Cổng luyện thi đại học moon.vnGiới thiệu | Giáo viên | Đăng ký | Đăng nhập | Hệ thống Level
Cổng luyện thi đại học moon.vn
Trang chủ Tiếng AnhNgữ vănToán họcVật lýHóa họcSinh họcThi onlineFCTài khoảnTin tức
Bài giảng miễn phíToán họcVật lýHóa học

Điện phân

I – KHÁI NIỆM

Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li
- Sự điện phân là quá trình sử dụng điện năng để tạo ra sự biến đổi hóa học
- Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của điện trường các cation chạy về cực âm (catot) còn các anion chạy về điện cực dương (anot), tại đó xảy ra phản ứng trên các điện cực (sự phóng điện)
- Tại catot xảy ra quá trình khử cation (Mn+ + ne → M) còn tại anot xảy ra quá trình oxi hóa anion (Xn- → X + ne)
- Người ta phân biệt: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li trong nước, điện phân dùng điện cực dương tan

II – SỰ ĐIỆN PHÂN CÁC CHẤT ĐIỆN LI

1. Điện phân chất điện li nóng chảy

Trong thực tế, người ta thường tiến hành điện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy của các kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Ba, Ca, Mg, Al

Ví dụ 1: Điện phân NaCl nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – )  image005.gifNaCl image007.gif Anot ( + )
2| Na+ + e → Na                  2Cl- → Cl2 + 2e

image011.jpgPhương trình điện phân là: 2NaCl image009.gif2Na + Cl2
Cần có màng ngăn không cho Cl2 tác dụng trở lại với Na ở trạng thái nóng chảy làm giảm hiệu suất của quá trình điện phân. Một số chất phụ gia như NaF, KCl giúp làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hệ…

Ví dụ 2: Điện phân NaOH nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – ) image005.gif NaOH  image007.gif Anot ( + )
4| Na+ + 1e → Na                           4OH- → O2 + 2H2O + 4e

Phương trình điện phân là: 4NaOH image009.gif4Na + O2 + 2H2O

Ví dụ 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy pha thêm criolit (Na3AlF6) có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – ) image005.gif Al2O3 image007.gif Anot ( + )
4| Al3+ + 3e → Al                        3| 2O2- → O2 + 4e

Phương trình điện phân là: 2Al2O3 image009.gif 4Al + 3O2

image013.jpgCriolit (Na3AlF6) có vai trò quan trọng nhất là làm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 từ 2050oC xuống khoảng 900oC, ngoài ra nó còn làm tăng độ dẫn điện của hệ và tạo lớp ngăn cách giữa các sản phẩm điện phân và môi trường ngoài. Anot làm bằng than chì thì điện cực bị ăn mòn dần do chúng cháy trong oxi mới sinh: C + O2 image015.gifCO2 và 2C + O2 image015.gif 2CO

2. Điện phân dung dịch chất điện li trong nước

Trong sự điện phân dung dịch, ngoài các ion do chất điện li phân li ra còn có các ion H+ và OH- của nước. Do đó việc xác định sản phẩm của sự điện phân phức tạp hơn. Tùy thuộc vào tính khử và tính oxi hóa của các ion có trong bình điện phân mà ta thu được những sản phẩm khác nhau. 

Ví dụ khi điện phân dung dịch NaCl, các ion Na+, H+(H2O) chạy về catot còn các ion Cl-, OH-(H2O) chạy về anod. Ion nào trong số chúng sẽ phóng điện ở các điện cực.

