Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Sản phẩm và quá trình điện phân (Hóa học Lớp 12)
Tuyển tập 219 câu hỏi thuộc chuyên đề Sản phẩm và quá trình điện phân (Pin điện và điện phân – Hóa học Lớp 12) trích từ ngân hàng đề thi chính thức và đề thi thử các trường THPT trên toàn quốc. Chọn trực tiếp đáp án A, B, C, D bên dưới để kiểm tra kết quả và xem hướng dẫn giải chi tiết từng bước.
Dấu hiệu & kiến thức trọng tâm:điện phân nóng chảy dung dịchthứ tự phóng điện
Khi điện phân dung dịch NaCl bằng điện cực trơ: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑. Nếu không có màng ngăn thì xảy ra thêm phản ứng: 2NaOH + Cl₂ → NaCl + NaClO + H₂O ⇒ để thu được khí X duy nhất thì không dùng màng ngăn xốp và khí duy nhất là H₂ ⇒ chọn C.
Trong công nghiệp, xút (sodium hydroxide) được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch sodium chloride có màng ngăn xốp. Bằng phương pháp này, người ta cũng thu được khí chlorine. Chất khí này được làm khô (loại hơi nước) rồi hoá lỏng để làm nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp chế biến và sản xuất hoá chất.
Từ quá trình điện phân nêu trên, một lượng chlorine và hydrogen sinh ra được tận dụng để sản xuất hydrochloric acid đặc thương phẩm (32%, D = 1,153 g/mL ở 30 °C). Một nhà máy với quy mô sản xuất 200 tấn xút mỗi ngày thì đồng thời sản xuất được bao nhiêu m3 acid thương phẩm trên. Biết rằng, tại nhà máy này, 60% khối lượng chlorine sinh ra được dùng tổng hợp hydrochloric acid và hiệu suất của toàn bộ quá trình từ chlorine đến acid thương phẩm đạt 80% về khối lượng.
a)
Có thể dùng sulfuric acid đặc làm khô khí chlorine thoát ra.
b)
Trong thí nghiệm điện phân thì Cl2 sẽ thoát ra tại cực catode.
c)
Phương trình điện phân của NaCl là 2NaCl+2H2O⟶2NaOH+H2+Cl2.
d)
Giá trị của m là 237 m3 (cho phép làm tròn đến hàng đơn vị).
a) Đúng vì làm khô có nghĩa là sử dụng chất có tính hút ẩm để hút nước trong hỗn hợp nhưng không phản ứng với chất được làm khô. Ở đây người ta thu khí Cl₂ có lẫn hơi nước nên cần tìm chất không tác dụng được với Cl₂, đáp án H₂SO₄ là phù hợp. b) Sai vì Cl₂ sẽ thoát ra ở anode. c) Đúng. d) Đúng vì: theo đề sản xuất 200 tấn xút nên ta có số mol NaOH là 200.10⁶/40 = 5.10⁶ mol. Phương trình điện phân: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + Cl₂. Ta có: n_H₂ = n_Cl₂ = n_NaOH/2 = 5.10⁶/2 = 2,5.10⁶ mol. Theo đề thì chỉ có 60% lượng Cl₂ dùng sản xuất acid nên ta có lượng Cl₂ đem sản xuất là 2,5.10⁶ × 60% = 1,5.10⁶ mol. Phương trình điều chế acid từ H₂ và Cl₂: H₂ + Cl₂ → 2HCl. Số mol HCl được tạo thành: n_HCl = 1,5.10⁶ × 2 = 3.10⁶ mol → với H = 80% → n_HCl = 3.10⁶ × 80% = 2,4.10⁶ mol. Khối lượng acid thương phẩm thu được: m_HCl = 2,4.10⁶ × 36,5 = 87,6.10⁶ gam ⇒ m_ddHCl = 87,6.10⁶ × 100/32 = 273,75.10⁶ gam. V_ddHCl = 273,75.10⁶/1,153 = 237,424.10⁶ mL = 237,424 m³. Thể tích acid thương phẩm thu được là 237 m³ (làm tròn đến hàng đơn vị). a) Đúng vì làm khô có nghĩa là sử dụng chất có tính hút ẩm để hút nước trong hỗn hợp nhưng không phản ứng với chất được làm khô. Ở đây người ta thu khí Cl₂ có lẫn hơi nước nên cần tìm chất không tác dụng được với Cl₂, đáp án H₂SO₄ là phù hợp. b) Sai vì Cl₂ sẽ thoát ra ở anode. c) Đúng. Phương trình điện phân dung dịch NaCl (có màng ngăn): 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + Cl₂. d) Đúng. Theo đề sản xuất 200 tấn xút nên số mol NaOH là 200.10⁶/40 = 5.10⁶ mol. Theo phương trình điện phân 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + Cl₂: n_H₂ = n_Cl₂ = n_NaOH/2 = 2,5.10⁶ mol. Chỉ 60% lượng Cl₂ dùng sản xuất acid nên lượng Cl₂ đem sản xuất là 2,5.10⁶ × 60% = 1,5.10⁶ mol. Phương trình H₂ + Cl₂ → 2HCl: n_HCl = 1,5.10⁶ × 2 = 3.10⁶ mol, với hiệu suất 80% thì n_HCl = 2,4.10⁶ mol. m_HCl = 2,4.10⁶ × 36,5 = 87,6.10⁶ gam ⇒ m_ddHCl = 87,6.10⁶ × 100/32 = 273,75.10⁶ gam. V_ddHCl = 273,75.10⁶/1,153 = 237,424.10⁶ mL = 237,424 m³ ≈ 237 m³.
