Phương pháp giải bài tập điện phân dung dịch

 án B
Ví dụ 8:: 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 giải
Do hai bình mắc nối tiếp nên ta có: 
 Q = I.t = → M = 64 → Cu → Chọn đáp án B 
Ä Áp dụng tương tự để giải bài tập V.10, V.11. 
.2. ĐIỆN PHÂN CÁC DUNG DỊCH AXIT:
*Ở catot: Các ion H+ (axit) dễ bị khử hơn các ion H+ (H2O):
 2H+ + 2e → H2
Khi ion H+ (axit) hết , nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương trình:
2H2O + 2e → H2 + 2OH–.
* Ở anot: (Xảy ra tương tự mục2.1b)
Ví dụ 1: Viết PTHH xảy ra điện phân dung dich HCl:
 HCl → H+ + Cl-
 Catot(-) Anot (+)
 2H+ + 2e → H2 2Cl- → Cl2 + 2e
Phương trình điện phân: HCl → H2 + Cl2
 Ví dụ 2: Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch H2SO4
 H2SO4 → 2H+ + SO42-
 Catot(-) Anot (+)
 2H+ + 2e → H2 SO42- Không điện phân
 2H2O → 4H+ + O2 + 4e
→ Phương trình điện phân: H2O → H2 + ½ O2 
.3. ĐIỆN PHÂN CÁC DUNG DỊCH BAZƠ
* Ở catot: 
- Nếu tạo bởi các ion kim loại từ Li+ → Al3+ thì H2O sẽ bị điện phân :
 2H2O + 2e → H2 + 2OH– 
 - Nếu tạo bởi các ion kim loại sau Al trong dãy điện hóa : đó là các bazơ không tan → điện li yếu → không xét quá trình điện phân.
Ở anot: ion OH- điện phân theo phương trình sau: 
 4OH- → 2H2O + O2 + 4e 
Nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân: 2H2O → 4H+ + O2 + 4e
Ví dụ 1 : Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch NaOH:
 NaOH → Na+ + OH-
 Catot(-) Anot (+)
 Na+ không bị điện phân 
 2H2O + 2e → H2 + 2OH– 4OH- → 2H2O + O2 + 4e 
 → Phương trình điện phân: H2O → H2 + ½ O2 
Ví dụ 2: 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 giải:
mNaOH (trước điện phân) = 20 gam 
Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước
Phương trình điện phân: : H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot) 
→ mNaOH không đổi → mdd sau điện phân = 80 gam → mH2O bị điện phân = 200 – 80 = 120 gam 
→ nH2O điện phân = 20/3 mol → VO2 = 74,7 lít và VH2 = 149,3 lít → Chọn đáp án D 
4. ĐIỆN PHÂN HỖN HỢP CÁC DUNG DỊCH ĐIỆN LI ( dd muối, axit, bazơ)
* Ở catot: Thứ tự điện phân: ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị điện phân trước: 
* Ở anot: Thứ tự điện phân: S2-> I- > Br- > Cl- > OH- > H2O theo các phương trình sau:
 S2- → S + 2e
 2X- → X2 + 2e
 4OH- → 2H2O + O2 + 4e
 2H2O → O2 + 4H+ + 4e
Ví dụ 1: Điện phân hỗn hợp các dung dịch: HCl, CuCl2, NaCl với điện cực trơ, có màng ngăn. Giá trị pH của dung dịch thay đổi như thế nào trong quá trình điện phân:
A. Tăng B.Giảm C.Tăng rồi giảm D.Giảm rồi tăng
→ Chọn đáp án A
Ví dụ 2 : Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,1M và CuSO4 0,5M bằng điện cực trơ . Khi ở catot có 3,2 gam Cu thì thể tích khí thoát ra ở Anot là 
A.0,56 lít B.0,84 lít C.0,672 lít D.0,448 lít
Hướng dẫn giải
 CuSO4 → Cu2+ + SO42- 
 0,1 0,1
 HCl → H+ + Cl- 
 0,02 0,02
 Catot(-) Anot (+)
 SO42- không bị điện phân .
 Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e
 0,1 ← 0,05 0,02 → 0,01
 2H2O → 4H++ O2 + 4e 	
 0,02 ← 0,08 mol 
Khi ở catot thoát ra 3,2 gam Cu tức là 0,05 mol → Số mol Cu2+ nhận 0,1 mol , mà Cl- cho tối đa 0,02 mol → 0,08 mol còn lại là H2O cho 
→ Từ sơ đồ điện phân khí thoát ra tại anot là : Cl2 0,01mol ; O2 0,02 mol 
→ Tổng thể tích : 0,03.22,4 = 0,672 lít
→ Chọn đáp án C .
Ví dụ 3: Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl3 1M , FeCl2 2M , CuCl2 1M và HCl 2M với điện cực trơ có màng ngăn xốp cường độ dòng điện là 5A trong 2 giờ 40 phút 50 giây ở catot thu được: 
A.5,6 g Fe B.2,8 g Fe C.6,4 g Cu D.4,6 g Cu 
Hướng dẫn giải
Theo : n Fe3+ = 0,1 mol ; n Fe2+ = 0,2 mol ; n Cu2+ = 0,1 mol ;
 n HCl = 0,2 mol 
Sắp xếp tính oxi hóa của các ion theo chiều tăng dần : 
 Fe2+ < H+ < Cu2+ < Fe3+ 
→ Thứ tự bị điện phân ở catot (-) : 
Fe3+ + 1e → Fe2+ (1)
0,1 → 0,1→ 0,1
Cu2+ + 2e → Cu (2)
0,1 → 0,2→ 0,1
H+ + 1e → Ho (3)
0,2→ 0,2
Fe2+ + 2e → Fe (4) 
Theo công thức Faraday số mol e trao đổi ở hai điện cực : 
 n = It/96500 = 5.9650/96500 = 0,5 mol
Vì số mol e trao đổi chỉ là 0,5 mol → Không có phản ứng (4) , kim loại thu được chỉ ở phản ứng (2) → Khối lượng kim loại thu được ở catot là : 0,1.64 = 6,4 gam 
 → Chọn đáp án C.
