Đề Trắc nghiệm Hóa học 12 – Bài 13: Điện phân (Chân Trời Sáng Tạo)

Điện phân nóng chảy là phương pháp chính để điều chế các kim loại hoạt động mạnh (như kim loại kiềm, kiềm thổ) và nhôm, cũng như một số phi kim như fluorine. Phương pháp này cần năng lượng lớn để làm nóng chảy hợp chất ion.

Tại cathode (cực âm), các cation trong dung dịch hoặc nước sẽ bị khử. Trong dung dịch CuSO4, có ion Cu2+ và H+ (từ nước). Ion Cu2+ có tính oxi hóa mạnh hơn H+ trong dung dịch, nên Cu2+ sẽ bị khử trước tạo thành kim loại Cu bám vào cathode.

Tại anode (cực dương), các anion trong dung dịch hoặc nước sẽ bị oxi hóa. Trong dung dịch NaCl có ion Cl- và OH- (từ nước). Ion Cl- dễ bị oxi hóa hơn OH- trong dung dịch loãng hoặc trung tính, nên Cl- sẽ bị oxi hóa tạo khí Cl2. Màng ngăn giúp ngăn Cl2 phản ứng với NaOH tạo thành ở cathode.

Tại cathode, cation có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước. Dãy thế điện cực chuẩn cho thấy thứ tự tính oxi hóa của các cation là Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > H+ > Fe2+ > ... Do đó, thứ tự bị khử là Ag+, sau đó đến Cu2+, rồi H+, cuối cùng nếu còn Fe3+ sẽ bị khử thành Fe2+ (chứ không phải Fe kim loại từ Fe3+ trong dung dịch nước). Tuy nhiên, trong các phương án, thứ tự phổ biến xét đến khi kim loại lắng đọng hoặc khí thoát ra là Ag+, Cu2+, H+.

Na2SO4 là muối của kim loại hoạt động mạnh và gốc acid có oxi, nên các ion Na+ và SO42- không bị điện phân trong dung dịch nước. Thay vào đó, nước sẽ bị điện phân. Tại cathode (cực âm), nước bị khử tạo H2 và OH-. Tại anode (cực dương), nước bị oxi hóa tạo O2 và H+. Phương trình điện phân nước là 2H2O → 2H2 + O2.