Cho sơ đồ (1) biểu diễn sự điện phân dung dịch CuSO₄(aq) với điện cực trơ, sơ đồ (2) biểu diễn quá trình tinh luyện đồng (Cu) bằng phương pháp điện phân. Trong sơ đồ (2), khối đồng có độ tinh khiết thấp được gắn với một điện cực của nguồn điện, thanh đồng mỏng có độ tinh khiết cao được gắn với một điện cực của nguồn điện. Dung dịch điện phân là dung dịch CuSO₄.
a)
Khi điện phân xảy ra ở sơ đồ (2), nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch sẽ giảm dần theo thời gian.
b)
Khi điện phân xảy ra ở sơ đồ (1), thì ban đầu ở cực âm xảy ra quá trình khử ion Cu2+ và ở cực dương xảy ra quá trình oxi hóa H2O.
c)
Trong sơ đồ (1), điện cực âm được gọi là cathode và điện cực dương gọi là anode.
d)
Muốn tinh luyện Cu như sơ đồ (2) thì khối Cu không tinh khiết phải được nối vào anode, còn thanh Cu tinh khiết được nối vào cathode, khi đó khối lượng Cu tan ra từ anode bằng khối lượng Cu bám vào cathode.
(AI giải đề cho tôi) Sơ đồ (1): điện phân CuSO4 với điện cực trơ (graphite). Cathode (cực âm): Cu²⁺ + 2e → Cu (E° = +0,34 V > 0, khử trước H2O); anode (cực dương): 2H2O → O2 + 4H⁺ + 4e (SO4²⁻ không bị oxi hóa, điện cực trơ không tan). Sơ đồ (2): tinh luyện Cu — khối Cu không tinh khiết nối anode (Cu → Cu²⁺ + 2e), thanh Cu tinh khiết nối cathode (Cu²⁺ + 2e → Cu). Lượng Cu²⁺ sinh ra ở anode bù đúng lượng bị khử ở cathode nên nồng độ Cu²⁺ gần như không đổi → (a) sai. Thực tế ở anode các tạp chất hoạt động hơn Cu (Zn, Fe) cũng tan, còn Au, Ag lắng thành bùn anode, nên khối lượng Cu tan ra từ anode lớn hơn khối lượng Cu bám vào cathode → (d) sai. (b) và (c) đúng. a) (AI giải đề cho tôi) (AI giải đề cho tôi) Ở sơ đồ (2), anode Cu tan: Cu → Cu²⁺ + 2e; cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu. Lượng Cu²⁺ sinh ra bù đúng lượng bị khử nên nồng độ Cu²⁺ gần như không đổi, không giảm dần. b) (AI giải đề cho tôi) (AI giải đề cho tôi) Điện cực trơ, ban đầu cathode khử Cu²⁺ (E° = +0,34 V > 0) trước H2O; anode oxi hóa H2O: 2H2O → O2 + 4H⁺ + 4e. c) (AI giải đề cho tôi) (AI giải đề cho tôi) Trong điện phân, cực âm (xảy ra phản ứng khử) là cathode; cực dương (xảy ra phản ứng oxi hóa) là anode. d) (AI giải đề cho tôi) (AI giải đề cho tôi) Cách nối điện cực đúng, nhưng khối lượng Cu tan ra từ anode lớn hơn khối lượng Cu bám vào cathode vì các tạp chất hoạt động hơn Cu cũng tan, còn Au, Ag lắng thành bùn anode.
[Phần đầu của câu hỏi nằm ở trang trước không được cung cấp trong dữ liệu trang này]
Cho các phát biểu sau:
a)
Tại anode, xuất hiện bọt khí hydrogen trên bề mặt điện cực.
b)
Tại cathode, trước tiên xảy ra sự oxi hóa nước sau đó xảy ra tiếp sự oxi hóa Cu2+.
c)
Dung dịch sau điện phân có giá trị pH tăng lên.
d)
Nếu tiến hành điện phân dung dịch chứa 0,15 mol copper (II) sulfate trong thời gian 38 phút 36 giây với cường độ dòng điện 10A thì khối lượng dung dịch sau phản ứng giảm là 9,6 gam.
