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.
+ Nếu điện phân chứa các gốc axit có chứa oxi NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4-, … thì nước sẽ tham gia điện phân theo phương trình: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e.
+ Thứ tự anion bị oxi hóa: 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 điện phân dung dịch có các cation K+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+ thì nước sẽ tham gia điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-.
+ Nếu trong dung dịch có nhiều cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị điện phân trước.
+ Nếu điện phân không dùng các anot trơ (graphit, platin) mà dùng các kim loại như Ni, Cu, Ag, … thì các kim loại này dễ bị oxi hóa hơn các anion (thế oxi hóa - khử của chúng thấp hơn) và do đó chúng tan vào dung dịch (anot tan).
Thí nghiệm 1: Một sinh viên thực hiện quá trình điện phân dung dịch CuCl2 bằng hệ điện phân sử dụng điện cực Cu.
Thí nghiệm 2: Sinh viên đó tiếp tục thực hiện điện phân dung dịch X bao gồm dung dịch Cu(NO3)2 và NaCl. Sau một thời gian, sinh viên quan sát thấy có 6,4 gam kim loại bám vào catot và anot chỉ thoát ra 1 khí duy nhất. Biết nguyên tử khối của Cu, N, O, Na và Cl lần lượt là 64, 14, 16, 23 và 35,5.
Từ Thí nghiệm 2, khối lượng dung dịch giảm là
Trả lời bởi giáo viên
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: mdd giảm = mCu↓ + mCl2↑ = 6,4 + 0,1.71 = 13,5 gam.
Hướng dẫn giải:
- Từ số mol kim loại bám trên catot, tính được số mol e trao đổi.
- Từ số mol e trao đổi, tính được số mol khí bên anot.
- Tính khối lượng dung dịch giảm: mdd giảm = mkết tủa + mkhí thoát ra.
