Bài giảng Điện phân (tiết 5)

I. ĐỊNH NGHĨA

Sự điện phânlà quá trình oxi hóa, quá trình khửxảy ra tại bềmặt các điện cựckhi có

dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện lihay chất điện li ởtrạng thái nóng

chảy.

pdf23 trang | Chia sẻ: maika100 | Ngày: 15/02/2016 | Lượt xem: 57 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Bài giảng Điện phân (tiết 5), để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hết CuSO4, thu được dung dịch gồm: H2SO4 , H2O. Nếu tiếp tục điện 
phân, tức điện phân dung dịch H2SO4. 
 H2SO4 2H+ + SO42- 
 + 2H+ + 2e- H2 
 H2O - 2e- 
2
1 O2 + 2H+ 
 H2O đp H2 + 
2
1 O2 (II) 
 Nước Hiđro Oxi 
 (Catot) (Anot) 
Khi điện phân dung dịch đồng (II) sunfat, điện cực trơ, thu được đồng kim loại ở catot, 
khí oxi ở anot, dung dịch H2SO4 bên ngăn anot. Sau khi điện phân hết CuSO4, thu được 
dung dịch gồm H2SO4 và H2O. Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch H2SO4, 
thực chất là H2O của dung dịch bị điện phân, thu được khí hiđro (H2) ở catot, khí oxi (O2) 
ở anot, thể tích khí hiđro gấp đôi thể tích khí oxi. Còn H2SO4 luôn luôn nằm trong dung 
dịch, có lượng không đổi, nhưng nồng độ càng lúc càng cao (là do dung môi nước càng 
lúc càng mất đi). Tuy nhiên nếu không có hiện diện H2SO4 hay NaOH, nghĩa là chỉ có 
nước nguyên chất thì nước không tham gia điện phân. Bởi vì nồng độ ion H+, ion OH- 
của nước quá nhỏ nên không đủ để dẫn điện nên sự điện phân không xảy ra. 
Thí dụ 3: Điện phân dung dịch AgNO3, điện cực bằng bạc (Ag). 
dd AgNO3 
(Ag+, NO3-, H2O) 
Catot (-) Anot (+) (Ag) 
Ag+ + e- Ag(bám vào catot) Ag(anot) - e- Ag+ 
 AgNO3 Ag+ + NO3- 
 + Ag+ + e- Ag (bám vào catot) 
 Ag (anot) - e- Ag+ 
 Ag (anot) đp Ag (bám vào catot) 
Như vậy khi điện phân dung dịch bạc nitrat, điện cực anot bằng bạc, thực chất là anot 
bằng bạc bị oxi hóa (bị ăn mòn). Lượng bạc bị hòa tan ở anot được đem cho bám vào 
catot. Còn AgNO3 trong dung dịch không đổi. Người ta thường áp dụng hiện tượng này 
để mạ kim loại, cũng như để tinh chế kim loại. Trong các phương pháp tinh chế kim loại 
thì phương pháp điện phân là phương pháp tạo kim loại tinh khiết nhất. 
Thí dụ 4: Điện phân dung dịch hỗn hợp muối ZnCl2 và CuCl2. Dùng điện cực trơ. 
Giaùo khoa hoùa voâ cô Bieân soaïn: Voõ Hoàng Thaùi 
  Võ Hồng Thái 
156
dd hh: ZnCl2 - CuCl2 
(Zn2+, Cu2+, Cl-, H2O) 
Catot (-) Anot (+) (Trơ) 
Cu2+ + 2e- Cu (1) 2Cl- - 2e- Cl2 
Zn2+ + 2e- Zn (2) 
Coi như CuCl2 tham gia điện phân trước (Vì Cu2+ bị khử trước ở catot, Cl- bị oxi hóa 
trước ở anot). 
 CuCl2 Cu2+ + 2Cl- 
 + Cu2+ + 2e- Cu 
 2Cl- - 2e- Cl2 
 CuCl2 đp Cu + Cl2 (I) 
