Bài 16. Điện phân (Tr78, 79, 80, 81, 82, 83, 84 SGK HOÁ 12 KNTT)
Trong pin điện hoá, hoá năng được chuyển thành điện năng của dòng điện một chiều thông qua phản ứng oxi hoá – khử tự xảy ra. Ngược lại, trong bình điện phân, điện năng của dòng điện một chiều được sử dụng để thực hiện phản ứng oxi hoá – khử không tự xảy ra. Vậy, quá trình điện phân tuân theo nguyên tắc nào và có ứng dụng gì trong sản xuất?
– Nguyên tắc điện phân:
Ở cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.
Ở anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.
Quá trình điện phân xảy ra ở mỗi cực ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá/ tính khử mạnh hơn.
– Ứng dụng: điều chế, tinh chế một số kim loại, mạ điện,…
Quá trình điện phân NaCl nóng chảy được tiến hành theo hai bước như sau:
Bước 1: Nung NaCl trong bình đến nóng chảy, thu được chất lỏng có khả năng dẫn điện.
Bước 2: Nhúng hai điện cực than chì vào bình đựng NaCl nóng chảy rồi nối chúng với hai cực của nguồn điện một chiều (khoảng 7 V). Các ion di chuyển về các điện cực trái dấu, ở điện cực dương có khí Cl2 thoát ra và ở điện cực âm, Na được tạo thành.
Thực hiện các yêu cầu sau:
1. Viết phương trình phân li của NaCl ở bước 1.
2. Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực.
3. Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân.
1. Phương trình phân li NaCl ở trạng thái nóng chảy:
NaCl → Na+ + Cl–
2. Các quá trình xảy ra ở mỗi điện cực:
Cathode (-): Na+ + 1e → Na
Anode (+): 2 Cl– → Cl2 + 2e
3. Phương trình hoá học của quá trình điện phân:
2NaCl 
2Na + Cl2
Xét thí nghiệm điện phân dung dịch (đpdd) CuCl2 với điện cực trơ (như than chì).
Cl– : Anode (+) ← Dung dịch CuCl2 → Cathode (-): Cu2+
Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực và viết phương trình hóa học của phản ứng điện phân.
Quá trình xảy ra ở mỗi điện cực:
Cathode (-) Cu2+ + 2e → Cu
Anode (+) 2Cl– → Cl2 + 2e
Phương trình hóa học của phản ứng điện phân:
CuCl2 
Cu + Cl2
Thí nghiệm: Điện phân dung dịch CuSO4
– Chuẩn bị:
+ Hoá chất: dung dịch CuSO4 0,5 M.
+ Dụng cụ: nguồn điện một chiều (3 – 6 vôn), ống thuỷ tinh hình chữ U, hai điện cực than chì, dây dẫn, kẹp kim loại.
– Tiến hành:
+ Lắp thiết bị thí nghiệm điện phân dung dịch CuSO4 như Hình 16.2.
+ Rót dung dịch CuSO4 0,5 M vào ống thuỷ tinh hình chữ U rồi nhúng hai điện cực than chì vào dung dịch.
+ Nối hai điện cực than chỉ với hai cực của nguồn điện và tiến hành điện phân trong khoảng 5 phút.
Quan sát hiện tượng xảy ra ở mỗi điện cực và giải thích.
Hiện tượng:
Ở anode có bọt khí không màu bay ra.
Ở Cathode có kết tủa màu đỏ bám vào điện cực.
Giải thích:
Ở anode xảy ra quá trình oxi hoá nước tạo thành khí oxygen không màu bay ra
2H2O → 4H+ + O2 + 4e
Ở Cathode xảy ra quá trình khử Cu2+ tạo thành Cu màu đỏ bám vào điện cực.
