Giải bài tập SGK Hóa 12 Nâng cao Bài 25: Luyện tập: Sự điện phân, sự ăn mòn kim loại, điều chế kim loại.

Trong quá trình điện phân dung dịch Pb(NO₃)₂ với các điện cực trơ, ion Pb²⁺ di chuyển về

A. Catot và bị oxi hóa.

B. Anot và bị oxi hóa.

C. Catot và bị khử.

D. Anot và bị khử.

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần ghi nhớ: 

Trong quá trình điện phân dung dịch Pb(NO₃)₂ với các điện cực trơ, ion Pb²⁺ di chuyển về catot và bị khử.

Hướng dẫn giải

Trong quá trình điện phân dung dịch Pb(NO₃)₂ với các điện cực trơ, ion Pb²⁺ di chuyển về catot và bị khử.

⇒ Đáp án C.

Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại và hợp kim dưới tác dụng của môi trường xung quanh.

B. Ăn mòn kim loại là một quá trình hóa học trong đó kim loại bị ăn mòn bởi các axit trong môi trường không khí.

C. Trong quá trình ăn mòn, kim loại bị oxi hóa thành ion của nó.

D. Ăn mòn kim loại được chia làm 2 dạng: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học.

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần ghi nhớ bản chất của ăn mòn kim loại.

Hướng dẫn giải

Phát biểu không đúng:

Ăn mòn kim loại là một quá trình hóa học trong đó kim loại bị ăn mòn bởi các axit trong môi trường không khí.

⇒ Đáp án B.

Phản ứng điều chế kim loại nào dưới đây thuộc phương pháp nhiệt luyện:

A. C + ZnO → Zn + CO

B. Al₂O₃ → 2Al + 3/2O₂

C. MgCl₂ → Mg + Cl₂

D. Zn + 2AgNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2Ag

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần nắm rõ bản chất của phương pháp nhiệt luyện.

Hướng dẫn giải

Phản ứng điều chế kim loại thuộc phương pháp nhiệt luyện là:

C + ZnO → Zn + CO

⇒ Đáp án A.

Từ MgCO₃ điều chế Mg. Từ CuS điều chế Cu. Từ K₂SO₄ điều chế K (các chất trung gian tùy ý chọn). Hãy viết các phương trình hóa học.

Phương pháp giải

Để viết phương trình hóa học điều chế các kim loại trên cần nắm rõ phương pháp điều chế kim loại từ các chất đã cho.

Hướng dẫn giải

- Từ MgCO₃ điều chế Mg:

MgCO₃ + 2HCl → MgCl₂ + CO₂ + H₂O   

MgCl₂ \({\xrightarrow{{dpnc}}}\)  Mg + Cl₂  

- Từ CuS điều chế Cu:

2CuS + 3O₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2CuO + 2SO₂ 

H₂ + CuO \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) Cu + H₂O

- Từ K₂SO₄ điều chế K:

K₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2KCl

2KCl \({\xrightarrow{{dpnc}}}\) 2K + Cl₂

Khi nung 23,2 gam sunfua của một kim loại hóa trị hai trong không khí rồi làm nguội sản phẩm thu được một chất lỏng và một chất khí. Lượng sản phẩm khí này làm mất màu 25,4 gam iot. Xác định tên của kim loại đó.

Phương pháp giải

• Bước 1: Gọi kim loại hóa trị II là M, viết phương trình hóa học. 
• Bước 2: Bảo toàn nguyên tố lưu huỳnh, suy ra kim loai M.

Hướng dẫn giải

Gọi kim loại hóa trị II là M

⇒ Muối là MS nung trong không khí thu được một chất là SO₂ và một chất lỏng.

SO₂ phản ứng với I₂ theo phương trình:

SO₂   + I₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HI

Bảo toàn nguyên tố S ta có:

\(\begin{array}{*{20}{l}}
{{n_{S{O_2}}} = {n_{{I_2}}} = {n_{MS}} = \frac{{25,4}}{{254}} = 0,1\;mol}\\
\begin{array}{l}
 \Rightarrow {M_{MS}} = \frac{{23,2}}{{0,1}} = 232 = M + 32\\
 \Rightarrow M = 200
\end{array}
\end{array}\)

⇒ M là thủy ngân Hg.