Tại cathode: M2+ + 2e → M. m_cathode tăng = m_M = 3.2 gam. Tại anode: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. n_O2 = 0.112 / 22.4 = 0.005 mol. Số mol electron trao đổi ở anode là n_e(anode) = 4 * n_O2 = 4 * 0.005 = 0.02 mol. Theo định luật Faraday, tổng số mol electron trao đổi ở cathode bằng ở anode. n_e(cathode) = 0.02 mol. Số mol kim loại M thu được: n_M = n_e(cathode) / hóa trị = 0.02 / 2 = 0.01 mol. Khối lượng mol của M: M_M = m_M / n_M = 3.2 / 0.01 = 320 g/mol. Kiểm tra lại đề bài, có thể có sự nhầm lẫn trong số liệu hoặc kim loại M. Giả sử n_e(anode) = 0.02 mol là đúng, và M có hóa trị II, thì M_M = 3.2 / (0.02/2) = 320 g/mol. Không có kim loại phổ biến nào có M=320. Xem lại quá trình điện phân. Có thể anode cũng có phản ứng khác hoặc số liệu khí sai. Giả sử khí ở anode là O2 từ nước. n_O2 = 0.112/22.4 = 0.005 mol. n_e = 4 * 0.005 = 0.02 mol. Tại cathode: M2+ + 2e -> M. n_M = 3.2 / M. n_e = 2 * n_M = 2 * (3.2/M). Vậy 0.02 = 2 * (3.2/M) => M = 3.2 / 0.01 = 320. Vẫn ra 320. Có thể khí thoát ra ở anode là Cl2 nếu dùng MCl2 và điện cực trơ? Nhưng đề cho MSO4. Kiểm tra lại các kim loại phổ biến và M của chúng. Nếu M là Cu (M=64), n_Cu = 3.2/64 = 0.05 mol. n_e = 2 * 0.05 = 0.1 mol. Khí O2 thoát ra: n_O2 = n_e / 4 = 0.1 / 4 = 0.025 mol. V_O2 (đktc) = 0.025 * 22.4 = 0.56 lít = 560 mL. Số liệu đề bài là 0.112 lít. Nếu n_O2 = 0.005 mol, n_e = 0.02 mol. n_M = 0.02/2 = 0.01 mol. M = 3.2 / 0.01 = 320. Có lẽ đề bài có lỗi số liệu. Tuy nhiên, nếu chấp nhận số liệu 0.112 lít khí (đktc) ở anode và 3.2g kim loại ở cathode, và kim loại hóa trị II, thì M=320. Các phương án A. Fe (56), B. Cu (64), C. Zn (65), D. Mg (24). Không có phương án nào phù hợp với M=320. Có thể khí thoát ra ở anode không phải O2 từ nước điện phân hoàn toàn MSO4 mà là từ điện phân song song với nước. Nhưng nếu vậy, n_e ở anode vẫn là 0.02 mol. Vậy n_M = 0.01 mol. M = 320. Có khả năng đề gốc có lỗi. Tuy nhiên, giả sử số liệu 3.2g Cu (M=64) là đúng, thì n_Cu = 3.2/64 = 0.05 mol, n_e = 0.1 mol. Khí O2 = n_e/4 = 0.025 mol = 0.56 lít. Nếu số liệu 0.112 lít O2 (đktc) là đúng, n_O2 = 0.005 mol, n_e = 0.02 mol. n_M = 0.01 mol. M = 3.2/0.01 = 320. Rất có thể đề bài muốn hỏi kim loại Cu với số liệu 3.2g, nhưng số liệu khí bị sai. Hoặc ngược lại. Giả sử số liệu khí là đúng và kim loại là một trong các phương án. Nếu M=Cu (64), n_e = 0.02 mol => n_Cu = 0.01 mol => m_Cu = 0.01 * 64 = 0.64g. Không khớp 3.2g. Nếu M=Fe (56), n_e = 0.02 mol => n_Fe = 0.01 mol => m_Fe = 0.01 * 56 = 0.56g. Không khớp 3.2g. Nếu M=Zn (65), n_e = 0.02 mol => n_Zn = 0.01 mol => m_Zn = 0.01 * 65 = 0.65g. Không khớp 3.2g. Nếu M=Mg (24), n_e = 0.02 mol => n_Mg = 0.01 mol => m_Mg = 0.01 * 24 = 0.24g. Không khớp 3.2g. Có thể đề bài có lỗi nghiêm trọng về số liệu. Tuy nhiên, nếu xem xét các phương án và số liệu, 3.2g là số tròn. 1.28g Cu (câu 13 data training) cho n_Cu = 0.02 mol. 3.2g / 64 = 0.05 mol. Nếu n_Cu = 0.05 mol, n_e = 0.1 mol. V_O2 = (0.1/4) * 22.4 = 0.56 lít. Số 0.112 lít (0.005 mol) khí là nhỏ hơn nhiều so với 0.56 lít. Giả sử đề bài nhầm số liệu khí, và kim loại là Cu. Kiểm tra lại câu 13 data training: 1.28g Cu -> 0.02 mol Cu -> 0.04 mol e -> 0.01 mol O2 -> 0.2479 lít O2 ở 25 độ C, 1 bar (không phải đktc). Đktc là 0 độ C, 1 atm (22.4 L/mol). 25 độ C, 1 bar (24.79 L/mol). n_O2 = 0.112 / 22.4 = 0.005 mol (đktc). n_e = 4 * 0.005 = 0.02 mol. n_M = n_e / 2 = 0.01 mol. M_M = 3.2 / 0.01 = 320. Vẫn 320. Rất có thể đề bài gốc có lỗi. Tuy nhiên, nếu buộc phải chọn một phương án, và giả định 3.2g kim loại là chính xác và n_e = 0.02 mol (từ khí), thì M=320. Không có. Giả sử số liệu khí là sai, và kim loại là Cu (64) và khối lượng là 3.2g. n_Cu = 3.2/64 = 0.05 mol. n_e = 0.1 mol. Khí O2 = 0.1/4 = 0.025 mol. V_O2 (đktc) = 0.025 * 22.4 = 0.56 lít. Số 0.112 lít có thể là 1/5 của 0.56 lít. Nếu n_e = 0.02 mol, m_Cu = 0.01 * 64 = 0.64g. Nếu m_Cu = 3.2g, n_Cu = 0.05 mol, n_e = 0.1 mol. Khí O2 = 0.025 mol. Có thể số liệu khí là 0.56 lít chứ không phải 0.112 lít. Hoặc số liệu khối lượng kim loại là 0.64g chứ không phải 3.2g. Với các phương án cho sẵn, Cu (64) là kim loại phổ biến nhất trong các bài tập điện phân MSO4. Nếu giả định kim loại là Cu và khối lượng là 3.2g, thì n_e = 0.1 mol. Nếu khí O2 là 0.112 lít (0.005 mol), thì n_e = 0.02 mol. Có sự mâu thuẫn. Tuy nhiên, trong bối cảnh bài tập trắc nghiệm, thường có một đáp án đúng dựa trên một số liệu chính xác. Giả sử khối lượng kim loại là chính xác (3.2g) và kim loại là Cu (64). n_Cu = 3.2/64 = 0.05 mol. n_e = 2 * 0.05 = 0.1 mol. Khí O2 thoát ra là n_e/4 = 0.1/4 = 0.025 mol. V_O2 (đktc) = 0.025 * 22.4 = 0.56 lít. Nếu giả sử số liệu khí là chính xác (0.112 lít = 0.005 mol O2), n_e = 4 * 0.005 = 0.02 mol. m_M = (n_e/2) * M = (0.02/2) * M = 0.01 * M = 3.2 => M = 320. Không có. Có thể đề bài muốn hỏi kim loại M khi có 0.112 lít khí ở anode và khối lượng cathode tăng 3.2g, và chỉ có một phần M2+ bị khử, sau đó nước bị khử? Nhưng đề nói MSO4 điện phân, khối lượng cathode tăng 3.2g (nghĩa là kim loại M bám vào). Nếu M2+ bị khử hết, rồi nước bị khử, thì khối lượng cathode tăng chỉ do M. Nếu nước bị khử song song với M2+, thì n_e tổng = n_e(M) + n_e(H2). Khí ở anode là O2. n_e(anode) = 0.02 mol. Vậy n_e(cathode) = 0.02 mol. Nếu chỉ có M2+ bị khử, n_M = n_e/2 = 0.01 mol. M = 3.2/0.01 = 320. Vẫn không khớp. Có thể khí ở anode không phải O2, mà là Cl2 nếu là MCl2? Nhưng đề là MSO4. Có thể điện cực là Cu, và anode tan ra? Nhưng đề nói điện cực trơ. Quay lại giả định đề có lỗi số liệu. Với các phương án cho sẵn, Cu (64) là khả dĩ nhất nếu số liệu khối lượng là đúng (3.2g) và số liệu khí là sai (lẽ ra phải là 0.56 lít). Hoặc số liệu khí 0.112 lít là đúng, và khối lượng kim loại lẽ ra là 0.64g nếu là Cu. Trong bối cảnh thi cử, thường số liệu cho phép tính ra đáp án trong các lựa chọn. Nếu 3.2g kim loại là Cu, thì n_e = 0.1 mol. Nếu 0.112 lít O2 (đktc) là đúng, n_e = 0.02 mol. Sự chênh lệch là 5 lần. Có thể khối lượng là 3.2g và n_e = 0.1 mol. Và khí O2 = 0.112 lít là sai. Hoặc khí O2 = 0.112 lít và n_e = 0.02 mol, và khối lượng kim loại là 0.64g (nếu là Cu). Tuy nhiên, 3.2 là số tròn hơn 0.64. 0.112 lít cũng là số tròn. Rất khó xác định lỗi. Nhưng nếu phải chọn, và giả định một trong hai số liệu là đúng và dẫn đến một phương án, thì 3.2g Cu (M=64) là 0.05 mol, n_e = 0.1 mol. Nếu n_e = 0.02 mol, M = 320. Nếu n_e = 0.1 mol, M = 3.2 / (0.1/2) = 3.2 / 0.05 = 64. À, vậy nếu n_e = 0.1 mol (từ 3.2g Cu), thì khí O2 = 0.1/4 = 0.025 mol. V_O2 (đktc) = 0.025 * 22.4 = 0.56 lít. Số 0.112 lít có thể là 1/5 của 0.56 lít, hoặc là 0.112 ml = 0.000112 lít? Không, 0.112 lít. Vậy số liệu khí là 0.112 lít (0.005 mol), suy ra n_e=0.02 mol. Từ n_e=0.02 mol, kim loại M (hóa trị II) có n_M = 0.01 mol. m_M = 0.01 * M = 3.2 => M = 320. Vẫn 320. Có thể đề gốc là 0.0112 lít khí? Nếu V_O2 = 0.0112 lít, n_O2 = 0.0005 mol, n_e = 0.002 mol. n_M = 0.001 mol. M = 3.2 / 0.001 = 3200. Không đúng. Có thể khối lượng là 0.32g? Nếu m_M = 0.32g, n_e = 0.02 mol. n_M = 0.01 mol. M = 0.32/0.01 = 32. Không có kim loại nào hóa trị II có M=32. Có thể hóa trị của kim loại không phải II? Nhưng đề nói MSO4. Có thể số mol khí là 0.025 mol (V=0.56 lít), n_e = 0.1 mol. m_M = (0.1/2) * M = 0.05 * M = 3.2 => M = 3.2/0.05 = 64. Đây là Cu. Vậy khả năng cao nhất là số liệu khí bị sai, lẽ ra là 0.56 lít, hoặc số liệu khối lượng là đúng và kim loại là Cu. Chọn Cu dựa trên khối lượng 3.2g và giả định n_e = 0.1 mol. Điều này suy ra số mol O2 là 0.025 mol, thể tích 0.56 lít. Số 0.112 lít có thể là lỗi đánh máy hoặc nhầm lẫn. Với các phương án cho sẵn, Cu là lựa chọn duy nhất có M=64. Do đó, giả định 3.2g là Cu và tính n_e từ đó, rồi so sánh với n_e từ khí để phát hiện mâu thuẫn. Nếu n_e = 0.1 mol (từ Cu), thì khí O2 phải là 0.025 mol, V=0.56 lít. Nếu n_e = 0.02 mol (từ khí 0.112 lít), thì kim loại M (hóa trị II) có M=320. Không có trong đáp án. Vậy khả năng cao nhất là đề cho 3.2g Cu và số liệu khí bị sai. Chọn B. Cu.

Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn: Cathode: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-. Anode: 2Cl- → Cl2 + 2e. Số mol Cl- ban đầu: n_NaCl = 0.2 L * 0.1 M = 0.02 mol. Tại anode thu được Cl2. n_Cl2 = 0.112 / 22.4 = 0.005 mol. Theo phương trình anode, số mol electron trao đổi là n_e = 2 * n_Cl2 = 2 * 0.005 = 0.01 mol. Tại cathode, nước bị khử tạo H2. Số mol electron trao đổi tại cathode bằng tại anode, n_e = 0.01 mol. Số mol H2 thu được tại cathode: n_H2 = n_e / 2 = 0.01 / 2 = 0.005 mol. Tổng số mol khí thu được ở cả hai điện cực là n_Cl2 + n_H2 = 0.005 mol + 0.005 mol = 0.01 mol.

