Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li nhằm thúc đẩy một phản ứng hóa học mà nếu không có dòng điện, phản ứng sẽ không tự xảy ra. Trong thiết bị điện phân:
*Anot của thiết bị là nơi xảy ra bán phản ứng oxi hóa. Anot được nối với cực dương của nguồn điện một chiều.
+ Nếu điện phân chứa các gốc axit có chứa oxi NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4-, … thì nước sẽ tham gia điện phân theo phương trình: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e.
+ Thứ tự anion bị oxi hóa: S2- > I- > Br- > Cl- > RCOO- > OH- > H2O.
*Catot của thiết bị là nơi xảy ra bán phản ứng khử. Catot được nối với cực âm của nguồn điện một chiều.
+ Nếu điện phân dung dịch có các cation K+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+ thì nước sẽ tham gia điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-.
+ Nếu trong dung dịch có nhiều cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị điện phân trước.
+ Nếu điện phân không dùng các anot trơ (graphit, platin) mà dùng các kim loại như Ni, Cu, Ag, … thì các kim loại này dễ bị oxi hóa hơn các anion (thế oxi hóa - khử của chúng thấp hơn) và do đó chúng tan vào dung dịch (anot tan).
Thí nghiệm 1: Một sinh viên thực hiện quá trình điện phân dung dịch CuCl2 bằng hệ điện phân sử dụng điện cực Cu.
Thí nghiệm 2: Sinh viên đó tiếp tục thực hiện điện phân dung dịch X bao gồm dung dịch Cu(NO3)2 và NaCl. Sau một thời gian, sinh viên quan sát thấy có 6,4 gam kim loại bám vào catot và anot chỉ thoát ra 1 khí duy nhất. Biết nguyên tử khối của Cu, N, O, Na và Cl lần lượt là 64, 14, 16, 23 và 35,5.
Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li nhằm thúc đẩy một phản ứng hóa học mà nếu không có dòng điện, phản ứng sẽ không tự xảy ra. Trong thiết bị điện phân:
*Anot của thiết bị là nơi xảy ra bán phản ứng oxi hóa. Anot được nối với cực dương của nguồn điện một chiều.
+ Nếu điện phân chứa các gốc axit có chứa oxi NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4-, … thì nước sẽ tham gia điện phân theo phương trình: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e.
+ Thứ tự anion bị oxi hóa: S2- > I- > Br- > Cl- > RCOO- > OH- > H2O.
*Catot của thiết bị là nơi xảy ra bán phản ứng khử. Catot được nối với cực âm của nguồn điện một chiều.
+ Nếu điện phân dung dịch có các cation K+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+ thì nước sẽ tham gia điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-.
+ Nếu trong dung dịch có nhiều cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị điện phân trước.
+ Nếu điện phân không dùng các anot trơ (graphit, platin) mà dùng các kim loại như Ni, Cu, Ag, … thì các kim loại này dễ bị oxi hóa hơn các anion (thế oxi hóa - khử của chúng thấp hơn) và do đó chúng tan vào dung dịch (anot tan).
Thí nghiệm 1: Một sinh viên thực hiện quá trình điện phân dung dịch CuCl2 bằng hệ điện phân sử dụng điện cực Cu.
Thí nghiệm 2: Sinh viên đó tiếp tục thực hiện điện phân dung dịch X bao gồm dung dịch Cu(NO3)2 và NaCl. Sau một thời gian, sinh viên quan sát thấy có 6,4 gam kim loại bám vào catot và anot chỉ thoát ra 1 khí duy nhất. Biết nguyên tử khối của Cu, N, O, Na và Cl lần lượt là 64, 14, 16, 23 và 35,5.
Từ Thí nghiệm 1, cho biết bán phản ứng nào xảy ra ở anot?
-
A.
Cu → Cu2+ + 2e.
-
B.
2Cl- → Cl2 + 2e.
-
C.
2H2O → O2 + 4H+ + 4e.
-
D.
Cu2+ + 2e → Cu.
Đáp án: A
Khi điện phân không dùng các anot trơ mà dùng các kim loại thì các kim loại dễ bị oxi hóa hơn các anion và do đó chúng tan vào dung dịch (hiện tượng dương cực tan).
Sử dụng điện cực là Cu nên tại anot xảy ra quá trình oxi hóa Cu chứ không phải Cl-.
Bán phản ứng xảy ra tại anot (+): Cu → Cu2+ + 2e.
Nếu trong Thí nghiệm 1, sinh viên đó thay điện cực Cu bằng điện cực than chì thì bán phản ứng xảy ra ở anot là:
-
A.
Cu → Cu2+ + 2e.
-
B.
2Cl- → Cl2 + 2e.
-
C.
2H2O → O2 + 4H+ + 4e.
-
D.
Cu2+ + 2e → Cu.
Đáp án: B
Sử dụng điện cực bằng than chì thì tại anot sẽ xảy ra quá trình oxi hóa Cl-.
