SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:
"LÝ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP
ĐIỆN PHÂN TRONG ĐỀ THI ĐẠI HỌC, CAO ĐẲNG"

1


A.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Theo nhu cầu chung của các nghành nghề trong xã hội hiện nay nên xu thế của nhiều năm
gần đây, của tất cả các trường THPT trên toàn quốc là các em học và thi theo ban khoa
học tự nhiên. Vì vậy trách nhiệm của người giáo viên các bộ môn tự nhiên nói chung,
môn hóa học nói riêng càng phải cần đầu tư chuyên môn sâu hơn và cao hơn nữa. Có như
vậy mới giúp các em tiếp cận và giải các đề thi Đại học – Cao đẳng một cách nhanh
chóng và hiệu quả.
Đối với các em học sinh, không chỉ cần nhớ kiến thức, mà còn cần phải nhớ sâu, nắm
vững. Có như thế ở mỗi bài toán mới tìm ra được phương pháp giải toán một cách nhanh
nhất, đi bằng con đường ngắn nhất. Điều đó không những giúp các em tiết kiệm được
thời gian làm bài mà còn rèn được tư duy và năng lực phát hiện vấn đề. Vì vậy, việc
người giáo viên hướng dẫn các em sử dụng các phương pháp giải nhanh bài tập là rất
quan trọng.
Qua quá trình giảng dạy, luyện thi đại học, bồi dưỡng học sinh giỏi nhiều năm tôi nhận
thấy chuyên đề điện phân là một chuyên đề hay và khó nhưng lại khá quan trọng nên
thường gặp trong các đề thi lớn của quốc gia. Tuy nhiên, trong thực tế, tài liệu viết về vấn
đề điện phân còn ít nên nguồn tư liệu để giáo viên và học sinh nghiên cứu còn hạn chế do
đó nội dung kiến thức và kĩ năng giải bài tập điện phân cung cấp cho học sinh chưa được
nhiều. Vì vậy, các em thường lúng túng hoặc có tâm lí ngại và sợ gặp các bài tập liên

Ví dụ 1: Điện phân NaCl nóng chảy.
NaCl(nóng chảy) → Na+ + ClCatot ( – )

←

NaCl

→

2| Na+ + e → Na
Phương trình điện phân:

Anot ( + )
2Cl- → Cl2 + 2e

2NaCl → 2Na + Cl2

Lưu ý: 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
Ví dụ 2: Điện phân NaOH nóng chảy.
NaOH(nóng chảy) → Na+ + OHCatot ( – )

←

NaOH

→

Anot ( + )


Mn+ + ne → M
2H+ (axit) + 2e → H2
Hoặc ion hiđro của nước bị khử: 2H 2O + 2e → H2 + 2OH-. Nếu catot có các cation kim
loại sau nhôm hoặc H+(axit), các cation này sẽ nhận electron. Nếu đồng thời có nhiều
cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước.
Cụ thể: thứ tự tăng dần tính oxi hóa của các cation như sau:
Zn2+ , Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Fe3+, Hg2+, Ag+…
- Nếu catot có các cation kim loại trước Zn2+ thì H2O sẽ bị khử (hay H2O có tính oxi hóa
mạnh hơn các ion này).
*Anot (cực dương):
- Có thể xảy ra quá trình oxi hóa các anion gốc axit như Cl - , S2-…hoặc ion OH- của bazơ
kiềm hoặc nước.
2Cl-→ Cl2 + 2e
4OH- → O2 + 2H2O + 4e
Hoặc ion OH- của nước bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e

4


- Nếu Anot có các anion: S2-, I-, Br-, Cl-, OH-…, các anon này sẽ nhường electron. Nếu
đồng thời có nhiều anion thì anion nào có tính khử mạnh hơn sẽ bị oxi hóa trước.
Cụ thể: thứ tự giảm dần tính khử của các anion như sau: S2-, I-, Br-, Cl-, OH-,…
- Nếu ở anot có các anion gốc axit như: F -, NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4-… thì nước sẽ
bị oxi hóa (hay H2O có tính khử mạnh hơn các ion này).
*Tổng quát: Điện phân dung dịch sẽ thu được sản phẩm ở các điện cực là
Catot