Cơ sở để giải quyết vẫn đề này là dựa vào các giá trị thế oxi hóa – khử của các cặp. Trong quá trình điện phân, trên catot diễn ra sự khử. Vì vậy khi có nhiều dạng oxi hóa thì trước hết dạng oxi hóa của cặp có thế lớn hơn sẽ bị khử trước. Ngược lại trên anot sẽ diễn ra sự oxi hóa dạng khử của cặp có thế oxi hóa – khử nhỏ nhất trước.

a) Khả năng phóng điện của các cation ở catot: Ở catot có thể xảy ra các quá trình khử sau đây:

- Mn+ + ne → M
- 2H+(axit) + 2e → H2
- Hoặc ion hiđro của nước bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-
Dạng oxi hóa của những cặp có thế càng lớn càng dễ bị khử. Theo dãy thế oxi hóa – khử thì khả năng bị khử của các ion kim loại như sau:
- Các cation từ Zn2+ đến cuối dãy Hg2+, Cu2+, Fe3+, Ag+…dễ bị khử nhất và thứ tự tăng dần
- Từ Al3+ đến các ion đầu dãy Na+, Ca2+, K+…không bị khử trong dung dịch
- Các ion H+ của axit dễ bị khử hơn các ion H+ của nước

b) Khả năng phóng điện của các anion ở anot: Ở anot xảy ra quá trình oxi hóa các anion gốc axit như Cl-, S2-…hoặc ion OH- của bazơ kiềm hoặc nước
- 2Cl- → Cl2 + 2e
- 4OH- → O2 + 2H2O + 4e
- Hoặc ion OH- của nước bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e
Dạng khử của những cặp có thế oxi hóa – khử càng nhỏ càng dễ bị oxi hóa. Theo dãy thế oxi hóa – khử thì khả năng bị oxi hóa của các anion như sau:
- Các anion gốc axit không chứa oxi dễ bị oxi hóa nhất theo thứ tự: RCOO- < Cl- < Br- < I- < S2-
- Các anion gốc axit như NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4-…không bị oxi hóa
- Riêng các ion OH- của kiềm hoặc của nước khó bị oxi hóa hơn các ion S2-, I-, Br-, Cl-
- Nếu khi điện phân không dùng các anot trơ như graphit, platin (Pt) mà dùng các kim loại như Ni, Cu, Ag…thì các kim loại này dễ bị oxi hóa hơn các anion vì thế oxi hóa – khử của chúng thấp hơn, và do đó chúng tan vào dung dịch (anot tan)

c) Một số ví dụ:

- Điện phân dung dịch CuCl2 với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – ) image005.gifCuCl2 image007.gif Anot ( + )
Cu2+ + 2e image002.gif Cu                            2Cl- image002.gif Cl2 + 2e

Phương trình điện phân là: CuCl2 image007.gif Cu + Cl2
- Điện phân dung dịch K2SO4 với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot (–) image005.gif K2SO4 image007.gif Anot (+) 
   H2O, K+                 (H2O)             H2O, SO42-
2| 2H2O + 2e image002.gif H2 + 2OH-                    2H2O image002.gif O2 + 4H+ + 4e

Phương trình điện phân là: 2H2image007.gif 2H2 + O2
- Điện phân dung dịch NaCl bão hòa với điện cực trơ có màng ngăn có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – ) image005.gif NaCl image007.gif Anot ( + )
H2O, Na+            (H2O)          Cl-, H2
    2H2O + 2e image002.gif H2 + 2OH-                  2Cl- image002.gif Cl2 + 2e

Phương trình điện phân là: 2NaCl + 2H2O image019.gif 2NaOH + H2 + Cl2
Nếu không có màng ngăn thì: Cl2 + 2NaOH image007.gif NaCl + NaClO + H2O nên phương trình điện phân là: NaCl + H2O image021.gifNaClO + H2
- Điện phân dung dịch NiSO4 với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – ) image005.gif NiSO4 image007.gif Anot ( + )
Ni2+, H2O               (H2O)         H2O, SO42- 
   2| Ni2+ + 2e image002.gif Ni                      2H2O image002.gif O2 + 4H+ + 4e

Phương trình điện phân là: 2NiSO4 + 2H2O image007.gif 2Ni + 2H2SO4 + O2
- Điện phân dung dịch NiSO4 với anot bằng Cu có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – ) image005.gif NiSO4 image007.gif Cu ( + )
      Ni2+, H2O            (H2O)            H2O, SO42-
       Ni2+ + 2e image002.gif Ni                          Cu image002.gif Cu2+ + 2e

