Giải chi tiết Hóa học 12 CTST bài 13 Điện phân

MỞ ĐẦU

Pin điện hoá hoạt động dựa trên các phản ứng oxi hóa – khử tự xảy ra trong pin (hoá năng chuyển thành điện năng). Tuy nhiên, một số phản ứng oxi hoá – khử chỉ có thể xảy ra nhờ năng lượng dòng điện, được gọi là phản ứng điện phân (điện năng chuyển thành hoá năng).

Khi điện phân, các quá trình trên bề mặt điện cực xảy ra theo nguyên tắc nào? Điện phân có ứng dụng gì trong đời sống, sản xuất?

Bài làm chi tiết:

- Nguyên tắc điện phân dung dịch: ở cathode, ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá mạnh hơn; ở anode, ưu tiên điện phân chất có tính khử mạnh hơn.

- Ứng dụng của điện phân trong đời sống, sản xuất có thể kể đến như luyện kim, tinh chế kim loại, mạ điện,…

1. ĐIỆN PHÂN NÓNG CHẢY, ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH

Thảo luận 1: Xác định sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khi điện phân NaCl nóng chảy

Bài làm chi tiết:

Ở cực âm (cathode), sản phẩm tạo thành là Na; ở cực dương (anode), sản phẩm tạo thành là Cl₂.

Luyện tập: Viết phương trình hoá học của quá trình điện phân nóng chảy các chất: MgCl₂, Al₂O₃.

Bài làm chi tiết:

2MgCl₂  đpnc→  2Mg + Cl₂

2Al₂O₃  đpnc→  4Al + 3O₂

Thảo luận 2: Tiến hành Thí nghiệm 1 và nêu hiện tượng quan sát được.

Bài làm chi tiết:

Hiện tượng quan sát được: có hiện tượng sủi bọt khí, Cu màu đỏ bám vào điện cực. 

Thảo luận 3: Cho biết khi điện phân dung dịch CuSO₄, ion Cu²⁺ và SO42- di chuyển về điện cực nào.

Bài làm chi tiết:

Khi điện phân dung dịch CuSO₄, ion Cu²⁺ di chuyển về cathode (cực âm) và SO42- di chuyển về anode (cực dương).

Thảo luận 4: Xác định sản phẩm sinh ra ở mỗi điện cực khi điện phân dung dịch CuSO₄ với điện cực trơ.

Bài làm chi tiết:

Ở cathode, sản phẩm sinh ra là Cu; ở anode, sản phẩm sinh ra là O₂ và H⁺.

Thảo luận 5: Tiến hành Thí nghiệm 2 và nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích.

Bài làm chi tiết:

Hiện tượng xảy ra: có hiện tượng sủi bọt khí, dung dịch thu được sau phản ứng có khả năng tẩy màu. Vì khi điện phân:

- Ở cực âm: quá trình oxi hoá xảy ra. PT: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

- Ở cực dương: quá trình khử xảy ra. PT: H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-

Sau điện phân, phản ứng giữa các sản phẩm xảy ra, tạo dung dịch nước Javel.

Luyện tập: Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực và phương trình hoá học của phản ứng điện phân khi điện phân dung dịch: AgNO₃; CuCl₂ với điện cực graphite.

Bài làm chi tiết:

- Điện phân dung dịch AgNO₃:

+ Cathode: Ag⁺ + e → Ag

+ Anode: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

PTHH: 4AgNO₃ + 2H₂O  dpdd→  4Ag + O₂ + 4HNO₃

- Điện phân dung dịch CuCl₂:

+ Cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu

+ Anode: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

PTHH: CuCl₂  dpdd→  Cu + Cl₂

2. ỨNG DỤNG

Thảo luận 6: Em hãy tìm hiểu và nêu một số ứng dụng của phương pháp điện phân trong thực tiễn.

Bài làm chi tiết:

Phương pháp điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tiễn, đặc biệt là điều chế, tinh chế một số kim loại, mạ điện,…

BÀI TẬP

Bài 1: Điện phân CaCl₂ nóng chảy, ở cathode xảy ra quá trình nào?

A. Oxi hoá ion Ca²⁺. B. Khử ion Ca²⁺.

C. Oxi hoá ion Cl^-. D. Khử ion Cl^-.

Bài làm chi tiết:

Chọn đáp án B vì trong điện phân nóng chảy, diễn ra quá trình khử ion Ca²⁺ ở cực âm (cathode): Ca²⁺ + 2e → Ca.

Bài 2: Điện phân dung dịch Cu(NO₃)₂ với điện cực trơ, anode xảy ra ở quá trình nào?

A. H₂O 12 O₂ + 2H⁺+ 2e.

B. 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-.

C. Cu → Cu²⁺ + 2e.

D. Cu²⁺ + 2e → Cu

Bài làm chi tiết:

Chọn đáp án A vì trong quá trình điện phân dung dịch Cu(NO₃)₂ ở anode xảy ra quá trình oxi hóa H₂O.

Bài 3: Viết phương trình hoá học của phản ứng điện phân khi điện phân KCl nóng chảy.

Bài làm chi tiết:

PTHH: 2KCl  t°→  2K + Cl₂

Bài 4: Hãy đề xuất và trình bày cách mạ đồng (Cu) lên một đồ vật làm từ sắt (Fe) bằng phương pháp điện phân.

Bài làm chi tiết:

Điện phân dung dịch CuSO₄ với anode làm bằng đồng (Cu) và cathode bằng sắt (Fe).

- Ở anode: Cu → Cu²⁺ + 2e

- Ở cathode: Fe²⁺ + 2e → Fe

Kết quả của quá trình trên là anode tan và tạo Cu bám trên cathode.