Ä Áp dụng tương tự để giải bài tập V.12, I.13 
* Lưu ý: 
- Môi trường dung dịch sau điện phân:
+ Dung dịch sau điện phân có môi trường axit nếu điện phân muối tạo bởi kim loại sau Al (trong dãy điện hóa) và gốc axit có oxi như: CuSO4, FeSO4, Cu(NO3)2.....
+ Dung dịch sau điện phân có môi trường bazơ nếu điện phân muối tạo bởi kim loại đứng trước Al (Al, Kim loại kiềm, kiềm thổ) và gốc axit không có oxi như: NaCl, AlCl3, KBr.... 
+ Dung dịch sau điện phân có môi trường trung tính: điện phân các dung dịch điện li còn lại như : HCl, H2SO4, Na2SO4....
- Các loại điện cực:
* Điện cực trơ: (ví dụ : platin...) 
* Điện cực tan: ( ví dụ: bạc, đồng...) Chính anot bị oxi hóa, ăn mòn dần (tan dần). Các ion khác có mặt trong dung dịch hầu như còn nguyên vẹn, không bị oxi hóa.
 Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với bình điện phân có anot làm bằng kim loại Cu:
 Phương trình điện phân: Cu2+ + Cu → Cu(r) + Cu2+ 
- Ý nghĩa sự điện phân: phương pháp điện phân được ứng dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất và trong phòng thí nghiệm nghiên cứu như dùng để điều chế kim loại tinh khiết; điều chế một số phi kim và một số hợp chất; tinh chế một số kin loại hoặc trong lĩnh vực mạ điện...
II. ĐỊNH LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN 
 * Muốn tính khối lượng các chất giải phóng ở các điện cực ta có thể tính theo phương trình điện phân.
 Ví dụ: 
 160(g ) 64(g) →11,2(lit) →1(mol)
 a(g) x (g) → y (lit) →z(mol)
Khi biết cường độ dòng điện ( I) và thời gian điện phân (t) ta có thể tính theo công thức Faraday: 
m = A I t / F n 
 Trong đó: m - khối lượng chất (rắn, lỏng, khí) thoát ra ở điện cực (gam).
 A - Khối lượng nguyên tử (đối với kim loại) hoặc khối lượng phân tử (đối với chất khí) 
n - số electron trao đổi
 I - Cường độ dòng điện ( A)
 t - Thời gian điện phân (s)
F - Hằng số Faraday F= 96500C 
- Số mol e trao đổi ở mỗi điện cực : n= I t / F
* Tỉ lệ A/n được gọi là đương lượng điện hóa (Đ). Một đương lượng gam điện hóa có khối lượng A/n (gam)
 Số đương lượng gam đơn chất (hay ion ) X = Số mol nguyên tử( hay ion) X .n
Ta có : khi Q= 96500C hay 1F
III. CÁC BƯỚC THÔNG THƯỜNG GIẢI MỘT BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN
Bước 1: Viết phương trình điện li của tất cả các chất điện phân; Xác định các ion ở mỗi điện cực.
Bước 2: Viết các PTHH của các bán phản ứng (Viết phương trình cho, nhận e của các ion tại các điện cực); Tính số e trao đổi ở mỗi điện cực (Nếu giả thiết cho cường độ dòng điện và thời gian điện phân) : ne (cho ở anot) = ne (nhận ở catot).
Bước 3: Biểu diễn các đại lượng theo các bán phản ứng hoặc theo phương trình điện phân chung.
Bước 4: Tính theo yêu cầu của bài toán
+ 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.
 IV. MỘT SỐ KINH NGHIỆM GIẢI BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ĐIỆN PHÂN
(1) H2O bắt đầu điện phân tại các điện cực khi:
+ Ở 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.
 + 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.
(2) 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).
 (3) 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. 
 (4) 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 như: Điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo ra nước Gia–ven và có khí H2 thoát ra ở catot ; Phản ứng giữa axit trong dung dịch với kim loại bám trên catot .
(5) Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào. 
 - Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (mkết tủa + mkhí) 
 (6) Viết bán 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 và sử dụng CT: .
 - Viết phương trình điện phân tổng quát (như những phương trình hóa học thông thường) để tính toán khi cần thiết. 
 (7) Từ công thức Faraday → số mol chất thu được ở điện cực .
 - Nếu đề bài cho I và t thì trước hết tính số mol electron trao đổi ở từng điện cực (ne) theo công thức: (*) (với F = 96500 khi t = giây và F = 26,8 khi t = giờ). 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. 
(8) Nếu đề bài cho lượng khí thoát ra ở điện cực hoặc sự thay đổi về khối lượng dung dịch, khối lượng điện cực, pH,thì dựa vào các bán phản ứng để tính số mol electron thu hoặc nhường ở mỗi điện cực rồi thay vào công thức (*)để tính I hoặc t .
 (9) Nếu đề bài yêu cầu tính điện lượng cần cho quá trình điện phân thì áp dụng công thức: 
Q = I.t = ne.F .
 (10) Có thể tính thời gian t’ 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 thì lượng ion đó chưa bị điện phân hết. 
 (11) Khi điện phân các dung dịch trong các bình điện phân mắc nối tiếp thì cường độ dòng điện và thời gian điện phân ở mỗi bình là như nhau → sự thu hoặc nhường electron ở các đi