Sự điện phân

Khi điện phân dung dịch CuCl₂, ở catot xảy ra : Cu⁺²  + 2e → Cu

→ xảy ra sự khử ion Cu²⁺                        

Bước 1: Viết các bán phản ứng xảy ra ở catot và anot

- Tại catot: Cu²⁺ + 2e → Cu

- Tại anot: 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e

Bước 2: Tính thể tích khí thu được

- Ta có: \({n_{Cu}} = \dfrac{{6,4}}{{64}} = 0,1\,\,mol\)

- Bảo toàn e: n_e(catot) = n_e(anot) ⟺ \(2{n_{Cu}} = 4{n_{{O_2}}} \to {n_{{O_2}}} = \dfrac{1}{2}{n_{Cu}} = \dfrac{1}{2}.0,1 = 0,05\left( {mol} \right)\)

⟹ \({V_{{O_2}}} = 0,05.22,4 = 1,12\) (lít)

- Vậy thể tích khí thoát ra ở anot là 1,12 lít.

- Khi bắt đầu xuất hiện khí ở catot tức là H₂O vừa điện phân tại catot thì ta dừng lại nên coi như H₂O chưa bị điện phân.

- Bán phản ứng điện phân:

* Tại catot:

Ag⁺ + 1e → Ag

Cu²⁺ + 2e → Cu

Fe²⁺ + 2e → Fe

⟹ Al³⁺ không bị điện phân nên còn nguyên trong dung dịch.

* Tại anot:

Ion NO₃^- không bị điện phân nên nước điện phân:

2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e

Vậy dung dịch sau phản ứng có chứa: Al³⁺, NO₃^-, H⁺

Vậy chất tan có trong dung dịch sau điện phân là Al(NO₃)₃ và HNO₃.

Khi điện phân dung dịch, ở điện cực catot:

+ Nếu dung dịch có chứa nhiều cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị điện phân trước.

+ Một số cation không bị điện phân như K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Mg²⁺, Al³⁺,...

Khi đó nước bị điện phân theo bán phản ứng: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-

- Ta thấy, ion Al³⁺ không bị điện phân.

- Mặt khác, dựa vào dãy điện hóa ta có tính oxi hóa của các cation kim loại: Ag⁺ > Cu²⁺ > Fe²⁺.

Vậy thứ tự điện phân tại catot là: Ag⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, H₂O.

- Tại catot xảy ra bán phản ứng: Cu²⁺ + 2e → Cu.

- Tại anot xảy ra bán phản ứng: Cu → Cu²⁺ + 2e (cực dương tan dần nên được gọi là hiện tượng dương cực tan).

Bước 1: Tính số mol Cu

Khối lượng catot tăng là khối lượng của Cu bám vào

\(\to {n_{Cu}} = \dfrac{{28,8}}{{64}} = 0,45\left({mol} \right)\)

Bước 2: Tính thể tích khí thu được

- Catot (-): Do trong quá trình điện phân không thấy khí thoát ra ở catot nên H₂O không bị điện phân tại catot.

            Cu²⁺ + 2e → Cu

- Anot (+): Ion SO₄^2- không bị điện phân nên H₂O bị điện phân.

            2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e

- BT e: \({n_{e(cat{\rm{o}}t)}} = {n_{e(an{\rm{o}}t)}} \Leftrightarrow 2{n_{Cu}} = 4{n_{{O_2}}}\)

\(\Rightarrow {n_{{O_2}}} = \dfrac{1}{2}{n_{Cu}} = \dfrac{1}{2}.0,45 = 0,225\left({mol} \right)\)

\({V_{{O_2}}} = 0,225.22,4 = 5,04\left(l \right)\).

Điện phân dung dịch CuSO₄ với catot (-) làm bằng graphit, anot (+) làm bằng Cu:

Catot (-): Cu²⁺ + 2e → Cu

Anot (+): 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e

Bước 1: Tính số mol e trao đổi của bình 1

- Khi bắt đầu xuất hiện khí ở catot tức là H₂O vừa điện phân tại catot thì ta dừng lại nên coi như Ag⁺ bị điện phân vừa hết và H₂O chưa bị điện phân.

