KÕt qu¶ gi÷a hai cùc xuÊt hiÖn mét hiÖu ®iÖn thÕ cã chiÒu ngîc l¹i víi chiÒu cña nguån ®iÖn bªn ngoµi.. HiÖn tîng ®ã gäi lµ sù ph©n cùc ®iÖn ho¸.[r]
(1)Bài tập nh Andehyd - Xêtôn
I Đặt vấn đề
Trong thời kỳ đổi từ nớc nông nghiệp lạc hậu chuyển dần thành nớc cơng nghiệp hố, đại hố thời cơng nghệ hố học phát triển vơ quan trọng, đặc biệt cơng nghệ hố học hữu cơ, xuất chất hợp chat có nhiều ứng dụng thực tế: Rợu, Andehyd, Xêtôn
Với Andehyd- Xêtơn có nhiều ứng dụng thực tế: Ví dụ HCHO dùng để sản xuất nhựa Phênol pomalđehyt, Urê fômalđehyt, phẩm nhuộm chất nổ, dợc phẩm vani
Thực tế chơng trình học sinh PTTH vấn đề Anđêhyd Xêtơn vấn đề khó học sinh, chọn đề tài là:
“tich cực hoá hoạt động nhận thức
học sinh qua baì tập nhận thức anđêhyd –xetôn “
II Néi dung:
1 Anđehyd HCHC có -CHO liên kết với nguyên tử C (hoặc nguyên tử H) ph©n tư
Nhóm -CHO gọi nhóm Anđêhyd đợc cấu thành nguyên tử H nhóm C=O, Vì Anđêhyd đợc coi hợp chất Cacbonyl
Danh phap: -Thờng: Anđêhyd + tên axít tơng ứng - Quốc tế: Tên Hiđrôcácbon + al
Nếu -CHO liên kết trực tiếp với vòng ta thêm hậu tố cácbanđêhyd vào tên Hiđrơcácbon
VD: CH3CHO Andehyd Axetic ªtanal ; CH2=CH-CHO anđêhyd acrylic Propenal - CHO Xiclohexen cacba®enyd
2 Cấu trúc: Trong phân tử: Chức -CHO, nguyên tử C nhóm chức , trạng thái lai hố sp2 với góc hố trị 1200, ngun tử bon liên kết với ngun tử ơxi liên kết (xích ma) liên hết (pi), ngồi ngun tử ơxi cịn cập eletron chiếm obitan sp2.
Liên kết C=O phân cực phía ơxi ơxi có độ õm điện lớn bon, phân cực biểu giá trị mômen cờng lực lớn nhóm C=O C=O đặc điểm cấu trúc nh ??/?
Nhóm cacbonyl quy định tính chất đặc trng Anđehyd II Tính chất Anđehyd
1 TÝnh chÊt vËt lý:
(2)Nhiệt độ sơi nhiệt độ nóng chảy thấp nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy Aneol tơng ứng tone, nhiệt độ sôi Anđêhyd cao nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi hiđrơcacbon tự có liên kết C=O phân cực
2 TÝnh chÊt ho¸ học
* Phản ứng cộng chất nuclêophin: - Với H2O (hyđrat hoá) tạo thành Hyđrat
VD: H H OH C = O + HOH C
H H OH - Víi ancol Semiaxetal
OH CH3CHO + C2H5OH CH3-CH
OC2H5
Gốc Hirocacbon lớn cân lệch bên trái - Cộng với NaHSO3 tạo hỵp chÊt céng bisunfit
OH C6H5CHO + NaHSO3 C6H5 - CH
SO3Na
Các hợp chất cộng bisunfit tách dạng tinh thể dễ bị phân tích tác dụng với axít thành Anđêhyd ban đầu SO2
ứng dụng phản ứng cộng để tách Anđehyd khỏi hỗn hợp chất - Cộng hợp chất Mg: RMgX, sau thuỷ phân tạo Ancol
+ H2O
HCHO + C2H5MgBr C2H5-CH2-OMgBr C2 H5CH2OH
Cơ chế phản ứng cộng xảy theo giai đoạn giai đoạn chậm phần mang điện tich âm tác nhân Nuclêopin cơng vào C nhóm Cacbơnyl
G® anion sinh tơng tác với toàn phần mang điện tích dơng lại H chËm O
R - C + X R H O X O Nhanh OY
R H + Y+ R H X X NÕu gèc R cµng lín xẩy cµng chËm
(3)a Phản ứng liên kết C-C: Phản ứng xảy phân tử anđehyd phân tử khác có nhóm C-H linh động (tức C-H bên cạnh nhóm hút e) Chất xúc tác cho phản axit axit hoc baz
Cơ chế phản ứng qua giai đoạn sau:
-CHO + -CH-C
CH=C-Tuỳ thuộc vào cấu tạo chất, điều kiện phản ứng để sản phẩm dừng lại giai đoạn hay giai đoạn