Điện phân 100 ml một dung dịch có hòa tan 13,5 gam CuCl₂ và 14,9 gam KCl (có màng ngăn và điện cực trơ)

a) Trình bày sơ đồ và viết phương trình hóa học của phản ứng điện phân có thể xảy ra.

b) Hãy cho biết chất nào còn lại trong dung dịch điện phân. Biết thời gian điện phân là 2 giờ, cường độ dòng điện 5,1 ampe.

c) Hãy xác định nồng độ các chất có trong dung dịch sau điện phân. Biết rằng dung dịch sau điện phân đã được pha loãng cho đủ 200 ml.

Phương pháp giải

• Bước 1: Từ số mol muối suy ra mol n_Cl^- ; n_Cu²⁺ 
• Bước 2: Viết sơ đồ điện phân, phương trình điện phân.
• Bước 3: Tính số mol chất còn lại sau điện phân.
• Bước 4: Nồng độ của các chất trong dung dịch sau điện phân.

Hướng dẫn giải

Câu a

n_CuCl2 = 13,5 / 135 = 0,1 mol ; n_KCl = 14,9 / 74,5 = 0,2 mol ⇒ n_Cl^- = 0,4 mol; n_Cu²⁺ = 0,1 mol

Sơ đồ điện phân:

Phương trình điện phân :

CuCl₂ → Cu + Cl₂

2KCl + 2H₂O → 2KOH + H₂ + Cl₂

Câu b

Khối lượng clo thoát ra m = (71 . 5,1 . 7200) / (2 . 96500) = 13,5 gam

⇒ n_Cl = 0,19 mol ⇒ Cl^- còn dư

Hết Cu²⁺: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^- (dd)

Chất còn lại sau điện phân là K⁺ 0,2 mol; Cl^- dư 0,02 mol; OH^- dư 0,18 mol

⇒ KOH 0,18 mol; KCl 0,02 mol.

Câu c

Nồng độ của các chất trong dung dịch sau điện phân:

C_M KOH = 0,18 / 0,2 = 0,9 M.

C_M KCl = 0,02 / 0,2 = 0,1M.

Thực hiện sự điện phân dung dịch CuSO₄ với một điện cực bằng graphit và một điện cực bằng đồng.

Thí nghiệm 1: Người ta nối điện cực graphit với cực dương và điện cực đồng nối với cực âm của nguồn điện.

Thí nghiệm 2: Đảo lại, người ta nối điện cực graphit với cực âm và điện cực đồng rồi với cực dương của nguồn điện.

a) Hãy mô tả hiện tượng quan sát được và cho biết phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực trong các thí nghiệm trên.

b) Hãy so sánh độ pH của dung dịch trong hai thí nghiệm trên.

c) Hãy so sánh nồng độ ion Cu²⁺ trong dung dịch sau hai thí nghiệm.

Phương pháp giải

a) Dựa vào dữ kiện đề bài để mô tả hiện tượng quan sát được và phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực.

b) Dựa vào sự hình thành H⁺ để so sánh độ pH của dung dịch trong hai thí nghiệm trên.

c) Dựa vào phương trình điện phân để so sánh nồng độ ion Cu²⁺ trong dung dịch sau hai thí nghiệm.

Hướng dẫn giải

Câu a

Thí nghiệm 1:

Catot Cu (-) : Cu²⁺, H₂O             Anot graphit: SO₄^2-, H₂O

Cu²⁺ + 2e → Cu                         2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e 

- Phương trình điện phân:

2Cu²⁺ + 2H₂O \(\xrightarrow{{dp{\text{dd}}}}\) 2Cu + 4H⁺ + O₂

- Hiện tượng :

• Kim loại đồng bám vào catot bằng đồng.
• Có khí thoát ra ở anot bằng graphit.
• Màu xanh của dung dịch nhạt dần.

Thí nghiệm 2 :

Catot graphit (-) : Cu²⁺, H₂O              Anot Cu: SO₄^2-, H₂O

Cu²⁺ + 2e → Cu catot                         Cu_anot→ Cu²⁺  + 2e

- Phương trình điện phân:

Cu²⁺ (dd) + Cu _anot → Cu _catot + Cu²⁺ dd

- Hiện tượng :

• Kim loại đồng bám vào catot bằng graphit.
• Anot bằng đồng tan ra.
• Màu xanh của dung dịch không đổi.

Câu b

• Thí nghiệm 1: pH giảm  (nồng độ H⁺ tăng)
• Thí nghiệm 2: pH không đổi

Nồng độ H⁺ ở thí nghiệm 1 lớn hơn thí nghiệm 2 ⇒ pH TN₁ < pH TN₂

Câu c

• Thí nghiệm 1: Nồng độ Cu²⁺ sau điện phân giảm.
• Thí nghiệm 2: Nồng độ Cu²⁺ không thay đổi trong quá trình điện phân.