Đăng Nhập      Đăng ký Quên mật khẩu
PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH HÓA HỌC
Câu Hỏi Thường Gặp
Cài Đặt Phần Mềm Hỗ Trợ
Giới Thiệu Gói Bài Học
Hướng Dẫn Học Viên
Thông Tin Người Dùng
Họ tên: Khách viếng thăm
Nickname: guest
Trường: N/A
Quận (huyện): N/A
Tỉnh (Thành phố): N/A
Ngày tham gia: 8/22/2017 8:40:12 AM
Dịch Vụ Hỗ Trợ
Thông Tin về Cadasa
Giới thiệu Phương pháp giải nhanh Hóa Học
Bạn cần đăng nhập hệ thống để học hết bài học.
Lệ phí : 6.000 Đồng
C6. Phản ứng oxi hóa khử
Bài 13. Sự điện phân
Số phần: 5 phần
Số lần xem tối đa: 6 lần/phần
bai giang chuyen de hoa
Đánh giá bài giảng:

Bài 13: SỰ ĐIỆN PHÂN

Nội dung:

- Khái niệm và định nghĩa: Bản chất của Sự điện phân là một quá trình điện hóa nên ta cần nắm vững cơ chế và hiện tượng dẫn điện trong dung dịch chất điện phân.

- Các trường hợp điện phân.

+ Điện phân chất điện ly nóng chảy:

+ Điện phân dung dịch chất điện ly.

- Định luật Faraday.

- Ứng dụng của sự điện phân.

- Các ví dụ minh họa.

*** Phương trình điện phân chính là phương trình hóa học minh họa quá trình điện hóa trong dung dịch chất điện phân.

*** Khi giải toán ta có thể không cần phải viết phương trình phản ứng minh họa mà chỉ cần nắm vững cơ chế, bản chất  điện hóa để viết được bán phản ứng oxi hóa xảy ra ở anot( cực dương) và bán phản ứng khử xảy ra ở catot(cực âm).Rồi áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta sẽ nhanh chóng tìm được các kết quả định lượng của bài toán điện phân phức tạp.


Bài 13: SỰ ĐIỆN PHÂN

I.  Khái niệm và định nghĩa
Trong dung dịch chất điện ly hay chất điện ly nóng chảy có các hạt mang điện tự do là các cation và anion đang chuyển động hỗn loạn khi nhúng hai điện cực của máy phát điện một chiều vào thì do tác dụng của lực điện trường hay hiệu điện thế mà các ion tích điện phải chuyển động định hướng:

- Ion tích điện dương sẽ xuôi chiều điện trường  bị hút về catot nên được gọi là cation.

- Ion tích điện âm ngược chiều điện trường  bị hút về anot nên được gọi là anion.

Chính sự chuyể động định hướng của các cation và anion đã tạo ra dòng điện trong dung dịch chất điện li hay chất điện li nóng chảy, nói cách khác dung dịch chất điện li hay chất điện li nóng chảy thì có tính  dẫn điện.

1.Tại catot: Catot sẽ phóng electron để khử các cation hay khử H của nước theo các bán phản ứng khử  

                             ne +  Mn+    M¯

Nếu cation không bị khử (như các cation Al3+ trở về trước và ở trạng thái dung dịch) thì

H+1 của H2O trong dung dịch bị khử:   

Hệ quả là quanh vùng catot xuất hiện dung dịch OH-.

2. Tại anot: Anot sẽ thu electron để oxi hóa anion An- hay oxi hoá O-2 của H2O, hay oxi hoá chính kim loại dùng làm anot. Thật vậy, nếu anot trơ (anot là Pt hay grafit) thì tại anot sẽ xảy ra các bán phản ứng oxi hóa: 

                     An-    -  ne       A↑

       Ví dụ:     2Cl-  -  2e      Cl2

Nếu anion là NO3-,  SO42- hay CO32- và ở trạng thái dung dịch thì vì số oxi hoá của N+5; S+6, C+4 đã đt giá trị lớn nhất không thể bị oxi hóa hơn nữa, khi đó O-2 của H2O sẽ bị oxi hóa thành O2 bay lên, đng thời tạo ra môi trưng H+ quanh vùng anot:  

          2H2O  - 4e     4H+   +  O2

Nếu anot làm bằng kim loại không trơ như Au,Ag,Cu, ....thì chính kim loại dùng làm anot bị oxi hóa thành cation tan vào dung dịch.

Ví dụ:                Cu  -  2e    Cu2+

                          Ag   -   e   Ag+

Hệ quả là anot bị bào mòn, catot được bồi đp thêm.