Phương trình điện phân là: NiSO4 + Cu image007.gif CuSO4 + Ni
- Điện phân dung dịch CuSO4 với anot bằng Cu (như hình vẽ sau đây):
image023.jpgỞ catot ( – ): Cu2+(dd) + 2e image002.gif Cu làm giảm nồng độ ion Cu2+ ở bên nhánh trái của ống chữ U
Ở anot ( + ): Cu(r) image002.gif Cu2+(dd) + 2e làm tăng nồng độ ion Cu2+ ở bên nhánh trái của ống chữ U và anot dần dần bị hòa tan
Phương trình điện phân là: Cu(r) + Cu2+(dd)  image007.gif Cu2+(dd) + Cu(r)
- Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl3, CuCl2 và HCl với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – ) image005.gif FeCl3, CuCl2, HCl image007.gif Anot ( + )
Fe3+, Cu2+, H+ 
                                                 2| Fe3+ + 1e Fe2+ 
                                                 Cu2+ + 2e image002.gif Cu                                        2Cl- image002.gif Cl2 + 2e 
                                                 2H+ + 2e image002.gif H2 
                                                 Fe2+ + 2e image002.gif Fe

Quá trình điện phân lần lượt xảy ra ở các điện cực là:
2FeCl3 image007.gif 2FeCl2 + Cl2
CuCl2 image007.gif Cu + Cl2
2HCl image007.gif H2 + Cl2
FeCl2 image007.gif Fe + Cl2

III – ĐỊNH LUẬT FARADAY

Khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỉ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và đương lượng của chất

m = image025.gif

Trong đó:
- m: khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam)
- A: khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực
- n: số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận
- I: cường độ dòng điện (A)
- t: thời gian điện phân (s)
- F: hằng số Faraday là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng cần thiết để 1 mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F = 1,602.10-19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1)
- image027.gif: đương lượng gam hóa học
Biểu thức liên hệ: Q = I.t = 96500.ne image002.gif ne = image030.gif (ne là số mol electron trao đổi ở điện cực)

Ví dụ: Điện phân 100 ml dung dịch NaCl với điện cực trơ có màng ngăn với cường độ dòng điện I = 1,93A. Dung dịch thu được sau khi điện phân có pH = 12. Biết thể tích dung dịch không đổi, clo không hòa tan trong nước và hiệu suất điện phân 100%. Thời gian tiến hành điện phân là:
A. 50 s                              B. 60 s                                C. 100 s                                 D. 200 s

Giải:

pH = 12 image002.gif [OH-] = 10-2 image002.gif nOH- = 10-3 M
Tại catot (–) xảy ra phản ứng: 2H2O + 2e image002.gif H2 + 2OH- image002.gif ne = 10-3 mol image002.gif t = image032.gif = image034.gif = 50 s
hoặc image002.gif mH2 = 10-3 gam image002.gif t = image036.gif = 50 s image002.gif Đáp án A

IV - ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN PHÂN

Sự điện phân có nhiều ứng dụng trong công nghiệp

1. Điều chế các kim loại (xem bài điều chế các kim loại)
2. Điều chế một số phi kim như H2, O2, F2, Cl2
3. Điều chế một số hợp chất như NaOH, H2O2, nước Gia – ven
4. Tinh chế một số kim loại như Cu, Pb, Zn. Fe. Ag, Au…
5. Mạ điện

image038.jpg

Điện phân với anot tan cũng được dùng trong mạ điện, nhằm bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn và tạo vẻ đẹp cho vật mạ. Anot là kim loại dùng để mạ (như hình vẽ là vàng) còn catot là vật cần mạ (cái thìa). Lớp mạ thường rất mỏng, có độ dày từ 5.10-5 ÷ 1.10-3 cm

 

 

 

 