Nếu anode là điện cực chủ động (kim loại), thì kim loại đó sẽ bị oxi hóa trước các anion và nước (trừ trường hợp rất đặc biệt). Trong trường hợp này, anode là Ag, nên Ag sẽ bị oxi hóa thành Ag+.

Màu xanh của dung dịch CuCl2 là do ion Cu2+. Khi điện phân, tại cathode Cu2+ bị khử thành Cu (Cu2+ + 2e → Cu). Tại anode, Cl- bị oxi hóa thành Cl2 (2Cl- → Cl2 + 2e). Khi màu xanh vừa biến mất, tức là ion Cu2+ vừa bị khử hết. Quá trình điện phân lúc này chủ yếu vẫn là khử Cu2+ ở cathode và oxi hóa Cl- ở anode (nếu Cl- chưa hết) hoặc nước (nếu Cl- đã hết). Vì Cu2+ và Cl- cùng điện phân ban đầu, khi Cu2+ hết thì Cl- cũng có thể đã hết hoặc còn dư. Tuy nhiên, khí thoát ra ở anode là Cl2.

Dung dịch H2SO4 loãng chứa ion H+, SO42- và H2O. Ion SO42- và H+ (từ acid mạnh) không bị điện phân. Thay vào đó, nước bị điện phân. Tại cathode (cực âm), H+ hoặc H2O bị khử. Vì H+ có sẵn, H+ bị khử thành H2 (2H+ + 2e → H2). Tại anode (cực dương), SO42- hoặc H2O bị oxi hóa. SO42- không bị oxi hóa, nên nước bị oxi hóa thành O2 và H+ (2H2O → O2 + 4H+ + 4e).

Dung dịch NaOH chứa ion Na+, OH- và H2O. Ion Na+ và OH- (từ base mạnh) không bị điện phân trong dung dịch nước. Thay vào đó, nước bị điện phân. Tại cathode: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-. Tại anode: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. Tuy nhiên, cách nhìn đơn giản hơn là: Tại cathode, H2O bị khử tạo H2 và OH-. Tại anode, H2O bị oxi hóa tạo O2 và H+. Tổng cộng là điện phân nước: 2H2O → 2H2 + O2. Nước bị tiêu thụ trong quá trình điện phân, trong khi NaOH là chất tan không bị điện phân, do đó nồng độ NaOH trong dung dịch còn lại sẽ tăng lên.

pH giảm nghĩa là nồng độ H+ tăng, tức là môi trường trở nên acid. Điện phân NaCl (có màng ngăn): Tạo NaOH và khí, pH tăng. Điện phân Cu(NO3)2: Cathode: Cu2+ + 2e → Cu. Anode: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. Nước bị oxi hóa tạo H+, làm pH giảm. Điện phân KNO3: Cathode: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-. Anode: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. Tổng cộng là điện phân nước, nồng độ KNO3 tăng, pH ít thay đổi (ban đầu trung tính, sau điện phân vẫn trung tính nếu không có yếu tố phụ). Điện phân FeCl3: Cathode: Fe3+ + 1e → Fe2+, sau đó Fe2+ + 2e → Fe (nếu nồng độ cao và thế phù hợp). Anode: 2Cl- → Cl2 + 2e. Nếu Fe3+ bị khử thành Fe2+, dung dịch có thể vẫn acid do Fe3+ thủy phân. Nếu Fe2+ bị khử thành Fe, dung dịch có thể trở nên acid hơn. Tuy nhiên, điện phân Cu(NO3)2 chắc chắn tạo H+ ở anode do oxi hóa nước.

Tính số mol electron trao đổi theo định luật Faraday: n_e = (I * t) / F, với I=0.1 A, t=965 s, F=96500 C/mol. n_e = (0.1 * 965) / 96500 = 96.5 / 96500 = 0.001 mol. Nồng độ ban đầu của CuSO4: n_CuSO4 = 0.1 L * 0.1 M = 0.01 mol. Tại cathode: Cu2+ + 2e → Cu. Số mol Cu2+ ban đầu là 0.01 mol. Số mol electron cần để khử hết Cu2+ là 2 * 0.01 = 0.02 mol. Số mol electron thực tế trao đổi là 0.001 mol, nhỏ hơn 0.02 mol. Vậy Cu2+ chưa bị khử hết, chỉ có một phần Cu2+ bị khử. Số mol Cu bám vào cathode: n_Cu = n_e / 2 = 0.001 / 2 = 0.0005 mol. Khối lượng Cu bám vào: m_Cu = n_Cu * M_Cu = 0.0005 mol * 64 g/mol = 0.032 gam.

Tại anode, các anion và nước bị oxi hóa. Trong dung dịch có Cl- (từ HCl và CuCl2), H+ (từ HCl), Cu2+ (từ CuCl2), và H2O. Các chất có khả năng bị oxi hóa tại anode là Cl- và H2O. Ion Cl- dễ bị oxi hóa hơn nước trong dung dịch acid/trung tính. Do đó, Cl- sẽ bị oxi hóa trước, tạo khí Cl2. Sau khi Cl- hết, nước mới bị oxi hóa tạo O2.

Số mol Ag+ ban đầu: n_Ag+ = 0.5 L * 0.1 M = 0.05 mol. Số mol Cu2+ ban đầu: n_Cu2+ = 0.5 L * 0.1 M = 0.05 mol. Tại cathode, Ag+ bị khử trước (Ag+ + 1e → Ag), sau đó đến Cu2+ (Cu2+ + 2e → Cu). Khối lượng mol của Ag là 108 g/mol, Cu là 64 g/mol. Để khử hết 0.05 mol Ag+ cần 0.05 mol e, thu được 0.05 * 108 = 5.4 gam Ag. Tổng khối lượng kim loại bám vào là 5.56 gam. Vì 5.56 > 5.4, nên Ag+ đã bị khử hết và một phần Cu2+ đã bị khử. Khối lượng Ag bám vào cathode là 5.4 gam. Khối lượng Cu bám vào cathode là 5.56 - 5.4 = 0.16 gam. Số mol Cu bị khử: n_Cu = 0.16 g / 64 g/mol = 0.0025 mol.

Dung dịch chứa K+, F-, Cu2+, H2O. Tại anode, các anion F- và H2O có khả năng bị oxi hóa. Ion F- rất khó bị oxi hóa trong dung dịch nước; nước dễ bị oxi hóa hơn F-. Do đó, nước sẽ bị oxi hóa tạo khí O2.

Trong tinh chế kim loại bằng điện phân, kim loại cần tinh chế được dùng làm anode chủ động (bị tan ra). Kim loại tinh khiết được dùng làm cathode (kim loại tinh khiết sẽ bám vào). Dung dịch điện phân là muối của kim loại cần tinh chế. Các kim loại kém hoạt động hơn sẽ lắng xuống đáy bình (bùn anode), còn các kim loại hoạt động hơn sẽ ở lại trong dung dịch dưới dạng ion.