Cu2+ + 2e → Cu
Điện phân dung dịch NaCl bão hòa với điện cực trơ (graphite)
Cl–, H2O : Anode (+) ← Dung dịch NaCl → Cathode (-): Na+, H2O
a) Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử xảy ra ở mỗi điện cực, biết sản phẩm của quá trình điện phân có khí Cl2 và H2.
b) Viết phương trình hóa học của phản ứng điện phân.
c) Trong quá trình điện phân, sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khuếch tán vào nhau sẽ xảy ra phản ứng hóa học nào?
a) Quá trình oxi hóa khử xảy ra ở mỗi điện cực:
Cathode (-) 2H2O + 2e → 2OH– + H2
Anode (+) 2Cl– → Cl2 + 2e
b) Phương trình hóa học của phản ứng điện phân
2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH
d) Trong quá trình điện phân, sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khuếch tán vào nhau sẽ xảy ra phản ứng hóa học tạo thành nước Javel:
Cl2 + 2 NaOH → NaCl + NaClO + H2O
Thí nghiệm: Điện phân dung dịch NaCl (tự điều chế nước Javel để tẩy rửa)
– Chuẩn bị:
+ Hoá chất: dung dịch NaCl bão hoà, cánh hoa màu hồng.
+ Dụng cụ: nguồn điện một chiều (3 – 6 vôn), cốc thuỷ tinh 100 mL, hai điện cực than chì, dây dẫn, kẹp kim loại.
– Tiến hành:
+ Lắp thiết bị thí nghiệm điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ như Hình 16.3.
+ Rút khoảng 80 mL dung dịch NaCl bão hoà vào cốc rồi nhưng hai điện cực than chì vào dung dịch.
+ Nối hai điện cực than chì với hai cực của nguồn điện và tiến hành điện phân trong khoảng 5 phút.
+ Cho một mẫu cánh hoa màu hồng vào cốc chứa khoảng 5 mL dung dịch sau điện phân.
Quan sát hiện tượng xảy ra và thực hiện các yêu cầu sau:
1. Giải thích hiện tượng quan sát được ở mỗi điện cực.
2. Giải thích khả năng tẩy màu của dung dịch sau điện phân.
3. Tại sao nên dùng nắp đậy trong quá trình điện phân?
1. Hiện tượng: ở cả hai điện cực đều có khí thoát ra.
Giải thích:
Ở anode xảy ra quá trình oxi hoá ion Cl– tạo thành khí Cl2.
2Cl– → Cl2 + 2e
Ở Cathode xảy ra quá trình khử nước tạo thành H2.
2H2O + 2e → 2OH– + H2
2. Phản ứng điện phân:
2NaCl + 2 H2O 2NaOH + H2 + Cl2
Quá trình điện phân tạo NaOH và Cl2, sau đó hai sản phẩm trên khuếch tán vào nhau và tiếp tục xảy ra phản ứng:
2NaOH + Cl2→ NaCl + NaClO + H2O
Sản phẩm của phản ứng trên là hỗn hợp nước Javel chứa NaClO, ion ClO– có tính oxi hóa mạnh, tẩy được màu của cánh hoa.
3. Trong quá trình điện phân sinh ra sản phẩm là khí Cl2. Khí chlorine độc nên ta cần đậy nắp bình điện phân để khí không thoát ra ngoài đồng thời để khí Cl2 tiếp tục phản ứng với dung dịch NaOH tạo nước Javel.
a) Liệt kê một số đồ vật được mạ kim loại và nêu tác dụng của việc mạ đó.
b) Kể tên một số kim loại được sản xuất bằng phương pháp điện phân.
a) Một số đồ vật được mạ kim loại như: chìa khóa; đồ trang sức; chảo; nồi … Tác dụng của việc mạ là tăng độ bền; chống ăn mòn kim loại; và tăng tính thẩm mỹ.
b) Các kim loại mạnh như Na, K, Mg, Ca, Al, … được sản xuất bằng phương pháp điện phân nóng chảy hợp chất ion của chúng.
Trong công nghiệp, một số kim loại trung bình và yếu (Cu, Fe, Ag, …) được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch.