b Ph¶n ứng tạo liên kết C-N: Phản ứng ngng tụ víi ?/ cđa Am«niac R-CHO + R'NH2 R-CH=N-R'+H2O
Hoặc ngng tụ với hyđroxylamin NH2OH tạo oxi
CH3-CHO + H2N-R' CH3 -CH=N-OH + H2O * Phản ứng khử phản ứng ơxi hố Anđêhyd
a Phản ứng khử: Anđêhyd tác dụng H2 (xúc tác: Ni, t0) Rb1 CH3-CHO + H2 CH3-CH2-OH
R(CHO)n + nH2 R(CH2OH)n C+1 + 2e C-1 b Ph¶n ứng ôxihoá:
R(CHO)n R(COOH)n
CH3CHO + H2O CH3COOH C+1 - 2e C+3
Chất ôxi hố O2, Ag2O3(ddNH3); AgNO3 (ddNH3); Cu(OH)2; ddKMnO4 áp dụng phản ứng để nhận biết Anđêhyd
Tiết: Xêtôn
- Xêtôn hợp chất cácbonyl có chứa nhớm cácbônyl liên kết với nguyên tử cácbon
VD: CH-C-CH3, CH2=CH-C-CH3; C6H5-C-CH3 O O O DP thờng: Tên gốc Hiđrôcácbon + xêtôn
Quốc tế: Thêm -OH vào tên Hiđrôcácbon t??? kể bon nhóm chức VD: CH3-C-CH3 Đimêtyl xêtôn - prôpanon
O
C6 H5-C-CH2-CH3 Pr«pi«phenon O
- Tính chất: Các xêtơn có nhiệt độ sơi cao nhiệt độ sơi Anđêhyd tơng ứng Do có nhóm C=O nh Anđêhyd, Xêtơn có số tính chất tơng ứng Anđêhyd (phản ứng cộng vào nhóm C=O; nguyên tử ôxi C=O
(4)Tuy khối lợng nguyên tử xêtôn Anđêhyd, cách xêtơn bị ơxihố khơng có nguyên tử liên kết với C=O
VD: * Phản ứng cộng với tác nhân Nuclêfin:
CH3 CH3 OH
C=O + HCN C
CH3 CH3 C N Xianhy®rin
CH3 CH3 OH
C=O + HSO3 Na C
CH3 CH3 SO3Na
????????Phản ứng số xêtôn so với Axêtanđêhyd nh sau: CH-CHO>(CH3)CO >(C3H7)2CO > (C4H9)2CO
i tetret * Phản ứng nguyên tử «xi cđa C=O
Nhóm cácbơnyl xêtơn nói chung không ??? phản ứng nguyên tử ??? tạo liên kết C-C (trừ trờng hợp axêtôn số mêtyl xêtơn khác) song tác dụng với dd muối NH3 tơng tự Anđêhyd
VD: (CH3)2CO + HnN-OH (CH3)2CN-OH + H2O
Axêtôn hyđrôxylami Oxim axêtôn (Axêtôixim) * Phản ứng khử - ôxi hoá xêtôn
- Phản ứng khử: Xêtôn tác dụng với H2 ( t0, Rb2
- Phản ứng ôxi hoá: Xêtôn không bị ôxihoá bëi c¸c chÊt Oxi ho¸ yÕu nh AgNO3 (ddNH3); Cu(OH)2
Khi đốt cháy (ơxi hố hồn tồn) tao CO2, H2O
Bài tập 1: Viết điện phân C9H10O (có vòng thơm), C3H6O mạch hở C9H10O: CH2-CH2-CHO CH2-C-CH3
O C3H6O: CH3-CH2-CHO CH2=CH-CH2-OH
CH3-C-CH3 CH2=CH-O-CH3 O
Bµi tËp 2: Viết phơng trình phản ứng điều chế HCHO, CH3CHO, (CHO)2 tõ CH4 (Ghi râ ®iỊu kiƯn nÕu cã)
a ®iỊu chÕ HCHO tõ CH4
(5)CH3Cl + KOH CH3OH + KCl
CH3OH + CuO HCHO + Cu + H2O Phơng pháp 2: CH4 HCHO
CH4 + O2 HCHO + H2O Phơng pháp 3: CH4 CH2Cl2 HCHO/
CH4 + 2Cl2 CH2Cl2 + 2HC
CH2Cl2 + KOH HCHO + 2KCl + H2O b) Tõ CH4 ®iỊu chÕ CH3CHO
CH4 C2H2 CH3CHO 2CH4 CHCH + 3H2
CHCH + H2O CH3CHO c) Tõ CH4 ®iỊu chÕ (CHO)2
CH4 C2 H2 C2H4 CH2 - CH2 (CHO)2 OH OH
2CH4 C2H2 + 3H2 C2H2 + H2 C2H4
C2H4 + KMnO4 + H2O C2H4(OH)2 + MnO2 +KOH C2H4 (OH)2 + CuO (CHO)2 + Cu + H2O
Bµi tập 3: Viết phơng trình phản ứng HCHO tác dụng lần lợt với dung dịch
AgNO3, Cu(OH)2 môi trêng kiÒm
* HCHO + 2AgNO3 + 2NH3 + H2O HCOONH4 + NH4NO3 + 2Ag HCOONH4 + 2AgNO3 + 2NH3 + H2O (NH4)2CO3 + NH4NO3 + 2Ag => HCHO + 4AgNO3 + 6NH3 + 2H2O (NH4)2CO3 + 4NH4NO3 + 4Ag * HCHO + Cu(OH)2 + KOH HCOOK + Cu2O + H2O
HCOOK + Cu(OH)2 + KOH K2CO3 + Cu2O + H2O => HCHO + Cu(OH)2 + KOH K2CO3 + Cu2O + H2O
(6)1 Sôc khÝ Cl2 qua quú tÝm Èm?