  • Biên soạn Hồ Chí Tuấn - ĐH Y Hà Nội
  • Bình luận (77)
    cookieebqhg96 - (31/03/2014 01:12:26)
    Làm sao mà điện phân NaCl -> Na + Cl2 được :3 Phải là 2NaCl + 2H20 -> 2NaOH + H2 + Cl2 dpddcmn mới đúng chứ Các bạn xem cùng mình đi TkS
    VietNamTheBest - (24/07/2013 11:45:25)
    Cam on cong dog moon
    linhtuevn - (15/06/2013 11:8:13)
    anh up thêm vài bài tập thường gặp trong thi cử các dạng điện phân được ko anh.em cảm ơn nhiều
    vovietthinh - (29/05/2013 04:46:45)
    nói dở ẹc
    vansutuyduyen - (12/01/2013 06:12:42)
    hay lam. thank thay nhieu. chuc thay suc khoe
    Daohong95 - (13/11/2012 07:8:23)
    thầy viết hay ghê
    thanhtungs2bn - (27/06/2012 04:13:24)
    thầy cần có nhìu bài hơn em tks thầy nha
    notrang - (12/06/2012 11:19:14)
    nhưng không có bài tập áp dụng
    notrang - (12/06/2012 11:17:04)
    cũng được
    TRUEHAPPINESS - (31/05/2012 11:56:23)
    Sap thi roi
    thuhang95 - (31/05/2012 10:17:37)
    hic van chua co cai minh can
    phapsuhs - (31/05/2012 10:17:14)
    mới hơn là mới hơn cái dzề. đề đại học cũng chỉ ra lý thuyết thuộc phạm vi sgk mà.
    h_g003 - (05/05/2012 05:36:38)
    cái này đầy ở trên mạng
    no1luckyboy9x - (11/03/2012 02:14:21)
    cung binh thuong khong co j moi hon so voi sgk la may mong thay kaj tien chat luong them thank
    nguyenhoainam - (07/11/2011 08:17:07)
    hay qua
    nguyenhoainam - (07/11/2011 08:16:14)
    hay qua
    MsbabyloveDBSK - (22/10/2011 01:57:18)
    thay oi.em rat muon thay viet bai ve cac dang bai tap luyen thi dai hoc ve este,amin,aminoaxit.hi vong em se som duoc doc bai nay cua thay.
    is2chemistry - (15/08/2011 08:45:34)
    cảm ơn thầy nhiều ! mong thầy sẽ có nhiều bài viết hay hơn nữa gửi tớ các bạn đọc yêu hóa học
    coanphan - (10/08/2011 10:51:36)
    Em cảm ơn thầy....
    mayngox - (10/08/2011 10:47:46)
    dug a" toan chu voi chu k ak` tom: lai cai" ji` can nho: de lam bai thui chu;
    toilatoi8888 - (09/08/2011 11:12:43)
    hi may cai ni toan chep trong sgk chu co j lai dau.can tom tat kien thuc hon,mong dc tham khao tu cai thay
    lehung.211 - (28/07/2011 03:18:05)
    dangc1yd2 - (16/07/2011 04:13:24)
    thay oi hoi it vi du ,cam on thay nhiu
    dunghp - (03/07/2011 04:50:08)
    òh mấy cái đó pít zùi ko mới hơn à
    quanchua_93 - (22/06/2011 05:18:45)
    d
    01636516376 - (04/06/2011 10:29:44)
    em thấy các bài viết của thầy rất hay. nhưng em hi vọng thầy sẽ có thêm các bài giảng môn hóa. em rất cảm ơn!
    letuananh2111 - (02/06/2011 04:18:54)
    e cảm ơn thầy nhìu! dù sao thầy đã mất công soạn bài, các bạn lên tôn trọng thầy chút! dù cơ bản hay nâng cao nhưng thầy đã tốn sức đánh bài và đăng bài viết đó chính là tâm của 1 người thầy hết lòng vì học trò...^^ Bài rất hay! thầy có thể gửi e bài viết về email letuankhang2111@yahoo.com được hk thầy? cảm ơn thầy nhìu
