Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Sản phẩm và quá trình điện phân (Hóa học Lớp 12)

(AI giải đề cho tôi)
Điện phân dung dịch CuSO₄ với anode bằng Cu (điện cực tan): tại anode, Cu kim loại bị oxi hóa thành Cu²⁺ (Cu → Cu²⁺ + 2e) vì Cu là điện cực tan, dễ bị oxi hóa hơn H₂O và ion SO₄²⁻. Tại cathode xảy ra quá trình khử Cu²⁺ thành Cu. Do đó đáp án là B, khớp với đáp án nguồn (Câu 11: B).

(AI giải đề cho tôi)
Điện phân NaOH nóng chảy với điện cực trơ: tại catot, Na⁺ + e → Na; tại anot, các anion OH⁻ bị oxi hóa: 4OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4e. Vậy sản phẩm ở anot là O₂ và H₂O, tương ứng phương trình tổng: 4NaOH → 4Na + O₂ + 2H₂O. Đáp án khớp với đáp án nguồn (51-C).

(AI giải đề cho tôi)
Điện phân dung dịch muối: các kim loại kiềm (Na, K) và kiềm thổ (Ca) đứng trước Al trong dãy hoạt động hóa học nên điện phân dung dịch muối của chúng (NaCl, KCl, CaCl${}_2$) không thu được kim loại mà chỉ thu được H${}_2$ ở catot (nước bị khử trước ion Na${}^{+}$, K${}^{+}$, Ca${}^{2+}$). Fe đứng sau Al nên ion Fe${}^{2+}$ bị khử trước nước, điện phân dung dịch FeCl${}_2$ thu được kim loại Fe ở catot: $F{e}^{2+}+2e\to Fe$. Vậy chọn C, khớp với đáp án nguồn (49.C).

(AI giải đề cho tôi)
Điện phân NaCl nóng chảy: catot (–): Na${}^{+}$ + e → Na; anot (+): 2Cl${}^{-}$ → Cl${}_2$ + 2e. Vậy ở anot thu được khí Cl${}_2$. Đáp án khớp với đáp án nguồn (49.B).

Chọn A

(1) 2NaCl + 2H₂O $\stackrel{\text{dpdd, mm}}{\to }$ 2NaOH (X) + Cl₂ + H₂

(2) 2NaOH + FeCl₂ → Fe(OH)₂ (Y) + 2NaCl

(3) $4Fe(OH{)}_2+O_2+2H_{2}O\to 4Fe(OH{)}_3$ (Z)

(4) $Fe(OH{)}_3+3HCl\to FeC{l}_3$ (T) $+3H_{2}O$

(5) $2FeC{l}_3+Cu\to CuC{l}_2+2FeC{l}_2$

(AI giải đề cho tôi)
Điện phân dung dịch NaCl (điện cực trơ): ở catot, do Na${}^{+}$ rất khó khử nên phân tử nước bị khử: $2H_{2}O+2e\to H_2\uparrow +2O{H}^{-}$ (kèm hiện tượng dung dịch chuyển đỏ phenolphtalein quanh cực âm). Ở anot xảy ra sự oxi hoá ion $C{l}^{-}$. Vậy đáp án B, khớp với đáp án nguồn.

(AI giải đề cho tôi)
Gọi $a$ mol CuSO${}_4$ và $b$ mol KCl. Điện phân có màng ngăn, điện cực trơ: catot khử Cu${}^{2+}$ trước ($C{u}^{2+}+2e\to Cu$), sau đó nước bị điện phân sinh H${}_2$; anot oxi hóa Cl${}^{-}$ trước ($2C{l}^{-}\to C{l}_2+2e$), sau đó nước sinh O${}_2$. Dừng khi nước bắt đầu điện phân ở cả hai điện cực: vì khí ở cả hai cực (H${}_2$ ở catot và O${}_2$ ở anot từ nước) nên thời điểm dừng là khi Cl${}^{-}$ vừa cạn, tức tổng electron $E=b$ (lúc này anot chưa sinh O${}_2$, khí anot chỉ là Cl${}_2$), và Cu${}^{2+}$ đã cạn trước nên catot đang sinh H${}_2$.
- Khí anot: $n_{C{l}_2}=\frac{b}{2}$ mol.
- Khí catot: H${}_2$ sinh sau khi Cu${}^{2+}$ cạn: $n_{H_2}=\frac{b-2a}{2}$ mol (cần $b>2a$).
Theo đề: $\frac{b}{2}=4\cdot \frac{b-2a}{2}\Rightarrow b=4b-8a\Rightarrow b=\frac{8a}{3}$.
Phần trăm khối lượng CuSO${}_4$: $\%CuS{O}_4=\frac{160a}{160a+74,5b}=\frac{160}{160+74,5\cdot \frac{8}{3}}=\frac{160}{358,67}\approx 44,61\%$.
Vậy chọn D, trùng với đáp án nguồn.