2 Sôc khÝ Cl2 qua dd NaBr (khong màu) dung môi H2O Sục khí Cl2 qua ddNaI dung m«i H2O
4 Sơc khÝ Cl2 qua dd FeCl2; ddH2S
5 Cho khÝ HCl d qua ddNaOH (Cã mµu sẵn q tÝm) Cho dd KI t¸c dơng víi hå tinh bét
7 Cho Ýt dd HCl vµo níc zaven? Thay HCl b»ng ddHNO3 Thªm tõ tõ dd níc zaven vµo dd FeCl2
9 DÉn luång khÝ O3 qua dd KI, thêm thành phần hồ tinh b vào dd sau ph¶n øng
10 DÉn mét luång khÝ F2 qua ddNaOH (lo·ng) ®un nãng
11 Cho mẫu thuỷ tinh (SiO2 ) thành phần vào cốc đựng ddHF 12 Thêm ddKI (vàng nhạt) ddFeCl3 (màu nâu đỏ)
13 Sục ?/// Hyđro Clorua qua ddNaAlO2 đến d 14 Sục?? HCl qua ddCloruavôi
* Giải thích quy lụât.
d So sỏnh tớnh axit độ bền: HF, HCl, HBr, HI, F-, Cl-, Br-, I -e So sánh tính axit độ bền: HClO, HCl2, HClO3, HClO4
a So sánh tính axit độ bền: nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi, F2Cl2, Br2, I2 c So sánh tính axit độ bền: Khử HF, HCl, HBr, HI
b So sánh tính axit độ bền: Ô xi hoá F2, Cl2, Br2, I2 f So sánh ôxi hoá: HClO, HClO2, HClO3, HClO4
g So sánh tính axit, độ bền: HClO, HClO2, HClO3, HClO4
* Nhận biết:
1 Nêu phơng pháp nhận biết chất bay sau riêng biệt a O2, N2, Cl2, H2 g HF, HCl, SO2
b SO2, Cl2, O2 h Cl2, Br2, HCl
c Cl2, HCl, SO2 i N2, H2, Cl2, F2, CH2 d NO, Cl2, HCl, N2
e H2O, NH3, Cl2, HCl
2 Có dd sau nhÃn, nêu phơng pháp nhận biÕt a NaCl
c NaCl, Na2CO3, NaI d HCl, H2SO4, HNO3 e HCl, HClO4, HNO3
f NaF, NaCl, NaBr, NaOH, Na2SO4 NhËn biÕt c¸c dd sau;
(7)b Na2CO3, AgNO3, NaNO3 chØ dïng axít c Na2CO3, NaCl, HCl không dùng hoá chất
* Tách - điều chế.
- Cl2 lẫn h¬i níc, CO2 - Cl2 lÉn NH3, N2 - Cl2 lÉn h¬i SO2, N2 - Cl2 lÉn h¬i O2, N2 - HCl lÉn Cl2, O2 - HCl lÉn N2, O2 - HCl lÉn SO2, O2
* Tại điều chế HCl, HF cách đem muối halôgen tác dụng với H2SO4 đặc nóng cịn HBr, HI, khơng áp dụng đợc phơng pháp
* Nêu phơng pháp điều chế đợc HCl, HBr Phơng pháp đợc điều chế phịng thí nghiệm ,trong cơng nghiệp
(8)* NaCl từ hỗn hợp NaCl, NaS, NaI
* Từ NaBr, NaI, NaCl, hoá chất, điều kiện khác có để nêu phơng pháp điều chế Br2, I2
* Viết 10 phơng trình phản ứng điều chế khí Cl2? Phản ứng áp dụng cơng nghiệp để điều chế clo
* Nªu phơng pháp điều chế F2? Phơng pháp có áp dụng điều chế Cl2, Br2, I2 hay không?
* Trong phịng thí nghiệm điều chế khí Cl2 phản ứng sau: a MnO2, ơxi hố HCl đặc
b KMnO4, ơxi hố HCl đặc c K2Cr2O7, ơxi hố HCl đặc nóng
d H2SO4 t¸c dơng với hỗn hợp NaCl, MnO2
* Chọn chất thoả mÃn hoàn thành phơng trình phản ứng.
a Cl- Cl0 Cl+1 Cl+3 Cl+5 Cl+7 b Cl2 FeCl3 FeCl2 NaCl
NaClO3
c CaOCl2 Cl2 KClO3 d A + H2 B
A + H2O B + C
A + H2O + SO2 B + C B + BiÕt A lµ chÊt khÝ
e KClO3 A + B
A + MnO2 + H2SO4 C + D + E + F A G + M
C + L KClO3 + A + F
I Đặt vấn đề
(9)A Lý thuyết
I Sự điện phân:
1 Khái niệm: Sự ôxi hoá - khử xảy bề mặt điện cực cho dòng
in chiều qua kèm theo biến đổi nhiệt thành hoá gọi điện phân
2 Chó ý:
- Phản ứng hố học xẩy có tác dụng dịng điện Đây q trình biến đổi điện thành hố năng, trình ngợc với trình xảy pin
- Phản ứng ôxi hoá - khử xảy bề mặt điện cực Bề mặt ranh giới tiếp xúc điện cực chất điện ly
II Điện cực phản ứng điện phân:
1 Định nghĩa: Điện cực nối với cực âm (-) nguồn gọi catốt, kí hiệu(-)
Điện cực nối với cực dơng (+) cđa ngn ngoµi gäi lµ anèt, kÝ hiƯu (+)
2 Phản ứng hoá học bề mặt điện cùc:
+ Trên bề mặt cực âm (-) catốt, cation chất điện li nhận electron (hay nói tổng quát: chất ơxi hố đến nhận electron)
+Trên bề mặt cực dơng (+) anốt, anion chất điện li đến nhờng electron (hay nói tổng quát: chất khử nhờng electron)
VD: Điện phân nóng chảy NaCl thì: Catốt: Na+ + e Na
Anèt: Cl- - e 2 Cl2
Kết luận: Trên catốt xảy khử, có chuyển electron từ catốt đến cation
Trên anốt xảy ơxi hố, có chuyển electron từ anion chất điện li đến anốt
III Sù ph©n cùc:
Khi dòng điện qua ranh giới phân chia điện cực – dung dịch trạng thái điện cực (về thế, mật độ dịng) bị thay đổi Hiện tợng gọi phân cực điện cực Khi phân cực điện cực khác với cân (thế điện cực khơng có dòng qua)
Nếu phân cực, điện cực chuyển dịch phía dơng so với cân phân cực nh gọi phân cực anốt ngợc lại đợc gọi phân cực catốt
Tuú thuộc vào chất trình mà ngời ta chia trình phân cực làm loại khác
1 Phân cực nồng độ: Phân cực nồng độ sinh biến đổi nồng độ
(10)ở lớp gần bề mặt anốt, kim loại bị hồ tan nên nồng độ iơn tăng lên Theo cơng thức Nernst, tăng (trở nên dơng hơn) Còn catốt xảy khử canion nồng độ lớp gần bề mặt giảm điện cực giảm (âm hơn) Mật độ dịng lớn biến đổi nồng độ iôn lớp gần bề mặt điện cực lớn nên phân cực mạnh
Trong trờng hợp để giảm phân cực nồng độ phải khuấy mạnh dung dịch
2 Sự phân cực hoá học: Khi dòng điện qua ranh giới phân chia điện cực
dung dịch (là bề mặt điện cực), xảy phản ứng môi trờng chất điện li với vật liệu làm điện cực Sản phẩm sinh làm biến đổi tính chất bề mặt điện cực, làm thay đổi điện cực Hiện tợng gọi sự phân cực hoá học.
