III- SỰ OXI HĨA –KHỬ TRÊN BỀ MẶT ĐIỆN CỰC 1 Catot
1.Tĩm tắt nội dung bài tốn
a. Viết các phương trình điện li
b. Viết các phương trình cho nhận electron
* Cation về catot, nhận electron theo thứ tự từ sau ra trước Ion KL mạnh H+ của Ion KL H+ của
nước trung bình axit
Ion KL yếu
* Anion về anot, nhường electron theo thứ tự từ sau ra trước Anion cĩ oxi và F- OH- của nước- của bazơ Anion khơng cĩ oxi và RCOO- c. Phương trình điện phân = (1) + (2) d. Xét phản ứng phụ và điều kiện kĩ thuật (nếu là sản xuất) 2. Luyện tập: Ví dụ 1:
Khảo sát sựđiện phân nhơm oxit nĩng chảy (với điện cực than chì) để sản xuất nhơm. Giải catot anot
a. PT điện li Al2O3 ⎯t⎯ →0⎯,nc
2Al3+ + 3O2-
b. PT cho, nhận electron * Catot: 2Al3+ + 6e → 2Al * Anot: 3O2-→
2 3
O2↑ + 6e
c. Thu gọn để cĩ phương trình Al2O3 ⎯⎯dpnc⎯,Na3⎯AlF⎯6→2Al3+ + 2 3
O2↑(*)
điện phân.
d. Phản ứng phụ và điều kiện - Al2O3 nĩng chảy ở nhiệt độ rất cao(-25000C) nên tốn kĩ thuật. kém. Để khắc phục, người ta trộn thêm cryolic(Na3AlF6 hay AlF3.3NaF) để nhiệt độ nĩng chảy giảm chỉ cịn 9500c
- Ở anot : C ⎯⎯ →⎯0 2,t
O CO2↑, CO2↑ nên anot bị mịn dần, nên phải được hạ thấp dần ( để duy trì diện tích tiếp xúc)
Ghi chú: Nếu chỉ yêu cầu viết phương trình điện phân nhơm oxit nĩng chảy thì chỉ viết phương trình (*) và khơng cần giải thích.
---
Ví dụ 2: Khảo sát sựđiện phân dung dịch NaCl, điện cực than chì, cĩ hoặc khơng cĩ màng xốp.
Giải
a. PT điện li catot anot 2NaCl → 2Na+ + 2Cl- (H2O ↔ H+ + OH- b. PT cho, nhận electron *Catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-
* Anot: 2Cl- Cl2 + 2e 2NaCl + 2H2O ⎯⎯ →dpdd⎯ H2 + NaOH+ Cl2(α)
c. Thu gọn để cĩ phương * Cĩ màng ngăn xốp: khơng cĩ phản ứng phụ, thu được H2
trình điện phân. NaOH ở catot, Cl2ở anot.
d. Phản ứng phụ * Khơng cĩ màng ngăn xốp: xảy ra phản ứng: Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O (β) Thu gon (α ) và (β)
NaCl + H2O ⎯dpdd⎯ →⎯ H2 + NaClO
Ví dụ 3: Khảo sát sựđiện phân dung dịch NiSO4 với anot trơ hoặc với anot bằng Ni. Giải: a. Trường hợp anot trơ: Catot Anot NiSO4 → Ni2+ + SO42- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: Ni2+ + 2e → Ni ↓ Anot: H2O ½ O2 + 2H+ + 2e Phương trình điện phân: NiSO4 + H2O ⎯dpdd⎯ →⎯ Ni + ½ O2↑ + H2SO4 (1) b. Trường hợp anot bằng Ni Catot Anot NiSO4 → Ni2+ + SO42- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: Ni2+ + 2e → Ni ↓ Anot : Ni Ni2+ + 2e Phương trình điện phân: NiSO4 + Ni ⎯dpdd⎯ →⎯ Ni + NiSO4 Kết luận : Ni(anot) ⎯dpdd⎯⎯,NiSO⎯4→Ni↓( catot) * Nhận xét :
- Khơng xảy ra phản ứng giữa axit trong dung dịch với bất kì kim loại nào bám trên catot khi đạng cĩ dịng điện chạy qua( khi đang điện phân) . Nếu ngắt điện : xét phản
ứng bình thường. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Điện phân dung dịch muối(thường là sunfat) của kim loại M (trung bình hoặc yếu) với anot bằng chính kim loại M được ứng dụng trong sự mạđiện( cịn được mơ tả là