 Đồng (II) clorua Đồng Clo 
 (Catot) (Anot) 
Sau khi điện phân hết CuCl2, đến ZnCl2 điện phân. 
 ZnCl2 Zn2+ + 2Cl- 
 + Zn2+ + 2e- Zn 
 2Cl- - 2e- Cl2 
 ZnCl2 đp Zn + Cl2 (II) 
 Kẽm clorua Kẽm Clo 
Thí dụ 5: Điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl, CuSO4. Điện cực trơ. Có vách ngăn. 
dd hh NaCl - CuSO4 
(Na+, Cl-, Cu2+, SO42-, H2O) 
Catot (-) Anot (+) (Trơ) 
Cu2+ + 2e- Cu (1) 2Cl- - 2e- Cl2 (1) 
2H2O + 2e- H2 + 2OH- (2) H2O - 2e- 
2
1 O2 + 2H+ (2) 
Hoặc: 2H+ + 2e- H2 (2’) Hay: 2OH- - 2e- 
2
1 O2 + H2O (2’) 
Coi như cả CuSO4 lẫn NaCl đều tham gia điện phân đồng thời (Do Cu2+ bị khử trước ở 
catot, còn ion Cl- bị oxi hóa trước ở anot). 
 CuSO4 Cu2+ + SO42- 
Giaùo khoa hoùa voâ cô Bieân soaïn: Voõ Hoàng Thaùi 
  Võ Hồng Thái 
157
 2NaCl 2Na+ + 2Cl- 
 + Cu2+ + 2e- Cu 
 2Cl- - 2e- Cl2 
 CuSO4 + 2NaCl Cu + Na2SO4 + Cl2 (I) 
 Đồng (II) sunfat Natri clorua Đồng Natri sunfat Clo 
 (Catot) (Anot) 
Sau một gian điện phân, một trong ba trường hợp sau đây có thể xảy ra: 
- Truờng hợp 1: Cả CuSO4 lẫn NaCl điện phân hết cùng lúc. 
Khi vừa hết CuSO4 lẫn NaCl thu được dung dịch gồm: Na2SO4 ; H2O. Nếu tiếp tục điện 
phân, tức điện phân dung dịch Na2SO4, thực chất là điện phân H2O của dung dịch, thu 
được H2 ở catot, O2 ở anot, thể tích khí hiđro gấp đôi thể tích khí oxi. Còn Na2SO4 luôn 
luôn hiện diện trong dung dịch, có lượng không đổi, nhưng nồng độ càng lúc càng tăng 
(do dung môi H2O ngày càng giảm). 
 H2O đp H2 + 1/2 O2 (II) 
 (Catot) (Anot) 
- Trường hợp 2: CuSO4 điện phân hết trước. NaCl chưa điện phân hết. 
Khi điện phân vừa hết CuSO4, thu được dung dịch gồm: NaCl còn dư; Na2SO4; H2O. 
Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch này. NaCl còn dư tiếp tục: 
 2NaCl 2Na+ + 2Cl- 
 + 2H2O + 2e- H2 + 2OH- 
 2Cl- - 2e- Cl2 
 2NaCl + 2H2O đp H2 + 2NaOH + Cl2 (II’) 
 (Catot) (Anot) 
Khi điện phân vừa hết NaCl, thu được dung dịch gồm: Na2SO4; NaOH; H2O. 
Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch này. Thực chất là H2O của dung dịch bị 
điện phân, thu được khí H2 ở catot, khí O2 ở anot, thể tích khí hiđro gấp đôi thể tích khí 
oxi. Còn Na2SO4 và NaOH luôn luôn nằm trong dung dịch nhưng có nồng độ càng lúc 
càng tăng (là do dung môi nước càng lúc càng mất đi). Trên nguyên tắc, cuối cùng thu 
được Na2SO4 và NaOH khan. 
 H2O đp H2 + 
2
1 O2 (III’) 
 (Catot) (Anot) 
- Trường hợp 3: NaCl điện phân hết trước CuSO4. CuSO4 chưa điện phân hết. 
Giaùo khoa hoùa voâ cô Bieân soaïn: Voõ Hoàng Thaùi 
  Võ Hồng Thái 
158
Sau khi điện phân vừa hết NaCl, thu được dung dịch gồm: CuSO4 còn dư; Na2SO4; H2O 
Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch này. CuSO4 tiếp tục bị điện phân: 
 CuSO4 Cu2+ + SO42- 
 + Cu2+ + 2e- Cu 
 H2O - 2e- 
2
1 O2 + 2H+ 
 CuSO4 + H2O đp Cu + 
2
1 O2 + H2SO4 (II’’) 
 (Catot) (Anot) 
Sau khi điện phân vừa hết CuSO4, thu được dung dịch gồm: Na2SO4; H2SO4; H2O. 
Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch trên, thực chất là H2O của dung dịch bị 
điện phân. Thu được H2 ở catot, O2 ở anot, thể tích H2 gấp đôi O2. Còn Na2SO4 và H2SO4 
luôn luôn nằm trong dung dịch, có lượng không đổi, nhưng nồng độ càng lúc càng tăng 
(do dung môi nước càng lúc càng mất đi). Trên nguyên tắc, cuối cùng thu được Na2SO4 
và H2SO4 khan. 
 H2O đp H2 + 
2
1 O2 (III’’) 
Thí dụ 6: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm: Cu(NO3)2, AgNO3, Fe(NO3)3. Điện cực trơ. 
dd hh: Cu(NO3)2 - AgNO3 - Fe(NO3)3 
(Cu2+, Ag+, Fe3+, NO3-, H2O) 
Catot (-) Anot (+) (Trơ) 
Ag+ + e- Ag (1 ) H2O - 2e- 
2
1 O2 + 2H+ 
Fe3+ + e- Fe2+ (2) 
Cu2+ + 2e- Cu (3) 
Fe2+ + 2e- Fe (4) 
2H+ + 2e- H2 (5) 
Coi như AgNO3 tham gia điện phân trước. 
 2AgNO3 2Ag+ + 2NO3- 
 + 2Ag+ + 2e- 2Ag 
 H2O - 2e- 
2
1 O2 + 2H+ 
 2AgNO3 + H2O đp 2Ag + 
2
1 O2 + 2HNO3 (I) 
 Bạc Oxi Axit nitric 
Giaùo khoa hoùa voâ cô Bieân soaïn: Voõ Hoàng Thaùi 
  Võ Hồng Thái 
159
 (Catot) (Anot) 
Sau khi điện phân hết AgNO3, đến Fe(NO3)3 tham gia điện phân. 
 2 Fe(NO3)3 Fe3+ + 3NO3- 
 + 2 Fe3+ + e- Fe2+ 
 H2O - 2e- 
2
1 O2 + 2H+ 
 2Fe(NO3)3 + H2O đp 2Fe(NO3)2 + 
2
1 O2 + 2HNO3 (II) 
Sau khi điện phân hết Fe(NO3)3, đến Cu(NO3)2 tham gia điện phân. 
 Cu(NO3)2 Cu2+ 
 + Cu2+ + 2e- Cu 
 H2O - 2e- 
2
1 O2 + 2H+ 
 Cu(NO3)2 + H2O đp Cu + 
2
1 O2 + 2HNO3 (III) 
Sau khi điện phân hết Cu(NO3)2, đến Fe(NO3)2 tham gia điện phân. 
 Fe(NO3)2 Fe2+ + 2NO3- 
 + Fe2+ + 2e- Fe 
 H2O - 2e- 1/2O2 + 2H+ 
 Fe(NO3)2 + H2O đp Fe + 
2
1 O2 + 2HNO3 (IV) 
Sau khi điện phân hết Fe(NO3)2, thu được dung dịch gồm: HNO3, H2O. 
Nếu tiếp tục điện phân dung dịch HNO3, thực chất là nước của dung dịch tham gia điện 
phân, tạo khí hiđro ở catot, khí oxi ở anot, thể tích H2 gấp đôi thể tích O2. Còn HNO3 
luôn luôn nằm trong dung dịch có lượng không đổi, nhưng nồng độ càng lúc càng tăng, 
do dung môi nước càng lúc càng mất đi. 
 H2O đp H2 + 
2
1 O2 (V) 
 Hiđro Oxi 
 (Catot) (Anot) 
Thí dụ 7: Điện phân dung dịch NaCl, điện cực bằng đồng (Cu). 
dd NaCl 
Giaùo khoa hoùa voâ cô Bieân soaïn: Voõ Hoàng Thaùi 
  Võ Hồng Thái 
160
(Na+, Cl-, H2O) 
Catot (-) Anot (+) (Cu) 
2H2O + 2e- H2 + 2OH- Cu(anot) - 2e- Cu2+ 
 2NaCl 2Na+ + 2Cl- 
 2H2O + 2e- H2 + 2OH- 
 Cu(anot) - 2e- Cu2+ 
 Cu(anot) + 2H2O đp H2 + Cu(OH)2 