Dung dịch ban đầu chứa Cu2+, H+, Cl-. Tại cathode: Cu2+ bị khử trước (Cu2+ + 2e → Cu). Sau khi Cu2+ hết, H+ bị khử (2H+ + 2e → H2). Tại anode: Cl- bị oxi hóa trước (2Cl- → Cl2 + 2e). Sau khi Cl- hết, nước bị oxi hóa (2H2O → O2 + 4H+ + 4e). Trong giai đoạn đầu, cả Cu2+ và Cl- bị điện phân. Nồng độ H+ không đổi. Khi Cu2+ hết, H+ bắt đầu bị khử ở cathode. Nồng độ H+ giảm, pH tăng. Khi Cl- hết, nước bị oxi hóa ở anode tạo H+. Nồng độ H+ tăng, pH giảm. Như vậy, pH có thể tăng rồi giảm hoặc chỉ tăng (nếu Cl- hết trước Cu2+) hoặc chỉ giảm (nếu Cu2+ hết trước Cl- và sau đó nước bị oxi hóa). Tuy nhiên, thứ tự thường gặp là Cu2+ và Cl- cùng bị điện phân ban đầu, nồng độ H+ không đổi. Sau đó, nếu Cu2+ hết trước Cl-, H+ chưa bị khử. Nếu Cl- hết trước Cu2+, nước bị oxi hóa tạo H+, pH giảm. Nếu cả Cu2+ và Cl- hết cùng lúc hoặc gần cùng lúc, sau đó nước bị điện phân hoàn toàn, pH ban đầu của HCl sẽ thay đổi khi H+ bị khử hoặc được tạo ra từ nước. Xét thứ tự: Cathode: Cu2+ > H+. Anode: Cl- > H2O. Giai đoạn 1: Cu2+ + 2e → Cu và 2Cl- → Cl2 + 2e. Nếu nồng độ CuCl2 và HCl tương đương, Cl- có thể hết trước Cu2+ do tỉ lệ mol trong CuCl2 là 1:2. Ví dụ, 1 mol CuCl2 có 2 mol Cl-, 1 mol Cu2+. Nếu HCl là 1 mol, có 1 mol H+ và 1 mol Cl-. Tổng Cl- = 3 mol. Nếu nồng độ CuCl2 = 0.1M, HCl = 0.1M. [Cu2+] = 0.1M, [Cl-] = 0.2M + 0.1M = 0.3M, [H+] = 0.1M. Thứ tự cathode: Cu2+ (0.1M), H+ (0.1M). Thứ tự anode: Cl- (0.3M), H2O. Giai đoạn 1: Cu2+ + 2e → Cu và 2Cl- → Cl2 + 2e. n_Cu2+ = 0.1V, n_Cl- = 0.3V. Cần 0.2V mol e để khử hết Cu2+. Cần 0.3V mol e để oxi hóa hết Cl-. Vậy Cu2+ hết trước Cl-. Khi Cu2+ hết: Cathode chuyển sang khử H+. Anode vẫn oxi hóa Cl-. Giai đoạn 2: 2H+ + 2e → H2 và 2Cl- → Cl2 + 2e. Khi Cl- hết: Anode chuyển sang oxi hóa nước. Giai đoạn 3: 2H+ + 2e → H2 và 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. Trong giai đoạn 1, H+ không tham gia, pH không đổi. Trong giai đoạn 2, H+ bị khử, pH tăng. Trong giai đoạn 3, H+ bị khử và H+ được tạo ra. Tuy nhiên, nếu cường độ dòng điện cố định, tốc độ tạo H+ từ nước (anode) gấp đôi tốc độ tiêu thụ H+ (cathode) (từ 4e ra 4H+ và từ 2H+ cần 2e). Nghĩa là khi điện phân nước ở cả hai cực, nồng độ H+ sẽ tăng. Vậy, pH ban đầu là acid (do HCl). Giai đoạn 1: pH không đổi. Giai đoạn 2: pH tăng. Giai đoạn 3: pH giảm. Tuy nhiên, nếu đề không nói hết các giai đoạn, và chỉ xét sự biến đổi chung, thì ban đầu có H+. Cu2+ hết trước Cl-. Sau đó H+ bị khử. pH tăng. Rồi Cl- hết. Nước bị oxi hóa tạo H+. pH giảm. Vậy pH có thể tăng rồi giảm. Nếu chỉ xét đến khi Cu2+ và Cl- hết, thì pH tăng. Nếu xét tiếp, pH có thể giảm. Trong các phương án, chỉ có tăng, giảm, không đổi, tăng rồi giảm. Xét thứ tự điện phân: Cathode: Cu2+, H+. Anode: Cl-, H2O. Điện phân CuCl2 trước. Cu2+ + 2e -> Cu, 2Cl- -> Cl2 + 2e. Nếu CuCl2 hết, dung dịch còn HCl. Điện phân HCl: 2H+ + 2e -> H2, 2Cl- -> Cl2 + 2e. Nếu HCl hết, dung dịch còn nước. Điện phân nước. Nếu CuCl2 hết, dung dịch còn HCl. pH ban đầu của HCl là acid. Khi điện phân HCl, H+ và Cl- đều bị tiêu thụ. pH tăng (vì H+ giảm). Vậy tổng thể, pH có xu hướng tăng. Tuy nhiên, nếu dung dịch ban đầu có cả CuCl2 và HCl, thứ tự là Cu2+ và Cl- (từ cả hai nguồn) bị điện phân trước. [Cu2+] ban đầu, [Cl-] ban đầu, [H+] ban đầu. Giả sử nồng độ đủ lớn để điện phân hết Cu2+ và Cl-. Khi Cu2+ hết, H+ bắt đầu bị khử. Khi Cl- hết, H2O bắt đầu bị oxi hóa tạo O2 và H+. Nếu Cu2+ hết trước Cl-, cathode khử H+, pH tăng. Nếu Cl- hết trước Cu2+, anode oxi hóa H2O tạo H+, pH giảm. Nếu cả hai hết cùng lúc, sau đó điện phân nước, pH giảm. Xét thế điện cực chuẩn: E0(Cu2+/Cu) = +0.34V, E0(H+/H2) = 0V. E0(Cl2/Cl-) = +1.36V, E0(O2/H2O) = +1.23V (trong môi trường acid). Trong dung dịch, thế thực tế có thể khác. Tuy nhiên, quy tắc chung là Cu2+ bị khử trước H+, Cl- bị oxi hóa trước H2O (trừ khi nồng độ Cl- rất loãng). Vậy giai đoạn 1: Cu2+ và Cl- bị điện phân. Giai đoạn 2: H+ bị khử (nếu Cu2+ hết) và/hoặc H2O bị oxi hóa (nếu Cl- hết). Nếu Cu2+ hết trước Cl-, pH tăng (do H+ bị khử). Nếu Cl- hết trước Cu2+, pH giảm (do H2O bị oxi hóa tạo H+). Nếu cả hai cùng hết, sau đó điện phân nước, pH giảm. Phương án tăng rồi giảm là khả thi nếu Cu2+ hết trước Cl-, rồi Cl- hết, rồi nước bị điện phân. Hoặc Cl- hết trước Cu2+, rồi Cu2+ hết, rồi nước bị điện phân. Trong giai đoạn chỉ có Cu2+ và Cl- điện phân, pH không đổi. Sau đó, H+ bị khử (pH tăng) hoặc H2O bị oxi hóa (pH giảm). Nếu cả hai ion gốc hết, chỉ còn H+ và H2O, thì điện phân H+ ở cathode, H2O ở anode tạo H+, pH giảm. Vậy, giai đoạn cuối cùng là pH giảm. Trước đó có thể tăng hoặc không đổi. Đáp án 'Tăng rồi giảm' là hợp lý nhất nếu xét hết quá trình.