3 Sự phân cực điện hoá:
Theo nh lut ễm, cho dịng điện qua dây dẫn cờng độ dòng điện
sẽ tỉ lệ với điện áp đặt vào:
U I
R
Thực nghiệm cho thấy dòng điện bắt đầu qua đợc dung dịch điện li điện áp hai cực có giá trị hồn tồn xác định
Ta có thí nghiệm để quan sát sau:
Nhúng hai điện cực platin vào dung dịch CuCl2 , sau nối hai điện cực với nguồn điện chiều cho biến đổi liên tục điện áp đặt vào mạch
Khi cha có hiệu điện thế, hai cực hiển nhiên Khi bắt đầu tăng điện áp, mạch có dòng điện: electron đến catốt (nối với cực âm nguồn) rời anốt (nối với cực dơng nguồn) Nhng electron qua dung dịch điện li, điện cực khơng xảy q trình điện hố cực tích điện âm d electron cực tích điện dơng thiếu electron, điều dẫn tới cấu trúc lớp điện tích kép thay đổi nghĩa xảy phân cực điện cực Kết hai cực xuất hiệu điện có chiều ngợc lại với chiều nguồn điện bên
Hiện tợng gọi sự phân cực điện hố.
IV ThÕ ph©n hủ:
Bằng thực nghiệm lý thuyết, ngời ta chứng minh đợc điện phân bắt đầu xảy điện áp hoàn toàn xác định Vậy, điện áp tối thiểu giữ hai cực để điện phân bắt đầu xảy gọi phân huỷ
(11)Q trình xảy catốt âm Cu2+/Cu anốt dơng 2Cl-/Cl2 Thế đợc gọi thế phóng điện iơn.
KÕt ln: VỊ mỈt lý thut, thÕ phân huỷ chất sđđ pin tạo
chất thoát catốt anốt
* Bảng phân huỷ số chất:
Chất điện ly E (V) ChÊt ®iƯn ly E (V) H2SO4 HNO3 H3PO4 NaOH KOH 1,67 1,69 1,70 1,69 1,67 Na2SO4 ZnSO4 AgNO3 NiCl2 NiSO4 2,21 2,35 0,70 1,85 2,04
V Sự thế:
Trong thực nghiệm, hầu hết phân huỷ thờng lớn sđđ pin tạo chất thoát cho điện cực
Định nghĩa: Hiệu số phân huỷ sđđ pin tạo chất thoát
ra điện cực gọi
Vy, th phõn gii số chất đợc tính theo cơng thức: 0
( )
pg a b a c
E E E E E
Víi : pg
E
: ThÕ ph©n giải Ea : Quá cực dơng
0
a c
E E :sđđ pin tơng ứng Ec : Quá cực âm
V th phúng in iụn điện cực đợc tính theo cơng thức:
ë catot: c ck ë anot: a aa
Trong đó: ,
c a
: lÇn lợt cân cation anion
,
k a
: qu¸ thÕ catôt anôt
Khi in phõn dung dch nớc, bên cạnh cation anion chất có iơn H3O+ OH- Do việc nghiên cứu q hiđrơ ơxi có tầm quan trọng đặc biệt: biết đợc hiđrô (hay ơxi) điều khiển đợc q trình điện phân theo ý muốn
Kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy hiđrô ôxi phụ thuộc vào mật độ dòng, chất chất làm điện cực, trạng thái bề mặt nó, thành phần dung dịch Về mặt định lợng, phụ thuộc đợc biểu diễn ph-ơng trình Tafel:
lg
a b i
(12)Trong a b số phụ thuộc vào chất chất làm điện cực trạng thái bề mặt nó, i mật độ dịng (A.cm-2).
Bản chất trình phức tạp, liên quan tới đặc tính, bề mặt điện cực, chất…
Đối với ôxi, số a b phụ thuộc vào chất vật liệu làm điện cực, nhiệt độ…còn phụ thuộc vào thành phần dung dịch mật độ dòng
Trong miền mật độ dòng quy định (~ 10-3 A.cm-2), ôxi tăng theo dãy sau:
Co, Fe, Cu, Cd, Pb, Pd, Au, Pt
Vậy, q trình điện hố đợc xác định khơng phải quy luật nhiệt động học (quá cân bằng) mà quy luật động hc
Bảng hiđrô ôxi với điện cực khác nhau:
Điện cực Quá hiđrô (V) Quá ôxi (V) Pt (muội)
Fe Pt (nh½n)
Niken Hg
0,03-0,04 0,01-0,02 0,2-0,4 0,2-0,4 0,8-1,0
0,3 0,3 0,5 0,5
VI Điện phân chất điện ly nóng chảy:
Khi ú, cation catốt anion anốt Phơng pháp dùng để điều chế kim loại nh kiềm, kiềm thổ…Tại catốt xảy khử, anốt xảy ơxi hố Từ viết phơng trỡnh in phõn:
VD: Điện phân NaCl nóng chảy: NaCl Na- + Cl+ Catèt: Na+ + e Na Anèt: Cl- - e
1 2 Cl2
Chú ý: Khi điện phân có anốt than chì cần y có ôxi thoát anốt không, có cần xét tiếp phản ứng: C + O = CO2 anốt!
