Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 146 Vấn đề II vơ cơ ĐIỆN PHÂN I. ĐỊNH NGHĨA Sự điện phân là quá trình oxi hĩa, quá trình khử xảy ra tại bề mặt các điện cực khi cĩ dịng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hay chất điện li ở trạng thái nĩng chảy. - Điện cực nối với cực âm của máy phát điện (nguồn điện một chiều) gọi là cực âm hay catot (catod). - Điện cực nối với cực dương của máy phát điện gọi là cực dương hay anot (anod). - Tại bề mặt của catot luơn luơn cĩ quá trình khử xảy ra, là quá trình trong đĩ chất oxi hĩa nhận điện tử để tạo thành chất khử tương ứng. - Tại bề mặt anot luơn luơn cĩ quá trình oxi hĩa xảy ra, là quá trình trong đĩ chất khử cho điện tử để tạo thành chất oxi hố tương ứng. - Khi cĩ nhiều chất khử khác nhau, thường là các ion kim loại khác nhau (ion dương) cùng về catot thì chất nào cĩ tính oxi hĩa mạnh nhất sẽ bị khử trước; Khi hết chất oxi hĩa mạnh nhất mà cịn điện phân tiếp tục, thì chất oxi hĩa yếu hơn kế tiếp mới bị khử sau;... Thí dụ: Cĩ các ion kim loại Cu2+, Ag+, Fe2+ cùng về catot bình điện phân. Nguồn điện một chiều (Pin, Acqui) Dây dẫn điện Bình điện phân Catot Anot e- e- I Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 147 Do độ mạnh tính oxi hĩa giảm dần như sau: Ag+ > Cu2+ > Fe2+, nên quá trình khử lần lượt xảy ra ở catot là: Ag+ + e- Ag (1) Cu2+ + 2e- Cu (2) Fe2+ + 2e- Fe (3) - Tương tự, khi cĩ nhiều chất khử khác nhau, thường là các anion phi kim khác nhau, cùng về anot, thì chất khử nào mạnh nhất sẽ bị oxi hĩa trước; Khi hết chất khử mạnh nhất mà cịn điện phân tiếp tục thì chất khử yếu hơn kế tiếp mới bị oxi hĩa sau;... Thí dụ: Cĩ các anion Cl-, Br -, I- cùng về anot trơ. Do độ mạnh tính khử giảm dần như sau: I- > Br - > Cl-, nên quá trình oxi hĩa lần lượt xảy ra ở anot như sau: 2I- - 2e- I2 (1) 2Br - - 2e- Br2 (2) 2Cl- - 2e- Cl2 (3) - Trong dãy thế điện hĩa (dãy hoạt động hĩa học các kim loại, dãy Beketov), người ta sắp các kim loại (trừ H2 là phi kim) theo thứ tự từ trước ra sau cĩ độ mạnh tính khử giảm dần, cịn các ion kim loại tương ứng (ion dương) từ trước ra sau cĩ độ mạnh tính oxi hĩa tăng dần. K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Pt Au Chiều tính khử giảm dần K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+ Chiều tính oxi hĩa tăng dần - Thế điện hĩa chuẩn của cặp oxi hĩa khử nào càng lớn về đại số thì chất oxi hĩa đĩ càng mạnh và chất khử tương ứng càng yếu. E 0 1/1 KhOx > E 0 2/2 KhOx ⇒ Tính oxi hĩa: Ox1 > Ox2 Tính khử: Kh1 < Kh2 - Thực nghiệm cho biết: E0Ag+/Ag > E0Fe3+/Fe2+ > E0Cu2+/Cu > E0Fe2+/Fe Do đĩ, tính oxi hĩa: Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > Fe2+ tính khử: Ag < Fe2+ < Cu < Fe - Độ mạnh tính khử