Dung dịch chứa Ag+, K+, NO3-, H2O. Tại cathode: Ag+ bị khử trước (Ag+ + e → Ag), sau đó H+ (từ nước) bị khử (2H2O + 2e → H2 + 2OH-). Ion K+ không bị khử. Tại anode: NO3- không bị oxi hóa. Nước bị oxi hóa (2H2O → O2 + 4H+ + 4e). A. Chỉ có kim loại Ag bám vào cathode. Đúng, vì Ag+ bị khử trước K+ và H+. B. Chỉ có khí oxygen thoát ra ở anode. Đúng, vì NO3- không bị oxi hóa, nước bị oxi hóa. C. Nồng độ các ion trong dung dịch đều giảm dần. Sai, nồng độ K+ và NO3- tăng dần do nước bị điện phân. D. pH của dung dịch tăng dần. Sai, H+ được tạo ra ở anode, làm pH giảm.

Điện phân nóng chảy Al2O3: Al2O3 → 2Al3+ + 3O2-. Tại cathode (cực âm): Al3+ + 3e → Al. Tại anode (cực dương): 2O2- → O2 + 4e. Anode thường làm bằng carbon, O2 tạo thành sẽ phản ứng với carbon tạo CO và CO2. A. Tại cathode xảy ra quá trình khử Al3+. Đúng. B. Tại anode xảy ra quá trình oxi hóa O2-. Đúng. C. Criolit được thêm vào để giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3. Đúng, criolit (Na3AlF6) làm giảm nhiệt độ nóng chảy và tăng tính dẫn điện. D. Anode thường làm bằng kim loại trơ như platinum. Sai, anode thường làm bằng carbon vì nó rẻ và tham gia phản ứng tạo CO, CO2, giúp quá trình hiệu quả hơn (tuy nhiên anode bị ăn mòn). Platinum quá đắt và không cần thiết.

Dung dịch ZnSO4 chứa Zn2+, SO42-, H2O. Tại cathode: Zn2+ + 2e → Zn hoặc 2H2O + 2e → H2 + 2OH-. Tại anode: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. Nếu pH giảm, nghĩa là H+ được tạo ra ở anode. Điều này xảy ra khi nước bị oxi hóa ở anode. Nếu Zn2+ bị khử ở cathode, thì H+ được tạo ra ở anode làm pH giảm. Nếu nước bị khử ở cathode (tạo OH-), thì pH sẽ tăng. Do pH giảm, chứng tỏ nước bị oxi hóa ở anode và có thể Zn2+ bị khử ở cathode hoặc cả Zn2+ và H+ (từ nước) bị khử ở cathode. Tuy nhiên, việc pH giảm chắc chắn chỉ ra rằng nước bị oxi hóa ở anode tạo H+.

Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ (than chì): Cathode: Cu2+ + 2e → Cu. Anode: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. Ban đầu, Cu bám vào cathode và O2 thoát ra ở anode. Dung dịch dần trở nên acid do H+ tạo ra. Khi Cu2+ hết, tại cathode nước sẽ bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-. Tại anode vẫn tiếp tục oxi hóa nước tạo O2 và H+. A. Khí thoát ra ở cathode là oxygen. Sai, ở cathode ban đầu bám Cu, sau đó thoát H2. B. Khối lượng cathode tiếp tục tăng do kim loại Cu bám vào. Sai, khối lượng cathode chỉ tăng khi Cu2+ còn, sau khi Cu2+ hết thì H2 thoát ra, khối lượng cathode không tăng thêm nữa.

Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2. Số mol electron trao đổi: n_e = (I * t) / F = (1 * 1930) / 96500 = 0.02 mol. Số mol NaCl ban đầu: n_NaCl = 0.1 L * 0.1 M = 0.01 mol. Theo phương trình điện phân NaCl: n_e = 2 * n_NaCl điện phân. Số mol NaCl có thể bị điện phân tối đa là 0.01 mol, cần 0.02 mol e. Số mol electron thực tế là 0.02 mol, đủ để điện phân hết 0.01 mol NaCl. Khi 0.01 mol NaCl bị điện phân hết, sẽ tạo ra 0.01 mol H2, 0.005 mol Cl2 và 0.01 mol NaOH. Số mol NaOH tạo thành là 0.01 mol. Thể tích dung dịch là 100 ml = 0.1 L. Nồng độ mol của NaOH sau điện phân: C_M(NaOH) = n_NaOH / V_dung dịch = 0.01 mol / 0.1 L = 0.1 M.

Thu được kim loại X tại cathode chứng tỏ X là kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học. Thu được khí Y tại anode chứng tỏ anion gốc acid hoặc nước bị oxi hóa tạo khí (không phải gốc acid chứa oxi như SO42-, NO3-, PO43-, CO32-). A. Na2SO4: Na không thu được ở cathode (nước bị khử). Anode tạo O2. B. Cu(NO3)2: Cu thu được ở cathode. NO3- không bị oxi hóa, nước bị oxi hóa tạo O2 ở anode. Phù hợp (X=Cu, Y=O2). C. KNO3: K không thu được ở cathode (nước bị khử). Anode tạo O2. D. AlCl3: Al không thu được ở cathode (nước bị khử). Anode tạo Cl2. Vậy Cu(NO3)2 là phù hợp.

Dung dịch chứa Ca2+, Cl- (từ CaCl2 và HCl), H+ (từ HCl), H2O. Tại cathode: Ca2+ (kim loại hoạt động mạnh) không bị khử trong dung dịch nước, H+ bị khử trước nước. Thứ tự: H+ > H2O. Tại anode: Cl- và H2O có khả năng bị oxi hóa. Thứ tự: Cl- > H2O (trong môi trường acid/trung tính). Tại anode, khí thoát ra đầu tiên là khí tạo thành từ chất dễ bị oxi hóa nhất trong số Cl- và H2O. Cl- dễ bị oxi hóa hơn H2O. Do đó, khí thoát ra đầu tiên tại anode là Cl2 (từ 2Cl- → Cl2 + 2e).

Hiệu suất điện phân phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cường độ dòng điện, thời gian điện phân, nồng độ chất điện phân, nhiệt độ, diện tích điện cực, và hiệu suất dòng điện. Để tăng hiệu suất sản xuất (lượng sản phẩm thu được trong một đơn vị thời gian), có thể tăng cường độ dòng điện hoặc kéo dài thời gian điện phân. Tăng nồng độ NaCl bão hòa cũng giúp quá trình diễn ra hiệu quả hơn cho đến khi NaCl hết. Giảm nhiệt độ thường làm giảm tốc độ phản ứng. Sử dụng điện cực trơ là bắt buộc.

Tại cathode: Mn+ + ne → M. Số mol M bám vào là n_M = x / M_M. Số mol electron trao đổi tại cathode là n_e(cathode) = n * n_M = n * (x / M_M). Tại anode: Nếu khí X là Cl2 (từ Cl-), phản ứng là 2Cl- → Cl2 + 2e. Số mol khí X là y mol. Số mol electron trao đổi tại anode là n_e(anode) = 2 * y. Theo định luật Faraday, n_e(cathode) = n_e(anode). Vậy n * (x / M_M) = 2 * y. Biến đổi: x * n = 2 * y * M_M.

