và H2O có bị điện phân thì ở điện cực nào 
+ Trong nhiều trường hợp, có thể dùng định luật bảo toàn mol electron (số mol electron thu được ở catot bằng số mol electron nhường ở anot) để giải cho nhanh.
- Nếu đề bài yêu cầu tính điện lượng cần cho quá trình điện phân thì áp dụng công thức:
 Q = I.t = ne.F 
B. MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA
Câu 1: Điện phân hoàn toàn 200ml 1 dd chứa 2 muối là Cu(NO3)2 và AgNO3 với I=0,804A, thời gian điện phân là 2giờ, người ta nhận thấy khối lượng cực âm tăng thêm 3,44g. Nồng độ mol của mỗi muối trong dd ban đầu lần lượt là:
A. 0,1M và 0,2M B. 0,1M và 0,1M C. 0,1M và 0,15M D. 0,15M và 0,2M
Hướng dẫn: 
Cách 1: Viết phương trình điện phân
Theo Faraday tính số mol oxi rồi lập hệ phương trình gồm nO2 và khối lượng kim loại
Cách 2: Theo phương pháp bảo toàn e: x = y = 0,02
Câu 2: Điện phân nóng chảy hoàn toàn 1,9g muối clorua của kim loại M được 0,48g kim loại M ở catot. Kim loại M là:A. Zn B. Ca C. Mg D. Ba
Câu 3: Điện phân một dd muối MCln với điện cực trơ. Khi ở catot thu được 16g kim loại M thì ở anot thu được 5,6 lít khí (đktc). Kim loại M là:
A. Mg B. Fe C. Cu D. Ca
Hướng dẫn: 
 Theo bảo toàn electron có: 
Câu 4: Có 400ml dd chứa HCl và KCl đem điện phân trong bình điện phân có vách ngăn với cường độ dòng điện 9,65A trong 20 phút thì dung dịch chứa một chất tan có PH=13 (coi thể tích dung dịch không đổi). Nồng độ mol/lit của HCl và KCl trong dung dịch ban đầu lần lượt?  
A. 0,2M và 0,2M      B. 0,1M và 0,2M    C. 0,2M và 0,1M      D. 0,1M và 0,1M
Hướng dẫn: pH=13 = 0,04
Theo Faraday 0,06 (do HCl) = 0,04 nHCl = 0,08
Câu 5: Điện phân 200ml dd CuSO4 0,2M với I=10A trong thời gian a, thấy có 224ml khí (đktc) thoát ra ở anot. Biết điện cực trơ và hiệu suất phản ứng là 100%. Khối lượng kim loại bám ở catot là: A. 1,38g B. 1,28g C. 1,52g D. 2,56g
Hướng dẫn: 
 Bài toán cho lượng sản phẩm nên ta cứ tính theo sản phẩm mà không cần quan tâm đến lượng ban đầu
Câu 6: Điện phân dd hh chứa 0,04mol AgNO3 và 0,05mol Cu(NO3)2 (điện cực trơ), dòng điện 5A, trong 32phút 10 giây. Khối lượng kim loại bám vào catot là:
A. 6,24g B. 3,12g 6,5g D. 7,24g
Hướng dẫn: 
 Thứ tự điện phân: +1e Ag (1) +2e Cu (2)
gọi lần lượt là thời gian điện phân và 
Ta có: = 772s = 1158s mCu = 1,92g ( hết, dư)
mcatot = mCu,Ag
Câu 7: Sau một thời gian điện phân 200ml dd CuCl2 người ta thu được 1,12 lít khí (đktc) ở anot. Ngâm đinh sắt sạch trong dung dịch còn lại sau khi điện phân. Phản ứng xong, nhận thấy khối lượng đinh sắt tăng thêm 1,2g. Nồng độ mol ban đầu của dung dịch CuCl2 là:
A. 1M B. 1,5M C. 1,2M D. 2M
Hướng dẫn: 
 Theo bài ra dễ dàng thấy được CuCl2 dư và phản ứng với Fe
Theo tăng giảm khối lượng nCuCl2 (dư) = nFe = 0,15; CuCl(đp) = nCl2 = 0,05 
Câu 8: Điện phân (với điện cực Pt) 200ml dung dịch Cu(NO3)2 đến khi bắt đầu có khí thoát ra ở catot thì ngừng lại. Để yên dung dịch cho đến khi khối lượng catot không đổi, lúc đó khối lượng catot tăng thêm 3,2g so với lúc chưa điện phân. Nồng độ mol của dd Cu(NO3)2 trước phản ứng là: A. 0,5M B. 0,9M C. 1M D. 1,5M
Hướng dẫn: Phương trình điện phân: (1)
 xmol 	 x	2x
Để yên dung dịch cho đến khi khối lượng catot không đổi khi đó có phản ứng:
3Cu + 8HNO3 (2)
Do khối lượng catot tăng 3,2g nên sau (2) Cu dư (HNO3 hết) 
Theo (1), (2): mCu(dư) = 64(x-3x/4) = 3,2 (tính theo HNO3)
