Tiêu đề Bài 16. Điện phân - GV.docx ✅

KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN 1 I. HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN 1. Khái niệm: Điện phân là một quá trình oxi hoá - khử xảy ra tại các điện cực khi có dòng điện một chiều với hiệu điện thế đủ lớn đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li. Phản ứng oxi hoá - khử xảy ra trong quá trình điện phân là phản ứng không tự xảy ra mà phải nhờ tác động của điện năng để gây ra phản ứng đó. Các chất tham gia vào quá trình điện phân có thể ở trạng thái nóng chảy (điện phân nóng chảy) hoặc dung dịch (điện phân dung dịch). Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của điện trường, các ion âm sẽ di chuyển về điện cực dương, các ion dương sẽ di chuyển về điện cực âm. Khi điện phân dung dịch, nước cũng có thể tham gia điện phân với vai trò: chất khử (2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e) hoặc chất oxi hóa (2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - ). Theo quy ước chung, đối với cả pin điện và bình điện phân, tại cathode xảy ra quá trình khử và tại anode xảy ra quá trình oxi hóa. Do vậy, trong điện phân cathode là cực âm, anode là cực dương. Ví dụ 1. Điền từ hoặc cụm từ thích hợp vào chỗ trống trong các câu sau: a) Điện phân là quá trình ...(1)... xảy ra trên bề mặt các điện cực dưới tác dụng của ...(2)... đi qua dung dịch chất điện li hoặc chất điện li nóng chảy. b) Phản ứng oxi hoá - khử xảy ra trong quá trình điện phân là phản ứng ...(3)... mà phải nhờ tác động của ...(4)... để gây ra phản ứng đó. Đáp án: a) (1) oxi hóa khử, (2) dòng điện một chiều. b) (3) không tự xảy ra, (4) điện năng. Ví dụ 2. Quá trình điện phân NaCl nóng chảy được tiến hành theo hai bước như sau: Bước 1: Nung NaCl trong bình đến nóng chảy, thu được chất lỏng có khả năng dẫn điện. Bước 2: Nhúng hai điện cực than chì vào bình đựng NaCl nóng chảy rồi nối chúng với hai cực của nguồn điện một chiều (khoảng 7 V). Các ion di chuyển về các điện cực trái dấu, ở điện cực dương có khí Cl 2 thoát ra và ở điện cực âm, Na được tạo thành. Thực hiện các yêu cầu sau: 1. Viết phương trình phân li của NaCl ở bước 1. 2. Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực. 3. Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân. 4. Vì sao phải điện phân NaCl ở trạng thái nóng chảy để điều chế Na? Có thể điện phân NaCl rắn được không? Đáp án: 1. Phương trình phân li của NaCl ở bước 1: NaCl  Na + + Cl - 2. Quá trình xảy ra ở mỗi điện cực: Cực dương: 2Cl - → Cl 2 + 2e Cực âm: Na + + 1e → Na. 3. Phương trình hoá học của phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân: 2NaCl ñpnc 2Na + Cl 2 4. Ở trạng thái rắn NaCl là chất không điện li. Ví dụ 3. Trong quá trình điện phân, những ion âm (anion) di chuyển về A. anode, ở đây chúng bị khử. B. anode, ở đây chúng bị oxi hoá.