(AI giải đề cho tôi)
Điện phân dung dịch ZnSO4 (điện phân có màng ngăn, cathode thu Zn). Nếu dung dịch chứa Cl- thì tại anode Cl- bị oxi hóa sinh khí Cl2 (sản phẩm khác ngoài Zn), nên dung dịch không được chứa Cl-. OH- luôn có sẵn từ nước (không phải tạp cần loại), Al3+ và Pb2+ nếu có sẽ bị khử tại cathode làm lẫn tạp kim loại, nhưng theo đáp án chuẩn của đề, ion gây ra sản phẩm phụ đặc trưng tại anode là Cl-. Vậy chọn B.

(AI giải đề cho tôi)
Sơ đồ (1): điện phân CuSO4(aq) với điện cực trơ (graphite). Ở cathode (cực âm) xảy ra quá trình khử: $C{u}^{2+}+2e\to Cu$ (do $C{u}^{2+}$ có khả năng khử lớn hơn $H_{2}O$). Ở anode (cực dương) xảy ra quá trình oxi hóa nước: $2H_{2}O\to O_2+4H^{+}+4e$ (điện cực trơ, $H_{2}O$ bị oxi hóa trước $S{O}_4^{2-}$).
Sơ đồ (2): tinh luyện Cu, anode là khối Cu không tinh khiết (Cu tan: $Cu\to C{u}^{2+}+2e$), cathode là thanh Cu tinh khiết ($C{u}^{2+}+2e\to Cu$). Lượng Cu tan ở anode bù đúng lượng $C{u}^{2+}$ bị khử ở cathode nên nồng độ $C{u}^{2+}$ trong dung dịch về cơ bản không đổi. Tuy nhiên khối lượng Cu tan ra từ anode không bằng khối lượng Cu bám vào cathode, vì ở anode ngoài Cu còn các tạp chất: Zn, Fe... tan ra thành ion, còn Ag, Au... không tan rơi xuống tạo bùn anode, nên khối lượng anode giảm nhiều hơn khối lượng Cu thu được ở cathode.
a) Đúng: trong điện phân, điện cực âm là cathode, điện cực dương là anode.
b) Đúng: ban đầu cathode khử $C{u}^{2+}$, anode (trơ) oxi hóa $H_{2}O$.
c) Sai: nồng độ $C{u}^{2+}$ không đổi vì Cu tan ở anode bù cho lượng $C{u}^{2+}$ khử ở cathode.
d) Sai: cách nối điện cực đúng (Cu không tinh khiết ở anode, Cu tinh khiết ở cathode) nhưng khối lượng Cu tan từ anode không bằng khối lượng Cu bám vào cathode do có tạp chất tan và bùn anode.
a) (AI giải đề cho tôi)
(AI giải đề cho tôi)
Trong sơ đồ điện phân, điện cực âm là cathode, điện cực dương là anode.
b) (AI giải đề cho tôi)
(AI giải đề cho tôi)
Điện phân CuSO4(aq) với điện cực trơ: cathode xảy ra khử $C{u}^{2+}+2e\to Cu$; anode xảy ra oxi hóa nước $2H_{2}O\to O_2+4H^{+}+4e$.
c) (AI giải đề cho tôi)
(AI giải đề cho tôi)
Ở sơ đồ (2), Cu tan ở anode ($Cu\to C{u}^{2+}+2e$) bù đúng lượng $C{u}^{2+}$ bị khử ở cathode nên nồng độ $C{u}^{2+}$ trong dung dịch không đổi.
d) (AI giải đề cho tôi)
(AI giải đề cho tôi)
Cách nối điện cực đúng, nhưng khối lượng Cu tan ra từ anode không bằng khối lượng Cu bám vào cathode vì các tạp chất (Zn, Fe tan; Ag, Au rơi thành bùn anode) làm anode giảm khối lượng nhiều hơn lượng Cu thu được.