    dinhthao93 - (22/05/2011 02:20:10)
    nhu sach giao khoa ak
    Arsenal136 - (17/05/2011 10:13:19)
    nếu mà bình điện phân có cực là kl có thế tan đc thì giải ntn nhỉ ?
    mrbean_a1 - (13/05/2011 05:3:38)
    chi la li thuyet
    tandat - (28/04/2011 07:27:12)
    the nay thi con don gian wa thay oi
    phanthjnjna - (24/04/2011 07:51:05)
    cơ bản quá thầy ơi....nâng cao lên tí đi chứ chừng này thỳ dễ quá :)
    maipro - (13/03/2011 10:31:12)
    e hoc kem phan dien phan lam. thay gui dum e bai nay ve "phamdung1203@gmail.com" nha.ths thay nhiu
    bingbangcl - (13/03/2011 03:47:52)
    don gian wa
    thanhzip - (08/03/2011 05:21:44)
    neu dơn ko duoc moi nguoi cu coppy ra word la xong
    01696179988 - (24/02/2011 08:39:39)
    pipi
    victory_701 - (10/01/2011 07:8:29)
    hehe! mjnh da dowload duoc baj dang nay ! Aj can thj lien he "aologize_9293" mjnh guj cho !
    nguyenquy - (06/01/2011 07:54:03)
    sao ko thay ai ts da ghtit zay
    thaibinhhp15091991 - (19/12/2010 11:44:54)
    cam on thay nhieu nha em hieu hon nhieu roi chuc thay manh khoe
    heart1234 - (05/12/2010 08:50:11)
    tks teacher
    lantran - (21/11/2010 11:48:44)
    thanks thay nhju
    robotcuc - (17/11/2010 04:7:39)
    em thấy bài viết của thấy rất hay bài giú em hiểu rõ & sâu sắc hơn về bài toán điên hân những ví dụ của thầy rất cụ thể ngày 20-11 đén chúc các thầy luôn mạnh khỏe, hết mình vì học sinh hơn nữa, và nhất là luôn có nhưng bài giảng hay hơn nữa.
    nguyenhung2709 - (15/11/2010 10:7:25)
    em mong thay co the dua nhieu vi du ve dien han dung dich chua nhieu chat dien han hon nua.e so nhat la kieu do nen muon co nhiu Ex hon.nhung bai giang cua thy rat hay/cam on thay nhieu.
    phidoichuot_96 - (13/11/2010 01:32:53)
    hay wa'
    Ducati1098s - (07/11/2010 12:32:30)
    thay oi . Em nghi can tao dk de moi nguoi co the down load dc. Nhu the se ju moi nguoi dc rat nhieu . Em cam on thay
    shuichi - (03/11/2010 09:50:06)
    thank thầy nhìu
    trajtjmbang_02 - (28/10/2010 04:45:23)
    den mot ngay toi se k miss den nguoi toi yeu!con bay gio a muon noi voi e rang:anh yeu em! HOANG_THI_KHANH_DUNG!
    kinhbacbackinh - (25/10/2010 08:1:22)
    làm thế nào để domload về máy tính và in ra được nhỉ
    nguyentandat - (12/07/2010 07:52:01)
    tk t nhung lam sao co the down bai giang truc tie ve may tinh de in ra k t?
    hoangtuan.hd - (20/05/2010 08:19:38)
    hay nhung ma bon em khong the nho het dc vi no co wa it bt
    ph.imlmwmw - (29/04/2010 07:15:56)
    sao thay khong giang onl nhu ben trang thaytro.vn ay thay
    tunghien_ga - (04/04/2010 12:15:09)
    em cam on thay rat nhiu
    Tron vo - (10/03/2010 12:33:11)
    Lý thuyết dễ hiểu nhưng bài tậ ít quá nên em học sang hần khác thì quên hết luôn
    longquochan - (01/03/2010 02:14:13)
