Câu 38THPTChuyên đề: Tính toán điện phân • Lớp 12Thế điện cực và chiều phản ứng oxi hóa–khửTính chất hóa học kim loạiVận dụng cao#secondary:CHEM12.L3.ELECTROCHEMISTRY.ELECTRODE_POTENTIAL#secondary:CHEM12.L3.METALS.CHEMICAL
Điện phân 150 ml dung dịch AgNO 1M với điện cực trơ trong t giờ, cường độ dòng điện không đổi, thu được chất rắn X, dung dịch Y và khí Z. Cho 12,6 gam Fe vào Y, sau khi các phản ứng kết thúc thu được 14,5 gam hỗn hợp kim loại. Mặt khác, nếu cho 100 ml dung dịch T chứa Fe(NO) 0,9M và NaCl 0,1M vào Y thì thu được m gam kết tủa. Biết khí NO là sản phẩm khử duy nhất của N. Giá trị của m là
Điện phân 150 ml dung dịch AgNO 1M với điện cực trơ trong t giờ, cường độ dòng điện không đổi, thu được chất rắn X, dung dịch Y và khí Z. Cho 12,6 gam Fe vào Y, sau khi các phản ứng kết thúc thu được 14,5 gam hỗn hợp kim loại. Mặt khác, nếu cho 100 ml dung dịch T chứa Fe(NO) 0,9M và NaCl 0,1M vào Y thì thu được m gam kết tủa. Biết khí NO là sản phẩm khử duy nhất của N. Giá trị của m là
Chọn một phương án bên dưới để kiểm tra đáp án ngay:
Đáp án chính thức: A
Hướng dẫn giải chi tiết
(AI giải đề cho tôi)
Điện phân AgNO3 (0,15 mol) với điện cực trơ: cathode Ag+ + e → Ag; anode 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. Gọi x mol Ag còn lại trong dung dịch Y (sau khi điện phân), thì lượng Ag đã điện phân là 0,15 − x và H+ sinh ra ở anode bằng lượng electron = 0,15 − x (nếu điện phân tiếp chỉ phân hủy nước, H+ không đổi). Vậy Y chứa Ag+ : x mol và H+ : (0,15 − x) mol.
Cho 12,6 g Fe (0,225 mol) vào Y:
- Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag: tiêu tốn x/2 mol Fe, sinh x mol Ag.
- Phần Fe còn lại (0,225 − x/2) tác dụng với H+ (Fe dư nên tạo Fe2+): 3Fe + 8H+ → 3Fe2+ + 2NO + 4H2O, tiêu tốn (3/8)(0,15 − x) mol Fe.
Khối lượng kim loại thu được:
108x + 56[0,225 − x/2 − (3/8)(0,15 − x)] = 14,5
→ 108x + 12,6 − 28x − 31,5 + 21x = 14,5 → 101x = 33,4... kiểm tra lại: 56 × (3/8) = 21; 108x − 28x + 21x = 101x; hằng số: 12,6 − 31,5 = −18,9. Vậy 101x = 33,4 → x ≈ 0,33 > 0,15, vô lý. Xét lại: H+ chỉ 0,15 − x, nếu Fe dư sau Ag+ thì H+ bị tiêu hết. Thử lại với cách khác: lượng Fe tan = x/2 + (3/8)(0,15 − x), Fe dư = 0,225 − đó. Khối lượng kim loại = 108x + 56(Fe dư) = 108x + 12,6 − 28x − 31,5 + 21x = 101x − 8,9 = 14,5 → x = 0,2317 > 0,15, vô lý → Fe phải hết trước H+, tức Fe không dư: khi đó toàn bộ 0,225 mol Fe phản ứng: x/2 + (3/8)(0,15 − x)... cũng không vì H+ còn dư thì Fe hết → kim loại chỉ là Ag: 108x = 14,5 → x = 0,1342, khi đó Fe tiêu tốn = 0,0671 + (3/8)(0,0158) = 0,073 ≠ 0,225, mâu thuẫn.
Xét đúng thứ tự: Fe tác dụng với Ag+ trước (cặp Ag+/Ag có E° cao hơn), sau đó Fe2+ sinh ra tiếp tục bị H+/NO3− oxy hóa... Thực chất với Fe dư trong HNO3 loãng: Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag; phần Fe còn lại tan trong axit theo 3Fe + 8H+ → 3Fe2+ + 2NO + 4H2O. Giải: kim loại = Ag (x mol) + Fe dư. Đặt H+ = h = 0,15 − x. Fe tan do H+: 3h/8. Fe dư = 0,225 − x/2 − 3h/8. Khối lượng = 108x + 56(0,225 − x/2 − 3(0,15 − x)/8) = 108x + 12,6 − 28x − 3,15 + 21x = 101x + 9,45 = 14,5 → x = 0,05. (Kiểm tra: 101×0,05 = 5,05; 5,05 + 9,45 = 14,5 ✓). Vậy Y chứa: Ag+ 0,05 mol; H+ 0,10 mol (0,15 − 0,05); Ag đã điện phân 0,10 mol (X), khí Z là O2.
Phần 2: T chứa Fe2+ 0,09 mol và Cl− 0,01 mol; Y chứa Ag+ 0,05 mol, H+ 0,10 mol. Vì E°(NO3−/NO) = 0,96 V > E°(Ag+/Ag) = 0,80 V nên NO3−/H+ oxy hóa Fe2+ trước:
3Fe2+ + 4H+ + NO3− → 3Fe3+ + NO + 2H2O
H+ 0,10 mol oxy hóa được 0,075 mol Fe2+ → Fe2+ còn 0,09 − 0,075 = 0,015 mol.
Sau đó Fe2+ khử Ag+: Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag → sinh 0,015 mol Ag = 1,62 g.
Cl− kết tủa Ag+: Ag+ + Cl− → AgCl↓ → 0,01 mol AgCl = 1,435 g.
m = 1,435 + 1,62 = 3,055 g. Đáp án A.
Điện phân AgNO3 (0,15 mol) với điện cực trơ: cathode Ag+ + e → Ag; anode 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. Gọi x mol Ag còn lại trong dung dịch Y (sau khi điện phân), thì lượng Ag đã điện phân là 0,15 − x và H+ sinh ra ở anode bằng lượng electron = 0,15 − x (nếu điện phân tiếp chỉ phân hủy nước, H+ không đổi). Vậy Y chứa Ag+ : x mol và H+ : (0,15 − x) mol.
Cho 12,6 g Fe (0,225 mol) vào Y:
- Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag: tiêu tốn x/2 mol Fe, sinh x mol Ag.
- Phần Fe còn lại (0,225 − x/2) tác dụng với H+ (Fe dư nên tạo Fe2+): 3Fe + 8H+ → 3Fe2+ + 2NO + 4H2O, tiêu tốn (3/8)(0,15 − x) mol Fe.
Khối lượng kim loại thu được:
108x + 56[0,225 − x/2 − (3/8)(0,15 − x)] = 14,5
→ 108x + 12,6 − 28x − 31,5 + 21x = 14,5 → 101x = 33,4... kiểm tra lại: 56 × (3/8) = 21; 108x − 28x + 21x = 101x; hằng số: 12,6 − 31,5 = −18,9. Vậy 101x = 33,4 → x ≈ 0,33 > 0,15, vô lý. Xét lại: H+ chỉ 0,15 − x, nếu Fe dư sau Ag+ thì H+ bị tiêu hết. Thử lại với cách khác: lượng Fe tan = x/2 + (3/8)(0,15 − x), Fe dư = 0,225 − đó. Khối lượng kim loại = 108x + 56(Fe dư) = 108x + 12,6 − 28x − 31,5 + 21x = 101x − 8,9 = 14,5 → x = 0,2317 > 0,15, vô lý → Fe phải hết trước H+, tức Fe không dư: khi đó toàn bộ 0,225 mol Fe phản ứng: x/2 + (3/8)(0,15 − x)... cũng không vì H+ còn dư thì Fe hết → kim loại chỉ là Ag: 108x = 14,5 → x = 0,1342, khi đó Fe tiêu tốn = 0,0671 + (3/8)(0,0158) = 0,073 ≠ 0,225, mâu thuẫn.
Xét đúng thứ tự: Fe tác dụng với Ag+ trước (cặp Ag+/Ag có E° cao hơn), sau đó Fe2+ sinh ra tiếp tục bị H+/NO3− oxy hóa... Thực chất với Fe dư trong HNO3 loãng: Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag; phần Fe còn lại tan trong axit theo 3Fe + 8H+ → 3Fe2+ + 2NO + 4H2O. Giải: kim loại = Ag (x mol) + Fe dư. Đặt H+ = h = 0,15 − x. Fe tan do H+: 3h/8. Fe dư = 0,225 − x/2 − 3h/8. Khối lượng = 108x + 56(0,225 − x/2 − 3(0,15 − x)/8) = 108x + 12,6 − 28x − 3,15 + 21x = 101x + 9,45 = 14,5 → x = 0,05. (Kiểm tra: 101×0,05 = 5,05; 5,05 + 9,45 = 14,5 ✓). Vậy Y chứa: Ag+ 0,05 mol; H+ 0,10 mol (0,15 − 0,05); Ag đã điện phân 0,10 mol (X), khí Z là O2.
Phần 2: T chứa Fe2+ 0,09 mol và Cl− 0,01 mol; Y chứa Ag+ 0,05 mol, H+ 0,10 mol. Vì E°(NO3−/NO) = 0,96 V > E°(Ag+/Ag) = 0,80 V nên NO3−/H+ oxy hóa Fe2+ trước:
3Fe2+ + 4H+ + NO3− → 3Fe3+ + NO + 2H2O
H+ 0,10 mol oxy hóa được 0,075 mol Fe2+ → Fe2+ còn 0,09 − 0,075 = 0,015 mol.
Sau đó Fe2+ khử Ag+: Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag → sinh 0,015 mol Ag = 1,62 g.
Cl− kết tủa Ag+: Ag+ + Cl− → AgCl↓ → 0,01 mol AgCl = 1,435 g.
m = 1,435 + 1,62 = 3,055 g. Đáp án A.
