Hóa đại cương ( phần 6 )
Sự điện phân

1. Định nghĩa.
Điện phân là sự thực hiện các quá trình oxi hoá - khử trên bề mặt điện
cực nhờ dòng điện một chiều bên ngoài
Quá trình điện phân được biểu diễn bằng sơ đồ điện phân. Ví dụ: Sơ đồ
điện phân NaCl nóng chảy.

Ở catôt: xảy ra quá trình khử.

Ở anôt: xảy ra quá trình oxi hoá.

Phương trình điện phân NaCl nóng chảy:

2. Điện phân hợp chất nóng chảy.
Ở trạng thái nóng chảy, các tinh thể chất điện phân bị phá vỡ thành các
ion chuyển động hỗn loạn. Khi có dòng điện một chiều chạy qua, ion
dương chạy về catôt và bị khử ở đó, ion âm chạy về anôt và bị oxi hoá ở
đó.
Ví dụ: Điện phân KOH nóng chảy.

Phương trình điện phân

Điện phân nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ cao nên có thể xảy ra phản ứng
phụ giữa sản phẩm điện phân (O
2
, Cl
2
) và điện cực (anôt) thường làm
bằng than chì. Ví dụ: điện phân Al

+
và OH
-
của
nước và bản thân kim loại làm điện cực. Khi đó quá trình oxi hoá - khử
thực tế xảy ra phụ thuộc vào so sánh tính oxi hoá - khử mạnh hay yếu của
các chất trong bình điện phân.
b) Thứ tự khử ở catôt
Kim loại càng yếu thì cation của nó có tính oxi hoá càng mạnh và càng
dễ bị khử ở catôt (trừ trường hợp ion H
+
). Có thể áp dụng quy tắc sau:
- Dễ khử nhất là các cation kim loại đứng sau Al trong dãy thế điện
hoá (trừ ion H
+
), trong đó ion kim loại càng ở cưối dãy càng dễ bị khử.
- Tiếp đến là ion H
+
của dung dịch
- Khó khử nhất là các ion kim loại mạnh, kể từ Al, về phía đầu dãy thế
điện hoá.
(Al
3+
, Mg
2+
, Ca
2+
, Na
+
, …). Những ion này thực tế không bao giờ bị

nhờ dòng điện. Phương pháp được ứng dụng để tinh chế kim loại.
Ví dụ 3: Điện phân dung dịch Na
2
SO
4
với điện cực Pt:

Phương trình điện phân:

Ví dụ 4: Điện phân dung dịch NaCl với anôt bằng than chì:

Phương trình điện phân:

Trong quá trình điện phân, dung dịch ở khu vực xung quanh catôt, ion
H
+
bị mất dần., H
2
O tiếp tục điện li, do đó ở khu vực này giàu ion OH
-
tạo
thành (cùng với Na
+
) dung dịch NaOH.
Ở anôt, ion Cl
-
bị oxi hoá thành Cl
2
. Một phần hoà tan vào dung dịch
và một phần khuếch tán sang catôt, tác dụng với NaOH tạo thành nước

- Điều chế một số hoá chất thông dụng: H
2
, Cl
2
, O
2
,…, hiđroxit kim
loại kiềm
- Tách riêng một số kim loại khỏi hỗn hợp dung dịch.
4. Công thức Farađây
Trong đó: m là khối lượng chất được giải phóng khi điện phân (gam)
A là khối lượng mol của chất đó.
n là số e trao đổi khi tạo thành một nguyên tử hay phân tử chất đó.
Q là điện lượng phóng qua bình điện phân (Culông).
F là số Farađây (F = 96500 Culông.mol
-1
)
l là cường độ dòng điện (Ampe)
t là thời gian điện phân (giây)
Ví dụ: Tính khối lượng oxi được giải phóng ở anôt khi cho dòng điện 5
ampe qua bình điện phân đựng dung dịch Na
2
SO
4
trong 1 giờ 20 phút 25
giây.
Giải:
Áp dụng công thức Farađây:
A = 16 , n = 2 , t = 4825 giây , I = 5;



Định nghĩa

- Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng trong đó có sự trao đổi e giữa
các nguyên tử hoặc ion của các chất tham gia phản ứng, do đó làm thay
đổi số oxi hoá của chúng.
Ví dụ:

- Chất nhường e gọi là chất khử (hay chất bị oxi hoá).
Chất thu e gọi là chất oxi hoá (hay chất bị khử).
- Quá trình kết hợp e vào chất oxi hoá được gọi là sự khử chất oxi hoá

Quá trình tách e khỏi chất khử được gọi là sự oxi hoá chất khử:

Cân bằng phương trình phản ứng oxi hoá - khử.

- Nguyên tắc khi cân bằng : Tổng số e mà chất khử cho phải bằng tổng
số e mà chất oxi hoá nhận và số nguyên tử của mỗi nguyên tố được bảo
toàn.
- Quá trình cân bằng tiến hành theo các bước:
1) Viết phương trình phản ứng, nếu chưa biết sản phẩm thì phải dựa
vào điều kiện cho ở đề bài để suy luận.
2) Xác định số oxi hoá của các nguyên tố có số oxi hoá thay đổi. Đối
với những nguyên tố có số oxi hoá không thay đổi thì không cần quan
tâm.
3) Viết các phương trình e (cho - nhận e).
4) Cân bằng số e cho và nhận.
5) Đưa hệ số tìm được từ phương trình e vào phương trình phản ứng.
6) Cân bằng phần không tham gia quá trình oxi hoá - khử.
Ví dụ: Cho miếng Al vào dung dịch axit HNO


Chú ý: Đối với những phản ứng tạo nhiều sản phẩm trong đó nguyên tố
ở nhiều số oxi hoá khác nhau, ta có thể viết gộp hoặc viết riêng từng phản
ứng đối với từng sản phẩm, sau đó nhân các phản ứng riêng với hệ số tỷ
lệ theo điều kiện đầu bài. Cuối cùng cộng gộp các phản ứng lại.
Ví dụ: Cân bằng phản ứng: Giải
Các phản ứng riêng (đã cân bằng theo nguyên tắc trên):

Để có tỷ lệ mol trên, ta nhân phương trình (1) với 9 rồi cộng 2 phương
trình lại:

Một số dạng phản ứng oxi hoá - khử đặc biệt

1. Phản ứng oxi hoá - khử nội phân tử.
Chất oxi hoá và chất khử là những nguyên tử khác nhau nằm trong
cùng một phân tử.
Ví dụ.

2. Phản ứng tự oxi hoá - tự khử
Chất oxi hoá và chất khử cùng là một loại nguyên tử trong hợp chất.
Ví dụ: Trong phản ứng. c) Phản ứng có 3 nguyên tố thay đổi số oxi hoá.
Ví dụ: Cân bằng phản ứng sau theo phương pháp cân bằng e