Lý thuyết Hóa học 12 Bài 12: Điện phân - Cánh diều

---

Haylamdo biên soạn tóm tắt lý thuyết Hóa 12 Bài 12: Điện phân sách Cánh diều hay nhất, chi tiết sẽ giúp học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Hóa học 12.

Lý thuyết Hóa 12 Bài 12: Điện phân - Cánh diều

I. Khái niệm và thứ tự điện phân

1. Khái niệm điện phân

Điện phân là quá trình oxi hoá khử xảy ra trên bề mặt các điện cực dưới tác dụng của dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hoặc chất điện li nóng chảy.

Ví dụ: Sodium chloride (NaCl) nóng chảy điện li thành các ion Na⁺ và Cl⁻ chuyển động tự do. Trong điện trường, các ion sẽ di chuyển về các cực trái dấu. Ở một hiệu điện thế đủ lớn, trên bề mặt các điện cực xảy ra các quá trình:

Phương trình hoá học của phản ứng điện phân NaCl nóng chảy:

$NaCl\left(l\right)\stackrel{}{\to }Na\left(l\right)+\frac{1}{2}C{l}_2\left(g\right)$

2. Thứ tự điện phân

- Trong trường hợp có nhiều ion cùng dấu xuất hiện tại mỗi điện cực, về lí thuyết thứ tự điện phân các ion đó phụ thuộc vào khả năng nhường hoặc nhận electron của chúng.

- Nguyên tắc:

+ Ở cực âm, chất có tính oxi hoá mạnh hơn (dễ nhận electron hơn) được ưu tiên điện phân trước.

+ Ở cực dương, chất có tính khử mạnh hơn (dễ nhường electron hơn) được ưu tiên điện phân trước.

Ví dụ: Điện phân dung dịch NaCl bão hoà với điện cực trơ, có màng ngăn. Trong dung dịch nước, NaCl điện li thành Na⁺ và Cl^-.

NaCl(aq) → Na⁺(aq) + Cl^-(aq)

Tại điện cực âm có ion Na+ và H2O. Vì H2O (bản chất là H+ của phân tử H2O) dễ nhận electron hơn Na+ nên ưu tiên xảy ra quá trình: 2H2O(l) + 2e → H2(g) + 2OH-(aq)

Tại điện cực dương có Cl- và H2O. Trong điều kiện này, Cl- được ưu tiên điện phân trước theo quá trình: 2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e

Phương trình hoá học của phản ứng điện phân:

2NaCl(aq) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + Cl₂(g) + H₂(g)

Khi điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ và không có màng ngăn, trong quá trình điện phân, NaCl sinh ra ở cathode sẽ phản ứng với khí Cl₂ sinh ra ở anode theo phương trình hoá học:

2NaOH(aq) + Cl₂(aq) → NaOCl(aq) + NaCl(aq) + H₂O(l)

Dung dịch sản phẩm thu được gọi là nước Javel.

II. Ứng dụng của điện phân trong thực tiễn

Điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tiễn, như sản xuất kim loại mạnh (Na, Al...), mạ điện, tinh chế kim loại,...

Ví dụ: Sản xuất Al bằng phương pháp điện phân

Các phản ứng điện phân tại các điện cực khi điện phân Al₂O₃ nóng chảy trong quá trình sản xuất Al như sau:

Ở cực âm xảy ra sự khử ion Al³⁺:

Al³⁺ + 3e → Al

Ở cực dương xảy ra sự oxi hoá ion O^2-:

$O^{2-}\stackrel{}{\to }\frac{1}{2}{O}_2+2\text{e}$

Phương trình hoá học của phản ứng điện phân:

2Al₂O₃(l) → 4Al(l) + 3O₂(g)

Trong thực tế Al₂O₃ nóng chảy ở nhiệt độ rất cao (2072^oC). Bằng cách thêm cryolite (Na₃AlF₆), nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp còn khoảng 1000^oC từ đó tiết kiệm được nhiều năng lượng cũng như giảm giá thành chế tạo bể điện phân.

Ví dụ: Mạ điện bằng phương pháp điện phân

Mạ điện là quá trình phủ một lớp kim loại lên bề mặt kim loại khác bằng phương pháp điện phân. Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với cực âm của nguồn điện, còn kim loại mạ được gắn với cực dương và cùng nhúng trong dung dịch chứa ion kim loại cần mạ. Khi có dòng điện chạy qua, các ion kim loại sẽ di chuyển về cực âm, bị khử thành kim loại và phủ lên bề mặt vật cần mạ.

Em có biết: Khi điện phân dung dịch CuSO₄ sử dụng kim loại đồng làm điện cực dương sẽ xảy ra quá trình như sau:

+ Ở cực dương: điện cực đồng tan ra:

Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e

+ Ở cực âm: Đồng sinh ra bám vào vật cần mạ:

Cu²⁺(aq) +2e → Cu(s)

Hai quá trình này giữ cho nồng độ dung dịch CuSO­₄ trong bình điện phân không đổi.

Ví dụ: Tinh luyện đồng bằng phương pháp điện phân

Đồng có độ tinh khiết cao có khả năng dẫn điện tốt, bền về mặt hoá học nên được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử. Đồng có độ tinh khiết cao có thể thu được từ đồng có độ tinh khiết thấp qua quá trình tinh luyện bằng phương pháp điện phân, trong đó:

+ Dung dịch chất điện li là dung dịch CuSO_4.

+ Cực dương làm bằng tấm đồng có độ tinh khiết thấp.

+ Cực âm làm bằng tấm đồng có độ tinh khiết cao.

Khi dòng điện chạy qua dung dịch, các ion đồng bị điện phân bám lên cực âm tạo thành lớp đồng tinh khiết. Đồng trong cực dương bị tan ra, các tạp chất lắng xuống đáy bể dưới dạng “bùn dương cực”.