Tài liệu Ôn tập kiến thức Hóa học 12 - Chuyên đề 01: Lý thuyết và PP giải bài tập điện phân

 CHUYÊN ĐỀ 16 LÝ THUYẾT VÀ PP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 
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 
II – SỰ ĐIỆN PHÂN CÁC CHẤT ĐIỆN LI 
1. Điện phân chất điện li nóng chảy 
Trong thực tế, người ta thường tiến hành điện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy của các kim loại có 
tính khử mạnh như Li, Na, K, Ba, Ca, Mg, Al 
Ví dụ 1: 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 
 Ví dụ 2: 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 
Ví dụ 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy pha thêm criolit (Na3AlF6) có thể biểu diễn bằng sơ đồ: 
 Catot ( – ) Al2O3 Anot ( + ) 
 3+ 2-
 4| Al + 3e → Al 3| 2O → O2 + 4e 
Phương trình điện phân là: 2Al2O3 4Al + 3O2 
 Criolit (Na3AlF6) có vai trò quan trọng nhất là làm giảm nhiệt độ nóng 
 o o
 chảy của Al2O3 từ 2050 C xuống khoảng 900 C, ngoài ra nó còn làm 
 tăng độ dẫn điện của hệ và tạo lớp ngăn cách giữa các sản phẩm điện 
 phân và môi trường ngoài. Anot làm bằng than chì thì điện cực bị ăn 
 - 1 - 
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 ( + ) 
 2+ 2-
 Ni , H2O (H2O) H2O, SO4 
 2+ +
 2| Ni + 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 có thể biểu diễn bằng sơ đồ: 
 Catot ( – ) NiSO4 Cu ( + ) 
 2+ 2-
 Ni , H2O (H2O) H2O, SO4 
 2+ 2+
 Ni + 2e Ni Cu Cu + 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+ 
 3+ 2+
 2| Fe + 1e Fe 
 2+ -
 Cu + 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 
III – ĐỊNH LUẬT FARADAY 
Khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỉ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và đương lượng của chất 
 - 3 - 
Phương pháp giải bài tập về điện phân 
I – NHẮC LẠI LÍ THUYẾT 
1) Điện phân chất điện li nóng chảy: áp dụng đối với MCln, M(OH)n và Al2O3 (M là kim loại nhóm IA và 
IIA) 
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: 
 –
+ 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: 
 3+
+ Các cation nhóm IA, IIA, Al 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) 
 3+
+ Ví dụ khi điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl3, CuCl2 và HCl thì thứ tự các ion bị khử là: Fe + 1e → 
 2+ 2+ + 2+
Fe ; Cu + 2e → Cu ; 2H + 2e → H2 ; Fe + 2e → Fe 
 –
- Tại anot (cực dương) xảy ra quá trình oxi hóa anion gốc axit, OH (bazơ kiềm), H2O theo quy tắc: 
 2– 3– 2–
+ Các anion gốc axit có oxi như NO3–, SO4 , PO4 , CO3 , ClO4–không bị oxi hóa 
 2– – – – – –
+ Các trường hợp khác bị oxi hóa theo thứ tự: S > I > Br > Cl > RCOO > OH > H2O 
3) Định luật Faraday 
 m = 
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) 
II – MỘT SỐ CƠ SỞ ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN 
- Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào 
- m (dung dịch sau điện phân) = m (dung dịch trước điện phân) – (m kết tủa + m khí) 
- Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (m kết tủa + m khí) 
- 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,) 
 - 5 - 
đổi → m (dung dịch sau điện phân) = 80 gam → m (H2O bị điện phân) = 200 – 80 = 120 gam → nH2O = 
20/3 mol → VO = 74,7 lít và VH = 149,3 lít → đáp án D 
Ví dụ 3: 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 
Ví dụ 4: 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 
 2+
Hướng dẫn: nCuSO4 = 0,02 = nCu 
 2+
Thời gian cần thiết để điện phân hết Cu là t = s → t1 < t < t2 → Tại t1 có 1/2 số mol 
 2+ 2+
Cu bị điện phân → m1 = 0,01.64 = 0,64 gam và tại t2 Cu đã bị điện phân hết → m2 = 1,28 gam → đáp án 
B 
Ví dụ 5: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1A. Khi thấy ở catot 
bắt đầu có bọt khí thoát ra thì dừng điện phân. Để trung hòa dung dịch thu được sau khi điện phân cần dùng 
100 ml dung dịch NaOH 0,1M. Thời gian điện phân và nồng độ mol của dung dịch CuSO4 ban đầu là: 
A. 965 s và 0,025 M B. 1930 s và 0,05 M 
C. 965 s và 0,05 M D. 1930 s và 0,025 M 
Hướng dẫn: nNaOH = 0,01 mol 
- Khi ở catot bắt đầu có bọt khí (H2) thoát ra chứng tỏ CuSO4 đã bị điện phân hết theo phương trình: 
CuSO4 + H2O → Cu + 1/2O2 + H2SO4 
 – + –
- nNaOH = nOH = 0,01 mol → nH2SO4 = 0,5.nH = 0,5.nOH = 0,005 (mol) → nCu = nCuSO4 = 0,005 
(mol) → = 0,005 → t = 965 s và CM(CuSO ) = M (hoặc có thể dựa vào các phản ứng 
thu hoặc nhường electron ở điện cực để tính) → đáp án A 
Ví dụ 6: 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 ne = mol 
- Thứ tự các ion bị khử tại catot: 
 - 7 -