Hóa đại cương ( phần 6 )

Hóa đại cương ( phần 6 ) Sự điện phân 1. Định nghĩa. Điện phân là sự thực hiện các quá trình oxi hoá - khử trên bề mặt điện cực nhờ dòng điện một chiều bên ngoài Quá trình điện phân được biểu diễn bằng sơ đồ điện phân.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hóa đại cương ( phần 6 ) Hóa đ ại cương ( phần 6 )Sự điện phân 1. Đ ịnh nghĩa. Điện phân là sự thực hiện các quá trình oxi hoá - kh ử trên bề mặt điệncực nhờ d òng đ iện một chiều bên ngoài Quá trình điện phân được biểu diễn bằng sơ đồ điện phân. Ví d ụ: Sơ đồđiện phân NaCl nóng chảy. Ở catôt: xảy ra quá trình khử. Ở anôt: xảy ra quá trình oxi hoá. Phương trình điện phân NaCl nóng chảy: 2. Điện phân hợp chất nóng chảy. Ở trạng thái nóng chảy, các tinh thể chất điện phân bị phá vỡ thành cácion chuyển động hỗn loạn. Khi có dòng điện một chiều chạy qua, iondương chạy về catôt và b ị khử ở đó, ion âm chạy về anôt và bị oxi hoá ởđó. Ví dụ: Điện phân KOH nóng chảy. Phương trình điện phân Điện phân nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ cao nên có thể xảy ra phản ứngphụ giữa sản phẩm điện phân (O2, Cl2 ... ) và điện cực (anôt) thường làmbằng than chì. Ví dụ: điện phân Al2O 3 nóng chảy (có pha thêm criolit3NaF.AlF3) ở 1000oC Phương trình điện phân Phản ứng phụ: (Than chì làm anôt bị mất dần, nên sau một thời gian phải bổ sung vàođiện cực). Ứng dụng : Phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy đ ược dùng đểđiều chế các kim loại hoạt động mạnh: - Điều chế kim loại kiềm : Điện phân muối clorua hoặc hiđroxit nóngchảy. - Điều chế kim loại kiềm thổ: Điện phân muối clorua nóng chảy. - Điều chế Al: Điện phân Al2O3 nóng chảy. 3. Điện phân dung dịch nước a) Nguyên tắc: Khi điện phân dung dịch, tham gia các quá trình oxi hoá - khử ở điệncực ngoài các ion của chất điện phân còn có thể có các ion H + và OH- củanước và bản thân kim loại làm điện cực. Khi đó quá trình oxi hoá - khửthực tế xảy ra phụ thuộc vào so sánh tính oxi hoá - khử mạnh hay yếu củacác chất trong bình điện phân. b) Thứ tự khử ở catôt Kim loại càng yếu thì cation của nó có tính oxi hoá càng mạnh và càngdễ bị khử ở catôt (trừ trường hợp ion H +). Có thể áp dụng quy tắc sau: - Dễ khử nhất là các cation kim loại đứng sau Al trong dãy th ế điệnhoá (trừ ion H+), trong đó ion kim loại càng ở cưối dãy càng dễ bị khử. - Tiếp đến là ion H+ của dung dịch - Khó khử nhất là các ion kim loại mạnh, kể từ Al, về phía đầu dãy thếđiện hoá. (Al3+, Mg2+, Ca2+, Na+, …). Những ion này thực tế không bao giờ bịkhử khi điện phân trong dung dịch. c) Th ứ tự oxi hoá ở canôt Nói chung ion ho ặc phân tử nào có tính khử mạnh thì càng dễ bị oxihoá. Có thể áp dụng kinh nghiệm sau: - D ễ bị oxi hoá nhất là bản thân các kim loại dùng làm anôt. Trừtrường hợp anôt trơ (không bị ăn mòn) làm bằng Pt, hay than chì (C). - Sau đó đ ến các ion gốc axit không có oxi: I-, Br-, Cl-, … - Rồi đến ion OH- của n ước hoặc của kiềm tan trong dung dịch. - Khó bị oxi hoá nhất là các anion gốc axit có oxi như , ,…Thực tế các anion này không bị oxi hoá khi điện phân dung dịch. d) Một số ví dụ áp dụng quy tắc trên. Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực than chì: Phương trình điện phân: Ví dụ 2: Điện phân dung dịch NiCl2 với điện cực bằng niken Thực chất quá trình điện phân là sự vận chuyển Ni từ anôt sang catôtnhờ dòng đ iện. Phương pháp được ứng dụng để tinh chế kim loại. Ví dụ 3: Điện phân dung dịch Na2SO4 với điện cực Pt: Phương trình điện phân: Ví dụ 4: Điện phân dung dịch NaCl với anôt bằng than chì: Phương trình điện phân: Trong quá trình điện phân, dung dịch ở khu vực xung quanh catôt, ionH bị mất dần., H 2O tiếp tục điện li, do đó ở khu vực này giàu ion OH- tạo +thành (cùng với Na+) dung d ịch NaOH. Ở anôt, ion Cl- bị oxi hoá thành Cl2. Một phần hoà tan vào dung dịchvà một phần khuếch tán sang catôt, tác dụng với NaOH tạo thành nướcJaven: Vì vậy muốn thu được NaOH phải tránh phản ứng tạo nước Javen bằngcách dùng màng ngăn bao bọc lấy khu vực anôt để ngăn khí Cl2 khuếchtán vào dung dịch. Ví dụ 5: Điện phân dung dịch KNO3 với anôt bằng Cu. Khi điện phân, ở khu vực catôt, ion H + mất dần, nồng độ OH- tăng dần,dung dịch ở đó có tính kiềm tăng dần. ở anôt ion Cu2+ tan vào dung dịch. Trong dung dịch xảy ra phản ứng. Phương trình điện phân: Bản thân KNO3 không b ị biến đổi nhưng nồng độ tăng dần. Ứng dụng của điện phân dung dịch: - Điều chế kim loại đứng sau Al trong dãy thế điện hoá. - Tinh chế kim loại. - Mạ và đúc kim loại bằng điện. - Điều chế một số hoá chất thông dụng: H2, Cl2, O2,…, hiđroxit kimloại kiềm - Tách riêng một số kim loại khỏi hỗn hợp dung dịch. 4. Công thức Farađây Trong đó: m là khối lượng chất được giải phóng khi điện phân (gam) A là khối lượng mol của chất đó. n là số e trao đổi khi tạo thành một nguyên tử hay phân tử chất đó. Q là điện lượng phóng qua bình đ iện phân (Culông). F là số Farađây (F = 96500 Culông.mol-1) l là cường độ dòng điện (Ampe) t là thời gian điện phân (giây) Ví dụ: Tính khối lượng oxi được giải phóng ở anôt khi cho dòng điện 5ampe qua bình điện phân đựng dung dịch Na2SO 4 trong 1 giờ 20 phút 25 ...