Hoá Học ProTHPT
Đăng nhậpĐăng ký

Hoá học 12 · Pin điện và điện phân

Điện phân

Nguyên tắc điện phân; thứ tự điện phân ở các điện cực; điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch; định luật Faraday; ứng dụng: điều chế kim loại, tinh luyện, mạ điện.

Nguyên tắc điện phân

Điện phân là quá trình oxi hoá – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li.

  • Cathode (nối cực âm của nguồn): xảy ra quá trình khử, các cation di chuyển về.
  • Anode (nối cực dương của nguồn): xảy ra quá trình oxi hoá, các anion di chuyển về.

Điện phân nóng chảy dùng điều chế kim loại mạnh: 2NaCl đpnc→ 2Na + Cl2; 2Al2O3 đpnc, cryolite→ 4Al + 3O2.

Điện phân dung dịch

Ở cathode: ion kim loại có tính oxi hoá mạnh hơn bị khử trước. Ion K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ không bị khử trong dung dịch, khi đó nước bị khử:

2H2O + 2e → H2 + 2OH−

Ở anode trơ (graphite, platinum): ion Cl− bị oxi hoá thành Cl2; các ion SO42−, NO3− không bị oxi hoá, khi đó nước bị oxi hoá:

2H2O → O2 + 4H+ + 4e

Ví dụ điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ: 2CuSO4 + 2H2O đpdd→ 2Cu + O2 + 2H2SO4.

Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn: 2NaCl + 2H2O đpdd, màng ngăn→ 2NaOH + H2 + Cl2.

Anode tan: khi anode làm bằng kim loại của chính muối trong dung dịch (ví dụ anode Cu trong dung dịch CuSO4), kim loại anode bị oxi hoá và tan ra; ứng dụng để tinh luyện đồng.

Định luật Faraday

Khối lượng chất thoát ra ở điện cực tỉ lệ với điện lượng đi qua dung dịch:

\[m = \frac{A \cdot I \cdot t}{n \cdot F}\qquad n_e = \frac{I \cdot t}{F}\]

trong đó A là khối lượng mol nguyên tử, I là cường độ dòng điện (A), t là thời gian (s), n là số electron trao đổi, F = 96 485 C/mol là hằng số Faraday.

Ứng dụng của điện phân: điều chế kim loại (Na, Mg, Al, Cu…), sản xuất NaOH, Cl2, H2; tinh luyện kim loại; mạ điện (mạ đồng, mạ kẽm, mạ vàng) chống ăn mòn và làm đẹp.

🧪 Thí nghiệm ảo – mô phỏng

🧪 Hãy thử
  • Chọn dung dịch CuSO₄, điện cực trơ: đồng bám vào cathode, bọt khí oxygen ở anode, màu xanh nhạt dần.
  • Tăng cường độ dòng điện I và thời gian t: khối lượng đồng tính theo định luật Faraday tăng theo.
  • Chọn dung dịch NaCl có màng ngăn: hydrogen ở cathode, chlorine ở anode, dung dịch quanh cathode chuyển hồng với phenolphthalein.

📐 Công thức cần nhớ

Định luật Faraday
\[m = \frac{A \cdot I \cdot t}{n \cdot F}\]
F = 96485 C/mol; t (s); I (A)
Số mol electron trao đổi
\[n_e = \frac{I \cdot t}{F}\]

✍️ Ví dụ có lời giải

Ví dụ 1. Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ, cường độ dòng điện 9,65 A trong 2000 giây. Tính khối lượng Cu bám vào cathode (giả sử Cu²⁺ còn dư).

Xem lời giải
  1. \(n_e = \frac{9{,}65 \cdot 2000}{96485} \approx 0{,}2\ \text{mol}\)
  2. n(Cu) = 0,2 : 2 = 0,1 mol; m = 6,4 gam.

✅ Đáp số: 6,4 gam

⚠️ Lỗi thường gặp

  • Nhầm dấu cực: trong điện phân, cathode nối cực âm của nguồn (khác pin Galvani).
  • Viết ion Na⁺ bị khử thành Na khi điện phân dung dịch NaCl: trong dung dịch, nước bị khử thay cho Na⁺.
  • Dùng thời gian tính bằng phút trong công thức Faraday: phải đổi ra giây.

🎮 Luyện tập bài này

Pin Điện & Điện PhânThế điện cực chuẩn, sức điện động pin, chiều phản ứng, định luật Faraday.L12