SỰ ĐIỆN PHÂN
A.KIẾN THỨC CƠ BẢN:
1. Định nghĩa sự điện phân: Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặt điện cực, dưới tác dụng của dòng điện một chiều chạy qua chất điện li ở trạng thái nóng chảy hay dung dịch.
2. Phản ứng oxi hóa- khử xảy ra ở điện cực khi điện phân:
a) Cation ( ion dương) về catot ( điện cực âm), tại đó cation nhận electron ( chất oxi hóa) để tạo ra sản phẩm.
b) Anion (ion âm) về anot ( điện cực dương), tại đó anion nhường electron ( chất khử) để tạo ra sản phẩm.
Phản ứng oxi hóa - khử xảy ra ở điện cực là giai đoạn quan trọng nhất, cần xác định rõ ion nào ưu tiên nhận hoặc nhường electron và tạo ra sản phẩm gì?
3. Sừ oxi hoá – khử trên bề mặt điện cực:
a) Điện phân các chất nóng chảy ( muối, Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB]…)
Ở catot: ion dương kim loại nhận electron.
Ở anot: ion âm nhường electron.
b) Điện phân dung dịch:
Khi điện phân dung dịch có nhiều chất oxi hóa và chất khử thì xảy ra sự oxi hóa – khử lần lượt ở các điện cực theo thứ tự ưu tiên.
Để viết phương trình điện phân, cần xét riêng rẽ các quá trình xảy ra ở catot và ở anot.
c)Thứ tự nhận electron:
Ỏ cực âm có các ion H[SUB2]+[/SUB2] (H[SUB]2[/SUB]O) cation kim loại. Cation kim loại nhận electron theo thứ tự ưu tiên từ sau ra trước:
Li[SUB2]+[/SUB2], K[SUB][SUB2]+[/SUB2][/SUB],Ba[SUB2]2+[/SUB2], Ca[SUB2]2+[/SUB2], Na[SUB2]+[/SUB2],Mg[SUB2]2+[/SUB2], Al[SUB2]3+[/SUB2], H[SUB2]+ [/SUB2](H[SUB]2[/SUB]O), Mn[SUB2]2+[/SUB2], Zn[SUB2]2+[/SUB2],Cr[SUB2]3+[/SUB2], Fe[SUB2]2+[/SUB2], Ni[SUB2]2+[/SUB2], Sn[SUB2]2+[/SUB2], Pb[SUB2]2+[/SUB2], H[SUB2]+[/SUB2] (axit), Cu[SUB2]2+[/SUB2], Fe[SUB2]3+[/SUB2],Hg[SUB2]+[/SUB2],Ag[SUB2]+[/SUB2], Hg[SUB2]2+[/SUB2] ,Pt[SUB2]2+[/SUB2],Au[SUB2]3+[/SUB2]
Sản phẩm tạo thành: M[SUB2] n+[/SUB2] + ne --> M;
2H[SUB2]+[/SUB2]( axit) + 2e --> H[SUB]2[/SUB] ;
2H[SUB]2[/SUB]O + 2e --> H[SUB]2[/SUB] + 2OH-.
Ở cực dương có các anion và nhường ectron theo thứ tự:
Cl-> Br-> S2-> CH[SUB]3[/SUB]COO-> OH- > SO[SUB]4[/SUB][SUB2]2-[/SUB2].
Sản phẩm tạo thành: S[SUB2]2-[/SUB2] - 2e --> S;
2O[SUB2]2-[/SUB2] - 4e --> O2 ;
2Cl[SUB2]-[/SUB2] - 2e --> Cl[SUB]2[/SUB] ;
2SO[SUB]4[/SUB][SUB2]2-[/SUB2] - 2e --> S[SUB]2 [/SUB]O[SUB]8[/SUB][SUB2]2-[/SUB2]
2CH[SUB]3[/SUB]COO[SUB2]-[/SUB2] - 2e --> CH[SUB]3[/SUB] – CH[SUB]3[/SUB] + 2CO[SUB]2[/SUB];
2OH[SUB2]-[/SUB2] (bazơ) – 2e --> ½ O[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O;
H[SUB]2[/SUB]O - 2e --> ½ O[SUB]2[/SUB] + 2H[SUB2]+[/SUB2].
4. Hiện tượng dương cực tan:
Khi điện phân dung dịch muối trong nước, cực dương làm bằng kim loại của muối hòa tan thị cực dương bị ăn mòn, gọi là hiện tượng dương cực tan.
( Vật liệu làm anot trơ , không bị hòa tan thường là: graphit, platin)
5. Tính lượng sản phẩm điện phân thu được:
a) Tính khối lượng đơn chất:
Áp dụng công thức Faraday:
b) Tính khối lượng hợp chất:
Dựa vào công thức Faraday tính lượng đơn chất trước rồi suy ra lượng hợp chất bằng phương trình điện phân.
B.CÁC DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP:
DẠNG 1: Viết phương trình điện phân, giải thích quá trình điện phân.
Ví dụ 1:Viết phương trình điện phân Al2O3 nóng chảy với điện cực bằng than chì.
