Ví dụ 1: Điện phân sodium chloride (NaCl) nóng chảy điều chế Na.
* Ở cực dương (anode): sự oxi hoá ion Cl- thành Cl2෴: \({\rm{C}}{{\rm{l}}^ - } \to \frac{1}{2}{\rm{C}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}{\rm{ + e}}\)
* Ở cực âm (cathode): sự khử ion Na+𒉰 thành Na: \({\rm{N}}{{\rm{a}}^{\rm{ + }}}{\rm{ + 1e}} \to {\rm{Na}}\)
* Phương trình điện phân:
Cathode (-) chứa ion dương (cation) |
Anode (+) chứa ion âm (anion) |
Thứ tự khử ở cathode: Au3+ > Ag+ > Hg2+ > Cu2+ > H+ > H2O. (Chỉ có ion kim loại sau Al3+ mới bị khử) Mn+ + ne \( \to \) M (M sau Al) Hết Mn+ thì H2O bị khử 2H2O + 2e \( \to \) H2 + 2\(O{H^ - }\) (pH >7) |
Thứ tự oxi hoá ở anode: \({S^{2 - }} > {I^ - } > B{r^ - } > C{l^ - } > O{H^ - } > {H_2}O\) (Các anion như \(NO_3^ - \), \(SO_4^{2 - }\),\(PO_4^{3 - }\),\(CO_3^{2 - }\), \({F^ - }\),\(ClO_4^ - \)coi như không bị điện phân). \({S^{2 - }}\)\( \to \) S + 2e2X- → X2 + 2e ( X=Cl, Br, I) 4\(O{H^ - }\)\( \to \)O2 + 2H2O + 4e Hết \(C{l^ - }\), \(O{H^ - }\)nước bị oxi hoá: 2H2O \( \to \) O2 + 4H+ + 4e (pH<7) |
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 chì với hai cực của nguồn điện và tiến hành điện phân trong khoảng 5 phút.Sơ đồ thí nghiệm điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ
Quan sát hiện tượng xảy ra ở mỗi điện cực và giải thích.Viết phương trình xảy ra tại các cực và phương điện phân dung dịch.Lời giải chi tiết
Hiện tượng: điện cực than chì ở cathode có kim loại đồng(màu đỏ) sinh ra bám vào.+ Ở cực dương (anode) sự oxi hoá H2O thành O2 : H2O \( \to \)\(\frac{1}{2}\)O2 + 2H+ + 2e
+ Ở cực âm (cathode) sự khử ion Cu2+🐷 thành Cu: \({\rm{C}}{{\rm{u}}^{{\rm{2 + }}}}{\rm{ + 2e}} \to {\rm{Cu}}\)
+ Phương trình điện phân:
Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ quặng bauxite theo hai giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Tinh chế quặng bauxite
Quặng bauxite (thành phần chính Al2O3.2H2O) thường lẫn tạp chất. Sau khi loại bỏ tạp chất bằng phương pháp hoá học thu được Al2O3.
Giai đoạn 2: Điện phân Al2O3 nóng chảy
Do Al2O3 có nhiệt độ nóng chảy rất cao (2050°C) nên Al2O3 được trộn cùng với cryolite (Na3AlF6) để
- Tạo thành hỗn hợp nóng chảy ở gần 1000°C. Giải pháp này giúp tiết kiệm nhiều năng lượng. - Tạo chất lỏng vừa có tính dẫn điện tốt vừa nổi lên trên Al lỏng để ngăn cách Al lỏng không bị oxi hoá bởi không khí.* Ở cực dương (anode) sự oxi hoá ion O2- thành O2𒁃 : \({\rm{2}}{{\rm{O}}^{2 - }} \to {{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{ + 4e}}\)
* Ở cực âm (cathode) sự khử ion Al3+🐻 thành Al: : \({\rm{A}}{{\rm{l}}^{{\rm{3 + }}}}{\rm{ + 3e}} \to {\rm{Al}}\)
* Phương trình điện phân:
Khí O2 tạo thành ở nhiệt độ cao, đốt cháy dần điện cực anode than chì thành CO và CO2♒. Do vậy, trong quá trình điện phân phải hạ thấp dần các điện cực anode vào thùng điện phân.
Sơ đồ thùng điện phân Al2O3 nóng chảy
Nguyên tắc:🥃 Khử các oxide kim loại của kim loại hoạt động trung bình yếu như Zn, Fe, Sn, Pb, Cu,… ở nhiệt độ cao bằng các chất khử như C, CO,…
Ví dụ 1: Tách kẽm từ quặng zinc blende.
- Đốt quặng zinc blende:
- Khử zinc oxide ở nhiệt độ cao bằng than cốc:
Ví dụ 2: Tách sắt từ quặng hematite.
ở nhiệt độ cao, sắt được tách ra khỏi iron(III) oxide bởi carbon monoxide:Tách Cu từ CuSO4 bởi Fe : Fe + CuSO4 \( \to \)FeSO4+Cu