Vậy ta nên định nghĩa rõ ràng và chính xác:

Phản ứng điện phân là phản ứng oxi hóa khử xy ra trên bề mặt các điện cực của bình điện phân đựng dung dịch chất điện ly hay chất điện ly nóng chảy khi hai điện cực đã được nối với nguồn điện không đổi một chiều.
II. Các trường hợp điện phân

1. Điện phân chất điện ly nóng chảy:

Các cation kim loại từ Al3+ trở về trước có tính oxi hóa rất yếu, ta không thể dùng các chất khử công nghiệp thông thường như C, CO, H2 để khử chúng, mà phải dùng catot của bình điện phân để khử chúng ở trạng thái nóng chảy. Do đã phản ứng điện phân chất điện ly nóng chảy thường được áp dụng để điều chế các kim loại từ Al trở về trước bằng cách điện phân ở trạng thái nóng chảy các muối clour bền, các hiđroxit bền hay các oxit bền của các kim loại này.

Ví dụ: Ta có thể điều chế Na bằng cách:

- Điện phân NaCl nóng chảy ở 780 oC:

                    2NaCl   2Na + Cl2

- Điện phân NaOH nóng chảy ở 400 oC:

                   4NaOH   4Na  + 2H2O + O2

Điều chế Al bằng cách điện phân Al2O3 ở nhiệt để 1000 oC với chất làm chảy là Cryolit:     

                    2Al2O3      4Al   + 3O2

Điện cực của bình điện phân Al2O3 nóng chảy là than chì (C) nên khí O2 bay lên ở anot sẽ đốt cháy C của anot theo các phản ứng:       

                               C + O2     CO2                             (1)

                                                          (2)

Do đó muốn sản xuất nhôm ta phải tốn kém một lượng than chì khá lớn.

2. Điện phân dung dịch chất điện ly

a. Trường hợp điện cực trơ như Pt, grafit, không tham gia phản ứng điện phân:

- Nếu anion bị oxi hóa bởi anot (như Cl-, Br-, OH- ...) còn cation không bị catot khử (như các cation từ Al3+ trở về trước) thì catot sẽ khửH+1 của H2O tạo ra dung dịch kiềm quanh vùng catot.

Ví dụ: Điện phân dung dịch NaCl với điện cực graphit (than chì):

* Có màng xốp ngăn giữa hai điện cực:

     + Tại anot:  2Cl-  -  2e    Cl2↑: bán phản ứng oxi hóa Cl- bởi anot.

     + Tại catot: 2H2O + 2e    H2 + 2OH-: bán phản ứng khử H1+ của H2O bởi catot.

Ta có thể minh họa quá trình điện hoá trên bằng phương trình phản ứng:

     2NaCl  +  2H2O 2NaOH  +H2↑ +  Cl2

* Không có màng ngăn thì:

            2NaOH  +  Cl2 → NaOCl  + NaCl +H2O (nước Javel)

- Nếu cation bị catot khử (như H+ của dung dịch axít,các cation từZn2+ trở về sau) còn anion thì không bị oxi hóa (như NO3- , SO42-, ..) thì O-2 của H2O sẽ bị anot oxi hoá, giải phóng O2 và tạo ra H+ quanh vùng anot:

Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực bằng Pt:

            - Tại catot:  Cu2+    + 2e →  Cu ¯:  bán phản ứng khử Cu2+ bởi catot.

            - Tại anot:   H2O  -2e → 2H+  + O2↑: bán phản ứng oxi hóa Oxi của H2O.

Ta có thể minh hoạ quá trình điện hóa trên bằng phương trình phản ứng:

             

- Nếu cation không bị khử anion không bị oxi hóa mà H+1 của H2O bị catot khử và O-2 của H2O bị anot oxi hoá thì có sự giải phóng đng thời H+ và khí O2 anot, OH- và khí H2 catot mà:

                H+  +  OH-  H2O  

 và số mol H2 giải phóng ở catot luôn luôn gấp 2 số mol O2 giải phóng ở anot và ta thường nói là nước bị điện phân ở cả hai điện cực:

             

Hệ quả là dung dịch sau điện phân vẫn là môi trưng trung tính.

Ví dụ: Điện phân dung dịch NaNO3, dung dịch K2SO4. Phản ứng điện phân làm cho các dung dịch này trở nên đậm đặc.