VII Điện phân dung dịch nớc:
Khi điện phân dung dịch nớc, theo nguyên tắc ta có: cực âm cation điện cực lớn bị khử trớc cực dơng anion điện cực bé bị ôxi hoá trớc
Tuy nhiên, thực tế không hẳn nh vậy, có tợng nên nhiều phản ứng điện phân không tuân theo quy tắc
(13)1 Xét catốt: Trên catốt co iôn H3O+ cation chất điện ly tiếp xúc Nếu phóng điện cation chất điện ly dơng phóng điện cation kim loại nhËn electron
Mn+ + ne = Mrắn Ngợc lại, H3O+ nhận e:
H3O+ + e = H + H2O 2H = H2
NÕu kh«ng có thi iôn cân lớn cân hiđrô dung dịch phóng điện
Với pH = th× E2H1H2 = 0, 059; pH = - 0, 413 Vôn, tức kim loại
ng sau Fe bị điện phân
Tuy nhiên, nên có chuyển dịch kim loại đứng sau Al
Vậy, điện phân dung dịch nớc, kim loại đứng sau nhôm (không kể nhơm) bị điện phân.
Chú ý: Vì q phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên ta thay đổi
các yếu tố phávỡ quy tắc
VD: Điện phân dung dịch NaCl với điện cực thuỷ ngân thu đợc Na – Nghĩa Na+ nhận e H3O+ nhận e nh theo quy tắc.
2 Xét trình xảy anốt
Nếu phóng điện anionvà OH- lớn cân kim loại làm anôt anôt bị tan (bị ôxi hoá) - Đây tợng dơng cùc tan
Mr¾n – ne = Mn+
Trong trờng hợp ngợc lại anốt khơng tan (anơt trơ), anion OH bị ơxi hố
Kết luận: Khi điện phân dung dịch nớcthứ tự cho electron các anion anôt từ anion khơng chứa ơxi (S2-, I-, Br-, Cl-…) sau đến OH- rồi
đến anion chứa ôxi.
VÝ dụ: Xét điện phân dung dịch CoCl2 với điện cực platin nhẵn:
Phơng trình phân ly: CoCl2 Co2+ + 2Cl -H2O H+ + OH -XÐt trêng hỵp
Trờng hợp I: Chỉ có CoCl2 bị điện phân Khi đó: Catơt: Co2+ + 2e = Co
0
c
E = - 0,28
An«t: 2Cl- - 2e = Cl2
a
E = 1,36
(14)Xảy phân giải: 0 1,64( )
a c
E E E V
Trờng hợp II: Ngoài CoCl2, H2O bị điện phân Khi cần tính điện cực:
H2O -2e =
2 O2 + 2H+ Eo =1,23
2H2O + 2e = H2 + 2OH Eo= -0,82
Và ôxi, hiđrô điện cực Pt nhẵn Ec = 0,5; Ec = 0,4 tơng ứng
Xét phản ứng điện phân: * Co2+ + H2O Co +
1
2 O2 + 2H+ Cã
pg
E
=1,23 -(-0,28) + 0,5 = 2,01 (V) * 2Cl- + 2H2O H2 + Cl2 + 2OH -Cã pg
E
=1,36 - (-0,82) + 0,4 = 2,58 (V) * H2O H2 +
1 2 O2 Cã pg
E
= 1,23 - (-0,82) +0,5 + 0,4 = 2,95 (V)
Ta thấy kết thu đợc trờng hợp đầu nhỏ nhất, phản ứng điện phân xảy Vậy phản ứng xảy điện phân dung dung dịch CoCl2 là:
CoCl2 Co + Cl2
Qua ví dụ trên, ta thấy kết luận nêu xỏc:
* Định luật Farađây:
tớnh toán khối lợng chất tạo nên phản ứng điện phân ngời ta dùng định luật Farađây:
"Khối lợng chất đợc tạo nên điện phân, tỷ lệ với đơng lợng chất đó điện lợng qua cht in ly".
Công thức Farađây:
AIt m
F
Với: A: đơng lợng chất
I: cờng độ dịng điện (Ampe) t: thời gian điện phân (giây) n: Số electron trao đổi
(15)B tập nâng cao
I Bài tập lý thuyết.
Bài 1: Điện phân gì? khác phản ứng điện phân
phản ứng ôxi hoá - khử thông thờng?
Tr li: in phõn dùng lợng điẹn để thực phản ứng ụxi hoỏ -
khử xảy catôt anôt
Tại anôt (cực âm) xảy trình khử (nhận e-) Tại catôt (cực dơng) xảy trình ôxi hoá (cho e_)
Khác với phản ứng ôxi hoá - khử thông thờng, phản ứng điện phân xảy tác dụng điện chất môi trờng điện phân không trực tiếp cho e_ mà phải truyền qua dây dẫn.
