Hiện tượng điện phân được ứng dụng để:
Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tiễn sản xuất và đời sống như luyện kim, tinh chế kim loại, mạ điện,...
Trong quá trình điện phân dung dịch CuSO4 có điện cực bằng Cu, nhận thấy:
Khi kim loại làm cực dương (anode) trùng với kim loại của muối trong dung dịch chất điện phân thì xảy ra hiện tượng cực dương tan.
Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với anode làm bằng Cu thì các bán phản ứng xảy ra tại mỗi điện cực như sau:
Cathode (–): Cu2+ + 2e → Cu
Anode (+): Cu → Cu2+ + 2e
Ta thấy anode bị tan nên người ta gọi là dương cực tan.
Vậy nồng độ Cu2+ không thay đổi do ở cực âm xảy ra quá trình khử đồng, cực dương xảy ra quá trình oxi hóa đồng.
Một dung dịch X chứa đồng thời NaNO3, Cu(NO3)2, Fe(NO3)3, Zn(NO3)2, AgNO3. Thứ tự các kim loại thoát ra ở cathode khi điện phân dung dịch trên là
Ion nào trong dung dịch có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị điện phân trước.
Tính oxi hóa: Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > Fe2+ > Zn2+ > Na+.
→ Thứ tự các kim loại thoát ra là: Ag, Cu, Fe, Zn.
Lưu ý phản ứng điện phân dung dịch:
- Ion dương về cực âm (cathode), ion âm về cực dương (anode).
- Ở cực dương xảy ra quá trình khử ion dương, những ion không bị khử thì nước sẽ bị khử (Na, K,...).
- Ở cực âm xảy ra quá trình oxi hóa ion âm, những ion không bị oxi hóa thì nước sẽ bị oxi hóa (NO3−, SO42−,... ).
- Thứ tự ưu tiên cation có tính oxi hóa mạnh hơn và anion có tính khử mạnh hơn.
Điện phân dung dịch NaCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp) thu được dung dịch X. Hấp thụ CO2 dư vào X, thu được dung dịch chất Y. Cho Y tác dụng với Ca(OH)2 theo tỉ lệ mol 1 : 1, tạo ra chất Z tan trong nước. Chất Z là
Quá trình diễn ra theo thứ tự các phản ứng sau:
2NaCl + 2H2O 2NaOH (X) + Cl2↑ (anode) + H2↑ (cathode)
CO2 (dư) + NaOH (X) → NaHCO3 (Y)
NaHCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + NaOH + H2O.
Vậy chất Z lại chính là NaOH.
lon Mg2+ bị khử trong trường hợp
Ion Mg2+ bị khử trong trường hợp: Điện phân MgCl2 nóng chảy.
Điện phân nóng chảy Al2O3 với anode than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu được m kg Al ở cathode và 74,37 m3 (ở đkc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hydrogen bằng 16. Lấy 2,479 lít (ở đkc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa. Giá trị của m là:
2Al2O3 → 4Al + 3O2
C + O2 → CO2
2C + O2 → 2CO
Sục khí X vào dung dịch Ca(OH)2 dư nên kết tủa thu được là CaCO3.
⇒ nCaCO3 = nCO2 = 0,02 mol
Ta có MX = 16.2 = 32 → hỗn hợp X có CO2 (0,02 mol); CO (x mol) và O2 dư (y mol).
⇒ nX = 0,02 + x + y = 0,1 (1)
MX = 0,02.44 + 28x + 32y = 0,1.2.16 (2)
Giải hệ (1) và (2) ⇒ x = 0,06; y = 0,02
Bảo toàn O ⇒ nO2 sinh ra do điện phân = = 0,07 mol
⇒ nAl = =
mol
⇒ m = 2,52 gam
Xét tỉ lệ: 0,1 mol X ứng với 2,52 gam Al.
⇒ 3 kmol X tương ứng với mAl = 75,6 kg Al.
Điện phân nóng chảy MgCl2, ở anode thu được chất nào sau đây?
MgCl2 Mg (cathode) + Cl2 (anode)
Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuCl2 người ta thu được 1,2395 lít khí (đkc) ở anode. Ngâm đinh sắt sạch trong dung dịch còn lại sau khi điện phân. Phản ứng xong, nhận thấy khối lượng đinh sắt tăng thêm 1,2 gam. Nồng độ mol ban đầu của dung dịch CuCl2 là
Phương trình điện phân :
CuCl2 → Cu + Cl2
mol: 0,05 ← 0,05
Gọi số mol CuCl2 dư là a.
CuCl2 + Fe → FeCl2 + Cu
mol: a → a → a
⇒ 64a – 56a = 1,2 ⇒ a = 0,15
⇒ nCuCl2 = a + 0,05 = 0,15 + 0,05 = 0,2 mol
⇒ CM CuCl2 = = 1 M
Điện phân dung dịch hồn hợp gồm 0,1 mol FeCl3, 0,2 mol CuCl2 và 0,1 mol HCl (điện cực trơ). Khi ở cathode bắt đầu thoát khí thì ở anode thu được V lít khí (đkc). Biết hiệu suất của quá trình điện phân là 100%. Giá trị của V là:
Thứ tự điện phân:
Ở cathode: ion nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ điện phân trước:
Fe3++ 1e → Fe2+
mol: 0,1 → 0,1
Cu2++ 2e → Cu
mol: 0,2 → 0,4
2H++ 2e → H2
Khi ở cathode bắt đầu thoát khí thì chứng tỏ Fe3+ và Cu2+ vừa bị điện phân hết.