điện phân với anot tan). Trong trường hợp này, thực tế chỉ cĩ sự di chuyển của kim loại M từ anot sang đắp lên catot( vật muốn mạ)
---
Ví dụ 4 : Khảo sát sựđiện phân NaOH nĩng chảy hoặc dung dịch NaOH. Giải : a. Điện phân NaOH nĩng chảy Catot Anot NaOH ⎯t⎯ →0⎯,nc 2Na+ + 2OH- Catot: 2Na+ + 2e → Na
Anot : 2OH- -2e H2O + ½ O2↑
Phương trình điện phân:
2NaOH ⎯dpnc⎯ →⎯ Na + H2O↑ + ½ O2↑
Nhận xét :
- Do oxi và hơi nước được tạo thành ởđiện cực dương(anot) nên khơng tác dụng
được với natri, tạo thành ở catot. b. Điện phân dung dịch NaOH
Catot Anot NaOH ⎯t⎯ →0⎯,nc
2Na+ + 2OH- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-
Anot : 2OH- -2e H2O + ½ O2↑
Phương trình điện phân:
2NaOH + 2H2O ⎯dpdd⎯ →⎯ H2↑ + NaOH + H2O + ½ O2↑
Kết luận: H2O ⎯dpdd⎯⎯,NaOH⎯→H2↑ + ½ O2↑
* Nhận xét:
- Điện phân dung dịch NaOH thực tếđiện phân nước. NaOH đĩng vai trị như
một chất dẫn điện để cho H2O bịđiện phân. - Điện phân các dung dịch:
a. Hidroxit kim loại mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH)2) b. Axit cĩ oxi (HNO3, H2SO4,…)
c. Muối giữa 2 loại chất trên( Na2SO4, KNO3, …) thực tếđều là điện phân nước cho H2ở catot và O2ở anot.
Ví dụ 5: Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 và b mol NaCl, khơng cĩ vách ngăn với
điện cực trơ và dịng điện vơ hạn. Giải: Catot Anot CuSO4 → Cu2+ + SO42- 2NaCl → 2Na+ + 2Cl- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: Cu 2+ + 2e → Cu Anot : 2Cl- Cl2 + 2e Phương trình điện phân: CuSO4 + 2NaCl ⎯⎯ →dpdd⎯ Cu↓ + Na2SO4 + Cl2↑
amol -2a mol (nếu cĩ, để cĩ phản ứng vừa hết) a. Trường hợp b =2a
Sau giai đoạn 1, dung dịch chỉ chứa Na2SO4 nên giai đoạn 2 là điện phân dung dịch Na2SO4:
Catot Anot Na2SO4 → 2Na+ + SO42-
--- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH- Anot : H2O -2e ½ O2 + 2H+ Phương trình điện phân: Na2SO4 + 3H2O ⎯dpdd⎯ →⎯ H2↑ + 2NaOH + ½ O2↑ + H2SO4 Vì khơng cĩ vách ngăn: 2NaOH + H2SO4→ Na2SO4 + 2H2O Kết luận: H2O ⎯dpdd⎯⎯,Na⎯2SO⎯4→H2 + ½ O2
Như vậy, ở giai đoạn 2 thì H2O bịđiện phân cho đến khi khơng cịn dung dịch , khơng dẫn điện, mạch hở và sựđiện phân kết thúc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b. Trường hợp b > 2a
Sau giai đoạn 1, dung dịch cĩ Na2SO4 và cịn NaCl dư, nên giai đoạn 2 là điện phân dung dịch chứa Na2SO4 và NaCl(*) Catot Anot CuSO4 → Cu2+ + SO42- 2NaCl → 2Na+ + 2Cl- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH- Anot : 2Cl- Cl2 + 2e Phương trình điện phân: Na2SO4 + 2NaCl + 2H2O ⎯dpdd⎯ →⎯ H2↑ + 2NaOH + Cl2 + Na2SO4 Phản ứng phụ do khơng cĩ vách ngăn:
Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O Kết luận: NaCl + H2O ⎯⎯ →dpdd⎯ H2 + NaClO
Sau giai đoạn 2, dung dịch cĩ chứa 2 muối Na2SO4 và NaClO.