a) Sai vì anode chỉ xuất hiện khí Cl2 hoặc O2. Khí H2 sẽ xuất hiện ở cathode. b) Sai vì cặp oxi hóa-khử O2/H2O, H+ có thế điện cực nhỏ hơn cặp Cu2+/Cu nên sẽ xảy ra sự khử Cu2+ trước. c) Sai vì phương trình điện phân sẽ là: CuSO4+H2OdpddCu+H2SO4+O2. Dung dịch sau điện phân có môi trường acid nên pH giảm (tuy còn tùy vào TH có thể nước 2 bên điện cực tham gia điện phân nhưng dung dịch sau điện phân sẽ không rơi vào TH pH tăng). d) Đúng vì theo CT Faraday: ⎩⎨⎧mCu=965001⋅264⋅10⋅2316=7,68 gam<0,15⋅64mO2=965001⋅432⋅10⋅2316=1,92 gam (với nCu2+bd). Khối lượng dung dịch giảm: 7,68+1,92=9,6 gam. \*Lưu ý: bài toán cần xét Cu2+ có điện phân hết hay không. Vì nếu Cu2+ thiếu thì dùng thời gian điện phân 38 phút 36 giây thì lượng Cu tạo < 7,68 thì khối lượng dung dịch giảm sẽ < 9,6 gam. a) Sai vì anode chỉ xuất hiện khí Cl2 hoặc O2. Khí H2 sẽ xuất hiện ở cathode. b) Sai vì cặp oxi hóa-khử O2/H2O, H+ có thế điện cực nhỏ hơn cặp Cu2+/Cu nên sẽ xảy ra sự khử Cu2+ trước. c) Sai vì phương trình điện phân sẽ là: CuSO4+H2OdpddCu+H2SO4+O2. Dung dịch sau điện phân có môi trường acid nên pH giảm (tuy còn tùy vào TH có thể nước 2 bên điện cực tham gia điện phân nhưng dung dịch sau điện phân sẽ không rơi vào TH pH tăng). d) Đúng vì theo CT Faraday: ⎩⎨⎧mCu=965001⋅264⋅10⋅2316=7,68 gam<0,15⋅64mO2=965001⋅432⋅10⋅2316=1,92 gam (với nCu2+bd). Khối lượng dung dịch giảm: 7,68+1,92=9,6 gam.
Thí nghiệm điện phân dung dịch copper(II) sulfate với các điện cực tro (graphite) được mô phỏng như hình vẽ sau đây:
a)
Tại anode, xuất hiện bọt khí hydrogen trên bề mặt điện cực.
b)
Tại cathode, trước tiên xảy ra sự oxi hóa nước sau đó xảy ra tiếp sự oxi hóa Cu2+.
c)
Dung dịch sau điện phân có giá trị pH tăng lên.
d)
Nếu tiến hành điện phân dung dịch chứa 0,15 mol copper (II) sulfate trong thời gian 38 phút 36 giây với cường độ dòng điện 10A thì khối lượng dung dịch sau phản ứng giảm là 9,6 gam.
Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực tro (trơ): - a. Sai vì anode chỉ xuất hiện khí Cl2 hoặc O2. Khí H2 sẽ xuất hiện ở cathode. - b. Sai vì cặp oxi hóa-khử O2/H2O, H+ có thể điện cực nhỏ hơn cặp Cu2+/Cu nên sẽ xảy ra sự khử Cu2+ trước (cathode xảy ra sự khử, không phải sự oxi hóa). - c. Sai vì phương trình điện phân sẽ là: CuSO4+H2OdpddCu+H2SO4+O2. Dung dịch sau điện phân có môi trường acid nên pH giảm (tuy còn tùy vào trường hợp nước 2 bên điện cực tham gia điện phân nhưng dung dịch sau điện phân sẽ không rơi vào trường hợp pH tăng). - d. Đúng vì theo CT Faraday: mCu=965001.264.10.2316=7,68 gam <0,15.64 (nghĩa là Cu2+ chưa điện phân hết); mO2=965001.432.10.2316=1,92 gam. Khối lượng dung dịch giảm: 7,68+1,92=9,6 gam.
*Lưu ý: bài toán cần xét Cu2+ có điện phân hết hay không. Vì nếu Cu2+ thiếu thì dùng thời gian điện phân 38 phút 36 giây thì lượng Cu tạo <7,68 g thì khối lượng dung dịch giảm sẽ <9,6 gam. a) Sai vì anode chỉ xuất hiện khí Cl2 hoặc O2. Khí H2 sẽ xuất hiện ở cathode. b) Sai vì cặp oxi hóa-khử O2/H2O, H+ có thể điện cực nhỏ hơn cặp Cu2+/Cu nên sẽ xảy ra sự khử Cu2+ trước (cathode xảy ra sự khử, không phải sự oxi hóa). c) Sai vì phương trình điện phân sẽ là: CuSO4+H2OdpddCu+H2SO4+O2. Dung dịch sau điện phân có môi trường acid nên pH giảm (tuy còn tùy vào trường hợp nước 2 bên điện cực tham gia điện phân nhưng dung dịch sau điện phân sẽ không rơi vào trường hợp pH tăng). d) Đúng vì theo CT Faraday: mCu=965001.264.10.2316=7,68 gam <0,15.64 (tức Cu2+ chưa điện phân hết); mO2=965001.432.10.2316=1,92 gam. Khối lượng dung dịch giảm: 7,68+1,92=9,6 gam.
Thí nghiệm điện phân dung dịch copper(II) sulfate với các điện cực tro (graphite) được mô phỏng như hình vẽ sau đây:
a)
Tại anode, xuất hiện bọt khí hydrogen trên bề mặt điện cực.
b)
Tại cathode, trước tiên xảy ra sự oxi hóa nước sau đó xảy ra tiếp sự oxi hóa Cu2+.
c)
Dung dịch sau điện phân có giá trị pH tăng lên.
d)
Nếu tiến hành điện phân dung dịch chứa 0,15 mol copper (II) sulfate trong thời gian 38 phút 36 giây với cường độ dòng điện 10A thì khối lượng dung dịch sau phản ứng giảm là 9,6 gam.