Tại cathode, các cation có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước. Dãy thế điện cực cho thấy thứ tự tính oxi hóa của các ion là Ag+ > Cu2+ > H+ > Mg2+... Trong dung dịch nước, nếu có cả các ion kim loại và H+ (từ nước), thì thứ tự bị khử là ion kim loại đứng sau H+ trong dãy hoạt động hóa học, sau đó đến H+ (từ nước), và cuối cùng là ion kim loại đứng trước H+ (như Mg2+, Na+, K+...) không bị khử trong dung dịch nước, thay vào đó nước bị khử. Trong các ion Mg2+, Cu2+, Ag+, thứ tự bị khử là Ag+ (trước H+), Cu2+ (trước H+). Mg2+ đứng trước H+ trong dãy hoạt động, nên Mg2+ không bị khử, mà nước sẽ bị khử sau khi Ag+ và Cu2+ hết. Vậy ion bị khử cuối cùng (trước khi nước bị khử nếu còn điện phân) là Cu2+. Nếu điện phân tiếp sau khi Cu2+ hết, H+ (từ nước) sẽ bị khử. Tuy nhiên, câu hỏi hỏi ion nào trong số Mg2+, Cu2+, Ag+ bị khử cuối cùng. Trong 3 ion này, Ag+ bị khử đầu tiên, Cu2+ bị khử thứ hai. Mg2+ không bị khử trong dung dịch nước. Do đó, trong số các ion được liệt kê, Cu2+ bị khử cuối cùng (trước khi chuyển sang khử nước). Nếu đề hỏi chất bị khử cuối cùng, thì có thể là nước sau khi Cu2+ hết. Nhưng hỏi ion, thì Cu2+ là ion kim loại cuối cùng bị khử.

Điện phân có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. A. Sản xuất kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm. Đây là ứng dụng chính của điện phân nóng chảy. B. Tinh chế kim loại. Đây là ứng dụng của điện phân dung dịch với anode chủ động. C. Mạ điện (electroplating). Đây là ứng dụng của điện phân dung dịch để phủ một lớp kim loại lên vật khác. D. Sản xuất sulfuric acid bằng phương pháp tiếp xúc. Phương pháp tiếp xúc là quá trình hóa học (oxi hóa SO2 thành SO3), không phải là điện phân.

Dung dịch chứa Na+, Cl-, Cu2+, SO42-, H2O. Tại cathode: Cu2+ + 2e → Cu. Tại anode: 2Cl- → Cl2 + 2e, sau đó 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. Khối lượng kim loại thu được ở cathode là 1.92 gam. Kim loại đó là Cu (vì Na+ không bị khử). n_Cu = 1.92 g / 64 g/mol = 0.03 mol. Số mol electron trao đổi để khử Cu2+ là n_e(Cu) = 2 * n_Cu = 2 * 0.03 = 0.06 mol. Thể tích khí thu được ở anode là 0.448 lít (đktc). n_khí anode = 0.448 / 22.4 = 0.02 mol. Khí ở anode có thể là Cl2 hoặc O2 hoặc cả hai. Nếu chỉ là Cl2: n_Cl2 = 0.02 mol. n_e(Cl2) = 2 * n_Cl2 = 2 * 0.02 = 0.04 mol. Tổng n_e = n_e(Cu) = 0.06 mol. Nếu n_e(anode) = 0.04 mol (từ Cl2), thì 0.04 mol < 0.06 mol. Điều này mâu thuẫn với định luật Faraday (tổng n_e ở 2 cực phải bằng nhau). Vậy khí ở anode không chỉ là Cl2, mà có cả O2. Tổng số mol electron trao đổi là n_e = n_e(Cu) = 0.06 mol. Khí ở anode gồm Cl2 và O2. Gọi số mol Cl2 là x, số mol O2 là y. x + y = 0.02 (tổng số mol khí). n_e(anode) = n_e(Cl2) + n_e(O2) = 2x + 4y. Theo định luật Faraday, 2x + 4y = 0.06. Ta có hệ phương trình: x + y = 0.02 (1) 2x + 4y = 0.06 (2) Từ (1), x = 0.02 - y. Thay vào (2): 2(0.02 - y) + 4y = 0.06 0.04 - 2y + 4y = 0.06 2y = 0.02 y = 0.01 mol. (Số mol O2) x = 0.02 - 0.01 = 0.01 mol. (Số mol Cl2) Số mol Cl- đã bị oxi hóa là 2x = 2 * 0.01 = 0.02 mol. Đây là số mol Cl- ban đầu trong dung dịch NaCl. Nồng độ mol ban đầu của NaCl: C_M(NaCl) = n_NaCl / V_dung dịch = n_Cl- / V_dung dịch = 0.02 mol / 1 L = 0.02 M.

Câu hỏi kiểm tra kiến thức về quá trình điện phân dung dịch NaCl ở cathode. Trong dung dịch NaCl, cation Na+ và H2O đều có thể bị khử ở cathode. Do Na+ là kim loại kiềm mạnh, H2O sẽ bị khử ưu tiên hơn.

Câu hỏi kiểm tra kiến thức về điện phân nóng chảy muối để điều chế kim loại kiềm thổ. Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, các muối nóng chảy của chúng khi điện phân sẽ tạo ra kim loại tương ứng ở cathode.

Câu hỏi kiểm tra sự hiểu biết về điện phân dung dịch CuSO4. Cần xác định phát biểu không chính xác trong các mô tả về quá trình điện phân này, bao gồm sản phẩm ở các điện cực và sự thay đổi pH dung dịch.

Câu hỏi kiểm tra thứ tự khử các ion ở cathode trong dung dịch hỗn hợp. Ion có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước. Trong dung dịch CuSO4 và NaCl, các cation có thể bị khử là Cu2+, Na+, và H2O. Cu2+ có tính oxi hóa mạnh hơn H2O và Na+.

Câu hỏi liên quan đến sự thay đổi pH của dung dịch sau điện phân AgNO3. Khi điện phân AgNO3, Ag+ bị khử ở cathode, H2O bị oxi hóa ở anode tạo H+. Do đó dung dịch trở nên axit.

Câu hỏi tập trung vào quá trình ở anode khi điện phân dung dịch KF. Vì F- là ion halogen có tính khử mạnh nhất, nhưng trong dung dịch nước, nước sẽ bị oxi hóa ưu tiên hơn F-.

Câu hỏi về ứng dụng điện phân trong mạ điện. Vật cần mạ luôn được đặt ở cathode (cực âm) để kim loại mạ (Ag) bám vào. Anode (cực dương) thường làm bằng kim loại mạ (Ag) để bù đắp lượng ion kim loại bị khử.

Câu hỏi tính toán định lượng về điện phân, sử dụng định luật Faraday. Cần tính số mol electron trao đổi (ne = It/F) và từ đó tính số mol Cu tạo thành, cuối cùng là khối lượng Cu.

Câu hỏi yêu cầu xác định dung dịch nào trở nên axit (pH giảm) sau điện phân. Điều này xảy ra khi ở anode, H2O bị oxi hóa tạo H+.

Câu hỏi về vai trò của màng ngăn trong điện phân dung dịch NaCl sản xuất NaOH. Màng ngăn giúp ngăn Cl2 và NaOH phản ứng với nhau tạo nước Javel, đồng thời ngăn OH- di chuyển về anode.

Câu hỏi về vai trò của Criolit trong điện phân Al2O3. Criolit giúp hạ nhiệt độ nóng chảy của Al2O3, giảm năng lượng tiêu thụ và tăng độ dẫn điện của hỗn hợp.

Câu hỏi về thứ tự điện phân trong dung dịch hỗn hợp. Ion kim loại có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước. So sánh tính oxi hóa của Ag+ và Cu2+.

Câu hỏi dựa trên sản phẩm điện phân để xác định chất điện phân ban đầu. Khí màu vàng lục là Cl2, kim loại được tạo ra ở cathode gợi ý muối của kim loại.

Câu hỏi tính toán lượng chất tạo thành sau điện phân, sử dụng định luật Faraday. Tính số mol electron, sau đó tính số mol và khối lượng Ag.

Câu hỏi về sản phẩm điện phân dung dịch axit H2SO4 loãng. Trong dung dịch H2SO4 loãng, H2O sẽ bị điện phân cả ở anode và cathode.

Câu hỏi kiểm tra khái niệm chung về điện phân. Điện phân là quá trình oxi hóa khử xảy ra dưới tác dụng của dòng điện một chiều.

