BÀI 13. ĐIỆN PHÂN

MỞ ĐẦU

Pin điện hoá hoạt động dựa trên các phản ứng oxi hóa – khử tự xảy ra trong pin (hoá năng chuyển thành điện năng). Tuy nhiên, một số phản ứng oxi hoá – khử chỉ có thể xảy ra nhờ năng lượng dòng điện, được gọi là phản ứng điện phân (điện năng chuyển thành hoá năng).

Khi điện phân, các quá trình trên bề mặt điện cực xảy ra theo nguyên tắc nào? Điện phân có ứng dụng gì trong đời sống, sản xuất?

Giải rút gọn:

- Nguyên tắc: cathode ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá mạnh hơn; anode ưu tiên điện phân chất có tính khử mạnh hơn.

- Ứng dụng: luyện kim, tinh chế kim loại, mạ điện,…

1. ĐIỆN PHÂN NÓNG CHẢY, ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH

Thảo luận 1: Xác định sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khi điện phân NaCl nóng chảy

Giải rút gọn:

Ở cathode, sản phẩm tạo thành là Na; ở anode sản phẩm tạo thành là Cl₂.

Luyện tập: Viết phương trình hoá học của quá trình điện phân nóng chảy các chất: MgCl₂, Al₂O₃.

Giải rút gọn:

2MgCl₂ 2Mg + Cl₂

2Al₂O₃ 4Al + 3O₂

Thảo luận 2: Tiến hành Thí nghiệm 1 và nêu hiện tượng quan sát được.

Giải rút gọn:

Có hiện tượng sủi bọt khí, Cu màu đỏ bám vào điện cực. 

Thảo luận 3: Cho biết khi điện phân dung dịch CuSO₄, ion Cu²⁺ và di chuyển về điện cực nào.

Giải rút gọn:

Ion Cu²⁺ di chuyển về cathode và di chuyển về anode.

Thảo luận 4: Xác định sản phẩm sinh ra ở mỗi điện cực khi điện phân dung dịch CuSO₄ với điện cực trơ.

Giải rút gọn:

Ở cathode sinh ra là Cu; ở anode sinh ra là O₂ và H⁺.

Thảo luận 5: Tiến hành Thí nghiệm 2 và nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích.

Giải rút gọn:

Có hiện tượng sủi bọt khí, dung dịch thu được sau phản ứng có khả năng tẩy màu. Vì khi điện phân:

- Cực âm: quá trình oxi hoá xảy ra. PT: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

- Cực dương: quá trình khử xảy ra. PT: H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-

Sau điện phân, giữa các sản phẩm tạo dung dịch nước Javel.

Luyện tập: Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực và phương trình hoá học của phản ứng điện phân khi điện phân dung dịch: AgNO₃; CuCl₂ với điện cực graphite.

Giải rút gọn:

- AgNO₃:

+ Cathode: Ag⁺ + e → Ag

+ Anode: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

PTHH: 4AgNO₃ + 2H₂O 4Ag + O₂ + 4HNO₃

- CuCl₂:

+ Cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu

+ Anode: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

PTHH: CuCl₂ Cu + Cl₂

2. ỨNG DỤNG

Thảo luận 6: Em hãy tìm hiểu và nêu một số ứng dụng của phương pháp điện phân trong thực tiễn.

Giải rút gọn:

Ứng dụng: điều chế, tinh chế một số kim loại, mạ điện,…

BÀI TẬP

Bài 1: Điện phân CaCl₂ nóng chảy, ở cathode xảy ra quá trình nào?

A. Oxi hoá ion Ca²⁺.                            B. Khử ion Ca²⁺.

C. Oxi hoá ion Cl^-.                               D. Khử ion Cl^-.

Giải rút gọn:

Chọn đáp án B vì trong điện phân nóng chảy, diễn ra quá trình khử ion Ca²⁺ ở cực cathode: Ca²⁺ + 2e → Ca.

Bài 2: Điện phân dung dịch Cu(NO₃)₂ với điện cực trơ, anode xảy ra ở quá trình nào?

A. H₂O O₂ + 2H⁺+ 2e.

B. 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-.

C. Cu → Cu²⁺ + 2e.

D. Cu²⁺ + 2e → Cu

Giải rút gọn:

Chọn đáp án A vì trong quá trình điện phân dung dịch Cu(NO₃)₂ ở anode xảy ra quá trình oxi hóa H₂O.

Bài 3: Viết phương trình hoá học của phản ứng điện phân khi điện phân KCl nóng chảy.

Giải rút gọn:

2KCl 2K + Cl₂

Bài 4: Hãy đề xuất và trình bày cách mạ đồng (Cu) lên một đồ vật làm từ sắt (Fe) bằng phương pháp điện phân.

Giải rút gọn:

Điện phân dung dịch CuSO₄ với anode làm bằng đồng và cathode bằng sắt.

- Anode: Cu → Cu²⁺ + 2e

- Cathode: Fe²⁺ + 2e → Fe

Kết quả: anode tan và tạo Cu bám trên cathode.