Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li nhằm thúc đẩy một phản ứng hóa học mà nếu không có dòng điện, phản ứng sẽ không tự xảy ra. Trong thiết bị điện phân:
- Anot của thiết bị là nơi xảy ra bán phản ứng oxi hóa. Anot được nối với cực dương của nguồn điện một chiều.
+ Gốc axit có chứa oxi không bị điện phân (ví dụ: NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4-, …). Khi đó nước bị điện phân theo bán phản ứng: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e
+ Thứ tự anion bị điện phân: S2- > I- > Br- > Cl- > RCOO- > OH- > H2O
- Catot của thiết bị là nơi xảy ra bán phản ứng khử. Catot được nối với cực âm của nguồn điện một chiều.
+ 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-
Cho dãy điện hóa sau:
Thí nghiệm 1: Một sinh viên thực hiện quá trình điện phân dung dịch chứa đồng thời AgNO3, Cu(NO3)2, Fe(NO3)3, Mg(NO3)2 bằng hệ điện phân sử dụng các điện cực than chì.
Thí nghiệm 2: Sinh viên đó tiếp tục điện phân dung dịch X gồm 0,04 mol AgNO3 và 0,06 mol Fe(NO3)3 với I = 5,36A, điện cực trơ. Sau thời gian t giây, sinh viên đó lấy catot rửa sạch và sấy khô thấy catot tăng 5,44 gam.
(Cho NTK: Fe = 56 đvC; Ag = 108 đvC).
Trong Thí nghiệm 2, giá trị của t là
Trả lời bởi giáo viên
Ta thấy: \({n_{Ag\,\max }} = {n_{AgN{O_3}}} = 0,04\left( {mol} \right) \to {m_{Ag\,\max }} = 0,04.108 = 4,32\left( g \right) < 5,44\left( g \right)\) ⟹ có Fe bám vào catot
⟹ Ag+ và Fe3+ đã bị điện phân hết, Fe2+ bị điện phân một phần.
Khối lượng Fe bám vào catot là: \({m_{F{\rm{e}}}} = 5,44 - 4,32 = 1,12\left( g \right) \to {n_{F{\rm{e}}}} = \frac{{1,12}}{{56}} = 0,02\left( {mol} \right)\)
Tại catot (-):
Ag+ + 1e → Ag
0,04 → 0,04 → 0,04 (mol)
Fe3+ + 1e → Fe2+
0,06 → 0,06 → 0,06 (mol)
Fe2+ + 2e → Fe
0,04 ← 0,02 (mol)
→ Số mol e trao đổi là: ne = 0,04 + 0,06 + 0,04 = 0,14 mol
→ Thời gian điện phân là: \(t = \frac{{{n_e}.F}}{I} = \frac{{0,14.96500}}{{5,36}} = 2520,5\left( s \right)\)
Hướng dẫn giải:
- So sánh khối lượng catot tăng với khối lượng lớn nhất của Ag ⟹ có Fe bám vào catot
→ Xác định chất bị điện phân
- Từ khối lượng catot tăng xác định khối lượng của mỗi kim loại.
- Viết các bán phản ứng điện phân tại catot. Tính toán theo các bán phản ứng điện phân xác định được số mol e trao đổi.
- Tính thời gian điện phân dựa vào công thức: \(t = \frac{{{n_e}.F}}{I}\)
