Điện phân SVIP

1. ĐIỆN PHÂN NÓNG CHẢY, ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH

Điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra tại các điện cực khi có dòng điện một chiều (hiệu điện thế đủ lớn) đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li.

➤ Nguyên tắc điện phân nóng chảy

- Quy ước của quá trình điện phân:

+ Tại cathode (cực âm) xảy ra quá trình khử.

+ Tại anode (cực dương) xảy ra quá trình oxi hóa.

Ví dụ: Điện phân NaCl nóng chảy.

➤ Nguyên tắc điện phân dung dịch

- Nguyên tắc điện phân:

+ Tại anode: chất khử mạnh hơn bị oxi hóa trước.

+ Tại cathode: chất oxi hóa mạnh hơn bị khử trước.

⚠ Lưu ý:

- Thứ tự điện phân tại anode: I^- > Br^- > Cl^- (các anion như CO₃^2-, NO₃^-, PO₄^3-, SO₄^2-, F^- và ClO₄^- coi như không bị điện phân).

- Thứ tự điện phân tại cathode: Au³⁺ > Ag⁺ > Hg²⁺ > Cu²⁺ > H⁺ > H₂O.

- Nước có thể đóng vai trò chất khử (2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e) hoặc chất oxi hóa (2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-) trong quá trình điện phân dung dịch.

⚡ THÍ NGHIỆM (Điện phân dung dịch CuSO₄ với điện cực graphite)

Nhúng hai điện cực vào cốc đựng khoảng 60 mL dung dịch CuSO₄ 0,5 M rồi nối hai điện cực với nguồn điện khoảng 3 V - 6 V. Thực hiện điện phân trong tối thiểu 5 phút.

Sơ đồ điện phân: 

⚡ THÍ NGHIỆM (Điều chế nước Javel)

Nhúng hai điện cực vào cốc đựng khoảng 60 mL dung dịch NaCl bão hòa, rồi nối hai điện cực với nguồn điện bằng dây dẫn điện để tiến hành điện phân. Thời gian điện phân tối thiểu 5 phút.

- Sơ đồ điện phân:

2. ỨNG DỤNG

Các kim loại thường được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch hoặc phương pháp điện phân nóng chảy.

Để tinh chế kim loại, người ta điện phân dung dịch muối của nó với điện cực dương làm từ kim loại chưa tinh khiết.

Mạ điện sử dụng phương pháp điện phân để khử ion kim loại tạo thành lớp phủ giúp chống ăn mòn hoặc trang trí.

Ví dụ: Sản xuất nhôm từ quặng bauxite.

- Giai đoạn 1: Tinh chế quặng bauxite bằng phương pháp hóa học.

- Giai đoạn 2: Điện phân Al₂O₃ nóng chảy (trộn với cryolite Na₃AlF₆ để hạ nhiệt độ nóng chảy, tiết kiệm năng lượng và ngăn Al bị oxi hóa).

Khí O₂ sinh ra ở nhiệt độ cao làm anode cháy nên phải hạ dần trong quá trình điện phân.

Ví dụ: Tinh chế đồng phế liệu (đồng thô) bằng phương pháp điện phân với anode là đồng thô, cathode là đồng tinh khiết nhúng trong dung dịch điện phân là CuSO₄/H₂SO₄.

✽ Tại anode: Cu → Cu²⁺ + 2e

✽ Tại cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu

Kết thúc quá trình điện phân thu được đồng tinh khiết ở cathode.

Ví dụ: Mạ điện bằng phương pháp điện phân.

- Mạ điện là quá trình phủ một lớp kim loại lên bề mặt kim loại khác để trang trí hoặc chống ăn mòn.

- Vật cần mạ được nối với cực âm, thanh kim loại dùng để mạ nối với cực dương; cả hai nhúng trong dung dịch chứa ion kim loại cần mạ.

- Khi có dòng điện, ion kim loại di chuyển về cực âm, bị khử và bám lên vật cần mạ.

- Để lớp mạ bền đẹp, cần kiểm soát pH, nhiệt độ, nồng độ dung dịch và mật độ dòng điện.

Đồng hồ mạ vàng