Giải: Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] --> 2Al[SUB2]3+[/SUB2] + 3O[SUB2]2-[/SUB2]. (t[SUB2]o[/SUB2] cao)
Catot: 2Al[SUB2]3+[/SUB2] + 6e --> 2Al;
Anot: 3O[SUB2]2-[/SUB2] - 6e --> 3/2 O[SUB]2[/SUB]
Phương trình điện phân : Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] --> 2Al + 3/2 O[SUB]2[/SUB].
Nếu điện cực bằng than, ở anot: C + O[SUB]2[/SUB] --> CO; CO[SUB]2[/SUB] nên anot bị ăn mòn dần.
Ví dụ 2: Viết phương trình điện phân NaOH nóng chảy.
Giải: NaOH --> Na[SUB2]+[/SUB2] + OH[SUB2]-[/SUB2].
Catot: Na[SUB2]+[/SUB2] + 1e --> Na;
Anot: 2OH[SUB2]-[/SUB2] - 2e --> H2O + ½ O2.
Phương trình điện phân: 2NaOH --> 2Na + H2O + ½ O2
Ví dụ 3: Giải thích quá trình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực bằng Cu.
Giải: CuSO4 --> Cu[SUB2]2+[/SUB2] + SO[SUB]4[/SUB][SUB2]2-[/SUB2];
H2O --> H[SUB2]+[/SUB2] + OH[SUB2]-[/SUB2] .
Catot: Cu[SUB2]2+[/SUB2], H[SUB2]+[/SUB2](H[SUB]2[/SUB]O). Cu[SUB2]2+[/SUB2] + 2e Cu;
Anot: SO[SUB]4[/SUB][SUB2]2-[/SUB2], OH[SUB2]-[/SUB2]( H[SUB]2[/SUB]O).
H[SUB]2[/SUB]O – 2e --> ½ O[SUB]2[/SUB] + 2H[SUB2]+[/SUB2];
Cu + ½ O[SUB]2[/SUB] --> CuO;
CuO + H[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB] --> CuSO[SUB]4[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O.
Xảy ra hiện tượng dương cực tan.
Ví dụ 4: Giải thích quá trình điện phân dung dịch NiSO[SUB]4 [/SUB]với anot trơ.
Giải: NiSO[SUB]4[/SUB] --> Ni[SUB2]2+[/SUB2] + SO[SUB]4[/SUB][SUB2]2-[/SUB2];
H[SUB]2[/SUB]O --> H[SUB2]+[/SUB2] + OH[SUB2]-[/SUB2] .
Catot: Ni[SUB2]2+[/SUB2], H[SUB2]+[/SUB2](H[SUB]2[/SUB]O)
Ni[SUB2]2+[/SUB2] + 2e --> Ni.
Anot: SO[SUB]4[/SUB][SUB2]2-[/SUB2], OH[SUB]-[/SUB]( H[SUB]2[/SUB]O). H[SUB]2[/SUB]O – 2e --> ½ O[SUB]2[/SUB] + 2H[SUB2]+[/SUB2];
Phương trình điện phân: NiSO[SUB]4[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O --> Ni + ½ O[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB].
Ví dụ 5: Cho dung dịch của hỗn hợp NaCl và CuSO[SUB]4[/SUB].
a) Viết phương trình điện phân dung dịch.
b) Giải thích tại sao dung dịch sau điện phân hòa tan được Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB].
Giải:
a) NaCl --> Na[SUB2]+[/SUB2] + Cl[SUB2]-[/SUB2] ;
CuSO[SUB2][SUB]4[/SUB][/SUB2] --> Cu[SUB2]2+[/SUB2] + SO[SUB]4[/SUB][SUB2]2-[/SUB2];
H[SUB]2[/SUB]O --> H[SUB2]+[/SUB2] + OH[SUB2]-[/SUB2].
Catot: Cu[SUB2]2+[/SUB2], H[SUB2]+[/SUB2](H[SUB]2[/SUB]O), Na[SUB2]+[/SUB2].
Anot: Cl[SUB2]-[/SUB2] , SO[SUB]4[/SUB][SUB2]2-[/SUB2] , OH[SUB2]-[/SUB2]( H[SUB]2[/SUB]O)
Cu[SUB2]2+[/SUB2] + 2e --> Cu
2Cl[SUB2]-[/SUB2] - 2e --> Cl[SUB]2[/SUB]
Phương trình điện phân: 2NaCl + CuSO[SUB]4[/SUB] --> Cu + Na[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB] + Cl[SUB]2[/SUB] .
b) Dung dịch sau khi điện phân hòa tan Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] nên có hai khả năng xảy ra:
* Khi điện phân có CuSO[SUB]4 [/SUB]dư:
CuSO[SUB]4[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O --> Cu + H[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB] + ½ O[SUB]2[/SUB]
Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] + 3H[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB] --> Al[SUB]2[/SUB](SO4)[SUB]3[/SUB] + 3H[SUB]2[/SUB]O
* Khi điện phân có NaCl dư:
2NaCl + 2H[SUB]2[/SUB]O --> 2NaOH + Cl[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2 [/SUB]
Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] + NaOH --> 2NaAlO[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O.
Biên soạn: GV Vũ Phân (Yên Sở - Hoàng Mai - HN)