    chan qua troi
    xidaurancomchien - (06/02/2010 10:30:10)
    hên xui
    vip12a2 - (30/01/2010 09:8:06)
    it vd waaaaaaaa
    hangb12 - (14/01/2010 09:24:43)
    e thauy cung hay va co nhieu cai rat bo ich hoc tren mang la dieu rat thu vi
    galaxy1 - (10/01/2010 10:35:31)
    em cảm ơn thầy nhưng thầy cho thi onl fần này đi thầy
    namtuoc_y2k - (02/01/2010 03:58:35)
    vi du chua cu the lam
    hanseejoong - (21/12/2009 10:12:29)
    uk hoi it vidu
    longnguyen.dz15 - (18/12/2009 01:5:01)
    Thầy ơi! có file .gdf không thầy gởi qua cho em đi yahoo email : longnguyen.dz15 cảm ơn thầy
    bad_boy - (16/12/2009 10:30:26)
    chán vâỵ
    cuong_94 - (16/12/2009 03:23:00)
    cung duoc
    quatmay - (15/12/2009 08:6:36)
    thay co the dua ra nhieu vi du ve dien han dung dich chua hon ho nhieu chat dien han duoc ko
    lightstar9X - (13/12/2009 10:20:18)
    có thêm ví dụ thì hay hơn
    luudunglunggu - (10/12/2009 05:40:02)
    chang hieu gi thay oi
    115599 - (10/12/2009 05:31:18)
    cam on thay, mong thay co nhieu bai giang hay cho chung em
    levuvuong - (09/12/2009 12:5:12)
    bai thay giang hay quá cụ thể hơn so với trong sach nhiều
    viponline - (08/12/2009 01:54:02)
    hay
    tuananhnguyen.1992 - (08/12/2009 01:5:56)
    Cái bsst_tuấn nói chỉ có trong chương trình chuyên thôi chứ nâng cao ko học
    bssst_tuan - (07/12/2009 11:2:05)
    Em xin được hé bổ sung chút ít vào hần bài giảng của thầy: 2RCOO- ----> R-R + 2CO2 + 2e
    Dominating! - (07/12/2009 09:11:56)
    thầy soạn bài thi online hần này đi thầy
    nevermind - (07/12/2009 05:26:43)
    Các bạn không nên đòi hỏi quá, môn Hóa ít công thức hơn Lý, bài tậ tính toán thì dựa vào bản chất hóa học, t ư và một số quy luật chung quen thuộc, có thể tìm thấy trong hần bài tậ hay đề thi đăng trên moon. Em thấy bài giảng này của thầy đã có giaỉ thích kĩ hơn về bản chất hóa học của các quá trình hiện tượng, đi kèm ví dụ cơ bản. Mong thầy tiế tục có những đầu tư hơn nữa cho các bài giảng để hội em có được nhiều bài học hay.
    thulanh - (07/12/2009 02:57:13)
    thay giang hay nhung ko co bai ta a dung chan wa@@@@@@
    bejeu - (07/12/2009 02:30:29)
    thay ko cho baj ta a dung thj kho hjeu wa
    ffvjnh - (07/12/2009 01:18:17)
    bài thầy giảng lý thuyết đầy đủ quá, nhưng ví dụ và bài tậ hơi ít
    ffvjnh - (07/12/2009 01:0:50)
    xin cái tem !!!!!!!!!
    Viết bình luận
    Nội dung:  

    Công ty Cổ phần Công nghệ Giáo dục Trực tuyến Aladanh

    Trụ sở chính: Tầng 3 No – 25 Tân Lập, phường Quỳnh Lôi, quận Hai Bà Trưng, thành phố Hà Nội

    VP: Số 22 - Lô 12A - Đường Trung Yên 10 - P Yên Hòa - Q Cầu Giấy - Hà Nội

    Điện thoại: 04.32.99.98.98

    Website đang hoạt động thử nghiệm, chờ giấy phép của Bộ thông tin và truyền thông.

    ® Moon.vn giữ bản quyền nội dung trên website này.