Bài 2: So sánh giống khác giữ điện phân KCl nóng chảy
điện phân dung dịch KCl
Trả lời: Điện phân KCl nóng chảy điện phân dung dịch KCl
a) Giống nhau:
- Đều nhờ lợng điện để thực đồng thời q trình khử catơt q trình ơxi hố anơt
(16)b) Kh¸c nhau: Điện phân dung dịch có H2O trực tiếp tham gia điện phân bề mặt catôt, K+ không bị điện phân mà:
2H+ + 2e = H2
Điện phân nóng chảy tham gia H2O, catôt, K+ bị điện
phân
K+ + e = K Điện phân nóng chảy
2KCl 2K + Cl2 Điện phân dugn dịch
2KCl + 2HOH H2 + Cl2 + KOH
Bài 3: Tại điện phân dung dịch với anôt hot ng, cỏc anion
dung dịch điện phân không bị ôxi hoá bề mặt anôt???? Xét trờng hợp điện phân dung dịch CuSO4 hai thí nghiệm với điện cực Graphít với điện cực Niken
Trả lời: Anôt hoạt động (làm từ kim loại Zn, Fe, Ni, Cr, Cu ) nhờ tác
dụng điện dễ dàng bị ôxi hoá anion dung dịch: MCatôt - ne = Mn+
Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực Graphít (trơ) thì: CuSO4 + H2O Cu +
1
2O2 + H2SO4
Điện phân dung dịch CuSO4 với anơt Ni (hoạt động) thì: CuSO4 + Nianơt Cu + NiSO4dung dch
Bài 4: Bản chất số Farađây ý nghĩa nó?
Trả lời: Bản chất số Farađây: điện lợng mol ®iƯn tư
F = 6,02 1023 x1,602.10-19 96500C.
ý nghĩa số Farađây điện phân: điện lợng cần thiết để làm thoát đơng lợng gam điện hoá dạng sản phẩm điện cực
( ) ( ) 96500
x x
x
A Q A
m g g
n n
Q = 96500C
Vậy, hiệu suất điện phân 100% 1F điện lợng làm thoát đơng lợng gam điện hoá X ngợc lại
Bài 5: Viết phơng trình phản ứng xảy điện phân dung dịch hỗn
hợp chứa a mol CuSO4, b mol NaCl (điện cực trơ có màng ngăn)
Trả lời: Điện phân dung dịch:
H2O H+ + OH -CuSO4 Cu2+ + SO4 2-NaCl Na+ + Cl
(17)Cu2+ + 2e Cu 2H+ + 2e H2
An«t (+) trơ: Cl-, OH-, SO42- Thứ tự điện phân Cl- > OH-; SO42- không bị điện phân. 2Cl- - 2e Cl2
2OH- - 2e
2O2 + H2O Phơng trình điện phân tổng quát:
CuSO4 + 2NaCl Cu + Cl2 + Na2SO4 (1)
b=2a: sau (1) dung dịch Na2SO4, tiếp tục điện phân có H2O bị điện phân
H2O H2 +
2O2 b< 2a: Sau (1) dung dÞch CuSO4 nên:
CuSO4 + H2O Cu +
2O2 + H2SO4 (2)
Ph¶n øng (2) vừa xong nớc bắt đầu bị điện phân hai cực b>2a: Sau (1) dung dịch NaCl nªn:
2NaCl + 2HOH H2 + Cl2 + 2NaOH (3)
Phản ứng (3) vừa kết thúc H2O bắt đầu đợc điện phân hai in cc
Bài 6: Viết trình phản ứng tách,điều chế kim loại Na, Ba, Al, Cu từ
dung dịch hỗn hợp NaCl, BaCl2, AlCl3, CuCl2
Trả lời: Điều chế Na, Ba, Al, Cu từ dung dịch cho có NaCl, BaCl2, AlCl3,
CuCl2
- Điện phân dung dịch M thu đợc chất rắn Cu dung dịch A chứa NaCl, BaCl2, AlCl3
CuCl2 Cu + Cl2
CuCl2 điện phân hết catôt xuất bọt khí (H2)
- Cho A tác dụng với dung dịch NH4OH d thu đợc kết tủa B, Al(OH)3 dung dịch B chứa BaCl2, NaCl, NH4Cl, Nh4OH
AlCL3 + 3NH4OH Al(OH)3 + 3NH4Cl
Kết tủa B1 đem nung đợc Al2O3 Sau điện phân nóng chảy Al2 O3 thu đợc Al:
2Al(OH)3 Al2O3 Al2O3 2Al +
3 2O2
Dung dịch B cho tác dụng với (NH4)2CO3 thu đợc kết tủa C1 dung dịch C chứa NaCl, NH4OH, (NH4)2CO3
(18)Kết tủa C1 tác dụng HCl d thu đợc dung dịch hỗn hợp BaCl2, HCl Cô cạn dung dịch lấy chất rắn điện phân nóng chảy thu đợc Ba
BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2 BaCl2 Ba + Cl2
Dung dịch C đem cô cạn đợc hỗn hợp chất rắn NaCl, NH4Cl Đem nung ta thu đợc NaCl Sau điện phân nóng chảy NaCl thu đợc Na nguyên chất
NH4OH NH3 + H2O
(NH4)2CO3 2NH3 + H2O + CO2 NH4Cl NH3 + HCl
2NaCl 2Na + Cl2
Bµi 7: a) H·y nói rõ giống khác phản ứng ôxi
hoá - khử phản ứng điện phân?
b) Tin hnh in phõn (với điện cực trơ, mành ngăn xốp) dung dịch chứa hỗn hợp HCl a mol/l, CuCl2 b mol/l NaCl c mol/l Vẽ đồ thị biểu diễn biến thiên pH theo thời gian điện phân Giả sử thể tích dung dịch khơng đổi q trình điện phân
Tr¶ lêi:
a) Phản ứng ơxi hố - khử phản ứng điện phân có chất giống nhau, trình trao đổi (cho - nhận) electron Khác chúng là: phản ứng ơxi hố - khử q trình tự diễn biến trình cho nhận electron xảy trực tiếp nguyên tử, phân tử, iôn chạm vào nhau, trái lại, điện phân phải có tác động dịng điện bên ngồi q trình cho nhận electron xảy gián tiếp điện cực:
b) Trong dung dÞch: ?????????/
NaCl Na+ + Cl -H2O H+ + OH -Thứ tự điện phân:
CuCl2 Cu + Cl2 (1) 2HCl H2 + Cl2 (2) 2NaCi + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH (3) 2H2O 2H2 + O2
(19)giảm nên nồng độ NaOH tăng lên (tuy ít), Do đồ thị biểu diễn biến thiên pH trình điện phân nh sau (giả sử a = 0,01 mol/l)
Bµi 8: Thế phóng điện ion? Về mặt lý thuyết mặt thực tế
thỡ đợc tính nh nào?