Anot

-Kim loại


←

→ 2Na+ + SO42Na2SO4

→

Anot (+)

Na+ không bị điện phân

SO42- không bị điện phân

2H2O + 2e → H2 + 2OH-

2H2O → O2 + 4H+ + 4e

5


→ Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2
Nhận xét:
- Na2SO4 chỉ đóng vai trò là chất dẫn điện, nên trong quá trình điện phân lượng Na 2SO4
không đổi.
- Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch: NaNO3, K2SO4, Na2CO3 , MgSO4,….
Ví dụ 3: Viết sơ đồ và phương trình điện phân dung dịch H 2SO4, dung dịch NaOH với
anot trơ.
Điện phân dung dịch H2SO4:
Catot (-)


Nhận xét:
- Điện phân các dung dịch axit: HNO 3, H2SO4, HClO4…, các dung dịch kiềm: NaOH,
KOH, Ba(OH)2…. đều thực chất là điện phân H2O.
- Phân tử axit, bazơ trong trường hợp này đóng vai trò là chất dẫn điện.
Ví dụ 4: Viết sơ đồ và phương trình điện phân khi điện phân dung dịch NaCl.
NaCl → Na+ + ClCatot (-)
Na+ không bị điện phân

Anot (+)
2Cl- → Cl2 + 2e

2H2O + 2e → H2 + 2OH→ Phương trình : 2Cl- + 2H2O → Cl2 + H2 + 2OH- (có màng ngăn)
hay 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

6


Nhận xét:
- Sau khi NaCl hết (Cl- hết), dung dịch có NaOH nên giai đoạn điện phân tiếp theo là điện
phân H2O: 2H2O → 2H2 + O2. Do đó, số mol NaOH không đổi, nhưng nồng độ mol
NaOH tăng dần.
- Trong quá trình điện phân dung dịch NaCl, pH của dung dịch tăng dần.
- Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch : NaCl, CaCl2, MgCl2, BaCl2 …
- Không thể điều chế kim loại từ K đến Al bằng phương pháp điện phân dung dịch.
- Nếu không có màng ngăn thì: Cl2+ 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O
nên phương trình điện phân là: NaCl + H2O → NaClO + H2
Ví dụ 5: Viết sơ đồ và phương trình điện phân khi điện phân dung dịch CuSO4.
CuSO4 → Cu2+ + SO42Catot(-)
SO4


Kết luận:
- Điện phân các dung dịch: kiềm, axit có oxi, muối của axit có oxi và kim loại từ Al trở về
trước đều thực chất là điện phân H2O. Trong quá trình điện phân, số mol chất tan không
thay đổi nhưng nồng độ tăng dần.
- Điện phân dung dịch muối của ion kim loại sau nhôm với gốc axit như NO 3-, SO42-… thì
dung dịch sau điện phân có pH 7.
7


Ví dụ 6: Viết sơ đồ và phương trình điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl 3, CuCl2 và
HCl với anot trơ.
FeCl3 → Fe3+ + 3ClCuCl2 → Cu2+ + 2ClHCl → H+ + ClCatot ( – )

Anot ( + )

Fe3+ + 1e → Fe2+

2Cl- → Cl2 + 2e

Cu2+ +2e → Cu
2H+ +2e → H2
Fe2+ + 2e→ Fe
Phương trình điện phân lần lượt xảy ra là:
2FeCl2→ 2FeCl2 + Cl2
CuCl2 → Cu + Cl2
2HCl →H2 + Cl2
FeCl2 → Fe + Cl2
Ví dụ 7: Viết sơ đồ và phương trình điện phân khi điện phân dung dịch hỗn hợp gồm a mol


3

2Cl→
Cl2
+
2e
+
2H2O → 4H + O2 + 4e

Cu2+ + 2Cl- → Cu + Cl2 (1)
Hoặc: Cu(NO3)2 + 2NaCl → Cu + Cl2 + 2NaNO3
Do a>2b nên khi Cu2+ hết, Cl- dư→ kết thúc giai đoạn (1). Tiếp tục điện phân sẽ xảy ra
giai đoạn (2) là điện phân dung dịch NaCl
2H2O + 2Cl- → H2 + 2OH- + Cl2 (2)
8


Hoặc: 2H2O + 2NaCl → H2 + Cl2 + 2NaOH
Khi Cl- hết → kết thúc giai đoạn (2). Tiếp tục điện phân sẽ xảy ra giai đoạn (3) là điện
phân H2O
2H2O → 2H2 + O2 (3)
* Một số câu hỏi vận dụng:
Câu 1: Khi điện phân các dung dịch: NaCl, KNO3, AgNO3, CuSO4 với điện cực trơ, màng
ngăn xốp. Dung dịch có pH tăng trong quá trình điện phân là:
A. NaCl

B. KNO3

C. AgNO3

b < 2a

D. b < 2a hoặc b > 2a

Hướng dẫn giải câu 5:
Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3NaCl
b
+

Na
Cu2+

Catot(-)
không bị điện phân
+
2e
→
Cu

3

NO

→
Anot
không bị
2Cl→

a
Na+

+

→

Cu

+
a

Cl2

(1)
b

2+

Nếu dư Cu sau (1) : a > b/2 ( 2a > b ) thì có phản ứng
Cu2+
+
2H2O→
Cu
+
→ Dung dịch thu được có axit nên có phản ứng với Al2O3
6H+
+
Al2O3
→
Nếu dư Cl sau (1) : a < b/2 ( b > 2a) thì có phản ứng

2Al3+

AIt
nF

(*)

Trong đó: m là khối lượng chất thoát ra ở điện cực.
A: khối lượng mol của chất thu được ở điện cực.
n: là số electrron trao đổi ở điện cực.
t: là thời gian điện phân (s).
I: là cường độ dòng điện (Ampe).
F: là hằng số Farađay có giá trị F = 96500 .
Thường dùng 2 công thức sau:
-

Số mol chất thoát ra ở điện cực

-

Số mol electron trao đổi: ne

=

=

It
nF

It
F


Cu2+ +2e → Cu

Cu → Cu2+ + 2e

Vậy bản chất của quá trình điện phân ở đây là sự di chuyển Cu từ Anot sang Catot. Trong
quá trình điện phân nồng độ của CuSO4 không thay đổi.
Ví dụ: Điện phân dung dịch AgNO3 với anot Cu.
AgNO3 → Ag+ + NO3Catot (-)
Ag+ +1e → Ag

Anot (+)
Cu→ Cu2+ +2e

Phương trình điện phân: 2AgNO3 + Cu → 2Ag + Cu(NO3)2
e. Có thể xảy ra phản ứng phụ:
- Giữa các chất tạo thành ở các điện cực trong quá trình điện phân.
Ví dụ: Điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ, không có màng ngăn. OH - và Cl2 sinh
ra sẽ phản ứng với nhau tạo nước Javen
- Giữa axit trong dung dịch và kim loại bám trên catot.
Ví dụ: Điện phân dung dịch Cu(NO3)2, sau điện phân nếu chưa lấy catot ra thì sẽ có phản
ứng giữa Cu (ở catot) và dung dịch HNO3 (trong bình điện phân).

11


3. Hai dạng bài toán điện phân thường gặp:
Dạng 1: Tính thời gian điện phân (khi biết I, số mol)
*Cách làm:
- Viết các phương trình điện phân có thể xảy ra (không cần viết sơ đồ điện phân).
- Xác định các sản phẩm thu được ở mỗi điện cực.


I .t
n.F

→

t=

nOH − .n.F
I

=

0,001.1.96500
= 50( s)
1,93

Hoặc áp dụng công thức Faraday (***):
ne =

I.t
F

→

t=

ne .F 0,001.1.96500
=
= 50( s)

Theo (1) Số mol O2 = ½ số mol H2SO4 = 0,01 mol
→ [H+] = 0,02/0,1 = 0,2 → pH = -lg0,2 = 0,7 → Chọn đáp án B
Ví dụ 3: Điện phân một dung dịch chứa 0,1 mol NaCl với cường độ dòng điện 1 ampe,
có màng ngăn và điện cực trơ, đến khi anot có 2,24 lít (ở đktc). Tính thời gian điện phân.
Hướng dẫn giải:
Các phương trình điện phân có thể xảy ra:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
0,1

(1)

0,05

Khi NaCl hết

2H2O → 2H2 + O2

(2)

0,1
Vì anot thu được O2 nên giai đoạn (1) đã xong hay NaCl hết.
Theo (1) và (2): Số mol H2 thu được ở catot = 0,05+0,1=0,15 mol → ne=0,3 mol
Áp dụng công thức của Farađay (**)ta có:

n

H2

=



t=

ne .F 0,3.96500
=
= 28950( s )
I
1

hay 8h2’30”.

Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2M và AgNO3 0,1M với cường độ dòng
điện I = 3,86A.Tính thời gian điện phân để được một khối lượng kim loại bám bên catot
là 1,72g ?
A. 250s

B. 1000s

C. 500s

D. 750s

13


Hướng dẫn giải:
Vì đề bài chỉ hỏi đến kim loại nên ta chỉ cần quan tâm đến quá trình nhường e của ion
kim loại ở catot (mà không cần viết phương trình). Catot xảy ra các quá trình theo thứ tự
Ag+ +1e → Ag
Cu2+ + 2e → Cu

-Từ số mol chất đã biết và thời gian tính số mol electron ne theo công thức (***).
- Viết lần lượt từng quá trình nhận, nhường electron đồng thời so sánh với n e để biết điện
phân đến quá trình nào.
- Từ những quá trình đã xác định được, tính lượng chất đã điện phân hoặc lượng chất thu
được.
Ví dụ 1: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 0,1 mol FeCl 2 và 0,012 mol NaCl với cường
độ dòng điện 9,65 ampe, điện cực trơ, màng ngăn xốp trong thời gian 38’40”. Tính khối
lượng kim loại thu được ở catot, thể tích khí
(ở đktc) thu được ở anot. Biết hiệu suất
điện phân là 100%.
Hướng dẫn giải:
I .t

Áp dụng công thức Farađay (***) ta có: ne = F

=

9,65.(38.60 + 40)
= 0,232(mol )
96500

Ở catot ( -): Fe2+ +2e → Fe

14


0,1→0,2 < 0,232 nên Fe2+ hết → mFe= 0,1.56=5,6 gam
Ở anot:

2Cl- →

+Số mol electron khi điện phân 200 s là n e =

I .t 9,65.200
=
= 0,02(mol )
ne → Cu2+ hết
→ nCu = nCu2+= 0,02mol → m2 = 1,28 gam
→ đáp án B
Ví dụ 3: (Đại học khối A- 2010)
Điện phân dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO 4 và 0,12 mol NaCl bằng dòng điện có cường
độ 2A, có màng ngăn, điện cực trơ. Thể tích khí (đktc) thoát ra ở anot sau 9650 giây điện
phân là
A. 2,240 lít.

B. 2,912 lít.

C. 1,792 lít.

D. 1,344 lít.

Hướng dẫn giải

15


+

2e

4e

Số mol e do H2O nhường là: 0,2- 0,12=0,08 mol
Vậy: Vkhí = (0,06 + 0,02). 22,4 = 1,792 lít

→ Đáp án C

Ví dụ 4: (Đại học khối B– 2009)
Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl 2 0,1M và NaCl
0,5M (với điện cực trơ, màng ngăn, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện
5A trong 3860 giây. Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hoà tan m gam Al.
Giá trị lớn nhất của m là
A. 4,05.

B. 2,70.

C. 1,35.

D. 5,40.

Hướng dẫn giải
I .t

Số mol e trao đổi khi điện phân : ne= F

=

AlO2-

+

3/2

H2
0,1

16


Ví dụ 5: Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl 3 1M , FeCl2 2M , CuCl2 1M và
HCl 2M với điện cực trơ có màng ngăn xốp cường độ dòng điện là 5A trong 2 giờ 40
phút 50 giây ở catot thu được
A.5,6 g Fe

B.2,8 g Fe

C.6,4 g Cu

D.4,6 g Cu

Hướng dẫn giải
Áp dụng công thức (***): ne =

I .t 5.(2.60.60 + 40.60 + 50)
=
= 0,5(mol )
F

Một số ví dụ áp dụng:

Bài 1: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu được
dung dịch X. Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện
1,34A trong 4 giờ. Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (ở
đktc) lần lượt là (Biết hiệu suất điện phân là 100 %):
A. 6,4 gam và 1,792 lít

B. 10,8 gam và 1,344 lít

C. 6,4 gam và 2,016 lít

D. 9,6 gam và 1,792 lít

Bài 2: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 và AgNO3, để điện phân hết ion kim loại
trong dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A trong 4 giờ. Sau khi điện phân

17


xong thấy có 3,44 gam kim loại bám ở catot. Nồng độ mol của Cu(NO 3)2 và AgNO3 trong
hỗn hợp đầu lần lượt là:
A. 0,2 M và 0,1 M

B. 0,1 M và 0,2 M

C. 0,2 M và 0,2 M

D. 0,1 M và 0,1 M


là

Bài 5. ( Đại học khối A-2007): Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau một thời
gian thu được 0,32 gam Cu ở catôt và một lượng khí X ở anôt. Hấp thụ hoàn toàn lượng
khí X trên vào 200 ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường). Sau phản ứng, nồng độ
NaOH còn lại là 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch không thay đổi). Nồng độ ban đầu
của dung dịch NaOH là
A. 0,15M.

B. 0,2M.

C. 0,1M.

D. 0,05M.

Bài 6. Điện phân dung dịch NaCl (d=1,2g/ml) chỉ thu được một chất khí ở điện cực. Cô
cạn dung dịch sau điện phân, còn lại 125g cặn khô. Nhiệt phân cặn này thấy giảm 8g.
Hiệu suất của quá trình điện phân là
A. 25%.

B. 30%.

C. 50%.

D.60%.

Bài 7. Có hai bình điện phân mắc nối tiếp nhau. Bình 1 chứa dung dịch CuCl2, bình 2
chứa dung dịch AgNO3. Tiến hành điện phân điện cực trơ, kết thúc điện phân thấy trên catot
bình 1 tăng 1,6 gam. Khối lượng catot bình 2 tăng
A. 2,52 gam.

B. Cu.

C. Ni.

D. Pb.

C. KẾT LUẬN
Hóa học nói chung và bài tập hóa học nói riêng đóng vai trò hết sức quan trọng trong
việc học tập hóa học. Nó giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, đồng thời góp phần
quan trong trong việc ôn luyện kiến thức cũ, bổ sung thêm những phần còn thiếu sót về
thực hành và lí thuyết hóa học.
Qua kết quả của việc áp dụng tài liệu này vào giảng dạy tôi thấy rằng muốn đạt
được kết quả cao trong công tác ôn luyện thi đại học, bồi dưỡng học sinh giỏi, trước hết
người thầy phải cần mẫn chịu khó, nhưng mang tính sáng tạo trong việc hướng dẫn ôn
tập cho học sinh. Về phía học sinh phải nắm vững kiến thức cơ bản, say sưa với bộ môn,
biết cách khai thác triệt để các dữ kiện của đề cho. Khi chưa tìm được hướng giải quyết
cần đặt câu hỏi trước các dữ kiện để suy luận, không được chán nản. Những khám phá về
hóa học sẽ làm các em yêu khoa học tự nhiên, yêu quê hương đất nươc, chắp cánh cho
những ước mơ hòa bão để trở thành những kĩ sư, bác sĩ… tương lai. Tôi mong rằng, với
nội dung đề tài này sẽ giúp các em hiểu hơn về kiến thức điện phân, giải bài tập điện
phân một cách tự tin, hiệu quả.
I.

KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI.

Trên đây là một số kỹ năng và phương pháp giải một số dạng bài toán cơ bản về điện
phân dung dịch. Quá trình tìm tòi nghiên cứu tôi đã giải quyết được những vấn đề sau:
- Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của điện phân dung dịch; các quá trình xảy ra trong đó.
19