Trường THPT Trần Phú Ôn tập Hóa 12 – Nâng cao ĐIỆN PHÂN I – ĐỊNH NGHĨA Điện phân là dùng năng lượng điện để thực hiện phản ứng oxi hóa - khử xảy ra trên catot và anot. + Tại Catot (cực âm): Xảy ra quá trình khử (nhận electron). + Tại Anot (cực dương): Xảy ra quá trình oxi hoá (cho electron). II – CÁC TRƯỜNG HỢP ĐIỆN PHÂN 1. Điện phân nóng chảy a) Điện phân nóng chảy oxit: M 2 O n Catot (-): n+ M + ne M → Anot (+): 2- 2 2O - 4e O → ↑ Do điện cực làm bằng graphit (than chì) nên bị khí sinh ra tại Anot ăn mòn. 2 2 2 2C + O 2CO 2CO + O 2CO → ↑ → ↑ Phương trình phản ứng điện phân cho cả hai điện cực là: dpnc 2 n 2 2M O 4M + nO → ↑ dpnc dpnc 2 n 2 n 2 M O + nC 2M + nCO 2M O + nC 4M + nCO → ↑ → ↑ Khí sinh ra ở Anot thường là hỗn hợp: CO, CO 2 và O 2 . Để đơn giản ta chỉ xét phương trình sau: dpnc 2 n 2 2M O 4M + nO → ↑ b) Điện phân nóng chảy Hidroxit : M(OH) n Catot (-): M n+ + ne → M Anot (+): 2OH - - 2e 2 2 1 O + H O 2 → ↑ ↑ Tổng quát: dpnc n 2 2 n 2M(OH) 2M + O + nH O 2 → ↑ ↑ c) Điện phân nóng chảy muối Halogenua (MX n ) Catot (-): M n+ + ne → M Anot (+): - 2 2X - 2e X → ↑ Tổng quát: dpnc n 2 2MX 2M + nX → 2. Điện phân dung dịch - Trong quá trình điện phân dung dịch, dung môi nước đóng vai trò quan trọng. + Là môi trường để các ion (anion và cation) chuyển động về các điện cực. + Đôi khi nước cũng tham gia vào quá trình điện phân. Ở Catot: - 2 2 2H O + 2e H + 2OH → Ở Anot: 2 2 1 H O 2e O + 2H 2 + − → ↑ Để viết được các phương trình điện phân một cách đầy đủ và chính xác, chúng ta cần ghi nhớ một số qui tắc kinh nghiệm sau : Qui tắc 1: Quá trình khử xảy ra ở Catot + Các ion kim loại từ Al 3+ trở về đầu dãy điện hóa không bị khử thành kim loại khi điện phân dung dịch. + Các ion kim loại sau Al 3+ , bị khử thành kim loại theo thứ tự từ phải sang trái. Lưu ý : « Ion H + luôn bị khử cuối cùng » Qui tắc 2: Quá trình oxihóa ở Anot + Thứ tự điện phân: 2- - - - - 2 S > I > Br > Cl > OH (H O) “Các anion (gốc axít) chứa oxi: - 2- 2- 2- 3- - 3 4 3 3 4 4 NO ; SO ; CO ; SO ; PO ; ClO … coi như không bị điện phân” Lưu ý: Hiện tượng dương cực tan “Nếu Anot làm bằng kim loại, thì kim loại sẽ bị oxihóa thành ion M n+ do đó anot sẽ bị tan dần trong quá trình điện phân” III – ĐỊNH LUẬT ĐIỆN PHÂN Công thức Faraday: A . I . t m = n . F Trong đó: + m: khối lượng sản phẩm sinh ra tại điện cực (gam) + n : số electron trao đổi + I : Cường độ dòng điện (ampe) + t : Thời gian điện phân (giây) + F: Hằng số Faraday (F = 96500) Giáo viên: Nguyễn Xuân Khởi Page 1 Trường THPT Trần Phú Ôn tập Hóa 12 – Nâng cao IV – VẬN DỤNG: Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CuSO 4 với điện cực trơ Anot (+) ¬  dung dịch CuSO 4 → Catot (--) SO 4 2- , H 2 O Cu 2+ , H 2 O 2 2 1 H O 2e O + 2H 2 + − → ↑ Cu 2+ + 2e → Cu Phương trình điện phân: CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 2- + Cu 2+ + 2e → Cu 2 2 1 H O 2e O + 2H 2 + − → ↑ dpdd 4 2 2 4 2 1 CuSO + H O Cu + H SO + O 2 → ↑ Ví dụ 2: Điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ Anot (+) ¬  dung dịch NaCl → Catot (--) Cl - , H 2 O Na + , H 2 O 2Cl - - 2e → Cl 2 ↑ - 2 2 2H O + 2e H + 2OH → Phương trình điện phân: 2(NaCl → Na + + Cl - ) + 2Cl - - 2e → Cl 2 ↑ - 2 2 2H O + 2e H + 2OH → dpdd 2 2 2 2NaCl + 2H O 2NaOH + H + Cl → ↑ ↑ Ví dụ 3: Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO 4 và b mol KBr . Anot (+) ¬  dung dịch CuSO 4 và KBr → Catot (--) SO 4 2- , Br -- , H 2 O Cu 2+ , K + , H 2 O + Catot (-): Cu 2+ , K + , H 2 O thứ tự điện phân là Cu 2+ > H 2 O, còn K + không bị điện phân. Cu 2+ + 2e → Cu hết Cu 2+ thì - 2 2 2H O + 2e H + 2OH → + Anot (+): SO 4 2- , Br -- , H 2 O thứ tự điện phân là Br - > H 2 O, còn SO 4 2- không bị điện phân. 2Br - - 2e → Br 2 hết Br - thì 2 2 1 H O 2e O + 2H 2 + − → ↑ Phương trình điện phân: dpdd 4 2 2 4 CuSO + 2KBr Cu + Br + K SO → ↑ + Nếu: b > 2a thì KBr dư: dpdd 2 2 2 m.n.x 2KBr + 2H O H + Br + 2KOH→ ↑ ↑ + Nếu: b < 2a thì CuSO 4 dư: dpdd 4 2 2 4 2 1 CuSO + H O Cu + H SO + O 2 → ↑ + Nếu: b = 2a dpdd 2 2 2 1 H O H + O 2 → ↑ ↑ Ví dụ 4: Điện phân dung dịch CuCl 2 , điện cực trơ bằng dòng điện 5A trong 45 phút 20 giây. Tính khối lượng kim loại sinh ra ở Catot và V lít (đktc) khí sinh ra ở Anot. Bài giải Phương trình điện phân: dpdd 2 2 CuCl Cu + Cl → ↑ Áp dụng công thức Faraday: Cu 64 . 5 . 2720 m = = 4,512 g 2 . 96500 2 Cl Cu 4,512 n = n = = 0,0705 mol 64 ⇒ 2 Cl V = 0,0705 . 22,4 = 1,5792 lit ⇒ Giáo viên: Nguyễn Xuân Khởi Page 2 Trường THPT Trần Phú Ôn tập Hóa 12 – Nâng cao V – BÀI TẬP VẬN DỤNG Giáo viên: Nguyễn Xuân Khởi Page 3