Câu 9: Điện phân 250g dung dịch CuSO4 8% đến khi nồng độ CuSO4 trong dung dịch thu được giảm đi và bằng một nửa so với trước phản ứng thì dừng lại. Khối lượng kim bám ở catot là: A. 4,08g B. 2,04g C. 4,58g D. 4,5g
Hướng dẫn: 0,125
Gọi phản ứng = x Theo phương trình điện phân hoặc theo bảo toàn electron nCu = x; nO2 = x/2
C%CuSO4 =
Câu 10: Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa Ag2SO4 và CuSO4 một thời gian thấy khối lượng catot tăng lên 4,96g và khí thoát ra ở anot có thể tích là 0,336 lít (đktc). Khối lượng kim loại bám ở catot lần lượt là: A. 4,32g và 0,64g B. 3,32g và 0,64g C. 3,32g và 0,84 D. 4,32 và 1,64
Hướng dẫn: giải hệ
Câu 11: Điện phân dung dịch NaOH với cường độ dòng điện là 10A trong thời gian 268 giờ. Sau khi điện phân còn lại 100 gam dung dịch NaOH có nồng độ 24%. Nồng độ % của dung dịch NaOH trước khi điện phân là: A. 4,2% B. 2,4% C. 1,4% D. 4,8%
Hướng dẫn: Khi điện phân, NạOH không bị điện phân mà nước bị điện phân.
Áp dụng định luật Farađay (Định luật II), ta có: số mol e trao đổi = 10.268.3600/96500 = 100 (mol).
100..................50
 = 50 mol 
 khối lượng nước bị điện phân = 900 g
 khối lượng dung dịch ban đầu = 1000 g.
Khối lượng NaOH trong dung dịch = 100.24% = 24 (g) 
 C%(dung dịch ban đầu) = 24/1000.100% = 2,4 %.
Câu 12: Cho 2 lit dung dịch hỗn hợp FeCl2 0,1M và BaCl2 0,2M (dung dịch X)
Điện phân dung dịch X với I=5A đến khi kết tủa hết ion kim loại bám trên catot thì thời gian điện phân là: A. 7720s B. 7700s C. 3860s D. 7750s
b. Điện phân (có màng ngăn) dung dịch X thêm một thời gian nửa đến khi dung dịch sau điện phân có pH = 13 thì tổng thể tích khí thoát ra ở anot (đktc) là:
A. 3,36lít 6. 6,72lit C. 8,4 lít D. 2,24lit
Câu 13: Đem điện phân 200ml dd NaCl 2M (d=1,1g/ml) với điện cực bằng than có màng ngăn xốp và dung dịch luôn luôn được khuấy đều.Khí ở catot thoát ra 22,4 lít khí đo ở điều kiện 200C, 1atm thì ngừng điện phân. Cho biết nồng độ phần trăm của dung dịch NaOH sau điện phân:	A.8% 	B.54,42% 	C. 16,64% 	D. 8,32%
Dễ thấy khí thoát ra ở catot là  với 
PT điện phân:  (1)
Thấy  nên  điện phân
                  0,733---------0,3665
Nên C% NaOH = 8,32%
Câu 14: Điện phân hòa toàn 2,22 gam muối clorua kim loại ở trạng thái nóng chảy thu được 448 ml khí (ở đktc) ở anot. Kim loại trong muối là: 
A. Na                               B. Ca                             C.K                                     D. Mg 
Hướng dẫn: nCl2 = 0,02 
Tại catot: Mn+ + ne → M 
Theo định luật bảo toàn khối lượng mM = m(muối) – m(Cl2) = 2,22 – 0,02.71 = 0,8 gam 
Tại anot: 2Cl– → Cl2 + 2e Theo định luật bảo toàn mol electron ta có → M = 20.n → n = 2 và M là Ca 
(hoặc có thể viết phương trình điện phân MCln M + n/2Cl2 để tính) → đáp án B 
Câu 15: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến khi dung dịch NaOH trong bình có nồng độ 25 % thì ngừng điện phân. Thể tích khí (ở đktc) thoát ra ở anot và catot lần lượt là: 
A. 149,3 lít và 74,7 lít                                              B. 156,8 lít và 78,4 lít 
C. 78,4 lít và 156,8 lít                                              D. 74,7 lít và 149,3 lít 
Hướng dẫn: mNaOH (trước điện phân) = 20 gam 
Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước: H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) → NaOH không đổi → m (dung dịch sau điện phân) = 80 gam → m (H2O bị điện phân) = 200 – 80 = 120 gam → nH2O = 20/3 mol → = 74,7 lít và = 149,3 lít → đáp án D 