Trả lời: Hiệu điện tối thiểu điện cực để cú th bt u phn
ứng điện phân gọi phóng điện ion
Về mặt lý thuyết, phóng điện ion cân ion điện cực
Tuy nhiờn, thực tế có tợng nên phóng điện ??? đợc tính theo cơng thức:
Cat«t: cck
An«t: a a a
Trong đó:
* c, a: lần lợt cân cation anion * c, a: catôt anôt
Bài 9: Thế thế? Quá hiđrô ôxi phụ thuộc vào yếu
tố nào?
Trả lời: Hiệu số phân huỷ sđ đ pin tạo c¸c chÊt tho¸t
trên điện cực đợc gọi
Quá hiđro ôxi phụ thuộc vào yếu tố: - Mật độ dòng (A.cm-2)
- Bản chất chát làm điện cực - Trạng thái bề mặt điện cực - Thành phần dung dịch - Nhiệt độ xảy phản ứng
Bài tâp:
Bài Trong bình điện phân thứ (Bình I), ngời ta hoà tan 0,3725 gam
XCl kim loại kiềm vào nớc Mắc nối tiếp bình I với bình II chứa dung dịch CuSO4 Sau thời gian điện phân thấy catôt bình II có 0,16 gam kim loại bám vào bình I thÊy chøa mét chÊt tan cã PH=13
a) Tinh thể tích dung dịch bình I sau điện phân b) Cho biết bình I chứa chất gì?
(20)a) B×nh II: CuSO4 + H2O Cu + H2SO4 + 2O2
It =
0,16 96500 64
x x
M¾c nèi tiếp nên It Thay It vào phơng trình sau: mCl2 =
2
71 0,1775
0,1775 0,0025
96500 71
xIt
mCl g nCl mol
x
B×nh I: 2XCl + 2H2O 2XOH + H2 + Cl2 nXCl = 2nCl2 = 0,0025 x = 0,005mol
nXOH = nXCl = 0,005mol
pH = 13 -> pOH = 1-> [OH-] = 0,1mol Trong lÝt dung dÞch cã 0,1mol OH x lÝt dung dÞch cã 0,005mol OH x = 0,05lÝt
b) 0,3725 gam øng víi 0,005mol y gam 1mol y = 74,5g
XCl cã khèi lỵng = 74,5g -> X = 39 (K) B×nh I: cã KCl
Bài 2: Cho 16,8g hỗn hợp X gồm AO BO (A, B hai kim loại thuộc chu
kỳ đầu bảng tuần hoàn nguyên tố hoá học) vào dung dịch HCl lợng vừa đủ thu đợc dung dịch Y Điện phân dung dịch Y với điện cực trơ vừa có khí xuất Catot ngừng điện phân thu đợc 12,8g kim loại catơt, đồng thời có V lít khí anot (đktc) thu đợc dung dịch Q Các định tên kim loại
Gi¶i:
Phơng trình phản ứng: AO + 2HCl ACl2 + H2O a mol a mol
BO + 2HCl BCl2 + H2O b mol b mol Dung dÞch Y gåm ACl2, BCl2
Khi điện phândung dịch Y giả sử ACl2 bị điện phân tríc: ACl2 A + Cl2
a mol a mol
Nếu BCl2 bị điện phân nh ACl2 kim loại thu đợc phải 16,8g, có khí xuất Catơt, khối lợng kim loại thu đợc anot 12,8g < 16,8g nên ACl2 bị điện phân, hết ACl2 H2O bị điện phân
(21)V× BCl2 (khi điện phân không tạo kim loại catot), nên B hoá trị kim loại kiềm thổ, B thuộc chu kỳ đầu, B Be, Mg, Ca
* NÕu B lµ Be =>
0, 44 0,3
b
(loại) * Nếu B Mg =>
4 24
b
1 0,8 0,3
6
a
12,8 96 A a (lo¹i) * NÕu B lµ Ca =>
4 0,1 40
b mol
a0, A = 12,8 64 0, (nhËn) A: Cu; B: Ca
Bài 3: Hoà tan 4,5g tinh thể XSO4.5H2O vào nớc thu đợc dung dịch A Điện
phân dung dịch A với điện cực trơ Nếu thời gian điện phân t giây thu đợc kim loại catot 0,007mol khí anot Nếu thời gian điện phân 2t giây thu đợc 0,024mol khí
a) Xác định XSO4.H2O
b) Cho l= 1,93A TÝnh thêi gian t
Gi¶i
a) Đặt nXSO4.5H2O = a mol điện phân dung dịch XSO4.5H2O Anot (+)
OH- (H2O) H2O -2e 2H+ +
1 2O2 t gi©y cã 0,007 mol khÝ 2t gi©y cã 0,014 mol < 0,024 VËy cã khÝ H2 ë catot tho¸t
0,024 - 0,014 - 0,01mol H2O - 2e 2H+ +
1 2O 0,056 0,014mol
Catot (-) H+ (H2O), X2+
2H2O + 2e 2OH- + H2 0,02 mol 0,01mol
X2+ + 2e X a mol 2a mol a mol
(22)X = 4,5
186 64
0, 018 CTPT cđa tinh thĨ CuSO4.5H2O
b) ¸p dơng c«ng thøc: m =
2
2 (2 ) 96500
Ait
O e o
n
96500 0,007 96500 4
1400 1,93
m
n x x
A t
I
gi©y
Bài 9: Những q trình xảy bề mặt điện cực platin
điện phân lít dung dịch AgNO3 Viết sơ đồ điện phân phơng trình dạng tổng quát
b) Nếu môi trờng dung dịch sau điện phân có pH =3 với hiệu suất điện phân 80%, thể tích dung dịch đợc coi nh khơng đổi nồng độ chất dung dịch sau điện phân bao nhiêu? Khối lợng AgNO3 dung dịch ban đầu bao nhiêu?