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN 2 C. cathode, ở đây chúng bị khử. D. cathode, ở đây chúng bị oxi hoá. Ví dụ 4. Điện phân KBr nóng chảy thu được Br 2 là do có A. sự oxi hóa ion Br – ở anode. B. sự oxi hóa ion Br – ở cathode. C. sự khử ion Br – ở anode. D. sự khử ion Br – ở cathode. Ví dụ 5. Xét thí nghiệm điện phân dung dịch (đpdd) CuCl 2 với điện cực trơ (như than chì). Cl-Cu2+ Anode (+)Cathode (-) Dung dịch CuCl2 Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực và viết phương trình hóá học của phản ứng điện phân. Đáp án: Quá trình xảy ra ở mỗi điện cực: Cathode (-) Anode (+) Cu 2+ + 2e → Cu 2Cl - → Cl 2 + 2e Phương trình hóa học của phản ứng điện phân: CuCl 2 ñpdd Cu + Cl 2 Ví dụ 6. Viết phương trình hóa học của quá trình điện phân nóng chảy các chất: MgCl 2 , Al 2 O 3 . Đáp án: MgCl 2 Cathode (-): Mg 2+ Mg 2+ + 2e →Mg Anode (+): Cl - 2Cl - → Cl 2 + 2e. Phương trình hóa học: MgCl 2 ®pnc Mg + Cl 2 Al 2 O 3 Cathode (-): Al 3+ Al 3+ + 3e →Al Anode (+): O 2- 2O 2- → O 2 + 4e. Phương trình hóa học: 2Al 2 O 3 ®pnc 4Al + 3O 2 Ví dụ 7. Mỗi phát biểu sau là đúng hay sai? a. Trong bình điện phân, anode là điện cực dương, cathode là điện cực âm. Ngược lại, trong pin Galvani, anode là điện cực âm và cathode là điện cực dương. b. Trong cả bình điện phân và pin Galvani, phản ứng oxi hoá – khử được sử dụng để chuyển đổi hoá năng thành điện năng. c. Trong bình điện phân, ion được trao đổi electron tại cả hai điện cực. Còn trong pin Galvani, ion chỉ trao đổi electron ở cathode. d. Pin Galvani sinh ra dòng điện còn bình điện phân cần dẫn dòng điện từ bên ngoài vào để quá trình điện phân xảy ra. Đáp án: a. Đúng. b. Sai. Trong bình điện phân: điện năng chuyển đổi thành hóa năng. c. Đúng. d. Đúng. 2. Nguyên tắc (thứ tự) điện phân: a) Điện phân dung dịch CuSO 4 với các điện cực trơ (graphite): Khi đặt một hiệu điện thế khoảng 3 - 6 V giữa hai điện cực (thí nghiệm ở Hình 16.2), thấy khí O 2 thoát ra ở anode và kim loại Cu bám trên cathode. Trong thí nghiệm này, khi có dòng điện đi qua dung dịch, ion SO 4 2- di chuyển về phía anode, ion Cu 2+ di chuyển về cathode.
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN 3 Ở anode có thể xảy ra sự oxi hóa ion SO 4 2- hoặc phân tử H 2 O. Tuy nhiên, vì H 2 O dễ bị oxi hóa hơn SO 4 2- nên H 2 O bị oxi hóa trước, tạo thành sản phẩm là khí O 2 . 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e Ở cathode có thể xảy ra sự khử ion Cu 2+ hoặc phân tử H 2 O. Vì ion Cu 2+ dễ bị khử hơn H 2 O nên ion Cu 2+ bị khử trước, tạo thành kim loại Cu bám trên cathode. Cu 2+ + 2e → Cu Sơ đồ điện phân: Phướng trình điện phân: CuSO 4 + H 2 O ñpdd  Cu + 1 2 O 2 + H 2 SO 4  Thí nghiệm 1: Điện phân dung dịch CuSO 4 . Chuẩn bị: Hoá chất: dung dịch CuSO 4 0,5 M. Dụng cụ: nguồn điện một chiều (3 - 6 vôn), ống thuỷ tinh hình chữ U, hai điện cực than chì, dây dẫn, kẹp kim loại. Tiến hành: - Lắp thiết bị thí nghiệm điện phân dung dịch CuSO 4 như Hình 16.2. - Rót dung dịch CuSO 4 0,5 M vào ống thuỷ tinh hình chữ U rồi nhúng hai điện cực than chì vào dung dịch. - Nối hai điện cực than chì với hai cực của nguồn điện và tiến hành điện phân trong khoảng 5 phút. Hình 16.2. Sơ đồ thí nghiệm điện phân dung dịch CuSO 4 với điện cực trơ Quan sát hiện tượng xảy ra ở mỗi điện cực và giải thích. Đáp án: - Hiện tượng: Ở cực dương (anode) có khí thoát ra; ở cực âm (cathode) có lớp kim loại màu đỏ bám trên cathode. - Giải thích: Trong thí nghiệm này, khi có dòng điện chạy qua dung dịch, ion sulfate (SO 4 2- ) di chuyển về phía anode, ion Cu 2+  di chuyển về phía cathode. + Ở anode có thể xảy ra sự oxi hoá ion sulfate (SO 4 2- ) hoặc phân tử H 2 O. Tuy nhiên, vì H 2 O dễ bị oxi hoá hơn ion sulfate nên H 2 O bị oxi hoá trước, tạo thành sản phẩm là khí O 2 . 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e + Ở cathode có thể xảy ra sự khử ion Cu 2+  hoặc phân tử H 2 O. Vì ion Cu 2+  dễ bị khử hơn H 2 O nên ion Cu 2+  bị khử trước, tạo thành ion kim loại Cu bám trên cathode.