\({n_{AgN{O_3}}} = 0,1.1 = 0,1\left( {mol} \right)\)

- Tại catot (-) của bình 2:

  Ag⁺  +  1e → Ag

  0,1 →  0,1            (mol)

⟹ n_{e (bình 2)} = 0,1 mol.

Do 2 bình điện phân mắc nối tiếp nên mol electron trao đổi như nhau nên ⟹ n_{e (bình 1)} = n_{e (bình 2)} = 0,1 mol.

Bước 3: Tính khối lượng Cu thu được

- Bình (1): \({n_{CuS{O_4}}} = 0,1.1 = 0,1\left( {mol} \right)\)

- Ta thấy: \({n_{e(binh\,1)}} < 2{n_{C{u^{2 + }}}}\) nên Cu²⁺ chưa bị điện phân hết

Tại catot (-):   Cu²⁺ + 2e → Cu

                                  0,1 → 0,05 (mol)

- Khối lượng Cu bám lên điện cực trong bình (1) là m_Cu = 0,05.64 = 3,2 (g)

Bước 1: Viết các quá trình điện phân ở hai cực của thiết bị.

Bán phản ứng xảy ra trên mỗi điện cực:

+ Tại catot (-): 2H₂O + 2e → 2OH^- + H₂

+ Tại anot (+): 2Cl^- → Cl₂ + 2e

Bước 2: Đánh giá môi trường của dung dịch sau điện phân.

Do đó dung dịch thu được có môi trường kiềm nên làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng.

Khi điện phân dung dịch, tại catot ion Na⁺ không bị điện phân nên xảy ra sự điện phân H₂O.

Bán phản ứng xảy ra tại catot là 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-.

- Tại catot (-) có các cation đi về: Cu²⁺; Na⁺ và H₂O.

- Tại anot (+) có các anion đi về: Cl^-; NO₃^- và H₂O.

\({n_{Cu}} = \dfrac{{6,4}}{{64}} = 0,1\,mol\)

- Các quá trình trao đổi electron:

+ Tại catot (-) xảy ra quá trình khử

Cu²⁺ + 2e → Cu

           0,2 ← 0,1 (mol)

+ Tại anot (+) xảy ra quá trình oxi hóa

2Cl^- → Cl₂ + 2e

- Áp dụng bảo toàn e: \(2{n_{Cu}} = 2{n_{C{l_2}}} \to {n_{C{l_2}}} = {n_{Cu}} = 0,1\,mol\)

Ta có: m_{dd giảm} = m_Cu↓ + m_Cl2↑ = 6,4 + 0,1.71 = 13,5 gam.

Sử dụng điện cực bằng than chì thì tại anot sẽ xảy ra quá trình oxi hóa Cl^-.

Bán phản ứng xảy ra tại anot (+):  2Cl^- → Cl₂ + 2e.

Sử dụng điện cực là Cu nên tại anot xảy ra quá trình oxi hóa Cu chứ không phải Cl^-.

Bán phản ứng xảy ra tại anot (+): Cu → Cu²⁺ + 2e.

Khi điện phân, ở catot, ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị điện phân trước.

Do đó thứ tự điện phân ở catot như sau:

Ag⁺  + 1e → Ag

Fe³⁺ + 1e → Fe²⁺

Cu²⁺ + 2e → Cu

Fe²⁺ + 2e → Fe

Các chất lần lượt xuất hiện tại catot theo thứ tự Ag, Cu, Fe.

  NaOH → Na + O₂ + 2H₂O

=> ở catot (-): Na và ở anot (+): O₂ và H₂O.

Cực dương (+):2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

- Điện phân nước xảy ra khi cation không bị điện phân => cation không bị điện phân là K⁺

Thứ tự điện phân là: Fe³⁺, Cu²⁺, Fe²⁺.

Phương trình điện phân dung dịch CuSO₄: 2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + 2H₂SO₄ + O₂

Phương trình điện phân có màng ngăn: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + Cl₂ 

Nếu không có màng ngăn thì: Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

=> phương trình điện phân: NaCl + H₂O → NaClO + H₂