Gi¶i:
a) Những trình điện phân dung dịch AgNO3 AgNO3 Ag+ + NO
-H2O H+ + OH
-(-) catot (+) anot
Ag+ + 1e Ag
H2O -2e
2O2 + 2H+ 2AgNO3 + H2O 2Ag
1
2O2 + 2HNO3
Hc viÕt: 2Ag+ + H2O 2Ag +
2O2 + 2H+ b) V× pH = [H+] = 10-3 mol/l = 0001mol/l 2AgNO3 + H2O 2Ag +
1
2O2 + 2HNO3
Số mol ban đầu: a mol Sè mol ph¶n øng: 0,001mol Sè mol sau ph¶n øng: a - 0,001
Vi hiƯu st 80% nªn: 0,001 = 0,8a a = 1,25 x10-3 mol Sau điện phân dung dịch có:
HNO3 CM = 0,001mol/l
AgNO3 lại CM = 0,25 x 10-3 mol/l
(23)Bài 20: Cho hai bình điện phân giống có điện cực trơ Bình1 đựng 100 ml dung dịch AgNO3 0,15M, bình đựng 100ml dung dịch muối sunfat kim loại M (II) đứng sau Al dãy hoạt động kim loại Tiến hành điện phân hai bìh với cờng độ dòng điện va thời gian nh catot bình có 0,648g kim loại bám vào catot bình bắt đầu có khí khối lợng kim loại bám vào 0,192g Kim loại M kim loại sau đây:
A Ca B Cu C Fe D.Mg
Giải:
Phản ứng điện phân bình 1:
4AgNO3 + 2H2O 4Ag + O2 + 4HNO3 (1) Phản ứng điện phân bình
2MSO4 + 2H2O 2M + O2 + 2H2SO4 (2)
Vì điều kiện điện phân hai bình nh (cờng độ dòng điện I, thời gian điện phân t), nên ta có:
I.t =
96500 96500 108
mAgx x mMx x
M
hay
2 0,192 108
2 64
108 0, 648
mAg xmM x
M x
M
Vậy kim loại M Cu ỏp s ỳng: B
Bài 24: Tiến hành điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) dung
dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 NaCl nớc bắt đầu bị điện phân hai điện cực dừng lại anot thu đợc 0,448 lít khí (đktc) Dung dịch sau điện phân hồ tan tối đa 0,68gam Al2O3
a) Tìm khối lợng M
b) Tính khối lợng catot tăng lên sau điện phân
c) Tớnh lợng dung dịch giảm sau điện phân (giả sử nớc bay khơng đáng kể)
Gi¶i
Trong dung dÞch CuSO4 Cu2+ + SO4
NaCl Na+ + Cl- ; H2 O H+ + OH
(24)CuSO4 + 2NaCl Cu + Cl2 + Na2SO4 (1)
Nếu số mol NaCl gấp đôi số mol CuSO4 sau phản ứng (1) dung dịch sau điện phân có Na2SO4 khơng thể hồ tan đợc Al2O3 Muốn hồ tan đợc Al2O3 dung dịch phải có axit kiềm, tức có hai trờng hợp
* Trờng hợp1: Sau phản ứng (1) CuSO4 d, lúc xảy phản ứng điện phân nh sau:
2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2 + 2H2SO4 (2) hết Cu2+ nớc bị điện phân ë hai ®iƯn cùc.
3H2SO4 + Al2O3 Al2 (SO4)3 + 3H2O (3) Theo phơng trình phản ứng (3)
2
0,68
3 0,02 102
H SO Al O
n n x
Theo phơng trình phản øng (2):
4 Cu 0, 01
CuSO Cl
n n n
vµ nO2 0,01
Nh vËy sè mol Cl2 tho¸t ë (1) = 0, 448
0,01 0,01 22, Theo ph¶n øng (1):
4 0,01
CuSO Cu Cl
n n n
vµ nNaCl 0, 02
VËy:
4 (0,01 0, 02)160 0, 02 58,5 5,97
CuSO NaCl
m m m x g
mcat«t tăng = (0,01+0,02)64 = 1,92g
mdd giảm = 1,92 + 0,01 x 32 + 0,01 x 71 = 2,95g * Trêng hỵp 2:
Sau phản ứng (1) cịn d NaCl, lúc đó:
2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH (4)
Khi hết NaCl anot nớc bị điện phân:
Al2 O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O (5) Theo ph¶n øng (5):
0,68 0,04
102
NaOH Al O
n n x mol
Theo phản ứng (4): nNaCl bị điện phân = 0,04
3 mol
Còn 2
0, 02
H Cl
n n mol
Vậy lợng Cl2 thoát phản ứng (1) là: 0, 448 0,02 0,04
(25)Theo ph¶n øng (1):
0,04
CuSO Cu Cl
n n n
vµ
0,08
NaCl
n
VËy:
0, 04 0,08 0,04
160 58,5 4, 473
3 3
m x g
mcatôt tăng = 0,04
64 0,853 x g
mdd gi¶m =
0,04 0, 02 0,02
0,853 71 2, 286
3 3 x g
(26)