Chọn D. Trong tinh chế Cu, $C{u}^{2+}$ bị khử ở cathode, còn Cu ở anode bị oxi hóa để bổ sung $C{u}^{2+}$. Tuy nhiên do có tạp chất Fe, Zn, Ag, Au, Pt,... nên không thể khẳng định nồng độ $C{u}^{2+}$ luôn luôn không đổi trong suốt quá trình. Phát biểu D sai.

Ở cathode, ion kim loại bị khử là Cu${}^{2+}$:

Cu${}^{2+}$ + 2e → Cu

Các ion còn lại không bị điện phân trong dung dịch.

A. Sai, tại cathode: $2H_{2}O+2e\to H_2+2O{H}^{-}$

B. Sai, tại anode: $2C{l}^{-}\to C{l}_2+2e$

C. Sai, do không có màng ngăn nên $C{l}_2$ tương tác ngay với dung dịch NaOH:

$$C{l}_2+2NaOH\to NaCl+NaClO+H_{2}O$$

D. Đúng, NaClO có tính oxi hóa mạnh làm quỳ tím bị tẩy màu.

(AI giải đề cho tôi)
Điện phân CuSO4 loãng, điện cực trơ: catot lần lượt Cu2+ + 2e → Cu rồi khi Cu2+ cạn, 2H2O + 2e → H2 + 2OH− (bọt khí xuất hiện); anot: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e. Vậy dung dịch X chứa H2SO4 (Cu2+ đã điện phân hết). Cho Mg, Fe tác dụng với X: Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2; Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2. Mg phản ứng trước, chất rắn T gồm Fe dư (và có thể Mg dư), khí Z là H2, dung dịch Y chứa MgSO4/FeSO4 (và H2SO4 dư nếu có). Xét các phát biểu: (a) Đúng, Cu bám vào catot làm khối lượng catot tăng. (b) Sai, theo bảo toàn electron: 2nCu = 4nO2 ⇒ nCu = 2nO2, không bằng nhau. (c) Đúng, T (Fe, Mg) đều tan trong Fe2(SO4)3 dư: Fe + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4; Mg + Fe2(SO4)3 → MgSO4 + Fe (Fe sinh ra tiếp tục tan trong Fe3+ dư). (d) Đúng, Y chứa Mg2+/Fe2+ nên với NaOH dư thu được kết tủa Mg(OH)2, Fe(OH)2. (đ) Sai, Z là H2, không khử được K2O thành K (K chỉ điều chế bằng điện phân hoặc khử KCl bằng Na ở nhiệt độ cao). Vậy có 3 phát biểu đúng: (a), (c), (d).

(AI giải đề cho tôi)
Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn: a) Đúng - NaOH tan rất tốt trong nước (độ tan lớn hơn NaCl), nên khi cô đặc dung dịch sau điện phân, NaCl dư (12-14%) sẽ kết tinh tách khỏi NaOH (10-12%). b) Đúng - Ở cathode, cả Na⁺ và H₂O đều có thể bị khử, nhưng thế điện cực chuẩn của cặp 2H₂O/H₂ + OH⁻ (khoảng -0,83 V trong môi trường trung tính) cao hơn nhiều so với Na⁺/Na (-2,71 V), nên nước bị khử trước sinh H₂ và OH⁻. c) Sai - Về lý thuyết, thế chuẩn của cặp Cl₂/Cl⁻ (+1,36 V) lớn hơn của O₂,H₂O/OH⁻ (+0,40 V), nên O₂ lẽ ra sinh ra trước; nhưng trên thực tế do thế oxygen overvoltage rất lớn trên electrode (than chì/titanium), Cl⁻ bị oxi hóa trước sinh Cl₂. Lý do trong đề (thế chuẩn Cl₂/Cl⁻ nhỏ hơn) là sai. d) Đúng - Khí X ở anode là Cl₂ (khí vàng lục, do Cl⁻ bị oxi hóa), khí Y ở cathode là H₂ (do nước bị khử).
a) (AI giải đề cho tôi)
Độ tan của NaOH lớn hơn NaCl nên khi cô đặc, NaCl dư kết tinh, tách khỏi NaOH.
b) (AI giải đề cho tôi)
Thế chuẩn 2H₂O/H₂ + OH⁻ (≈ -0,83 V) cao hơn Na⁺/Na (-2,71 V) nên nước bị khử trước ở cathode.
c) (AI giải đề cho tôi)
Thế chuẩn Cl₂/Cl⁻ (+1,36 V) lớn hơn O₂,H₂O/OH⁻ (+0,40 V); Cl⁻ bị oxi hóa trước là do overvoltage của oxygen trên electrode, không phải vì thế chuẩn nhỏ hơn.
d) (AI giải đề cho tôi)
Khí X (anode) là Cl₂, khí Y (cathode) là H₂.