 Hiđro Đồng (II) hiđroxit 
 (Catot) 
Khi điện phân dung dịch muối ăn, điện cực bằng đồng thì thực chất là anot đồng bị hòa 
tan (bị oxi hóa), nước của dung dịch tham gia điện phân, có hiđro thoát ra ở catot, có tạo 
đồng (II) hiđroxit không tan lắng xuống đáy bình điện phân, còn NaCl coi như vẫn nằm 
trong dung dịch, có lượng không đổi. 
IV. Định luật Faraday 
Khối lượng của chất tạo ra ở điện cực bình điện phân tỉ lệ với đương lượng của chất đó, 
với cường độ dòng điện và thời gian điện phân (hay khối lượng của chất tạo ra ở điện cực 
tỉ lệ với đương lượng của chất đó và điện lượng qua bình điện phân). 
 tI
n
M
m
A
A
A ×××= 96500
1 
mA: Khối lượng của chất A tạo ở điện cực (catot hoặc anot), tính bằng gam. 
MA: Khối lượng phân tử (nguyên tử, ion) của A Nếu chất A tạo ở điện cực là phân tử thì 
MA là khối lượng phân tử của A; nếu chất A tạo ở điện cực là nguyên tử thì MA là khối 
lượng nguyên tử của A; còn nếu chất A tạo ở điện cực là ion thì MA là khối lượng ion của 
ion đó (ion lượng, ion khối). 
nA: Hóa trị của A (chất tạo ở điện cực). Cụ thể nA bằng số điện tử trao đổi ở điện cực để 
tạo ra 1 phân tử A (hoặc 1 nguyên tử A hoặc 1 ion A). 
A
A
n
M
 là đượng lượng của chất A (chất tạo ở điện cực). 
I: Cường độ dòng điện tính bằng Ampe (Ampère). 
t: Thời gian điện phân, tính bằng giây. 
I x t = q: Điện lượng qua bình điện phân, tính bằng Coulomb. 
Giaùo khoa hoùa voâ cô Bieân soaïn: Voõ Hoàng Thaùi 
  Võ Hồng Thái 
161
Công thức Faraday còn viết dưới dạng số mol của A thu được ở điện cực (Trong tính toán 
hóa học thường dùng số mol để dễ liên hệ hơn) 
 tI
nM
m
n
AA
A
A ×××== 196500
1' 
n’A: Số mol của chất A tạo ở điện cực bình điện phân. 
nA: Hóa trị của A, nó bằng số điện tử trao đổi ở điện cực để tạo ra 1 phân tử (1 nguyên tử, 
1 ion) A. 
I: Cường độ dòng điện, tính bằng Ampère. 
t: Thời gian điện phân, tính bằng giây. 
Thí dụ: 
- Với quá trình khử ở điện cực catot là Fe2+ + 2e- Fe 
Số gam kim loại sắt thu được ở catot: ItIt
n
M
m
Fe
Fe
Fe ××=××= 2
56
96500
1
96500
1 
Số mol sắt thu được ở catot: ItIt
n
n
Fe
Fe ××=××= 2
1
96500
11
96500
1' 
- Với quá trình khử ở catot: Fe3+ + 3e- Fe 
Khối lượng sắt (gam) thu được ở catot là: ItIt
n
M
m
Fe
Fe
Fe ××=××= 3
56
96500
1
96500
1 
Số mol sắt thu được ở catot là: ItIt
n
n
Fe
Fe ××=××= 3
1
96500
11
96500
1' 
- Với quá trình khử ở catot: Fe3+ + e- Fe2+ 
Khối lượng (g) ion Fe2+ thu được ở catot: ItIt
n
M
m
Fe
Fe
Fe ××=××=
+
+
+
1
56
96500
1
96500
1
2
2
2 
Số mol ion Fe2+ thu được ở catot: ItIt
n
M
n
Fe
Fe
F

File đính kèm:

  • pdfLy thuyet Dien Phan.pdf
Giáo án liên quan