I. Cơ sở lý thuyết:
1. Phản ứng oxi hóa-khử:
- Phản ứng oxi hóa-khử là phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố tham gia vào thành phần phân tử của các chất trong hệ phản ứng.
- Khi thế khử của hai cặp chênh lệch nhau càng nhiều thì hằng số cân bằng của phản ứng càng lớn và phản ứng oxi hóa-khử xảy ra càng mạnh.
2. Sự điện phân:
- Sự điện phân là phản ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của dòng điện một chiều.
Người ta phân biệt hai loại quá trình điện phân: điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch.
- Khi điện phân muối hoặc oxit ở trạng thái nóng chảy, ở mỗi điện cực chỉ xảy ra một phản ứng duy nhất và vì vậy các sản phẩm của quá trình điện phân là hoàn toàn xác định.
- Định luật Faraday: Khối lượng của chất thoát ra ở điện cực trong quá trình điện phân tỷ lệ với điện lượng đi qua bình điện phân và với đương lượng của chất đó.
m = A. I. t
n. F với {F: Hằng số Faraday. F = 96490C n: Ho a trị của nguye n tố
II. Cách tiến hành-Giải thích:
1. Phản ứng oxi hóa-khử:
a) Lấy vào ống nghiệm vài giọt dung dịch KI 1M, vài giọt clorofom, cuối cùng thêm vài giọt nước clo bão hòa, lắc đều. Trong ống nghiệm xảy ra phản ứng:
2KI + Cl2 → 2KCl + I2
chất khử chất oxh
Trong ống nghiệm, dung dịch bị phân thành hai lớp. Lớp ở trên dung dịch có màu vàng do iot tan ra trong nước, lớp ở dưới dung dịch có màu hồng do iot tan ra trong clorofom.
b) Lấy vào ống nghiệm vài giọt dung dịch KMnO4 0,005M, thêm vài giọt H2SO4 20% để axit hóa dung dịch. Sau đó thêm từng giọt KNO2 0,5M, lắc đều. Trong ống nghiệm xảy ra phản ứng:
2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 → 5KNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O chất oxh chất khử
KMnO4 bị mất màu, dung dịch chuyển sang trong suốt, không màu.
c) Lấy ba ống nghiệm, cho vào mỗi ống vài giọt dung dịch KMnO4 0,05M. Thêm vào ống thứ nhất vài giọt H2SO4 20%. Thêm vào ống thứ hai vài giọt kiềm đặc. Cuối cùng thêm vào cả ba ống, mỗi ống vài giọt dung dịch Na2SO3 1M.
- Ở ống nghiệm thứ nhất:
2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + 3H2O chất oxh chất khử
KMnO4 bị mất màu, dung dịch chuyển sang trong suốt, không màu.
- Ở ống nghiệm thứ hai:
2KMnO4 + Na2SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + K2MnO4 + Na2MnO4 + H2O chất oxh chất khử
Dung dịch chuyển sang màu xanh lục thẫm của muối K2MnO4. - Ở ống nghiệm thứ ba:
2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O → 3Na2SO4 + 2MnO2 ↓nâu + 2KOH chất oxh chất khử
KMnO4 bị mất màu, dung dịch chuyển sang trong suốt, không màu, trong dung dịch xuất hiện kết tủa màu nâu.
d) Rót vào hai ống nghiệm mỗi ống khoảng 1ml dung dịch H2O2 5%. Thêm vào ống thứ nhất vài giọt dung dịch KI 0,5M và thêm vào ống thứ hai vài giọt dung dịch KMnO4
0,05M đã được axit hóa bằng dung dịch H2SO4 20%, lắc đều.
- Ở ống nghiệm thứ nhất:
H2O2 + 2KI → I2 + 2KOH
chất oxh chất khử
Dung dịch chuyển sang màu vàng do iot tan trong nước.
- Ở ống nghiệm thứ hai:
5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 →2 MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8H2O chất oxh chất khử
2.Điện phân:
a) Điện phân dung dịch KI (phenolphtalein + hồ tinh bột):
- Cực dương: 2I¯ - 2e → I2
- Cực âm: K+
2H2O + 2e → H2↑ + 2OH¯
Ở cực dương, dung dịch chuyển xanh màu xanh chàm do sinh ra iot khi có mặt hồ tinh bột. Ở cực âm, dung dịch chuyển xanh màu hồng do sinh ra OH¯ khi có mặt phenolphtalein, đồng thời có khí thoát ra.
b) Điện phân dung dịch Na2SO4 (phenolphtalein):
- Cực dương: SO4 2¯
2H2O – 4e → O2↑ + 4H+ - Cực âm: Na+
2H2O + 2e → H2↑ + 2OH¯
Ở cực âm, dung dịch chuyển xanh màu hồng do sinh ra OH¯ khi có mặt phenolphtalein. Ở cả hai cực đều có khí thoát ra.
c) Điện phân nước (có mặt H2SO4 20% ở hiệu điện thế 5-10V):
- Cực dương: SO4 2¯
2H2O – 4e → O2↑ + 4H+ - Cực âm: H+
2H2O + 2e → H2↑ + 2OH¯
Khi điện phân, ở cả hai cực đều có khí thoát ra nhưng thể tích khí thoát ra ở điện cực âm gấp hai lần thể tích khí thoát ra ở điện cực dương.
Trong thí nghiệm này, H2SO4 phân ly hoàn toàn ra các ion có tác dụng dẫn điện trong dung dịch. Có thể thay H2SO4 bằng các axit mạnh, bazơ mạnh hay muối của axit mạnh và bazơ mạnh khác.
d) Điện phân dung dịch CuSO4 (1,2-1,4V) (1):
- Thanh đồng làm cực âm phải được làm sạch bề mặt bằng cách dùng giấy ráp đánh kỹ, nhúng vào dung dịch HNO3 loãng 3-4 phút, sau đó rửa sạch, tráng nước cất, sấy khô, để nguội rồi đem cân trên cân phân tích được khối lượng m1 (g).
- Lắp các điện cực vào hệ thống, rót dung dịch CuSO4 1M vào bình điện phân. Đóng mạch điện. Dùng đồng hồ bấm dây ghi khoảng thời gian điện phân. Tiến hành điện phân trong khoảng 15 phút. Ngắt mạch điện, lấy cực âm ra khỏi hệ thống, rửa sạch bằng nước cất, sấy khô để nguội rồi đem cân trên cân phân tích được khối lượng m2 (g).
- Quá trình điện phân:
+ Cực dương: SO42¯
H2O – 2e → O + 2H+ + Cực âm: Cu2+ + 2e → Cu
- Khối lượng đồng kết tủa trên điện cực theo thực nghiệm là:
mtn = m2− m1 = 19,763 − 19,698 = 0,065 (g)
- Khối lượng đồng kết tủa tính theo định luật Faraday là:
mlt = A. I. t
n. F = 64.0,221.180
2.96490 = 0,066 (g) - Sai số:
A(%) = mtn − mlt
mlt = 0,065 − 0,066
0,066 ∙ 100% = −1,52%
- Giải thích sai số:
+ Sai số âm: Đồng không bám hết lên thanh điện cực.
+ Sai số dương: CuSO4 kết tinh khi sấy khô bám lên thanh điện cực vì không rửa sạch.
1 Để nước không phóng điện