Bài 13. Điện phân

Trang 70

Mở đầu

Pin điện hoá hoạt động dựa trên các phản ứng oxi hoá - 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?

Gợi ý

Nêu nguyên tắc, ứng dụng của điện phân.

Đáp án

- Nguyên tắc điện phân:

+ Nguyên tắc điện phân nóng chảy:

• Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.

• Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

+ Nguyên tắc điện phân dung dịch: ở cathode, ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá mạnh hơn; ở anode, ưu tiên điện phân chất có tính khử mạnh hơn.

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

Câu 1

Xác định sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khi điện phân \(\mathrm{NaCl}\) nóng chảy.

Gợi ý

Nguyên tắc điện phân nóng chảy:

- Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.

\(\cdot\) Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

Đáp án

Sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khi điện phân \(\mathrm{NaCl}\) nóng chảy:

- Cathode: Na.

- Anode: \(\mathrm{Cl}_{2}\).

Luyện tập 1

Viết phương trình hoá học của quá trình điện phân nóng chảy các chất: \(\mathrm{MgCl}_{2}, \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3}\).

Gợi ý

Nguyên tắc điện phân nóng chảy:

- Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.

- Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

Đáp án

\(\begin{array}{l}\mathrm{MgCl}_{2} \xrightarrow{\text { dopnc }} \mathrm{Mg}+\mathrm{Cl}_{2} \uparrow \\ 2 \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \xrightarrow{\text { dpacc }} 4 \mathrm{Al}+3 \mathrm{O}_{2} \uparrow\end{array}\)

Câu 2

Tiến hành Thí nghiệm 1 và nêu hiện tượng quan sát được.

Gợi ý

Dựa vào phương trình điện phân để nêu hiện tượng:

\[\mathrm{CuSO}_{4}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \xrightarrow{\text { dpeds }} \mathrm{Cu}+\frac{1}{2} \mathrm{O}_{2} \uparrow+\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}\]

Đáp án

Hiện tượng: kim loại đồng (màu đỏ) bám vào cathode, sủi bọt khí không màu \(\left(\mathrm{O}_{2}\right)\) thoát ra ở anode.

Câu 3

Cho biết khi điện phân dung dịch \(\mathrm{CuSO}_{4}\) ion \(\mathrm{Cu}^{2+}\) và \(\mathrm{SO}_{4}^{2-}\) di chuyển về điện cực nào.

Gợi ý

Nguyên tắc điện phân dung dịch: ở cathode, ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá mạnh hơn; ở anode, ưu tiên điện phân chất có tính khử mạnh hơn.

Đáp án

- Ion \(\mathrm{Cu}^{2+}\) di chuyển về điện cực âm (cathode).

- Ion \(\mathrm{SO}_{4}^{2-}\) di chuyển về điện cực dương (anode).

Câu 5

Tiến hành Thí nghiệm 2 và nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích.

Gợi ý

Dựa vào phương trình điện phân để nêu hiện tượng:

\[2 \mathrm{NaCl}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \xrightarrow{\text { dopdd }} 2 \mathrm{NaOH}+\mathrm{Cl}_{2} \uparrow+\mathrm{H}_{2} \uparrow\]

Dựa vào sơ đồ điện phân để giải thích.

Đáp án

- Hiện tượng: ở cả hai điện cực đều thoát ra khí không màu.

- Giải thích: Xét sơ đồ điện phân

Luyện tập 2

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.

Gợi ý

Nguyên tắc điện phân dung dịch: ở cathode, ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá mạnh hơn; ở anode, ưu tiên điện phân chất có tính khử mạnh hơn.

Đáp án

Câu 6

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

Gợi ý

Nêu các ứng dụng của điện phân trong thực tiễn từ thông tin trong SGK.

Đáp án

- Sản xuất kim loại: Trong công nghiệp, các kim loại mạnh (Na, K, Ca, Mg, Al,…) được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy, các kim loại yếu và trung bình được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch.

- Tinh chế kim loại: các kim loại từ nguồn kim loại thô được tinh chế bằng phương pháp điện phân.

- Mạ điện: ion kim loại bị khử, tạo thành lớp kim loại rắn bao phủ trên bề mặt kim loại cần mạ nhằm trang trí bề mặt hoặc chống sự ăn mòn.

Bài tập 1

Điện phân \(\mathrm{CaCl}_{2}\) nóng chảy, ở cathode xảy ra quá trình nào?

A. Oxi hoá ion \(\mathrm{Ca}^{2+}\).

B. Khử ion \(\mathrm{Ca}^{2+}\).

C. Oxi hoá ion \(\mathrm{Cl}^{-}\).

D. Khử ion \(\mathrm{Cl}^{-}\).

Gợi ý

Nguyên tắc điện phân nóng chảy:

- Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.

- Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

Đáp án

Điện phân \(\mathrm{CaCl}_{2}\) nóng chảy, ở cathode xảy ra quá trình khử \(\mathrm{Ca}^{2+}\) :

\(\mathrm{Ca}^{2+}+2 \mathrm{e} \rightarrow \mathrm{Ca}\)\(\rightarrow\) Chọn B.

Bài tập 2

Điện phân dung dịch \(\mathrm{Cu}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2}\) với điện cực trơ, ở anode xảy ra quá trình nào?

A. \(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \frac{1}{2} \mathrm{O}_{2}+2 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{e}\).

B. \(2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+2 \mathrm{e} \rightarrow \mathrm{H}_{2}+2 \mathrm{OH}^{-}\).

C. \(\mathrm{Cu} \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{e}\).

D. \(\mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{e} \rightarrow \mathrm{Cu}\).

Gợi ý

Nguyên tắc điện phân dung dịch: ở cathode, ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá mạnh hơn; ở anode, ưu tiên điện phân chất có tính khử mạnh hơn.

Đáp án

Ở anode, ion \(\mathrm{NO}_{3}^{-}\)không bị điện phân, \(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\) bị điện phân:

\(2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{O}_{2}+4 \mathrm{H}^{+}+4\) ehay có thể viết \(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \frac{1}{2} \mathrm{O}_{2}+2 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{e}\)\(\rightarrow\) Chọn A.

Bài tập 3

Viết phương trình hoá học của phản ứng điện phân khi điện phân \(\mathrm{KCl}\) nóng chảy

Gợi ý

Nguyên tắc điện phân nóng chảy:

- Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.

- Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

Đáp án

\[2 \mathrm{KCl} \xrightarrow{\text { dome }} 2 \mathrm{~K}+\mathrm{Cl}_{2} \uparrow\]

Bài tập 4

Hãy đề xuất và trình bày cách mạ đồng \((\mathrm{Cu})\) lên một đồ vật làm từ sắt (Fe) bằng phương pháp điện phân.

Gợi ý

Mạ điện: ion kim loại bị khử, tạo thành lớp kim loại rắn bao phủ trên bề mặt kim Ioại cần mạ nhằm trang trí bề mặt hoặc chống sự ăn mòn.

Đáp án

- Sử dụng bình mạ điện chứa dung dịch \(\mathrm{CuCl}_{2}\), thanh kim loại đồng (anode) và vật dụng bằng sắt (cathode).

- Trong bình mạ điện sẽ xảy ra các quá trình khử anode (+): \(\mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{e} \rightarrow \mathrm{Cu}\)

Đồng tan và bám vào cathode (vật dụng bằng sắt).