(*) Cũng cĩ thể lí luận: Khi điện phân dung dịch chứa 2 muối Na2SO4 và NaCl thì do cùng cĩ ion Na+ như nhau nên thứ tựđiện phân tùy ion âm: giữa SO42- và Cl- thì Cl-ưu tiên nhường electron nên cĩ thể kết luận ngay: điện phân dung dịch chứa 2 muối Na2SO4
và NaCl chính là điện phân dung dịch NaCl.
Catot Anot 2NaCl → 2Na+ + 2Cl- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH- Anot : 2Cl- Cl2 + 2e Phương trình điện phân: 2NaCl + 2H2O ⎯⎯ →dpdd⎯ H2↑ + 2NaOH + Cl2↑
Vì khơng cĩ vách ngăn: Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O Kết luận: NaCl + H2O ⎯dpdd⎯ →⎯ H2↑ + NaClO
Điện phân ở giai đoạn 3 là điện phân dung dịch chứa 2 muối Na2SO4 và NaClO: Catot Anot
Na2SO4 → 2Na+ + SO42-
NaClO → Na+ + ClO- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-
---
Anot : H2O -2e ½ O2 + 2H+ Phương trình điện phân: H2O ⎯dpdd⎯ →⎯ H2↑ + ½ O2↑
Ghi chú:
-Do 2 muối khơng tham gia các quá trình cho nhận e ở hai điện cực nên cĩ thể kết luận và
viết ngay phương trình điện phân H2O).
-Như vậy ở giai đoạn 3 thì H2O bịđiện phân cho đến khi khơng cịn dung dịch, khơng dẫn
điện, mạch hở và sựđiện phân kết thúc. c. Trường hợp b < 2a
Sau giai đoạn 1, dung dịch cĩ Na2SO4 và cịn CuSO4 dư, nên giai đoạn 2 là điện phân dung dịch chứa Na2SO4 và CuSO4: Cách 1: Catot Anot Na2SO4 → 2Na+ + SO42- CuSO4 → Cu2+ + SO42- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: Cu 2+ + 2e → Cu↓ Anot : H2O -2e ½ O2 + 2H+ Phương trình điện phân: CuSO4 + H2O ⎯⎯ →dpdd⎯ Cu ↓ + ½ O2↑ + H2SO4
Cách 2: Điện phân dung dịch chứa Na2SO4 và CuSO4 thực tế là điện phân dung dịch CuSO4 (vì Cu2+ nhận e dễ hơn): Catot Anot CuSO4 → Cu2+ + SO42- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: Cu 2+ + 2e → Cu↓ Anot : H2O -2e ½ O2 + 2H+ Phương trình điện phân: CuSO4 + H2O ⎯⎯ →dpdd⎯ Cu ↓ + ½ O2↑ + H2SO4
Sau giai đoạn 2: dung dịch chứa Na2SO4 và H2SO4 nên sựđiện phân ở giai đoạn 3 là điện phân là điện phân dung dịch H2SO4:
Catot Anot H2SO4 → 2H+ + SO42- (H2O ↔ H+ + OH-) Catot: 2H+ + 2e → H2↑ Anot : H2O -2e ½ O2 + 2H+ Phương trình điện phân: H2SO4 + H2O ⎯dpdd⎯ →⎯ H2↑+ ½ O2↑ + H2SO4 Kết luận: H2O ⎯dpdd⎯⎯,H2⎯SO⎯4→H2↑ + ½ O2↑
Như vậy, ở giai đoạn 3 thì H2O bịđiện phân cho đến khi khơng cịn dung dịch, khơng dẫn
điện nữa( mạch hở) và sựđiện phân kết thúc.