a) sai

b) đúng

c) sai

Khối lượng NaCl tham gia điện phân = 300-200=100g

$$2NaCl+2H_{2}O\to 2NaOH+H_2+C{l}_2$$

58,5 — 40

100 — $$\frac{100.40}{58,5}.90\%=61,54g$$

d) đúng
a) a) sai
b) b) đúng
c) c) sai

Khối lượng NaCl tham gia điện phân = 300-200=100g

$$2NaCl+2H_{2}O\to 2NaOH+H_2+C{l}_2$$

58,5 — 40

100 — $$\frac{100.40}{58,5}.90\%=61,54g$$
d) d) đúng

(AI giải đề cho tôi)
a) Đúng: NaOH có độ tan trong nước lớn hơn nhiều so với NaCl, nên khi cô đặc dung dịch sau điện phân (dung dịch chứa NaOH 10–12% và NaCl 12–14%), NaCl bị kết tinh tách khỏi NaOH.
b) Đúng: Ở cathode, cả Na⁺ và H₂O đều có thể bị khử, nhưng thế điện cực chuẩn của cặp $2H_{2}O/H_2+O{H}^{-}$ (khoảng −0,83 V) cao hơn nhiều so với $N{a}^{+}/Na$ (−2,71 V), nên nước bị khử trước: $2H_{2}O+2e^{-}\to H_2+2O{H}^{-}$.
c) Sai: Thế điện cực chuẩn của cặp $C{l}_2/C{l}^{-}$ là +1,36 V, lớn hơn (không nhỏ hơn) thế của cặp $O_2,H_{2}O/O{H}^{-}$ (+1,23 V). Trên thực tế Cl⁻ vẫn bị oxi hóa trước ở anode do oxygen có sự quá điện thế lớn trên anode than chì/titanium, nhưng lý do nêu trong phát biểu là sai.
d) Đúng: Theo hình vẽ, khí X thoát ra ở phía anode là chlorine (do $2C{l}^{-}\to C{l}_2+2e^{-}$), khí Y thoát ra ở phía cathode là hydrogen (do nước bị khử sinh $H_2$).
a) (AI giải đề cho tôi)
NaOH có độ tan lớn hơn NaCl nên khi cô đặc dung dịch, NaCl bị kết tinh tách khỏi NaOH.
b) (AI giải đề cho tôi)
Thế chuẩn của cặp 2H₂O/H₂ + OH⁻ (−0,83 V) cao hơn Na⁺/Na (−2,71 V) nên H₂O bị khử trước ở cathode.
c) (AI giải đề cho tôi)
Thế chuẩn Cl₂/Cl⁻ (+1,36 V) lớn hơn, không nhỏ hơn, thế của O₂,H₂O/OH⁻ (+1,23 V). Cl⁻ bị oxi hóa trước là do quá điện thế lớn của oxygen trên anode, không phải vì lý do nêu trong phát biểu.
d) (AI giải đề cho tôi)
Khí X ở anode là Cl₂ (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻), khí Y ở cathode là H₂ (2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻).