Câu hỏi về tính oxi hóa của các ion kim loại. Ion có tính oxi hóa mạnh nhất sẽ dễ bị khử nhất.

Câu hỏi về sản phẩm điện phân muối chloride kim loại kiềm thổ. Nếu cathode thu được H2, chứng tỏ nước bị điện phân ở cathode. Dung dịch có pH > 7 cho thấy có OH- được tạo ra.

Câu hỏi về mối quan hệ giữa lượng chất điện phân và thời gian điện phân, dựa trên định luật Faraday. Lượng chất điện phân tỉ lệ thuận với thời gian điện phân.

Câu hỏi kiểm tra kiến thức về các ứng dụng quan trọng của điện phân trong công nghiệp và đời sống. Cần xác định các phát biểu đúng về ứng dụng của điện phân.

Câu hỏi so sánh sản phẩm điện phân của hai dung dịch khác nhau. Cần nhận ra sự khác biệt về sản phẩm ở anode do ion âm khác nhau (Cl- và Cl-) và cation khác nhau (Cu2+ và Na+).

Câu hỏi tính toán lượng chất thu được trong điện phân hỗn hợp. Khí ở anode là Cl2 và O2. Cần xác định thứ tự điện phân và tính toán lượng Cu dựa trên lượng khí Cl2 và O2 tạo ra.

Câu hỏi so sánh sản phẩm điện phân của NaCl trong hai trạng thái khác nhau (nóng chảy và dung dịch). Sự khác biệt chính là ở cathode, Na được tạo ra từ NaCl nóng chảy, còn H2 từ dung dịch NaCl.

Câu hỏi về ảnh hưởng của việc đảo chiều dòng điện trong điện phân. Đảo chiều dòng điện sẽ đảo vai trò của anode và cathode, do đó quá trình oxi hóa và khử cũng sẽ đảo ngược.

Câu hỏi xác định kim loại dựa trên dữ liệu điện phân. Cần tính đương lượng gam của kim loại M từ dữ liệu điện phân và so sánh với bảng tuần hoàn để xác định kim loại kiềm thổ.

Câu hỏi về sự thay đổi pH trong điện phân ZnSO4. pH giảm cho thấy nồng độ H+ tăng, điều này thường xảy ra khi H2O bị oxi hóa ở anode tạo H+.

Câu hỏi về quá trình khử ở cathode trong điện phân. Cathode là nơi xảy ra quá trình khử, nhận electron, và cation (ion dương) sẽ bị khử.

Câu hỏi về sự chuyển đổi năng lượng trong quá trình điện phân. Điện phân sử dụng năng lượng điện để thực hiện phản ứng hóa học không tự xảy ra, chuyển năng lượng điện thành hóa năng.

Câu hỏi về điều kiện điện phân để thu được kim loại M từ muối nitrat. Với kim loại hoạt động mạnh (trước Al), điện phân dung dịch muối nitrat sẽ không thu được kim loại mà thu được H2.

Câu hỏi về các yếu tố ảnh hưởng đến lượng chất điện phân. Theo định luật Faraday, lượng chất điện phân tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện và thời gian điện phân.

Tại cực âm (cathode) trong điện phân dung dịch NaCl, nước bị khử thay vì ion Na+ do Na+ là ion kim loại kiềm mạnh, khó bị khử. Quá trình khử nước tạo ra khí hydrogen và ion hydroxide.

Trong điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ, tại cực dương (anode), nước bị oxi hóa ưu tiên hơn ion SO4^2- do SO4^2- là gốc axit mạnh, khó bị oxi hóa. Quá trình oxi hóa nước tạo ra khí oxygen và ion H+.

Kim loại kiềm thổ là những kim loại hoạt động mạnh, khó bị khử từ dung dịch muối. Phương pháp điện phân nóng chảy muối chloride hoặc oxide của chúng là phương pháp thích hợp để điều chế kim loại kiềm thổ.

Trong điện phân dung dịch AgNO3, tại cathode, ion Ag+ bị khử thành kim loại Ag. Tại anode, nước bị oxi hóa tạo ra khí oxygen và ion H+. Do đó, pH của dung dịch giảm dần.

Điện phân dung dịch NaCl bão hòa có màng ngăn xốp (điện cực trơ) được sử dụng để sản xuất chlorine (Cl2) ở anode, hydrogen (H2) ở cathode và dung dịch sodium hydroxide (NaOH) trong ngăn cathode.

Criolit được thêm vào Al2O3 nóng chảy để hạ nhiệt độ nóng chảy của Al2O3, giúp tiết kiệm năng lượng và làm cho quá trình điện phân hiệu quả hơn về mặt kinh tế.

Khi mắc nối tiếp, lượng điện tích qua hai bình là như nhau. Sử dụng định luật Faraday, tỉ lệ mol electron trao đổi và tỉ lệ mol kim loại thu được liên quan đến điện tích ion. nAg = 10.8g / 108g/mol = 0.1 mol. ne = nAg = 0.1 mol. nCu = ne / 2 = 0.05 mol. mCu = 0.05 mol * 64g/mol = 3.2g.

Thứ tự khử ở cathode phụ thuộc vào thế điện cực chuẩn của các ion kim loại. Ion có thế điện cực chuẩn cao hơn sẽ bị khử trước. Trong dãy điện hóa, Cu^2+/Cu đứng trước Na+/Na, do đó Cu^2+ bị khử trước, sau đó đến nước.

Khí màu vàng lục là khí chlorine (Cl2). Để thu được kim loại ở cathode và chlorine ở anode, chất X phải là muối chloride của kim loại kém hoạt động hơn hydrogen trong dãy điện hóa.

Sử dụng định luật Faraday: m = (ItM) / (nF), với I=2A, t=965s, M(Ag)=108 g/mol, n=1 (Ag+ -> Ag), F=96500 C/mol. m = (2 * 965 * 108) / (1 * 96500) = 2.16 gam.

Điện phân dung dịch KOH thực chất là điện phân nước, vì K+ không bị khử và OH- không bị oxi hóa trong điều kiện điện phân thông thường. Tại cathode, nước bị khử tạo H2, tại anode, nước bị oxi hóa tạo O2.

Nước tinh khiết dẫn điện rất kém. Thêm H2SO4 vào nước để tăng nồng độ ion (H+ và SO4^2-), làm tăng độ dẫn điện của dung dịch, giúp quá trình điện phân diễn ra hiệu quả hơn.

pH của dung dịch giảm khi nồng độ ion H+ tăng. Điều này xảy ra khi ở anode, nước bị oxi hóa tạo ra H+. Trong các dung dịch trên, Cu(NO3)2 và AgNO3 khi điện phân sẽ tạo môi trường acid do quá trình oxi hóa nước ở anode.

Điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra dưới tác dụng của dòng điện một chiều. Năng lượng điện được chuyển hóa thành năng lượng hóa học. Quá trình tự xảy ra là quá trình pin điện hóa.

Để ion M^n+ bị khử thành kim loại tại cathode (Fe), thế điện cực chuẩn của cặp M^n+/M phải lớn hơn thế điện cực chuẩn của cặp Fe^2+/Fe. Trong các lựa chọn, Ag+/Ag có thế điện cực chuẩn lớn nhất và lớn hơn Fe^2+/Fe.

t = 3h12min10s = 11530s. ne = It/F = (0.05 * 11530) / 96500 = 0.006 mol. nAgNO3 ban đầu = 0.2L * 0.1M = 0.02 mol. nAgNO3 phản ứng = ne = 0.006 mol. nAgNO3 còn lại = 0.02 - 0.006 = 0.014 mol. CM(AgNO3) còn lại = 0.014 mol / 0.2L = 0.07M.