Bán phản ứng xảy ra tại anot (+): 2Cl- → Cl2 + 2e.
Từ Thí nghiệm 2, khối lượng dung dịch giảm là
-
A.
13,5 gam.
-
B.
6,4 gam.
-
C.
7,1 gam.
-
D.
6,75 gam.
Đáp án: A
- Từ số mol kim loại bám trên catot, tính được số mol e trao đổi.
- Từ số mol e trao đổi, tính được số mol khí bên anot.
- Tại catot (-) có các cation đi về: Cu2+; Na+ và H2O.
- Tại anot (+) có các anion đi về: Cl-; NO3- và H2O.
\({n_{Cu}} = \dfrac{{6,4}}{{64}} = 0,1\,mol\)
- Các quá trình trao đổi electron:
+ Tại catot (-) xảy ra quá trình khử
Cu2+ + 2e → Cu
0,2 ← 0,1 (mol)
+ Tại anot (+) xảy ra quá trình oxi hóa
2Cl- → Cl2 + 2e
- Áp dụng bảo toàn e: \(2{n_{Cu}} = 2{n_{C{l_2}}} \to {n_{C{l_2}}} = {n_{Cu}} = 0,1\,mol\)
Ta có: mdd giảm = mCu↓ + mCl2↑ = 6,4 + 0,1.71 = 13,5 gam.
Các bài tập cùng chuyên đề
Sản phẩm thu được khi điện phân NaOH nóng chảy là gì ?
Trong quá trình điện phân dung dịch AgNO3, ở cực dương xảy ra phản ứng
Ở cực âm (catot) bình điện phân nào có xảy ra quá trình đầu tiên 2H2O + 2e →2OH- + H2 khi điện phân dung dịch ?
Điện phân với điện cực trơ, màng ngăn xốp một dung dịch chứa các ion Fe2+, Fe3+, Cu2+ và Cl-. Thứ tự điện phân xảy ra ở catot (theo chiều từ trái sang phải) là
Phương trình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ là
Điện phân dung dịch NaCl điện cực trơ, không có vách ngăn. Sản phấm thu được gồm
Cho dung dịch chứa các ion: Na+, Al3+, Cu2+, Cl-, SO42-, NO3- . Các ion không bị điện phân khi ở trạng thái dung dịch là:
Cho 4 dung dịch muối: CuSO4, K2SO4, NaCl, KNO3. Dung dịch nào sau điện phân cho ra một dung dịch axit ?
Điện phân NaCl nóng chảy bằng điện cực trơ, ở catot thu được
Khi điện phân dung dịch KCl và dung dịch CuCl2 bằng điện cực trơ, ở cực dương đều xảy ra quá trình đầu tiên là
Khi điện phân điện cực trơ có màng ngăn dung dịch hỗn hợp gồm NaCl và CuSO4 đến khi NaCl và CuSO4 đều hết nếu dung dịch sau điện phân hoà tan được Fe và sinh khí thì dung dịch sau điện phân chắc chắn chứa
Trong bình điện phân với điện cực trơ có xảy ra quá trình: 2H2O → 4H+ + O2 + 4e ở cực dương (anot) khi điện phân dung dịch:
Trong quá trình điện phân dung dịch NaCl bằng điện cực trơ có màng ngăn xốp xảy ra phản ứng
lon Mg2+ bị khử trong trường hợp
Điện phân dung dịch X chứa hỗn hợp các muối sau: CaCl2, FeCl3, ZnCl2, CuCl2. Kim loại thoát ra đầu tiên ở catot là
Điện phân một dung dịch có chứa H2SO4, CuSO4. pH của dung dịch biến đối như thế nào theo thời gian điện phân?
Muốn mạ niken (mạ kền) một vật bằng sắt người ta phải dùng catot là vật bằng sắt, anôt làm bằng Ni, dung dịch điện li là dung dịch muối niken (NiSO4 chẳng hạn). Phương trình hoá học của phản ứng xảy ra ở điện cực âm là:
Có các bán phản ứng sau:
(1) Cu2+(dd) + 2e → Cu(r) (2) Cu(r) → Cu2+(dd) + 2e
(3) 2H2O + 2e → H2 + 2OH-(dd) (4) 2H2O→ O2 + 4H+ + 4e
(5) 2Br-(dd) → Br2(dd) + 2e (6) 2H+(dd) + 2e →H2
Những bán phản ứng xảy ra ở catot trong quá trình điện phân là
Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 và b mol NaCl với 2a < b (điện cực trơ). Cho vài giọt quì vào dung dịch, màu của dung dịch sẽ biến đổi thế nào trong quá trình điện phân:
Điện phân nóng chảy Al2O3 với điện cực anot than chì và hiệu suất phản ứng bằng 100%, cường độ dòng điện là 150000A trong thời gian t giờ thì thu được 252 kg Al tại catot. Giá trị t gần nhất với giá trị nào
