Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 5 Sự điện phân. Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 5 Sự điện phân. Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 5 Sự điện phân. Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 5 Sự điện phân.
Trang 1CHƯƠNG V.
SỰ ĐIỆN PHÂN
1 Định nghĩa
Điện phân là sự thực hiện các quá trình oxi hoá - khử trên bề mặt điện cực nhờ dòng điện một chiều bên ngoài
Quá trình điện phân được biểu diễn bằng sơ đồ điện phân Ví dụ: Sơ đồ điện phân
NaCl nóng chảy
Ở catôt: xảy ra quá trình khử.
Ở anôt: xảy ra quá trình oxi hoá
Phương trình điện phân NaCl nóng chảy:
2 Điện phân hợp chất nóng chảy
Ở trạng thái nóng chảy, các tinh thể chất điện phân bị phá vỡ thành các ion chuyển
động hỗn loạn Khi có dòng điện một chiều chạy qua, ion dương chạy về catôt và bị khử
ở đó, ion âm chạy về anôt và bị oxi hoá ở đó.
Ví dụ: Điện phân KOH nóng chảy.
Phương trình điện phân
Điện phân nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ cao nên có thể xảy ra phản ứng phụ giữa sản phẩm điện phân (O2, Cl2 ) và điện cực (anôt) thường làm bằng than chì Ví dụ: điện phân Al2O3 nóng chảy (có pha thêm criolit 3NaF.AlF3) ở 1000oC
Phương trình điện phân
Phản ứng phụ:
Trang 2(Than chì làm anôt bị mất dần, nên sau một thời gian phải bổ sung vào điện cực).
Ứng dụng: Phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy được dùng để điều chế các kim loại hoạt động mạnh:
Điều chế kim loại kiềm: Điện phân muối clorua hoặc hiđroxit nóng chảy.
Điều chế kim loại kiềm thổ: Điện phân muối clorua nóng chảy.
Điều chế Al: Điện phân Al2O3 nóng chảy.
3 Điện phân dd nước
a) Nguyên tắc:
Khi điện phân dd, tham gia các quá trình oxi hoá - khử ở điện cực ngoài các ion của chất điện phân còn có thể có các ion H+ và OH của nước và bản thân kim loại làm điện cực Khi đó quá trình oxi hoá khử thực tế xảy ra phụ thuộc vào so sánh tính oxi hoá -khử mạnh hay yếu của các chất trong bình điện phân
b) Thứ tự khử ở catôt
Kim loại càng yếu thì cation của nó có tính oxi hoá càng mạnh và càng dễ bị khử ở catôt (trừ trường hợp ion H+) Có thể áp dụng quy tắc sau:
Dễ khử nhất là các cation kim loại đứng sau Al trong dãy thế điện hoá (trừ ion H +), trong đó ion kim loại càng ở cưối dãy càng dễ bị khử
Tiếp đến là ion H + của dd
Khó khử nhất là các ion kim loại mạnh, kể từ Al, về phía đầu dãy thế điện hoá.
(Al3+, Mg2+, Ca2+, Na+, …) Những ion này thực tế không bao giờ bị khử khi điện phân trong dd
c) Thứ tự oxi hoá ở canôt
Nói chung ion hoặc phân tử nào có tính khử mạnh thì càng dễ bị oxi hoá Có thể áp dụng kinh nghiệm sau:
Dễ bị oxi hoá nhất là bản thân các kim loại dùng làm anôt Trừ trường hợp anôt trơ
(không bị ăn mòn) làm bằng Pt, hay than chì (C).
Sau đó đến các ion gốc axit không có oxi: I , Br , Cl , …
Rồi đến ion OH của nước hoặc của kiềm tan trong dd.
Khó bị oxi hoá nhất là các anion gốc axit có oxi như , ,… Thực tế các anion
này không bị oxi hoá khi điện phân dd.
d) Một số ví dụ áp dụng quy tắc trên.
Phương trình điện phân:
Trang 3
Thực chất quá trình điện phân là sự vận chuyển Ni từ anôt sang catôt nhờ dòng điện Phương pháp được ứng dụng để tinh chế kim loại
Phương trình điện phân:
Ví dụ 4: Điện phân dd NaCl với anôt bằng than chì:
Phương trình điện phân:
Trong quá trình điện phân, dd ở khu vực xung quanh catôt, ion H+ bị mất dần., H2O tiếp tục điện li, do đó ở khu vực này giàu ion OH tạo thành (cùng với Na+) dd NaOH
Ở anôt, ion Cl bị oxi hoá thành Cl2 Một phần hoà tan vào dd và một phần khuếch tán sang catôt, tác dụng với NaOH tạo thành nước Javen:
Vì vậy muốn thu được NaOH phải tránh phản ứng tạo nước Javen bằng cách dùng màng ngăn bao bọc lấy khu vực anôt để ngăn khí Cl2 khuếch tán vào dd
Khi điện phân, ở khu vực catôt, ion H+ mất dần, nồng độ OH tăng dần, dd ở đó có tính kiềm tăng dần ở anôt ion Cu2+ tan vào dd
Trong dd xảy ra phản ứng
Trang 4
Phương trình điện phân:
Bản thân KNO3 không bị biến đổi nhưng nồng độ tăng dần
Ứng dụng của điện phân dd:
Điều chế kim loại đứng sau Al trong dãy thế điện hoá
Tinh chế kim loại
Mạ và đúc kim loại bằng điện
Điều chế một số hoá chất thông dụng: H
2, Cl2, O2,…, hiđroxit kim loại kiềm
Tách riêng một số kim loại khỏi hỗn hợp dd
4 Công thức Farađây
Trong đó: m là khối lượng chất được giải phóng khi điện phân (gam)
A là khối lượng mol của chất đó
n là số e trao đổi khi tạo thành một nguyên tử hay phân tử chất đó
Q là điện lượng phóng qua bình điện phân (Culông)
F là số Farađây (F = 96500 Culông.mol-1)
l là cường độ dòng điện (Ampe)
t là thời gian điện phân (giây)
Ví dụ: Tính khối lượng oxi được giải phóng ở anôt khi cho dòng điện 5 ampe qua bình điện phân đựng dd Na2SO4 trong 1 giờ 20 phút 25 giây
Giải:
Áp dụng công thức Farađây:
A = 16, n = 2, t = 4825 giây, I = 5;