Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Điện phân (Hóa học Lớp 12)

Hai nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm điện phân dung dịch $CuS{O}_4$ với một điện cực than chì và một điện cực bằng đồng (bỏ qua sự thay đổi thể tích của dung dịch khi điện phân).
Nhóm 1: Nối điện cực than chì với cực dương và điện cực đồng với cực âm của nguồn điện.
Nhóm 2: Nối điện cực than chì với cực âm và điện cực đồng với cực dương của nguồn điện.

[Hình cần kiểm tra lại: p1_f1]

Phát biểu nào sau đây đúng?

Điện phân (với điện cực trơ, có màng ngăn) dung dịch chất nào sau đây thì giá trị pH của dung dịch giảm?

Điện phân là một ứng dụng quan trọng của dòng điện trong việc biến đổi điện năng và hóa năng. Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn là phương pháp chủ đạo để sản xuất các hóa chất cơ bản như NaOH và chlorine (Cl${}_2$). Cho các phát biểu sau về quá trình điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn, sử dụng các điện cực trơ:
(a) Tại cực dương (anode), xảy ra quá trình oxi hóa ion chloride thành khí chlorine.
(b) Tại cực âm (cathode), xảy ra quá trình khử nước tạo thành khí hydrogen và ion OH${}^{-}$.
(c) Dung dịch thu được trong quá trình điện phân có khả năng làm quỳ tím chuyển sang màu xanh.
(d) Màng ngăn xốp có tác dụng ngăn không cho khí Cl${}_2$ tiếp xúc và phản ứng với dung dịch NaOH.
Số phát biểu đúng là

Cùng với điện phân, mạ điện cũng là ứng dụng quan trọng của dòng điện trong việc biến đổi hóa năng và điện năng. Mạ điện được ứng dụng rộng rãi để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn hoặc tăng tính thẩm mỹ bằng cách phủ một lớp kim loại mỏng lên bề mặt vật dụng. Để mạ một lớp bạc (silver, Ag) lên một chiếc nhẫn bằng đồng (copper, Cu), một học sinh đề xuất sơ đồ lắp đặt: “Gắn chiếc nhẫn vào cực dương (anode) và thanh bạc nguyên chất vào cực âm (cathode) của nguồn điện một chiều, sau đó nhúng cả hai vào dung dịch silver nitrate (AgNO${}_3$)”.
Một số nhận định về đề xuất này được đưa ra như sau:
(1) Có thể thực hiện theo đề xuất này do bạc có thế điện cực chuẩn lớn hơn đồng.
(2) Có thể thực hiện theo đề xuất này vì thanh bạc ở cathode sẽ hút các ion Ag${}^{+}$ để tạo lớp mạ.
(3) Không thể thực hiện theo đề xuất này vì tại anode, chiếc nhẫn đồng sẽ bị oxi hóa và tan vào dung dịch thay vì được phủ lớp bạc.
(4) Không thể thực hiện theo đề xuất này do dung dịch AgNO${}_3$ sẽ phản ứng trực tiếp với chiếc nhẫn đồng tại anode.
Nhận định đúng về lỗi sai kỹ thuật trong đề xuất của học sinh là

Khi điện phân dung dịch nào dưới đây tại cathode xảy ra quá trình khử nước?

Chlorine và sodium hydroxide là hoá chất được sử dụng để sản xuất nhiều chất trung gian trong các ngành công nghiệp hoá học (polymer, bột giấy, giấy), dược phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, sản xuất xà phòng, luyện kim,… Công nghệ sử dụng phổ biến để điều chế Cl${}_2$ và NaOH là điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn. Mô hình thiết bị điện phân được thể hiện trong hình sau:

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 ngăn anode.
a) Phương trình hoá học của phản ứng điện phân:
$$2\text{NaCl(aq)}+2{\text{H}}_2\text{O(aq)}\to {\text{Cl}}_2\text{(g)}+{\text{H}}_2\text{(g)}+2\text{NaOH(aq)}$$
b) Để thu được dung dịch NaOH tinh khiết hơn (nồng độ 50\%) có thể tăng nồng độ dung dịch NaCl ban đầu.
c) Ở Cathode, nước bị khử thay vì Na${}^{+}$ do thế điện cực chuẩn của cặp 2H${}^{+}$/H${}_2$ cao hơn Na${}^{+}$/Na.
d) Tiến hành điện phân liên tục 5,00 giờ với dòng điện không đổi 25,0 kA (hiệu suất dòng cho cả 2 điện cực là 96,5%) 2000 kg dung dịch muối ăn NaCl 25\% được cấp vào ngăn anode. Dung dịch thu được ở cathode là NaOH 12,0\% khối lượng, chứa 2,0\% NaCl (do rò rỉ và kéo theo). Khối lượng NaCl còn lại ở anode là 214,83125 kg. Biết trong quá trình điện phân, màng ngăn không đảm bảo nên đã có 5\% Cl${}_2$ sinh ra phản ứng với NaOH.