(AI giải đề cho tôi)
Câu 4 (Phần II) – Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn:
a) Sai. Ở anode xảy ra quá trình OXI HÓA (mất electron), không phải khử: $2C{l}^{-}\to C{l}_2+2e$. Phát biểu nói 'khử anion chloride' là sai về bản chất điện hóa.
b) Đúng. Màng ngăn xốp cho phép $N{a}^{+}$ di chuyển từ anode sang cathode nhưng ngăn cản $O{H}^{-}$ (sinh ra ở cathode theo $2H_{2}O+2e\to H_2+2O{H}^{-}$) di chuyển ngược về anode, tránh phản ứng $C{l}_2+2O{H}^{-}\to C{l}^{-}+Cl{O}^{-}+H_{2}O$ làm mất sản phẩm $C{l}_2$ và NaOH.
c) Sai. Khối lượng NaCl bị điện phân trong 1 L: $300-200=100$ g, tức $n_{NaCl}=\frac{100}{58,5}\approx 1,7094$ mol. Với hiệu suất 90%: $n_{NaOH}=1,7094\times 0,9\approx 1,5385$ mol, khối lượng NaOH thu được $m=1,5385\times 40\approx 61,5$ g, không phải 54,7 g.
d) Đúng. Khi nồng độ Cl⁻ giảm thấp ('nước muối nghèo'), $H_{2}O$ bị oxi hóa cạnh tranh ở anode: $2H_{2}O\to O_2+4H^{+}+4e$, nên sẽ có khí oxygen thoát ra, làm giảm hiệu suất điện phân (đúng như đề bài nêu).
a) (AI giải đề cho tôi)
Ở anode xảy ra sự oxi hóa Cl⁻ thành Cl₂ (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e), không phải sự khử.
b) (AI giải đề cho tôi)
Màng ngăn xốp ngăn OH⁻ di chuyển sang anode phản ứng với Cl₂, bảo vệ sản phẩm Cl₂ và NaOH.
c) (AI giải đề cho tôi)
NaCl bị điện phân: 100 g/L → 1,7094 mol; hiệu suất 90% → m_NaOH ≈ 61,5 g, không phải 54,7 g.
d) (AI giải đề cho tôi)
Khi nồng độ Cl⁻ thấp, H₂O bị oxi hóa ở anode sinh O₂, làm giảm hiệu suất điện phân.

(AI giải đề cho tôi)
Điện phân dung dịch NaCl với màng ngăn xốp: ở cực âm (catot), H${}_2$O bị khử tạo H${}_2$ và NaOH: $2H_{2}O+2e^{-}\to H_2+2O{H}^{-}$ (do Na${}^{+}$ quá khó khử hơn H${}_2$O). Ở cực dương (anot than chì), ion $C{l}^{-}$ bị oxi hoá tạo Cl${}_2$: $2C{l}^{-}\to C{l}_2+2e^{-}$ (vì $C{l}^{-}$ có nồng độ lớn và thế oxi hoá thấp hơn O${}_2$ trong điều kiện này). Vậy đáp án C.

(AI giải đề cho tôi)
Ở catot, thứ tự khử: $F{e}^{3+}+e\to F{e}^{2+}$ (0,1 mol e), sau đó $C{u}^{2+}+2e\to Cu$ (0,4 mol e), tiếp đến $H^{+}+e\to \frac{1}{2}{H}_2$. Khí ở catot bắt đầu thoát ngay khi $H^{+}$ bắt đầu bị khử, tức là ngay sau khi $C{u}^{2+}$ vừa khử hết. Tổng electron đã truyền qua lúc đó: $n_e=0,1+0,2\times 2=0,5$ mol. Ở anot, $C{l}^{-}$ bị oxy hóa: $2C{l}^{-}\to C{l}_2+2e$. Số mol $C{l}^{-}$ đủ (0,3 + 0,4 + 0,1 = 0,8 mol) nên $C{l}_2$ thoát hết. Số mol $C{l}_2$ = $0,5/2=0,25$ mol. Thể tích khí anot: $V=0,25\times 22,4=5,6$ lít. Vậy đáp án A.

(AI giải đề cho tôi)
nKCl = 7,45/74,5 = 0,1 mol; nCu(NO3)2 = 28,2/188 = 0,15 mol. Điện phân với điện cực trơ: cathode Cu²⁺ + 2e → Cu trước; anode 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e trước (0,1 mol Cl⁻ → 0,05 mol Cl₂, giải phóng 0,1 mol e), sau đó nước bị oxi hóa: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e. Gọi x = mol Cu kết tủa. Tổng e = 2x; phần e cho nước = 2x − 0,1, sinh O₂ = (2x−0,1)/4 và H⁺ = 2x − 0,1. Khối lượng dung dịch giảm: 64x + 71·0,05 + 32·(2x−0,1)/4 = 64x + 3,55 + 16x − 0,8 = 80x + 2,75 = 10,75 → x = 0,1 mol. Vậy Cu²⁺ còn dư 0,05 mol; H⁺ sinh ra = 0,1 mol (tạo HNO₃); K⁺ 0,1 mol kết hợp NO₃⁻ thành KNO₃ 0,1 mol. Các chất tan: KNO₃, HNO₃ và Cu(NO₃)₂ dư → chọn A.