các chất giảm dần như sau: (áp dụng trong điện phân) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 148 Tính khử: Kim loại (trừ Pt) > S2− > I− > Br − > Cl− > OH− > H2O (Do tính oxi hĩa: Cl2 > Br2 > I2 > S nên độ mạnh tính khử: Cl− < Br − < I− < S2−) Thí dụ: Hãy viết các quá trình khử lần lượt xảy ra ở catot khi điện phân dung dịch cĩ chứa các cation: Fe3+, Ag+, Cu2+. Do tính oxi hĩa giảm dần như sau: Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > Fe2+ > H2O nên quá trình khử lần lượt xảy ra ở catot là: Ag+ + e- Ag (1) Fe3+ + e- Fe2+ (2) Cu2+ + 2e- Cu (3) Fe2+ + 2e- Fe (4) 2H2O + 2e- H2 + 2OH− (5) Nếu khơng cĩ Cu2+, thì Fe3+ bị khử tạo ra Fe mà khơng xảy ra quá trình (2) Fe3+ + 3e- Fe Nếu cĩ sự tạo ion H+ ở anot thì H2O khơng bị khử (quá trình (5) mà là ion H+ bị khử: 2H+ 2e- H2 Do ion H+ trong nước cĩ nồng độ rất nhỏ nên ion H+ của axit dễ bị khử hơn ion H+ của H2O, H2O tham gia điện phân ở quá trình (5) thực chất là H+ của H2O bị khử). II. SỰ ĐIỆN PHÂN CHẤT ĐIỆN LI NĨNG CHẢY Khi đun nĩng ở nhiệt độ cao thì chất điện li nĩng chảy (hĩa lỏng), các ion dương và ion âm bây giờ linh động hơn so với khi ở trạng thái rắn. Các ion dương (cation) mang điện tích dương nên sẽ di chuyển về cực âm (catot), tại đây cĩ quá trình khử xảy ra; Cịn các ion âm (anion) mang điện tích âm nên sẽ di chuển về cực dương (anot), tại đây cĩ quá trình oxi hĩa xảy ra. Các thí dụ, trình bày sự điện phân nĩng chảy ứng với các trường hợp (thí dụ) sau đây: Thí dụ 1: Điện phân muối ăn nĩng chảy. NaCl nĩng chảy (Na+, Cl−) Catot (−) Anot (+) Na+ + e- Na 2Cl− − 2e- Cl2 Chất oxi hĩa Chất khử Chất khử Chất oxi hĩa Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 149 2NaCl 2Na+ + 2Cl− + 2Na+ + 2e- 2Na 2Cl− − 2e- Cl2 2NaCl đpnc 2Na + Cl2 Natri clorua Natri Clo (Catot) (Anot) Như vậy khi điện phân muối ăn nĩng chảy, ta thu được natri ở catot và khí clo ở anot. Thí dụ 2: Điện phân nhơm oxit nĩng chảy. Al2O3 nĩng chảy (2Al3+, 3O2−) Catot (−) Anot (+) 2Al3+ + 6e- 2Al 3O2- − 6e- 2 3 O2 Al2O3 2Al3+ + 3O2− + 2Al3+ + 6e- 2Al 3O2− − 6e- 2 3 O2 Al2O3 đpnc 2Al + 2 3 O2 Nhơm oxit Nhơm Oxi (Catot) (Anot) Điện phân nĩng chảy nhơm oxit thu được kim loại nhơm ở catot, khí oxi ở anot bình điện phân. Thí dụ 3: Điện phân xút nĩng chảy. NaOH nĩng chảy (Na+, OH−) Catot (−) Anot (+) Na+ + e- Na 2OH- − 2e- 2 1 O2 + H2O 2NaOH 2Na+ + 2OH− + 2Na+ + 2e- 2Na 2OH− - 2e- 2 1 O2 + H2O 2NaOH 2Na + 2 1 O2 + H2O Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 150 Natri hiđroxit Natri Oxi Hơi nước Điện phân xút nĩng chảy, thu được natri ở catot, khí oxi và hơi nước ở anot. Thí dụ 4: Điện phân hỗn hợp muối natri clorua và magie clorua nĩng chảy. Hỗn hợp NaCl - MgCl2 nĩng chảy (Na+, Mg2+, Cl-) Catot (−) Anot (+) (Tính khử: Na > Mg nên tính oxi hĩa: Na+ < Mg2+) Mg2+ + 2e- Mg (1) 2Cl− - 2e- Cl2 Na+ + e- Na (2) Như vậy coi như MgCl2 tham gia điện phân trước; Sau khi hết MgCl2, NaCl mới tham gia điện phân. MgCl2 Mg2+ + 2Cl- + Mg2+ + 2e- Mg 2Cl− − 2e- Cl2 MgCl2 đpnc Mg + Cl2 (I) Magie clorua Magie Oxi Sau khi hết MgCl2, đến NaCl tham gia điện phân 2NaCl 2Na+ + 2Cl- + 2Na+ + 2e- 2Na 2Cl− − 2e- Cl2 2NaCl đpnc 2Na + Cl2 (II) Natri clorua Natri Khí clo Như vậy khi điện phân hỗn hợp muối NaCl - MgCl2 thì thu được Mg, Na ở catot, khí clo ở anot. III. SỰ ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI Khi điện phân dung dịch chất điện li thì tùy trường hợp, dung mơi nước của dung dịch cĩ thể tham gia điện phân ở catot hay ở anot. Nếu nước tham gia điện phân thì: - Ở catot: Do ở catot cĩ quá trình khử xảy ra nên H2O sẽ đĩng vai trị chất oxi hĩa, nĩ bị khử tạo khí hiđro (H2) thốt ra, đồng thời phĩng thích ion OH- ra dung dịch. 2H2O 2H+ + 2OH− 2H+ + 2e- H2 Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 151 2H2O + 2e- H2 + 2OH− - Ở anot: Do ở anot cĩ quá trình oxi hĩa xảy ra nên nước sẽ đĩng vai trị chất khử, nĩ bị oxi hĩa tạo khí oxi (O2) thốt ra, đồng thời phĩng thích ion H+ ra dung dịch. 2H2O 2H+ + 2OH- 2OH- − 2e- 2 1 O2 + H2O H2O − 2e- 2 1 O2 + 2H+ III.1. Ở catot Thực nghiệm cho thấy khi điện phân dung dịch chứa các ion kim loại đứng sau nhơm (Al) trong dãy thế điện hĩa thì các ion kim loại này bị khử tạo thành kim loại bám vào điện cực catot. Ion nào càng đứng sau thì cĩ tính oxi hĩa càng mạnh nên càng bị khử trước ở catot. (Hiểu là kim loại đứng sau nhơm cĩ tính khử yếu, do đĩ ion các kim loại này (ion dương) cĩ tính oxi hĩa mạnh. Chúng cĩ tính oxi hĩa mạnh hơn nước nên các ion dương này bị khử trước nước. K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Pt Au Mn+ + ne- M Ion kim loại (Kim loại đứng sau Al) Thí dụ: Ion Cu2+ về catot bình điện phân khi điện phân dung dịch cĩ chứa ion Cu2+ thì ion này bị khử ở catot: Cu2+ + 2e- Cu Cịn khi điện phân dung dịch chứa ion kim loại từ nhơm trở về trước (ion kim loại Al3+, Mg2+, ion kim loại kiềm thổ, ion kim loại kiềm) thì các ion kim loại này khơng bị khử ở catot mà là H2O của dung dịch bị khử tạo H2 bay ra và phĩng thích ion OH- trong dung dịch (ion OH- kết hợp ion kim loại tạo hiđroxit kim loại tương ứng). Cĩ thể hiểu là các kim loại từ Al trở về trước cĩ tính khử mạnh rất mạnh, nên các ion kim loại này cĩ tính oxi hĩa rất yếu, yếu hơn H2O. Do đĩ H2O bị khử trước ở catot. Và một khi nước bị khử ở catot thì đây cũng là giai đoạn chĩt ở catot, vì khi hết nước thì cũng khơng cịn dung dịch nữa, nên sự điện phân sẽ ngừng. Các ion kim loại từ Al trở về trước chỉ bị khử tạo kim loại