Bộ dụng cụ dưới đây được sử dụng để điện phân nước với chất điện li được sử dụng là H${}_2$SO${}_4$.

Một học sinh làm thí nghiệm điện phân dung dịch NaCl.
Bước 1. Lắp thiết bị thí nghiệm điện phân dung dịch NaCl với điện cực graphite như hình dưới đây:
[Hình cần kiểm tra lại: p4_f1]
Bước 2. Rót khoảng 80 mL dung dịch NaCl bão hoà vào cốc rồi nhúng hai điện cực graphite vào dung dịch.
Bước 3. Nối hai điện cực graphite với hai cực của nguồn điện và tiến hành điện phân trong khoảng 5 phút.
Bước 4. Cho một mẫu cánh hoa màu hồng vào cốc chứa khoảng 5 mL dung dịch sau điện phân.

Mạ điện là một trong những ứng dụng của điện phân. Sơ đồ sau minh họa một bình điện phân được sử dụng để mạ bạc cho muỗng bằng đồng.
[Hình cần kiểm tra lại: p6_f1]
Khối lượng kim loại bạc (theo gam) tạo thành phủ lên muỗng bằng đồng khi dùng dòng điện 2,1 A trong 45 phút để mạ điện thìa đồng là bao nhiêu? Biết rằng, hiệu suất của phản ứng là 80% và hằng số Faraday F = 96500 C/mol. (Làm tròn kết quả đến hàng phần mười)

Để mạ bạc lên một huy chương làm từ sắt (iron) có tổng diện tích bề mặt là 20 cm${}^2$ với lớp mạ có độ dày đồng nhất 0,1 mm người ta tiến hành điện phân dung dịch AgNO${}_3$ với cực âm là huy chương cần mạ và cực dương là thanh bạc (silver) thô. Biết cường độ dòng điện không đổi là 2 A, hiệu suất điện phân là 90%, khối lượng riêng của tinh thể Ag là 10,50 g cm${}^{-3}$ và khối lượng bạc tạo ra được tính theo công thức Faraday là $m=\frac{AIt}{nF}$ (với A là nguyên tử khối của Ag, I là cường độ dòng điện, hằng số Faraday F = 96485 C mol${}^{-1}$, n là số electron mà 1 ion Ag${}^{+}$ nhận để tạo ra Ag, t là thời gian điện phân tính bằng giây). Thời gian điện phân tối thiểu để mạ một huy chương đạt tiêu chuẩn trên là bao nhiêu phút (Không làm tròn các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng phần mười)?

Điện phân nóng chảy Al₂O₃ với điện cực anode than chì và hiệu suất bằng 100%, cường độ dòng điện là 150000 A trong thời gian t giờ thì thu được 252 kg Al tại cathode. Tìm giá trị của t (tính theo giờ, làm tròn đến hàng đơn vị). Biết F = 96500.

Trong thí nghiệm điện phân dung dịch CuSO${}_4$, điện cực graphite (than chì).

Để mạ kẽm cho một bu lông sắt hình trụ với độ dày và diện tích lớp mạ lần lượt là 0,02 mm và 15,95 cm${}^2$, người ta tiến hành điện phân dung dịch ZnSO${}_4$ (điện cực âm là chiếc bu lông sắt và điện cực dương là lá kẽm (zinc) thô, hiệu suất điện phân 100\%) với cường độ dòng điện 2 A không đổi. Khi kết thúc điện phân (quá trình mạ hoàn thành) thì hết t giây. Cho biết:
- Khối lượng riêng của kim loại Zn là 7,13 g/cm${}^3$ và giả thiết toàn bộ lượng kim loại Zn sinh ra đều bám hết vào bu lông sắt, nước không bị điện phân ở cả hai điện cực.
- Điện lượng: q = I.t = n${}_e$.F, trong đó: q là điện lượng (C), n${}_e$ là số mol electron đi qua dây dẫn, I là cường độ dòng điện (A), t là thời gian điện phân (giây).

Một học sinh tiến hành thí nghiệm điện phân 100 mL dung dịch CuSO${}_4$ 0,5M, sử dụng bộ dụng cụ được mô tả như hình bên.

[Hình cần kiểm tra lại: p4_f1]

Cho biết trong thí nghiệm: hiệu điện thế được giữ cố định, đảm bảo nước không bị điện phân ở cả hai điện cực, bỏ qua sự bay hơi của nước trong quá trình điện phân. Cho các phát biểu sau:

Trong các ion sau: Na${}^{+}$, Mg${}^{2+}$, Fe${}^{3+}$, Zn${}^{2+}$, số ion có thể điện phân trong dung dịch nước là

Một học sinh làm thí nghiệm: Điện phân dung dịch NaCl
- Lắp thiết bị thí nghiệm điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ như hình bên dưới.
[Hình cần kiểm tra lại: p6_f2]
- Rót khoảng 80 mL dung dịch NaCl bão hòa vào cốc rồi nhúng hai điện cực graphite vào dung dịch.
- Nối hai điện cực graphite với hai cực của nguồn điện và tiến hành điện phân trong khoảng 5 phút.
- Cho một mẫu cánh hoa màu hồng vào cốc chứa khoảng 5 mL dung dịch sau điện phân.
Quan sát hiện tượng thí nghiệm, học sinh có nhận xét:
(1) Tại điện cực anode có khí $H_2$ thoát ra.
(2) Tại điện cực cathode xảy ra quá trình oxi hoá nước:
(3) Cánh hoa hồng bị mất màu.
(4) Dùng nắp đậy trong quá trình điện phân để hạn chế sự thoát $C{l}_2$ ra ngoài môi trường gây độc hại cho người làm thí nghiệm và ô nhiễm môi trường.
Sắp xếp các phát biểu đúng theo thứ tự tăng dần

Trong quá trình điện phân NaCl nóng chảy với các điện cực trơ, ở cathode xảy ra quá trình

Một nhóm học sinh muốn sử dụng phương pháp điện phân để mạ đồng (copper) cho chiếc chìa khóa làm bằng thép (hợp kim Fe-C). Nhóm học sinh đã lấy một đồng xu bằng hợp kim Cu - Zn (trong đó Cu chiếm 95\% về khối lượng). Chuẩn bị dung dịch điện phân là 300mL dung dịch copper (II) sulfate 0,5M.
Nhóm học sinh đưa ra giả thuyết: “Trong cùng một khoảng thời gian điện phân, nếu tăng cường độ dòng điện thì lượng đồng bám lên chìa khóa sẽ tăng”. Để kiểm chứng giả thuyết, nhóm học sinh tiến hành thực nghiệm như sau:

Sau mỗi khoảng thời gian điện phân x phút, lấy ra làm khô, rồi cân để xác định lại khối lượng của chìa khoá. Nhóm học sinh điều chỉnh cường độ dòng điện tăng thêm 0,5A rồi tiếp tục điện phân.
Kết quả thực nghiệm được ghi lại trong bảng sau:

(Giả sử toàn bộ đồng sinh ra bám hết lên chìa khoá, hiệu suất điện phân không thay đổi). Số mol electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận được tính theo công thức $n=\frac{I.t}{F}$. Trong đó, I là cường độ dòng điện (A), t là thời gian (giây), F là hằng số Faraday (96500 C.mol${}^{-1}$).

Trong quá trình điện phân NaCl nóng chảy với các điện cực trơ, ở anode xảy ra quá trình

Một nhà máy sản xuất sodium hydroxide (NaOH) và chlorine (Cl${}_2$) bằng phương pháp điện phân dung dịch sodium chloride (NaCl) có màng ngăn với điện cực trơ theo phương trình hóa học sau:
$$2\text{NaCl(aq)}+2{\text{H}}_2\text{O(l)}\to 2\text{NaOH(aq)}+{\text{H}}_2\text{(g)}+{\text{Cl}}_2\text{(g)}$$
Dung dịch sau điện phân có thành phần gồm NaOH và NaCl dư. Để thu được NaOH người ta cô đặc dung dịch sau điện phân, khi đó NaCl ít tan hơn so với NaOH nên kết tinh trước và được tách ra khỏi dung dịch. Sau đó, tiếp tục cô đặc dung dịch NaOH và làm lạnh để tách được NaOH rắn.