(AI giải đề cho tôi) Điện phân dung dịch chứa 0,1 mol CuSO₄ và 0,2 mol NaCl, điện cực trơ, màng ngăn xốp, đến khi nước bắt đầu bị điện phân ở cả hai điện cực.
**Cathode:** Thứ tự khử: Cu²⁺ trước, sau đó đến H₂O (b đúng). - Cu²⁺ + 2e → Cu: dùng 0,1 mol Cu²⁺, tức 0,2 mol e. - Sau đó H₂O bắt đầu bị khử: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH⁻.
**Anode:** Thứ tự oxi hóa: Cl⁻ trước, sau đó đến H₂O (d sai vì đảo thứ tự). - 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e: 0,2 mol Cl⁻ cho 0,2 mol e, tạo 0,1 mol Cl₂. - Sau đó H₂O bắt đầu bị oxi hóa: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e.
Cả hai cực cùng tiêu thụ 0,2 mol e khi Cu²⁺ và Cl⁻ vừa cạn, nên nước bắt đầu bị điện phân đồng thời ở cả hai cực — đây là điểm dừng. Do đó O₂ chưa được tạo ra (số mol O₂ = 0), nên nhận định 'số mol Cl₂ gấp bốn lần số mol O₂' là sai (c sai).
**Về ý a:** Sau điện phân, ở cathode sinh ra 0,2 mol OH⁻ (tạo NaOH), ở anode sinh ra 0,2 mol H⁺ (tạo H₂SO₄); hai lượng H⁺ và OH⁻ bằng nhau nên khi tính toàn bộ dung dịch thì trung hòa nhau, còn lại Na₂SO₄ (muối của axit mạnh và bazơ mạnh, môi trường trung tính). Với màng ngăn, dung dịch không đồng nhất (cathode kiềm, anode axit) chứ không phải làm quỳ chuyển xanh. Vậy a sai.
Kết luận: chỉ ý b đúng. a) (AI giải đề cho tôi) Số mol H⁺ sinh ra ở anode (0,2 mol) bằng số mol OH⁻ sinh ra ở cathode (0,2 mol); dung dịch không làm quỳ chuyển xanh (toàn bộ dung dịch trung tính do Na₂SO₄, còn với màng ngăn thì cathode kiềm và anode axit riêng biệt). b) (AI giải đề cho tôi) Trong dung dịch, Cu²⁺ có khả năng khử mạnh hơn H₂O nên bị khử trước tại cathode, sau đó H₂O mới bị điện phân. c) (AI giải đề cho tôi) Cl⁻ (0,2 mol) cạn cùng lúc với Cu²⁺ (cùng tiêu thụ 0,2 mol e), nước bắt đầu bị điện phân ở cả hai cực — điểm dừng. Vậy O₂ chưa sinh ra (nO₂ = 0), không thể nói nCl₂ gấp 4 lần nO₂. d) (AI giải đề cho tôi) Ở anode với điện cực trơ, Cl⁻ bị oxi hóa trước H₂O, nên thứ tự đúng là Cl⁻ rồi đến H₂O, không phải H₂O rồi Cl⁻.
Trong công nghiệp, xút (sodium hydroxide) được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch sodium chloride có màng ngăn xốp. Bằng phương pháp này, người ta cũng thu được khí chlorine. Chất khí này được làm khô (loại hơi nước) rồi hoá lỏng để làm nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp chế biến và sản xuất hoá chất.
Từ quá trình điện phân nêu trên, một lượng chlorine và hydrogen sinh ra được tận dụng để sản xuất hydrochloric acid đặc thương phẩm (32%, D = 1,153 g/mL ở 30 °C). Một nhà máy với quy mô sản xuất 200 tấn xút mỗi ngày thì đồng thời sản xuất được bao nhiêu m³ acid thương phẩm trên. Biết rằng, tại nhà máy này, 60% khối lượng chlorine sinh ra được dùng tổng hợp hydrochloric acid và hiệu suất của toàn bộ quá trình từ chlorine đến acid thương phẩm đạt 80% về khối lượng.
a)
Có thể dùng sulfuric acid đặc làm khô khí chlorine thoát ra.
b)
Trong thí nghiệm điện phân thì Cl2 sẽ thoát ra tại cực cathode.
c)
Phương trình điện phân dung dịch NaCl là 2NaCl+2H2Omaˋng2NaOH+H2+Cl2.
d)
Giá trị của m là 237 m³ (cho phép làm tròn đến hàng đơn vị).
a) Đúng vì làm khô có nghĩa là sử dụng chất có tính hút ẩm để hút nước trong hỗn hợp nhưng không phản ứng với chất được làm khô. Ở đây người ta thu khí Cl2 có lẫn hơi nước nên cần tìm chất không tác dụng được với Cl2, đáp án H2SO4 là phù hợp. b) Sai vì Cl2 sẽ thoát ra ở anode. c) Đúng (lời giải nguồn chỉ ghi "Đúng"). d) Đúng, tính toán chi tiết cho VddHCl=237,424m3≈237m3. a) Đúng vì làm khô có nghĩa là sử dụng chất có tính hút ẩm để hút nước trong hỗn hợp nhưng không phản ứng với chất được làm khô. Ở đây người ta thu khí Cl2 có lẫn hơi nước nên cần tìm chất không tác dụng được với Cl2, đáp án H2SO4 là phù hợp. (Nguồn: trang 37) b) Sai vì Cl2 sẽ thoát ra ở anode. (Nguồn: trang 37) c) Đúng. (Lời giải nguồn trang 37 chỉ ghi đúng một từ "Đúng" cho phát biểu c; bảng đáp án in ở trang 37 bị lệch sang nội dung Vật lí — xem issues.) d) Đúng. Theo đề sản suất 200 tấn xút nên ta có số mol NaOH là 40200.106=5.106mol Phương trình điện phân: 2NaCl+2H2O⟶2NaOH+H2+Cl2. Ta có: nH2=nCl2=2nNaOH=25.106=2,5.106mol. Theo đề thì chỉ có 60% lượng Cl2 dùng sản xuất acid nên ta có lượng Cl2 đem sản xuất là 2,5.106×60%=1,5.106mol. Phương trình điều chế acid từ H2 và Cl2: H2+Cl2⟶2HCl. Số mol HCl được tạo thành: nHCl=1,5.106×2=3.106H=80%nHCl=3.106×80%=2,4.106mol. Khối lượng acid thương phẩm thu được: mHCl=2,4.106×36,5=87,6.106gam⇒mddHCl=3287,6.106×100=273,75.106gam. VddHCl=1,153273,75.106=237,424.106mL=237,424m3 Thể tích acid thương phẩm thu được là 237 m³. (Nguồn: trang 37; dòng thể tích in trong nguồn có lỗi dấu phẩy thập phân "237,424.10⁶ mL = 237,424 m³" — xem issues.)
Cho sơ đồ (1) biểu diễn sự điện phân dung dịch CuSO4(aq) với điện cực trơ, sơ đồ (2) biểu diễn quá trình tinh luyện đồng (Cu) bằng phương pháp điện phân. Trong sơ đồ (2), các khối đồng có độ tinh khiết thấp được gắn với một điện cực của nguồn điện, các thanh đồng mỏng có độ tinh khiết cao được gắn với một điện cực của nguồn điện. Dung dịch điện phân là dung dịch CuSO4.
a)
Trong sơ đồ (1), điện cực âm được gọi là cathode và điện cực dương gọi là anode.
b)
Khi điện phân xảy ra ở sơ đồ (1), thì ban đầu ở cực âm xảy ra quá trình khử ion Cu2+ và ở cực dương xảy ra quá trình oxi hóa H2O.
c)
Khi điện phân xảy ra ở sơ đồ (2), nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch sẽ giảm dần theo thời gian.
d)
Muốn tinh luyện Cu như sơ đồ (2) thì khối Cu không tinh khiết phải được nối vào anode, còn thanh Cu tinh khiết được nối vào cathode, khi đó khối lượng Cu tan ra từ anode bằng khối lượng Cu bám vào cathode.
(AI giải đề cho tôi) a) Đúng. Trong sơ đồ điện phân, điện cực nối với cực âm của nguồn là cathode (xảy ra quá trình khử), điện cực nối với cực dương là anode (xảy ra quá trình oxi hóa). b) Đúng. Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ: tại cathode, Cu²⁺ có khả năng khử cao hơn H2O nên bị khử trước: Cu²⁺ + 2e → Cu; tại anode, H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H⁺ + 4e. c) Sai. Trong sơ đồ (2) tinh luyện đồng, anode là khối Cu không tinh khiết nên Cu tan ra: Cu → Cu²⁺ + 2e; tại cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu. Số mol Cu²⁺ tan ra ở anode xấp xỉ số mol Cu²⁺ khử ở cathode nên nồng độ Cu²⁺ trong dung dịch về cơ bản không đổi (chỉ giảm không đáng kể do tạp chất hoạt động mạnh hơn Cu tan trước làm một phần Cu²⁺ mất đi, không 'giảm dần theo thời gian' như phát biểu). d) Đúng. Muốn tinh luyện Cu, khối Cu không tinh khiết phải nối vào anode để bị tan, thanh Cu tinh khiết nối vào cathode để Cu bám vào. Theo định luật Faraday, với cùng lượng điện tích qua mạch, số mol Cu tan ở anode bằng số mol Cu bám ở cathode nên khối lượng Cu tan ra từ anode bằng khối lượng Cu bám vào cathode (phần tạp chất không tan rơi xuống đáy tạo bùn anode). a) (AI giải đề cho tôi) Điện cực âm là cathode (nơi xảy ra khử), điện cực dương là anode (nơi xảy ra oxi hóa). b) (AI giải đề cho tôi) Tại cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu; tại anode (điện cực trơ): 2H2O → O2 + 4H⁺ + 4e. c) (AI giải đề cho tôi) Cu tan ở anode bù cho Cu²⁺ khử ở cathode nên nồng độ Cu²⁺ gần như không đổi. d) (AI giải đề cho tôi) Cu không tinh khiết ở anode tan thành Cu²⁺, Cu²⁺ khử bám vào cathode; theo Faraday, khối lượng Cu tan bằng khối lượng Cu bám vào.
(1) Khí X là hydrogen và khí Y là chlorine. (2) Để thu được dung dịch NaOH tinh khiết hơn (nồng độ 50%) có thể tăng nồng độ dung dịch NaCl ban đầu. (3) Ở cathode, nước bị khử thay cho Na+ do thế điện cực của cặp 2H+/H2 nhỏ hơn Na+/Na. (4) Dung dịch NaCl được đưa vào từ anode và được duy trì ở mức cao hơn bên cathode giúp chất lỏng chảy từ trái sang phải, ngăn không cho dung dịch NaOH chảy sang anode. Liệt kê các phát biểu đúng (theo thứ tự tăng dần)?
Trong công nghiệp chlorine-kiềm, công nghệ sử dụng phổ biến để điều chế khí Cl2 và NaOH là điện phân dung dịch NaCl bão hòa có màng ngăn. Mô hình thiết bị điện phân được thể hiện trong hình vẽ sau:
(3) Ở cathode, nước bị khử thay cho Na⁺ do thế điện cực của cặp 2H⁺/H₂ nhỏ hơn Na⁺/Na. (4) Dung dịch NaCl được đưa vào từ anode và được duy trì ở mức cao hơn bên cathode giúp chất lỏng chảy từ trái sang phải, ngăn không cho dung dịch NaOH chảy sang anode.
Liệt kê các phát biểu đúng (theo thứ tự tăng dần)?
Điện phân dung dịch 300 mL dung dịch CuSO4 1M bằng điện cực trơ với cường độ dòng điện bằng 5,36 A trong thời gian 30 phút. Phát biểu nào sau đây sai?
Tiến hành thí nghiệm điện phân dung dịch CuSO4 theo các bước sau: Bước 1: Lắp thiết bị thí nghiệm điện phân dung dịch CuSO4 như hình bên. Bước 2: Rót dung dịch CuSO4 0,2M vào ống thủy tinh hình chữ U rồi nhúng 2 điện cực bằng than chì vào dung dịch. Bước 3: Nối 2 điện cực than chì với hai cực của nguồn điện có cường độ dòng điện là 1A và tiến hành điện phân. + Sau thời gian t giây thu được 0,0025 mol khí ở anode. + Sau thời gian 3t giây thu được 0,0125 mol khí thoát ra ở cả hai điện cực và dung dịch X.
a)
Phản ứng trong bình điện phân là 2CuSO4+2H2O→2Cu+O2+2H2SO4.
b)
Tại anode, xuất hiện bọt khí hydrogen trên bề mặt điện cực.
c)
Khối lượng dung dịch X giảm 0,89 gam so với dung dịch CuSO4 ban đầu.
d)
Để mạ đồng lên chiếc chìa khóa bằng sắt theo phương pháp điện phân thì trong sơ đồ thí nghiệm trên phải sử dụng anode là thanh đồng, cathode là chìa khóa và dung dịch điện phân là dung dịch CuSO4.
a) Đúng. b) Sai, tại anode xuất hiện bọt khí O2 do H2O bị oxi hóa: 2H2O→O2+4H++4e c) Đúng. Sau t giây: nO2=0,0025. Sau 3t giây: nO2=0,0025.3=0,0075 → nH2=0,005. Bảo toàn electron: 2nCu+2nH2=4nO2 → nCu=0,01 → m giảm = mCu + mO₂ + mH₂ = 0,89 gam d) Đúng: Anode là thanh Cu: Cu→Cu2++2e; Cathode là chìa khóa: Cu2++2e→Cu a) Đúng. b) Sai, tại anode xuất hiện bọt khí O2 do H2O bị oxi hóa: 2H2O→O2+4H++4e c) Đúng. Sau t giây: nO2=0,0025. Sau 3t giây: nO2=0,0025.3=0,0075 → nH2=0,005. Bảo toàn electron: 2nCu+2nH2=4nO2 → nCu=0,01 → m giảm = mCu + mO₂ + mH₂ = 0,89 gam d) Đúng: Anode là thanh Cu: Cu→Cu2++2e. Cathode là chìa khóa: Cu2++2e→Cu
Điện phân dung dịch NaCl bão hòa là một phương pháp thu được những sản phẩm có tính ứng dụng rất cao trong ngành công nghiệp sản xuất. - Để điều chế chlorine và xút thì trong quá trình điện phân dùng màng ngăn giữa các điện cực. - Để điều chế nước Javel thì trong quá trình điện phân không dùng màng ngăn giữa các điện cực. Cho các phát biểu sau: (1) Theo thời gian, trong hai quá trình điện phân trên, nồng độ ion Na+ không thay đổi. (2) Trong quá trình điện phân để điều chế nước Javel, số mol NaCl và NaClO luôn bằng nhau. (3) Trong hai quá trình điện phân trên, pH của dung dịch đều tăng lên. (4) Trong hai quá trình điện phân trên, tại cathode đều xảy ra bán phản ứng khử H2O. Liệt kê theo thứ tự tăng dần các phát biểu đúng?
Có màng ngăn: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + Cl₂ + H₂ Không màng ngăn: NaCl + H₂O → NaClO + H₂ (1) Sai, số mol Na⁺ không thay đổi (do Na⁺ không bị điện phân) nhưng thể tích dung dịch giảm dần (do H₂O bị điện phân) nên nồng độ Na⁺ tăng dần. (2) Sai, NaCl và NaClO có thể có số mol bằng hoặc khác nhau. (3) Đúng, dung dịch NaCl ban đầu có pH = 7, các sản phẩm NaOH hoặc NaClO đều có pH > 7 nên pH tăng. (4) Đúng, tại cathode: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH⁻
Điện phân dung dịch gồm NaCl và HCl (điện cực trơ, có màng ngăn). Trong quá trình điện phân, giá trị pH của dung dịch thu được so với dung dịch ban đầu là
(AI giải đề cho tôi) Điện phân dung dịch NaCl và HCl với điện cực trơ, có màng ngăn: Ở cathode, H⁺ (từ HCl, mạnh hơn Na⁺) bị khử: 2H++2e−→H2↑, làm tiêu hao H⁺, nồng độ H⁺ giảm. Ở anode, Cl⁻ bị oxy hóa: 2Cl−→Cl2↑+2e−. Vì H⁺ liên tục bị khử tại cathode trong khi không có quá trình nào sinh thêm H⁺ trong dung dịch (màng ngăn ngăn Cl₂ phản ứng với NaOH sinh ở cathode... thực tế cathode sinh Na⁺ dư làm dung dịch phía cathode kiềm), nhìn toàn bộ dung dịch nồng độ H⁺ giảm nên pH tăng lên so với ban đầu. Đáp án D, trùng với đáp án nguồn.
Một nhà máy sản xuất sodium hydroxide (NaOH) và chlorine (Cl₂) bằng phương pháp điện phân dung dịch sodium chloride (NaCl) có màng ngăn với điện cực theo phương trình hóa học sau:
Cathode (-): 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH⁻ Anode (+): 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e a) Sai do bên cathode có OH⁻ sinh ra làm pH > 7. b) Đúng. c) Đúng. d) Sai vì NaOH rắn thu được bằng phương pháp kết tinh. a) Sai do bên cathode có OH⁻ sinh ra làm pH > 7. b) Đúng. c) Đúng. d) Sai vì NaOH rắn thu được bằng phương pháp kết tinh.
Một nhóm học sinh nhận thấy rằng thép (hợp kim của sắt và carbon với một số nguyên tố khác) dễ bị gỉ khi tiếp xúc với không khí ẩm, trong khi thiếc (Sn) lại có khả năng chống ăn mòn hiệu quả. Từ quan sát đó, nhóm đưa ra giả thuyết: "có thể mạ thiếc lên bề mặt thép bằng phương pháp điện phân để tạo thành lớp phủ bảo vệ". Để kiểm tra giả thuyết này, nhóm học sinh đã thực hiện thí nghiệm như sau: - Nối vật bằng thép với một điện cực và thanh thiếc với điện cực còn lại của nguồn điện một chiều. - Nhúng cả hai điện cực vào dung dịch SnSO4. - Tiến hành điện phân với hiệu điện thế phù hợp trong thời gian 20 phút. - Sau khi điện phân, lấy vật thép ra và quan sát bề mặt thép thấy có lớp thiếc mỏng, sáng bóng.
a)
Phương pháp mạ thiếc này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất vỏ hộp đựng thực phẩm, giúp thép không bị gỉ vì thiếc có tính khử lớn hơn sắt nên bị ăn mòn trước.
b)
Kết quả thí nghiệm chứng minh giả thuyết ban đầu của nhóm học sinh là đúng.
c)
Trong thí nghiệm trên, vật bằng thép được nối với cực dương, thanh Sn được nối với cực âm của nguồn điện.
d)
Ở anode, Sn bị oxi hóa thành Sn2+ và ở cathode, Sn2+ bị khử thành Sn.
a) Sai: Do Thiếc bảo vệ sắt nhờ tính bền vững của nó trong môi trường kín và tính an toàn cao đối với sức khỏe con người. Còn về tính khử thì thiếc có tính khử bé hơn sắt. b) Đúng. c) Sai: Vật bằng thép được nối với cực âm, thanh Sn được nối với cực dương của nguồn điện. d) Đúng. a) Sai: Do Thiếc bảo vệ sắt nhờ tính bền vững của nó trong môi trường kín và tính an toàn cao đối với sức khỏe con người. Còn về tính khử thì thiếc có tính khử bé hơn sắt. b) Đúng. c) Sai: Vật bằng thép được nối với cực âm, thanh Sn được nối với cực dương của nguồn điện. d) Đúng.
Vàng hồng là một hợp kim quý được sử dụng chủ yếu trong chế tác trang sức. Trên thị trường có các loại vàng hồng 10K, 14K, 18K với thành phần như sau:
Vàng hồng
10K
14K
18K
\%Au
41,7
58,5
75
\%Ag
20
21,5
10
\%Cu
38,3
20
15
Vàng hồng 10K thường bị xỉn màu nhanh do hàm lượng đồng cao. Một nhóm học sinh khi được giao dự án làm tăng hàm lượng vàng, bạc trong một mảnh hợp kim thu hồi từ chiếc nhẫn vàng hồng 10K đã đề xuất sử dụng phương pháp điện phân để loại đồng ra khỏi mảnh nhẫn, với giả thuyết “Nếu kim loại đồng trong mảnh nhẫn tan hết thì khối lượng mảnh nhẫn không giảm nữa”.
Để kiểm tra giả thuyết này, nhóm học sinh đã làm thí nghiệm như sau: - Cân để xác định khối lượng ban đầu của mảnh nhẫn (1,125 gam) và thanh đồng tinh khiết (2,255 gam). - Nối mảnh nhẫn với một điện cực và thanh đồng tinh khiết với điện cực còn lại của nguồn điện một chiều, rồi nhúng vào bình điện phân chứa dung dịch copper(II) sulfate. - Điện phân ở hiệu điện thế phù hợp. - Sau thời gian điện phân, làm khô, rồi cân để xác định lại khối lượng của mảnh nhẫn và thanh đồng tinh khiết, thấy khối lượng của mảnh nhẫn là 0,515 gam và của thanh đồng là 2,740 gam.
Trong quá trình điện phân nước bay hơi không đáng kể.
a) Với kết quả thí nghiệm như trên thì giả thuyết của nhóm học sinh là sai.
b) Có một lượng kim loại bị rơi xuống đáy bình điện phân.
c) Nồng độ ion Cu²⁺ trong dung dịch không đổi trong quá trình điện phân.
d) Do mảnh nhẫn có chứa Au và Ag có thế điện cực lớn hơn thế điện cực của Cu nên mảnh nhẫn phải được nối với cực dương, thanh đồng tinh khiết được nối với cực âm của nguồn điện.
a)
Với kết quả thí nghiệm như trên thì giả thuyết của nhóm học sinh là sai.
b)
Có một lượng kim loại bị rơi xuống đáy bình điện phân.
c)
Nồng độ ion Cu²⁺ trong dung dịch không đổi trong quá trình điện phân.
d)
Do mảnh nhẫn có chứa Au và Ag có thế điện cực lớn hơn thế điện cực của Cu nên mảnh nhẫn phải được nối với cực dương, thanh đồng tinh khiết được nối với cực âm của nguồn điện.
(AI giải đề cho tôi) Khối lượng mảnh nhẫn: m = 1,125 g; theo bảng vàng hồng 10K: m(Cu) = 1,125 × 38,3% = 0,4309 g; m(Au + Ag) = 1,125 × 61,7% = 0,6941 g.
a) Sau điện phân mảnh nhẫn còn 0,515 g < 0,6941 g, tức khối lượng giảm 0,610 g > toàn bộ lượng Cu có trong nhẫn (0,4309 g). Điều này cho thấy ngoài Cu tan, một phần Au/Ag cũng bị mất, nên khối lượng nhẫn vẫn giảm cả khi Cu đã tan hết → giả thuyết là sai. → a) ĐÚNG.
b) Thanh đồng tăng: 2,740 − 2,255 = 0,485 g (Cu bám vào catot). Mảnh nhẫn giảm 0,610 g. Chênh lệch 0,610 − 0,485 = 0,125 g kim loại không tan vào dung dịch cũng không bám catot mà rơi xuống đáy bình (anode mud gồm Au, Ag và một phần Cu không tan hết). → b) ĐÚNG.
c) Lượng Cu tan từ anot (nhẫn) tối đa 0,4309 g nhưng ở catot có 0,485 g Cu bám vào, nghĩa là lượng Cu²⁺ trong dung dịch bị tiêu thụ thêm (0,485 − 0,4309 = 0,0541 g Cu tương ứng) → nồng độ Cu²⁺ giảm, không đổi là sai. → c) SAI.
d) Để loại Cu khỏi nhẫn, nhẫn phải là anot (cực dương) để Cu bị oxi hóa tan: Cu → Cu²⁺ + 2e; thanh đồng tinh khiết là catot (cực âm) để Cu²⁺ + 2e → Cu. Vì Au, Ag có thế điện cực cao hơn Cu nên chúng không tan, đọng lại và rơi xuống dưới. → d) ĐÚNG. a) (AI giải đề cho tôi) Khối lượng nhẫn giảm 0,610 g, lớn hơn toàn bộ lượng Cu (0,4309 g), chứng tỏ khối lượng vẫn giảm cả khi Cu đã tan hết → giả thuyết sai. b) (AI giải đề cho tôi) Anot giảm 0,610 g nhưng catot chỉ tăng 0,485 g; chênh lệch 0,125 g kim loại (Au, Ag và phần Cu) rơi xuống đáy bình. c) (AI giải đề cho tôi) Cu bám catot (0,485 g) nhiều hơn Cu tan từ nhẫn (0,4309 g) nên Cu²⁺ trong dung dịch bị tiêu thụ, nồng độ giảm. d) (AI giải đề cho tôi) Nhẫn phải nối cực dương (anot) để Cu tan; thanh đồng tinh khiết nối cực âm (catot) để Cu bám vào; Au, Ag không tan do thế điện cực cao hơn.
Đề thi có nhiều câu hỏi chuyên đề Sản phẩm và quá trình điện phân
Luyện tập trong bối cảnh đề thi thật hoặc tải bản in PDF chuẩn A4 kèm lời giải.