Dung dịch CuCl2 có màu xanh là do ion Cu^2+. Trong quá trình điện phân, ion Cu^2+ bị khử ở cathode thành kim loại Cu, làm giảm nồng độ ion Cu^2+ trong dung dịch, do đó màu xanh nhạt dần.

nCl2 = 3.36L / 22.4L/mol = 0.15 mol. ne = 2 * nCl2 = 0.3 mol. Theo định luật Faraday, ne = n(M) * n. n(M) = 8.4g / M(M). Vậy 0.3 = (8.4 / M(M)) * n. M(M) = (8.4 * n) / 0.3 = 28n. Với n=2, M(M) = 56 (Fe).

Trong mạ điện, vật cần mạ được đặt ở cathode (cực âm) để kim loại mạ (bạc) bám vào. Điện cực anode thường làm bằng chính kim loại mạ (bạc) để bù đắp lượng ion kim loại đã bị khử.

Ở anode, các anion sẽ bị oxi hóa. Trong dung dịch chứa Cl- và nước, ion Cl- có khả năng bị oxi hóa dễ hơn nước (thế điện cực chuẩn thấp hơn). Vì vậy, khí Cl2 sẽ thoát ra đầu tiên.

(1) Sai, điện phân dung dịch NaCl mới sản xuất NaOH. (2) Đúng, Cu2+ khử thành Cu ở cathode. (3) Đúng, H2O oxi hóa thành O2 ở anode. (4) Sai, điện phân NaCl có màng ngăn tạo NaOH, pH > 7. Vậy có 2 phát biểu đúng.

mCu = 3.2g, nCu = 3.2/64 = 0.05 mol. nCu2+ ban đầu = 1L * 0.1M = 0.1 mol. Vậy còn dư Cu2+. Fe2+ có tính khử yếu hơn Cu2+ nên chưa bị điện phân. Dung dịch còn Cu2+ và Fe2+.

Quá trình khử Zn2+ thành Zn: Zn2+ + 2e -> Zn. Để thu được 1 mol Zn, cần 2 mol electron.

Theo định luật Faraday, khối lượng kim loại thu được tỉ lệ thuận với lượng điện tích (Q = It) truyền qua. Nếu thời gian tăng gấp đôi, lượng điện tích tăng gấp đôi, do đó khối lượng kim loại thu được cũng tăng gấp đôi.

Khối lượng kim loại thu được tỉ lệ thuận với thời gian điện phân. Để tăng khối lượng kim loại gấp đôi (từ 1.17g lên 2.34g), thời gian điện phân cũng cần tăng gấp đôi. Thời gian cần là 30 phút * 2 = 60 phút.

Trong điện phân nóng chảy NaCl, chỉ có ion Na+ và Cl- tham gia điện phân. Trong điện phân dung dịch NaCl, có thêm sự tham gia của nước, và nước bị khử ở cathode thay vì Na+.

Tất cả các ứng dụng trên đều dựa trên nguyên tắc điện phân. (1) Điện phân dung dịch NaCl. (2) Điện phân dung dịch muối kim loại. (3) Mạ điện là ứng dụng của điện phân. (4) Điện phân nóng chảy Al2O3.

Mg là kim loại hoạt động mạnh, ion Mg2+ khó bị khử hơn nước. Trong điện phân dung dịch MgCl2, nước bị khử ở cathode thay vì Mg2+, tạo ra khí H2 và OH-.

nO2 = 0.448L / 22.4L/mol = 0.02 mol. ne = 4 * nO2 = 0.08 mol. Khối lượng O2 = 0.02 mol * 32g/mol = 0.64g. Khối lượng H2O điện phân = 1.6g - 0.64g = 0.96g. nH2O = 0.96g / 18g/mol = 0.053 mol (không khớp). Xem lại: Giảm khối lượng = m(kim loại) + m(khí). Giả sử kim loại là Cu (M=64, n=2). nCu = ne/2 = 0.04 mol. mCu = 0.04 * 64 = 2.56g (lớn hơn giảm 1.6g, sai). Kiểm tra lại đề bài và tính toán. Lỗi đề bài hoặc thông tin không đủ.

Thứ tự khử ở cathode phụ thuộc vào thế điện cực chuẩn. Ion kim loại có thế điện cực chuẩn cao hơn sẽ bị khử trước. Trong dãy điện hóa, Ag+/Ag đứng trước Cu2+/Cu. Do đó, Ag+ sẽ bị khử trước.

Câu hỏi kiểm tra kiến thức về quá trình xảy ra tại cathode trong điện phân dung dịch NaCl. Cần xác định ion nào bị khử và sản phẩm tạo thành.

Câu hỏi kiểm tra khả năng xác định muối nóng chảy phù hợp để điều chế kim loại kiềm thổ bằng phương pháp điện phân.

Câu hỏi tập trung vào quá trình oxi hóa xảy ra tại anode khi điện phân dung dịch CuSO4, đặc biệt là sự oxi hóa của nước.

Câu hỏi kiểm tra kiến thức về thứ tự khử của các cation tại cathode, dựa trên thế điện cực chuẩn.

Câu hỏi yêu cầu xác định sản phẩm khí tạo ra ở anode khi điện phân hỗn hợp muối chloride, cần xem xét sự oxi hóa của ion chloride và nước.

Câu hỏi kiểm tra kiến thức về phương pháp điều chế kim loại calcium, đặc biệt là sự cần thiết phải điện phân nóng chảy muối calcium.

Câu hỏi liên quan đến sự thay đổi pH của dung dịch sau điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn, do sự tạo thành NaOH.

Câu hỏi yêu cầu xác định loại muối khi điện phân làm tăng pH của dung dịch, điều này thường xảy ra khi có sự tạo thành hydroxide ion (OH-).

Câu hỏi vận dụng định luật Faraday để tính khối lượng kim loại thu được sau điện phân, cần tính số mol electron trao đổi.

Câu hỏi kiểm tra kiến thức về các ứng dụng thực tế của điện phân trong công nghiệp và đời sống.

Câu hỏi yêu cầu xác định dung dịch khi điện phân tạo môi trường acid, làm giảm pH.

Câu hỏi yêu cầu xác định muối khi điện phân tạo ra sản phẩm là kim loại ở cathode và khí chlorine ở anode.

Câu hỏi liên quan đến sự thay đổi màu sắc của dung dịch CuSO4 trong quá trình điện phân do sự giảm nồng độ ion Cu2+.

Câu hỏi kiểm tra kiến thức về điện phân dung dịch base mạnh, cần xác định sản phẩm điện phân của nước ở cả cathode và anode.

Câu hỏi kết hợp định luật Faraday và kiến thức về thể tích mol khí để tính thể tích khí oxygen thu được ở anode.

Câu hỏi về vai trò của màng ngăn trong điện phân dung dịch NaCl, liên quan đến việc ngăn chặn phản ứng giữa Cl2 và NaOH.

Câu hỏi tập trung vào điện phân dung dịch acid loãng, nơi nước đóng vai trò chính trong quá trình điện phân.

Câu hỏi kiểm tra hiểu biết về dãy điện hóa và khả năng bị khử của các ion kim loại, ion nào có thế điện cực chuẩn cao nhất.

Câu hỏi về ứng dụng mạ điện, yêu cầu chọn dung dịch muối bạc phù hợp cho quá trình mạ.

Câu hỏi về điện phân dung dịch ZnSO4, cần xác định đúng quá trình và sản phẩm ở cả cathode và anode.

Câu hỏi vận dụng nguyên tắc mắc nối tiếp các bình điện phân và định luật Faraday để tính khối lượng Ag thu được khi biết khối lượng Cu thu được.