Câu 16: Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 ( d = 1,25 g/ml) với điện cực graphit (than chì) thấy 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. Nồng độ phần trăm của dung dịch CuSO4 ban đầu là: 
A. 12,8 %                       B. 9,6 %                       C. 10,6 %                          D. 11,8 % 
Hướng dẫn: nH2S = 0,05 mol 
- Gọi x là số mol CuSO4 tham gia quá trình điện phân: CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 (1) → m (dung dịch giảm) = m Cu(catot) + m O2(anot) = 64x + 16x = 8 → x = 0,1 mol - CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 (2) 
→ nH2S = nCuSO4 = 0,05 mol 
- Từ (1) và (2) → nCuSO4 (ban đầu) = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → C% = 
→ đáp án B 
Câu 17: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện 9,65A. Tính khối lượng Cu bám vào catot khi thời gian điện phân t1 = 200 s và t2 = 500 s. Biết hiệu suất điện phân là 100 % 
A. 0,32 gam và 0,64 gam                                              B. 0,64 gam và 1,28 gam 
C. 0,64 gam và 1,60 gam                                              D. 0,64 gam và 1,32 gam 
Hướng dẫn: nCuSO4 = 0,02 = nCu2+ 
Thời gian cần thiết để điện phân hết Cu2+ là → t1 < t < t2 → Tại t1 có 1/2 số mol Cu2+ bị điện phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam và tại t2 Cu2+ đã bị điện phân hết → m2 = 1,28 gam → đáp án B 
Câu 18: 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 
Hướng dẫn: nAg+ = 0,02 mol ; nCu2+ = 0,04 mol 
- Ta có 
- Thứ tự các ion bị khử tại catot: 
Ag+ + 1e → Ag (1) → sau (1) còn 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron 
0,02   0,02     0,02 
Cu2+ + 2e → Cu (2) → sau (2) còn dư 0,02 mol Cu2+ 
0,02    0,04      0,02 
m (catot tăng) = m (kim loại bám vào) = 0,02.(108 + 64) = 3,44 gam → đáp án D 
Câu 19: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu được dung dịch X. Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện 1,34A trong 4 giờ. Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (ở đktc) lần lượt là (Biết hiệu suất điện phân là 100 %): 
A. 6,4 gam và 1,792 lít                                                    B. 10,8 gam và 1,344 lít 
C. 6,4 gam và 2,016 lít                                                      D. 9,6 gam và 1,792 lít 
Hướng dẫn: nCuSO4.5H2O = nCuSO4 = 0,2 mol ; nHCl = 0,12 mol 
- Ta có 
- Thứ tự điện phân tại catot và anot là: 
Tại catot: Cu2+ + 2e → Cu → Cu2+ chưa bị điện phân hết → m (kim loại ở catot) = 0,1.64 = 6,4 
               0,1       0,2       0,1 
Tại anot: 
2Cl– → Cl2 + 2e → ne (do Cl– nhường) = 0,12 < 0,2 mol → tại anot Cl– đã bị điện phân hết và 
0,12     0,06  0,12            đến nước bị điện phân → ne (do H2O nhường) = 0,2 – 0,12 = 0,08 mol
2H2O → O2 + 4H+ + 4e 
               0,02          0,08 
V (khí thoát ra ở anot) = (0,06 + 0,02).22,4 = 1,792 lít → đáp án A 
Câu 20: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 và AgNO3, để điện phân hết ion kim loại trong dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A trong 4 giờ. Sau khi điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám ở catot. Nồng độ mol của Cu(NO3)2 và AgNO3 trong hỗn hợp đầu lần lượt là: 
A. 0,2 M và 0,1 M                                                             B. 0,1 M và 0,2 M 
C. 0,2 M và 0,2 M                                                             D. 0,1 M và 0,1 M 
Hướng dẫn: 
- Ta có 
- Tại catot: Ag+ + 1e → Ag                      Ta có hệ phương trình: 
                   x                  x (mol)               
                  Cu2+ + 2e → Cu                → CM Cu(NO3)2 = CM AgNO3 = 0,1 M  → đáp án D 
                 y                   y (mol) 
Câu 21: Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H2O vào nước được dung dịch X. Điện phân dung dịch X với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1,93A. Nếu thời gian điện phân là t (s) thì thu được kim loại M ở catot và 156,8 ml khí tại anot. Nếu thời gian điện phân là 2t (s) thì thu được 537,6 ml khí . Biết thể tích các khí đo ở đktc. Kim loại M và thời gian t lần lượt là: 
A. Ni và 1400 s                                                 B. Cu và 2800 s 
C. Ni và 2800 s                                                 D. Cu và 1400 s 
Hướng dẫn: Gọi nMSO4 = nM2+ = x mol 
Câu 22: Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl2 và bình (2) chứa dung dịch AgNO3. Sau 3 phút 13 giây thì ở catot bình (1) thu được 1,6 gam kim loại còn ở catot bình (2) thu được 5,4 gam kim loại. Cả hai bình đều không thấy khí ở catot thoát ra. Kim loại M là: A. Zn                            B. Cu                         C. Ni                            D. Pb 
Hướng dẫn: - Do hai bình mắc nối tiếp nên ta có: 
Q = I.t = → Cu → đáp án B 
Câu 23: Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100 %) thu được m kg Al ở catot và 67,2 m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 16. Lấy 2,24 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa. Giá trị của m là: A. 54,0 kg                      B. 75,6 kg                    C. 67,5 kg                        D. 108,0 kg 
Hướng dẫn: 2Al2O3 4Al + 3O2 (1) ; C + O2  CO2 (2) ; 2C + O2  2CO (3) 
- Do = 32 → hỗn hợp X có CO2 ; CO (x mol) và O2 dư (y mol) 
- 2,24 lít X + Ca(OH)2 dư → 0,02 mol kết tủa = nCO2 → trong 67,2 m3 X có 0,6 CO2 
- Ta có hệ phương trình:  và 0,6 + x + y = 3 → x = 1,8 và y = 0,6 
Từ (1) ; (2) ; (3) → mAl = kg → đáp án B 
Câu 24: 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. KNO3và Cu(NO3)2. 	D. KNO3 và KOH. 
Hướng dẫn: n KCl = 0.1 mol, n Cu(NO3)2 = 0.15 mol
2KCl + 2H2O 2KOH + H2 + Cl2
0.1	 0.1 0.05 0.05 mol
m dd giảm = 0.05 .2 + 0.05 .71 = 3.65 g < 10,75 g
 Cu(NO3)2 tiếp tục bị điện phân
2Cu(NO3)2 + 2H2O 2Cu + 4 HNO3 + O2
 x 	 x	 2x 	 x/2
m dd giảm = 10,75 - 3.65 = 7.1 = 64x + 16x => x = 0.08875 mol
n HNO3 = 0.1775 mol, 
n KOH = 0.1 mol , 
n Cu(NO3)2 dư = 0.06125 mol
Câu 25: Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa 18,8g Cu(NO3)2 và 29,8g KCl điện cực trơ có màng ngăn.sau một thời gian thấy khối lượng dung dịch giảm 17,15g so với ban đầu, thể tích dung dịch là 400ml. Tính nồng độ mol các chất sau điiện phân.
Hướng dẫn: n Cu(NO3)2 = 0,1 mol
n KCl=0,4 mol
coi hỗn hợp ban đầu gồm 0,1 mol CuCl2 , 0,2 mol KCl và 0,2 mol KNO3
Điện phân
CuCl2Cu + Cl2
0,1...........0,1....0,1 m giảm= 0,1.64+0.1.71=13,5g
KCl+ H2OKOH + 1/2 H2 + 1/2 Cl2
x......................x.........0,5x.........0,5x 0,5x.2+0,5x.71=17,15-13,5 -->x=0,1 mol
Vậy sau phản ứng có 0,1 mol KCl, 0,1 mol KOH, 0,2 mol KNO3
C(M) sau phản ứng có HNO3, Cu(NO3)2 dư, KNO3.
Câu 26: (Trường THPT Quốc Học Huế - 2007): Hòa tan XNO3 vào nước thu được dung dịch A. Điện phân dung dịch A với điện cực trơ
- Nếu thời gian điện phân là t giây thì thu được kim loại tại catot và 0,1792 lít khí tại anot.
- Nếu thời gian điện phân là 2t giây thì thu được 0,56 lít khí. Xác định X và t biết I = 1,93 
Hướng dẫn:
Điện phân dung dịch A: XNO3	 X++ NO-3
Ở anot: H2O - 2e 2H+ + 1/2O2
Ở catot: X+ +1eX
Ứng với 2t giây số mol oxi: 2. 0,008 < 0,025 mol.
Vậy ở catot có khí hidro thoát ra: 0,025 - 0,016 = 0,009 mol.
Chứng tỏ X+ đã bị khử hết
Ở catot X+ +1eX
2H2O + 2e 2OH- + H2
Ở anot H2O 2H+ + 1/2O2+2e
Theo nguyên tắc cân bằng electron cho nhận ở 2 điện cực
a + 0,009.2 = 0,008.2.4
a = 0,046
Thay vào ta có X = 108 nên X là Ag.
Ứng với thời gian t suy ra số mol electron trao đổi: t =1600 giây.
Câu 27: (Trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn - Bình Định): X là hỗn hợp Fe và Cu. Hòa tan hoàn toàn m gam X bằng dung dịch H2SO4 98% (d = 1,84 gam/ml) thu được dung dịch A. Pha loãng dung dịch A rồi điện phân với điện cực trơ bằng dòng điện trơ bằng dòng điện I = 9,65A đến khi hết Cu2+ thì mất 9 phút 20 giây (H = 100%), sau khi điện phân thu được dung dịch B, dung dịch B phản ứng vừa hết với 100 ml dung dịch KMnO4 0,04M. 
a. Tính m
b. Tính V, biết lượng axit phản ứng với hỗn hợp X chỉ bằng 10% lượng axit trong dung dịch đầu.
Hướng dẫn:
Các phương trình phản ứng:
2Fe + 6H2SO4đ Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O.
x 3x x/2 
2H2SO4đ + CuCuSO4+ SO2 + 2H2O.
 2y y y
Phản ứng điện phân dung dịch A: Fe2(SO4)3 + 6H2O2 FeSO4+1/2O2+H2SO4.
 x/2 x x/4
H2O + CuSO4Cu+ 1/2O2 + H2SO4
 y y/2
Phản ứng của dung dịch B với KMnO4
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8 H2SO4 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4+ K2SO4+ 8H2O
a. Gọi số mol Fe, Cu trong hỗn hợp X là x, y
m = 56 x + 64 y
Theo phương trình có n KMnO4= x/5 = 0,004 nên x = 0,02
 Mặt khác: Khối lượng oxi tạo thành ở 2 phương trình điện phân: (32.9,65.560)/(96500.4) = 0,448. 
Theo phương trình có: x/4 + y/2 = 0,014
Giải phương trình ta có: y =0,018 mol
m = 2,272 gam.
b. Số mol H2SO4 ban đầu = 10. (3x+2y) = 0,96 mol.
Câu 29: (Trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn - Khánh Hòa): Mức tối thiểu cho phép của H2S trong không khí là 0,01mg/l. Để đánh giá sự nhiễm bẩn trong không khí một nhà máy người ta làm như sau: Điện phân dung dịch KI trong 2 phút bằng dòng điện 2mA. Sau đó cho 2 lít không khí đi từ từ qua dung dịch điện phân trên cho đến khi iot mất màu hoàn toàn. Thêm hồ tinh bột bắt đầu xuất hiện màu xanh. Giải thích hiện tượng và cho biết sự nhiễm bẩn của nhà máy đó là trên hay dưới mức cho phép?
Hướng dẫn: Các phương trình phản ứng: 2 KI + 2H2O 2KOH + I2+ H2
H2S + I2 S + 2HI
H2S H2 + S
Khi H2S bị điện phân hết, I- bị điện phân tạo I2 làm xanh hồ tinh bột
Khi điện phân dung dịch KI ta có: nI2= m/2.217= 2.60.2.10-3/2. 96500= 0,124.10-5mol
Điện phân dung dịch H2S trong 35 giây:
nH2S = nS = m/32 =35.2.10-3/2.96500 = 0,36.10-6
Vậy trong 2 lít không khí có chứa: 0,124.10-5 + 0,36.10-6 = 1,6. 10-6 = 54,4. 10-6 gam 
Hàm lượng H2S trong không khí của nhà máy: 27,2. 10-3 mg/l. Vậy không khí ở nhà máy đó đã bị ô nhiễm.
Câu 30: (Trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn - Khánh Hòa): Người ta mạ niken lên mẫu vật kim loại bằng phương pháp mạ điện trong bể mạ chứa d