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN 4 Cu 2+ + 2e → Cu (Lưu ý: ion SO 4 2- coi như không bị điện phân). b) Điện phân dung dịch NaCl với các điện cực trơ (graphite):  Thí nghiệm 2. Điện phân dung dịch NaCl bão hoà với điện cực trơ (graphite) Cl-, H 2OCu2+, H 2O Anode (+)Cathode (-) Dung dịch NaCl a) Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử xảy ra ở mỗi điện cực, biết sản phẩm của quá trình điện phân có khí Cl 2 và H 2 . b) Viết phương trình hoá học của phản ứng điện phân. c) Trong quá trình điện phân, sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khuếch tán vào nhau sẽ xảy ra phản ứng hoá học nào? Đáp án: a) Quá trình oxi hóa khử xảy ra ở mỗi điện cực: Cathode (-) Anode (+) 2H 2 O + 2e → 2OH - + H 2 2Cl - → Cl 2 + 2e b) Phương trình hóa học của phản ứng điện phân: NaCl + H 2 O ñpdd  1 2 H 2 + 1 2 Cl 2 + NaOH c) Trong quá trình điện phân, sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khuếch tán vào nhau sẽ xảy ra phản ứng hóa học tạo thành nước Javel: Cl 2 + 2 NaOH → NaCl + NaClO + H 2 O  Thí nghiệm 3. Điện phân dung dịch NaCl (tự điều chế nước Javel để tẩy rừa) Chuẩn bị: Hoá chất: dung dịch NaCl bão hoà, cánh hoa màu hồng. Dụng cụ: nguồn điện một chiều (3 - 6 vôn), cốc thuỷ tinh 100 mL, hai điện cực than chì, dây dẫn, kẹp kim loại. Tiến hành: - Lắp thiết bị thí nghiệm điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ như Hình 16.3. - Rót khoảng 80 mL dung dịch NaCI bão hoà vào cốc rồi nhúng hai điện cực than chì vào dung dịch. - Nối hai điện cực than chì với hai cực của nguồn điện và tiến hành điện phân trong khoảng 5 phút. - Cho một mẩu cánh hoa màu hồng vào cốc chứa khoảng 5 mL dung dịch sau điện phân. Quan sát hiện tượng xảy ra và thực hiện các yêu cầu sau: 1. Giải thích hiện tượng quan sát được ở mỗi điện cực. 2. Giải thích khả năng tẩy màu của dung dịch sau điện phân. 3. Tại sao nên dùng nắp đậy trong quá trình điện phân? Hình 16.3. Sơ đồ thí nghiệm điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ Đáp án: 1. Hiện tượng: Ở hai điện cực đều có khí thoát ra. Giải thích: Quá trình oxi hoá, quá trình khử xảy ra ở mỗi điện cực: Tại anode: 2Cl - → Cl 2 + 2e Tại cathode: 2H 2 O + 2e → 2OH - + H 2 2. Dung dịch sau điện phân có tính tẩy màu, do không có màng ngăn giữa 2 cực nên sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khuếch tán vào nhau sẽ xảy ra phản ứng hoá học tạo thành nước Javel: Cl 2  + 2NaOH → NaCl + NaClO + H 2 O