Câu hỏi
Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li nhằm thúc đẩy một phản ứng hóa học mà nếu không có dòng điện, phản ứng sẽ không tự xảy ra. Trong thiết bị điện phân:
- Anot của thiết bị là nơi xảy ra bán phản ứng oxi hóa. Anot được nối với cực dương của nguồn điện một chiều.
- Catot của thiết bị là nơi xảy ra bán phản ứng khử. Catot được nối với cực âm của nguồn điện một chiều.
Cho dãy điện hóa sau:
Thí nghiệm 1: Một sinh viên thực hiện quá trình điện phân dung dịch chứa đồng thời FeSO4 và Al2(SO4)3 bằng hệ điện phân sử dụng các điện cực than chì.
Thí nghiệm 2: Sinh viên đó tiếp tục thực hiện điện phân theo sơ đồ như hình bên.
Điện phân được một thời gian, sinh viên nhấc các điện cực ra khỏi hai bình điện phân. Sau đó, đem cân dung dịch thu được thấy khối lượng bình 2 giảm 3,48 gam so với ban đầu. Biết trong hệ điện phân nối tiếp, số điện tử truyền dẫn trong các bình là như nhau và trong suốt quá trình điện phân không có khí thoát ra ở catot mỗi bình, sự bay hơi nước không đáng kể.
(Cho NTK: Cu = 64 đvC; Ag = 108 đvC).
Câu 1:
Trong Thí nghiệm 1, bán phản ứng nào xảy ra ở anot?
- A Fe → Fe2+ + 2e.
- B Al → Al3+ + 3e.
- C 2SO42- → 2SO3 + O2 + 4e.
- D 2H2O → O2 + 4H+ + 4e.
Phương pháp giải:
- Catot của thiết bị là nơi xảy ra bán phản ứng khử.
- Anot của thiết bị là nơi xảy ra bán phản ứng oxi hóa.
Lời giải chi tiết:
Các bán phản ứng xảy ra tại mỗi cực của thiết bị điện phân là:
*Catot (-): Fe2+ + 2e → Fe
*Anot (+): 2H2O → O2 + 4H+ + 4e
Chọn D.
Câu 2:
Trong Thí nghiệm 1, dung dịch sau điện phân có pH như thế nào?
- A pH > 7.
- B pH < 7.
- C pH = 7.
- D Không xác định.
Phương pháp giải:
- Viết phản ứng điện phân dưới dạng phân tử
- Xác định thành phần của dung dịch sau điện phân
- Đánh giá pH của dung dịch
Lời giải chi tiết:
Khi điện phân đồng thời dung dịch hỗn hợp chứa FeSO4 và Al2(SO4)3:
- Al2(SO4)3 không bị điện phân
- FeSO4 bị điện phân theo phản ứng: 2FeSO4 + 2H2O → 2Fe + O2 + 2H2SO4
Vậy dung dịch sau điện phân có chứa: H2SO4, Al2(SO4)3
⟹ Dung dịch thu được có pH < 7.
Chọn B.
Câu 3:
Trong thí nghiệm 2, khối lượng của bình 1 giảm so với ban đầu là
- A 0,96 gam.
- B 1,20 gam.
- C 0,24 gam.
- D 2,16 gam.
Phương pháp giải:
Do trong quá trình điện phân, cả 2 cực chưa thoát ra khí ⟹ Cu2+ và Ag+ chưa bị điện phân hết
*Bình 2:
- Gọi số mol Ag+ bị điện phân là x (mol).
- Viết bán phản ứng điện phân tại mỗi cực. Đặt ẩn vào các bán phản ứng điện phân.
- Từ khối lượng bình 2 giảm lập được phương trình ẩn x ⟹ giá trị của x ⟹ số mol e trao đổi ở bình 2.
- Do 2 bình điện phân mắc nối tiếp nên mol electron trao đổi như nhau ⟹ ne (bình 1) = ne (bình 2).
*Bình 1:
- Viết bán phản ứng điện phân tại mỗi cực.
- Đặt số mol e trao đổi vào suy ra số mol của Cu, O2.
- Tính được khối lượng bình 1 giảm.
Lời giải chi tiết:
Do trong quá trình điện phân, cả 2 cực chưa thoát ra khí ⟹ Cu2+ và Ag+ chưa bị điện phân hết
*Bình 2:
Gọi số mol Ag+ bị điện phân là x (mol)
Catot: Ag+ + 1e → Ag
x → x → x (mol)
Anot: 2H2O → 4H+ + O2 + 4e
0,25x ← x (mol)
Ta thấy, Ag bám vào điện cực và bị rút ra khỏi bình điện phân, còn khí O2 thoát ra khỏi bình
⟹ Khối lượng bình 2 giảm là tổng khối lượng của Ag và O2
⟹ 108x + 32.0,25x = 3,48 ⟹ x = 0,03 mol
⟹ ne (bình 2) = 0,03 mol
Do 2 bình điện phân mắc nối tiếp nên mol electron trao đổi như nhau nên ⟹ ne (bình 1) = ne (bình 2) = 0,03 mol
*Bình 1:
Catot: Cu2+ + 2e → Cu
0,03 → 0,015 (mol)
Anot: 2H2O → 4H+ + O2 + 4e
0,0075 ← 0,03 (mol)
Tương tự, khối lượng bình 1 giảm là tổng khối lượng của Cu và O2
⟹ mbình 1 giảm = 0,015.64 + 0,0075.32 = 1,2 gam
Chọn B.
Câu hỏi trước