Σne nhận = 0,1 + 0,4 = 0,5 (mol)
Ở anode:
2Cl– → Cl2+ 2e
mol: 0,25 ← 0,5
Vậy V = VCl2 = 0,25.24,79 = 6,1975 lít
Phát biểu nào sau đây là sai?
Một số dung dịch có chứa ion không điện phân được trong dung dịch như: NaCl, K2SO4, MgCl2,... (ion kim loại đứng trước Zn trong dãy hoạt động hóa học) thì khi đó cathode sẽ không xuất hiện kim loại mà là khí H2 (nước bị điện phân).
Điện phân CaCl2 nóng chảy, ở cathode xảy ra quá trình nào?
Cực âm (cathode): Ca2+ 2e → Ca.
Như vậy, ở cực âm xảy ra sự khử ion Ca2+.
Muốn mạ nickel (mạ kền) một vật bằng sắt người ta phải dùng cathode là vật bằng sắt, anode làm bằng Ni, dung dịch điện li là dung dịch muối nickel (NiSO4 chẳng hạn). Phương trình hoá học của phản ứng xảy ra ở điện cực âm là:
Điện cực âm (cathode) xảy ra phản ứng: Ni2+ + 2e → Ni
Điện phân dung dịch gồm NaCl và HCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp). Trong quá trình điện phân, so với dung dịch ban đầu, giá trị pH của dung dịch thu được
Điện phân dung dịch NaCl và HCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp). Trong quá trình điện phân, so với dung dịch ban đầu thì giá trị pH của dung dịch thu được tăng lên. Lúc đầu dung dịch có pH nhỏ hơn 7, trong quá trình điện phân, HCl bị điện phân trước làm nồng độ H+ giảm nên pH bắt đầu tăng, khi H+ bị điện phân hết thì dung dịch có pH = 7. Tiếp đó NaCl bị điện phân làm cho nồng độ OH− tăng lên và pH tiếp tục tăng lên lớn hơn.
2HCl H2 + Cl2
2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
Hiện tượng anode tan xảy ra khi điện phân dung dịch:
Hiện tượng anode tan xảy ra khi điện phân dung dịch muối kim loại có anode làm bằng kim loại đó.
Trong công nghiệp nhôm được điều chế bằng phương pháp nào sau đây?
Trong công nghiệp Al được điều chế bằng phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy với xúc tác cryolite là Na3AlF6.
Điện phân dung dịch Cu(NO3)2 với điện cực trơ, ở anode xảy ra quá trình nào?
Ở anode, ion NO3− không bị điện phân, H2O bị điện phân:
2H2O → O2 + 4H+ + 4e hay có thể viết H2O → O2 + 2H+ + 2e
Tiến hành điện phân dung dịch chứa CuSO4 và NaCl bằng điện cực trơ, màng ngăn xốp đến khi khí bắt đầu thoát ra ở cả hai cực thì dừng điện phân. Dung dịch sau điện phân hòa tan được Al2O3. Nhận định nào sau đây là đúng?
Dung dịch sau điện phân hòa tan được Al2O3 ⇒ chứa H+ hoặc OH–.
Ta có thứ tự điện phân:
- Cathode: Cu2+ + 2e || 2H2O + 2e → H2 + 2OH–
- Anode: 2Cl– → Cl2 + 2e || 2H2O → 4H+ + 4e + O2
Khí bắt đầu thoát ra ở cả 2 điện cực ⇒ H2O tại cathode chưa bị điện phân.
⇒ Khí thoát ra ở anode gồm Cl2 và O2.
Điện phân nóng chảy hoàn toàn 1,9 g muối chloride của kim loại M được 0,48 g kim loại M ở cathode. Kim loại M là:
Gọi kim loại là M ⇒ Muối là MCl2.
MCl2 M + Cl2
Bảo toàn khối lượng:
mmuối = mKL + mCl2 ⇒ mCl2 = 1,42 gam ⇒ nCl2 = 0,02 mol
⇒ nM = nCl2 = 0,02 mol ⇒ MM = = 24
Vậy kim loại là magnesium (Mg).
Điện phân dung dịch CaCl2, ở cathode thu được khí
Điện phân dung dịch CaCl2:
CaCl2 + 2H2O Ca(OH)2 + H2↑ (cathode) + Cl2↑ (anode)
Điện phân dung dịch X gồm 0,2 mol NaCl và a mol Cu(NO3)2 (với các điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dòng điện không thay đổi), thu được dung dịch Y có khối lượng giảm 17,5 gam so với khối lưọng của X. Cho m gam Fe vào Y đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch Z, khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) và (m – 0,5) gam hỗn hợp kim loại. Giả thiết hiệu suất điện phân là 100%, nước bay hơi không đáng kể. Giá trị của a là
Y + Fe sinh ra khí NO → Y chứa H+ → nước bị điện phân bên anode.
Y + Fe sinh ra hỗn hợp kim loại → Cu2+ còn dư.
Anode: nCl2 = 0,1 mol; nO2 = x mol
Cathode: nCu = y mol
Bảo toàn electron ta có: 0,1.2 + 4x = 2y
mgiảm = 0,1.71 + 32x + 64y = 17,5
⇒ x = 0,025; y = 0,15
nH+ = 4nO2 = 0,1 (mol) ⇒ nNO = = 0,025 (mol)
Gọi số mol Cu2+ dư là z.
Bảo toàn electron:
2nFe p/ứ = 3nNO + 2nCu2+dư
⇒ nFe p/ứ = z + 0,0375 (mol)
⇒ m – 56.(z + 0,0375) + 64z = m – 0,5
⇒ z = 0,2
Bảo toàn Cu ⇒ a = y + z = 0,35 (mol)