Chú ý: Khi điện phân các dung dịch NaOH, dung dịch H2SO4 ta cũng thường nói là nước bị điện phân ở một trong hai điện cực vì trong cả hai phản ứng điện phân này ta đu thu được H2 catot và O2 anot mà số mol H2 luôn luôn gấp đôi số mol O2. Phản ứng điện phân trong các truờng hợp này thường đưc áp dụng để làm khan nước của các dung dịch  NaOH, và H2SO4. 

b.Trưng hợp anot tan (Anot làm bằng các kim loại có thể bị oxi hoá như Cu, Ag, Au,

Fe, ...)

Nếu cation bị catot khử trạng thái dung dịch (như H+ của dung dịch axít hay các cation từ Zn2+ trở về sau) còn anion thì không bị oxi hóa (nhưNO3-, SO42- ..) thì chính kim loại dùng làm anot sẽ bị oxi hóa thành ion kim loại tan vào dung dịch.

Ví dụ: Điện phân dung dịch AgNO3 với anot bằng Ag, dung dịch CuSO4 với anot bằng Cu. Khi đó chính Ag, Cu, của anot bị oxi hóa tan vào dung dịch và các cation kim loại bị khử bám vào catot còn hàm lượng muối trong dung dịch không thay đi:

 - Tại catot, ta có bán phản ứng khử:                          

             

 - Tại anot, ta có bán phản ứng oxi hoá:                    

                    Ag    -      e      Ag+

                    Cu    -    2e     Cu2+

Hệ quả là kim loại ở anot bị mòn dần đắp bồi lên catot. Phản ứng điện phân trong trưng hợp này thường được dùng để mạ điện, đúc, tinh chế kim loại quí...        

III. Định luật Faraday

Theo thuyết nguyên tử thì 1 mol electron có khối lượng không đáng kể nhưng có điện

tích là F = 6,02.1023.1,6.10-19 coulomb = 96.500 coulombs = 26,8Ah.

Như thế thay vì dùng công thức

Ta có thể vinh danh công ơn của nhà bác học Faraday bằng cách tổng kết các phần trên và phát biểu định luật Faraday theo một hệ quả hiển nhiên:

            Khi có điện lượng q = It tải qua một mạnh điện chứa bình điện phân thì đã có một số mol electron là  chuyển dời trong mạnh do catot phóng ra để khử các cation hay khử H+1 của H2O và anot thu vào để oxi hóa các anion, hay oxi hóa O-2 của H2O, hay oxi hóa chính kim loại dùng làm anot.

Thật vậy: Các bán phản ứng khử có thể xảy ra tại catot:

                  Mn+    +  ne          M¯

Nếu Mn+ là Al3+ trở về trước thì Mn+ sẽ không bị khử khi ở trạng thái dung dịch.

Khi đó:   H2O + e    ½H2­  +  OH-

- Các bán phản ứng oxi hóa xả ra tạo anot: 

- Nếu An- là NO3-, SO42-, CO32-, RCOO- và ở trạng thái dung dịch thì:

               

- Nếu anot làm bằng kim loại M, thì chính M bị oxi hóa: 

               M    -  ne      Mn+

Chú ý: 1 mol electron có điện tích = 1F =96.500 c = 26,8 Ah.

Hiện tượng điện phân là một quá trình điện hóa, mà bản chất là do tác dụng của lực điện trường làm cho các hạt mang điện tự do như electron, cation, anion chuyển động thành dòng gọi là dòng điện, đồng thời gây ra sự biến đổi chất còn các phương trình phản ứng điện phân chỉ là sự minh họa các quá trình điện hóa đó. Nếu ta không nắm rõ bản chất mà tìm cách minh họa tất nhiên sẽ dễ thiếu sót hoặc không thể minh họa đầy đủ được; cũng tương tự như có một họa sĩ thiên tài nhưng chưa bao giờ đọc qua tác phẩm truyện Kiều thì ta không nên buộc họa sĩ phải minh họa tác phẩm truyện Kiều bằng hình ảnh !
IV. Ứng dụng của sự điện phân
1. Điều chế các kim loại từ Al trở về trước bằng cách điện phân muối, hidroxit hay oxit
kim loại bền ở trạng thái nóng chảy. Điều chế các kim loại khác bằng cách điện phân dung dịch muối với anot trơ như điều chế Zn bằng cách điện phân dung dịch ZnSO4 với anot là than chì.
2. Điều chế một số không kim loại như khí Clo, Fluor, H2, O2.
3. Điều chế một số hợp chất như KMnO4, nước Javel, NaOH, H2O2

4. Tinh chế một số kim loại như Au, Ag, Cu, Pb, …

5. Xi mạ và đúc những vật nhỏ có nhiều hoa văn họa tiết như huy chương…


Ý kiến và trao đổi về bài giảng
Mã xác nhận:
 


Chưa có ý kiến về nội dung này.