tương ứng khi điện phân nĩng chảy chất điện cĩ chứa các ion này. 2H2O + 2e- H2 + 2OH- III.2. Ở Anot Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 152 Quá trình oxi hĩa ở anot phụ thuộc vào bản chất của chất làm điện cực anot và bản chất của anion đi về phía anot. - Nếu anot tan (khơng trơ, khơng bền): Anot được làm bằng các kim loại thơng thường (trừ Pt) (như Ag, Cu, Fe, Ni, Zn, Al...) thì kim loại dùng làm anot oxi hĩa (bị hịa tan) cịn các anion đi về anot khơng bị oxi hĩa. Cĩ thể hiểu một cách gần đúng là kim loại được dùng làm kim loại cĩ tính khử mạnh hơn các chất khử khác đi về anot trong dung dịch, nên kim loại được dùng làm điện cực anot bị oxi hĩa trước. Và một khi điện cực anot bị oxi hĩa (bị ăn mịn) thì đây cũng là giai đoạn cuối ở anot. Bởi vì khi hết điện cực anot, thì sẽ cĩ sự cách điện và sự điện phân sẽ dừng. Thí dụ: Anot được làm bằng kim loại đồng (Cu) Cu(anot) + 2e- Cu2+ - Nếu anot khơng tan (trơ, bền): anot được làm bằng bạch kim (Platin, Pt) hay than chì (Cacbon graphit). + Nếu anion đi về anot là các anion khơng chứa O như Cl-, Br-, I-, S2-... thì các anion này bị oxi hĩa ở anot. Thí dụ: Anion Cl- đi về anot trơ, thì ion Cl- bị oxi hĩa ở anot 2Cl- - 2e- Cl2 + Nếu anion đi về anot là anion cĩ chứa O như NO3-, SO42-, PO43-, CO32-... thì các anion này khơng bị oxi hĩa ở anot mà là H2O của dung dịch bị oxi hĩa tạo O2 thốt ra, đồng thời phĩng thích ion H+ ra dung dịch (ion H+ kết hợp với anion tạo thành axit tương ứng). Và một khi nước đã bị oxi hĩa ở anot thì đây cũng là giai đoạn chĩt ở anot. Vì khi hết nước mới đến các chất khử khác bị oxi hĩa, lúc này khơng cịn là dung dịch nữa, nên sự điện phân dừng. Thí dụ: anion NO3- đi về anot trơ trong dung dịch, thì anion này khơng bị oxi hĩa mà là nước của dung dịch bị oxi hĩa. H2O - 2e- 2 1 O2 + 2H+ (H+ + NO3- HNO3) Lưu ý L.1 Khi đầu bài cho điện phân mà khơng cho biết dùng điện cực gì thì hiểu là điện cực khơng tan (trơ, bền). Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 153 L.2 Các ion OH- (hiđroxit), RCOO- (cacboxilat) tuy là các anion cĩ chứa O, nhưng chúng vẫn bị oxi hĩa ở anot khi điện phân dung dịch chứa các anion này với điện cực trơ. -2 0 2OH- - 2e- 2 1 O2 + H2O (Chất khử) (Chất oxi hĩa) +3 +4 2RCOO- - 2e- R-R + 2CO2 Ion cacboxilat Hiđrocacbon Khí cacbonic (Chất khử) (Chất oxi hĩa) Thí dụ: Khi điện phân dung dịch chứa ion axetat (CH3COO-) dùng điện cực trơ, thì ion axetat bị oxi hĩa ở anot. 2CH3COO- - 2e- CH3-CH3 + 2CO2 Ion axetat Etan Khí cacbonic L.3. Thứ tự các chất bị oxi hĩa ở anot trơ: S2- > I- > Br- > Cl- > RCOO- > OH- > H2O L.4. Nếu bình điện phân khơng cĩ vách ngăn xốp giữa catot với anot thì cĩ thể xảy ra phản ứng phụ giữa các chất vừa tạo ra ở hai bên điện cực catot, anot. Thí dụ: Điện phân dung dịch NaCl bằng điện cực trơ mà khơng cĩ vách ngăn, thì Cl2 tạo ở anot sẽ tác dụng với dung dịch NaOH ở catot để tạo nước Javel. Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H2O Clo Xút Natri clorua Natri hipoclorit Nước Nước Javel III.3. Các thí dụ Thí dụ 1: Điện phân dung dịch NaCl, dùng điện cực trơ. dd NaCl (Na+, Cl-, H2O) Catot (-) Anot (+) (trơ) 2H2O + 2e- H2 + 2OH- 2Cl- - 2e- Cl2 (1) 2OH- - 2e- 2 1 O2 + H2O (2) 2NaCl 2Na+ + 2Cl- + 2H2O + 2e- H2 + 2OH- 2Cl- - 2e- Cl2 2NaCl + 2H2O đp H2 + 2NaOH + Cl2 (I) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 154 Natri clorua Nước Hiđro Xút Clo (Catot) (Anot) Nếu khơng cĩ màng ngăn xốp giữa catot với anot thì cĩ phản ứng phụ: 2NaOH + Cl2 NaCl + NaClO + H2O Nước Javel Nếu bình điện phân cĩ vách ngăn, sau khi điện phân hết NaCl, thu được dung dịch gồm: NaOH, H2O. Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch NaOH. 2NaOH 2Na+ + 2OH- + 2H2O + 2e- H2 + 2OH- 2OH- - 2e- 2 1 O2 + H2O H2O đp H2 2 1 O2 (II) Nước Hiđro Oxi Như vậy khi điện phân dung dịch muối ăn, điện cực trơ, cĩ vách ngăn xốp giữa catot với anot, thì ở giai đoạn đầu, NaCl bị điện phân trước, thu được khí hiđro ở catot, khí clo ở anot, dung dịch xút bên ngăn catot. Sau khi hết muối ăn, đến điện phân dung dịch xút, thực chất là nước của dung dịch bị điện phân, tạo khí hiđro ở catot, khí oxi ở anot, thể tích H2 gấp đơi thể tích khí O2. Cịn NaOH cịn nguyên trong dung dịch, cĩ lượng khơng đổi, nhưng nồng độ ngày càng tăng dần (là do dung mơi nước ngày càng mất đi). Thí dụ 2: Điện phân dung dịch CuSO4, điện cực khơng tan. dd CuSO4 (Cu2+, SO42-, H2O) Catot (-) Anot (+) (Trơ) Cu2+ + 2e- Cu (1) H2O - 2e- 2 1 O2 + 2H+ 2H+ + 2e- H2 (2) CuSO4 Cu2+ + SO42- + Cu2+ + 2e- Cu H2O - 2e- 2 1 O2 + 2H+ CuSO4 + H2O đp Cu + 2 1 O2 + H2SO4 (I) Đồng (II) sunfat Đồng Oxi Axit sunfuric (Catot) (Anot) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 155 Sau khi điện phân hết CuSO4, thu được dung dịch gồm: H2SO4 , H2O. Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch H2SO4. H2SO4 2H+ + SO42- + 2H+ + 2e- H2 H2O - 2e- 2 1 O2 + 2H+ H2O đp H2 + 2 1 O2 (II) Nước Hiđro Oxi (Catot) (Anot) Khi điện phân dung dịch đồng (II) sunfat, điện cực trơ, thu được đồng kim loại ở catot, khí oxi ở anot, dung dịch H2SO4 bên ngăn anot. Sau khi điện phân hết CuSO4, thu được dung dịch gồm H2SO4 và H2O. Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch H2SO4, thực chất là H2O của dung dịch bị điện phân, thu được khí hiđro (H2) ở catot, khí oxi (O2) ở anot, thể tích khí hiđro gấp đơi thể tích khí oxi. Cịn H2SO4 luơn luơn nằm trong dung dịch, cĩ lượng khơng đổi, nhưng nồng độ càng lúc càng cao (là do dung mơi nước càng lúc càng mất đi). Tuy nhiên nếu khơng cĩ hiện diện H2SO4 hay NaOH, nghĩa là chỉ cĩ nước nguyên chất thì nước khơng tham gia điện phân. Bởi vì nồng độ ion H+, ion OH- của nước quá nhỏ nên khơng đủ để dẫn điện nên sự điện phân khơng xảy ra. Thí dụ 3: Điện phân dung dịch AgNO3, điện cực bằng bạc (Ag). dd AgNO3 (Ag+, NO3-, H2O) Catot (-) Anot (+) (Ag) Ag+ + e- Ag(bám vào catot) Ag(anot) - e- Ag+ AgNO3 Ag+ + NO3- + Ag+ + e- Ag (bám vào catot) Ag (anot) - e- Ag+ Ag (anot) đp Ag (bám vào catot) Như vậy khi điện phân dung dịch bạc nitrat, điện cực anot bằng bạc, thực chất là anot bằng bạc bị oxi hĩa (bị ăn mịn). Lượng bạc bị hịa tan ở anot được đem cho bám vào catot. Cịn AgNO3 trong dung dịch khơng đổi. Người ta thường áp dụng hiện tượng này để mạ kim loại, cũng như để tinh chế kim loại. Trong các phương pháp tinh chế kim loại thì phương pháp điện phân là phương pháp tạo kim loại tinh khiết nhất. Thí dụ 4: Điện phân dung dịch hỗn hợp muối ZnCl2 và CuCl2. Dùng điện cực trơ. Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 156 dd hh: ZnCl2 - CuCl2 (Zn2+, Cu2+, Cl-, H2O) Catot (-) Anot (+) (Trơ) Cu2+ + 2e- Cu (1) 2Cl- - 2e- Cl2 Zn2+ + 2e- Zn (2) Coi như CuCl2 tham gia điện phân trước (Vì Cu2+ bị khử trước ở catot, Cl- bị oxi hĩa trước ở anot). CuCl2 Cu2+ + 2Cl- + Cu2+ + 2e- Cu 2Cl- - 2e- Cl2 CuCl2 đp Cu + Cl2 (I) Đồng (II) clorua Đồng Clo (Catot) (Anot) Sau khi điện phân hết CuCl2, đến ZnCl2 điện phân. ZnCl2 Zn2+ + 2Cl- + Zn2+ + 2e- Zn 2Cl- - 2e- Cl2 ZnCl2 đp Zn + Cl2 (II) Kẽm clorua Kẽm Clo Thí dụ 5: Điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl, CuSO4. Điện cực trơ. Cĩ vách ngăn. dd hh NaCl - CuSO4 (Na+, Cl-, Cu2+, SO42-, H2O) Catot (-) Anot (+) (Trơ) Cu2+ + 2e- Cu (1) 2Cl- - 2e- Cl2 (1) 2H2O + 2e- H2 + 2OH- (2) H2O - 2e- 2 1 O2 + 2H+ (2) Hoặc: 2H+ + 2e- H2 (2’) Hay: 2OH- - 2e- 2 1 O2 + H2O (2’) Coi như cả CuSO4 lẫn NaCl đều tham gia điện phân đồng thời (Do Cu2+ bị khử trước ở catot, cịn ion Cl- bị oxi hĩa trước ở anot). CuSO4 Cu2+ + SO42- Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 157 2NaCl 2Na+ + 2Cl- + Cu2+ + 2e- Cu 2Cl- - 2e- Cl2 CuSO4 + 2NaCl Cu + Na2SO4 + Cl2 (I) Đồng (II) sunfat Natri clorua Đồng Natri sunfat Clo (Catot) (Anot) Sau một gian điện phân, một trong ba trường hợp sau đây cĩ thể xảy ra: - Truờng hợp 1: Cả CuSO4 lẫn NaCl điện phân hết cùng lúc. Khi vừa hết CuSO4 lẫn NaCl thu được dung dịch gồm: Na2SO4 ; H2O. Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch Na2SO4, thực chất là điện phân H2O của dung dịch, thu được H2 ở catot, O2 ở anot, thể tích khí hiđro gấp đơi thể tích khí oxi. Cịn Na2SO4 luơn luơn hiện diện trong dung dịch, cĩ lượng khơng đổi, nhưng nồng độ càng lúc càng tăng (do dung mơi H2O ngày càng giảm). H2O đp H2 + 1/2 O2 (II) (Catot) (Anot) - Trường hợp 2: CuSO4 điện phân hết trước. NaCl chưa điện phân hết. Khi điện phân vừa hết CuSO4, thu được dung dịch gồm: NaCl cịn dư; Na2SO4; H2O. Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch này. NaCl cịn dư tiếp tục: 2NaCl 2Na+ + 2Cl- + 2H2O + 2e- H2 + 2OH- 2Cl- - 2e- Cl2 2NaCl + 2H2O đp H2 + 2NaOH + Cl2 (II’) (Catot) (Anot) Khi điện phân vừa hết NaCl, thu được dung dịch gồm: Na2SO4; NaOH; H2O. Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch này. Thực chất là H2O của dung dịch bị điện phân, thu được khí H2 ở catot, khí O2 ở anot, thể tích khí hiđro gấp đơi thể tích khí oxi. Cịn Na2SO4 và NaOH luơn luơn nằm trong dung dịch nhưng cĩ nồng độ càng lúc càng tăng (là do dung mơi nước càng lúc càng mất đi). Trên nguyên tắc, cuối cùng thu được Na2SO4 và NaOH khan. H2O đp H2 + 2 1 O2 (III’) (Catot) (Anot) - Trường hợp 3: NaCl điện phân hết trước CuSO4. CuSO4 chưa điện phân hết. Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 158 Sau khi điện phân vừa hết NaCl, thu được dung dịch gồm: CuSO4 cịn dư; Na2SO4; H2O Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch này. CuSO4 tiếp tục bị điện phân: CuSO4 Cu2+ + SO42- + Cu2+ + 2e- Cu H2O - 2e- 2 1 O2 + 2H+ CuSO4 + H2O đp Cu + 2 1 O2 + H2SO4 (II’’) (Catot) (Anot) Sau khi điện phân vừa hết CuSO4, thu được dung dịch gồm: Na2SO4; H2SO4; H2O. Nếu tiếp tục điện phân, tức điện phân dung dịch trên, thực chất là H2O của dung dịch bị điện phân. Thu được H2 ở catot, O2 ở anot, thể tích H2 gấp đơi O2. Cịn Na2SO4 và H2SO4 luơn luơn nằm trong dung dịch, cĩ lượng khơng đổi, nhưng nồng độ càng lúc càng tăng (do dung mơi nước càng lúc càng mất đi). Trên nguyên tắc, cuối cùng thu được Na2SO4 và H2SO4 khan. H2O đp H2 + 2 1 O2 (III’’) Thí dụ 6: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm: Cu(NO3)2, AgNO3, Fe(NO3)3. Điện cực trơ. dd hh: Cu(NO3)2 - AgNO3 - Fe(NO3)3 (Cu2+, Ag+, Fe3+, NO3-, H2O) Catot (-) Anot (+) (Trơ) Ag+ + e- Ag (1 ) H2O - 2e- 2 1 O2 + 2H+ Fe3+ + e- Fe2+ (2) Cu2+ + 2e- Cu (3) Fe2+ + 2e- Fe (4) 2H+ + 2e- H2 (5) Coi như AgNO3 tham gia điện phân trước. 2AgNO3 2Ag+ + 2NO3- + 2Ag+ + 2e- 2Ag H2O - 2e- 2 1 O2 + 2H+ 2AgNO3 + H2O đp 2Ag + 2 1 O2 + 2HNO3 (I) Bạc Oxi Axit nitric Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái Võ Hồng Thái 159 (Catot) (Anot) Sau khi điện phân hết AgNO3, đến Fe(NO3)3 tham gia điện phân. 2 Fe(NO3)3 Fe3+ + 3NO3- + 2 Fe3+ + e- Fe2+ H2O - 2e- 2 1 O2 + 2H+ 2Fe(NO3)3 + H2O đp 2Fe(NO3)2 + 2 1 O2 + 2HNO3 (II) Sau khi điện phân hết Fe(NO3)3, đến Cu(NO3)2 tham gia điện phân. Cu(NO3)2 Cu2+ + Cu2+ + 2e- Cu H2O - 2e- 2 1 O2 + 2H+ Cu(NO3)2 + H2O đp Cu + 2 1 O2 + 2HNO3
Tài liệu đính kèm: