Bài 13. Điện phân trang 70, 71, 72 Hóa 12 Chân trời sáng tạo: Khi điện phân, các quá trình trên bề mặt điện cực xảy ra theo nguyên tắc nào?...

Câu hỏi:

Pin điện hoá hoạt động dựa trên các phản ứng oxi hoá - khử tự xảy ra trong pin (hoá năng chuyển thành điện năng). Tuy nhiên, một số phản ứng oxi hoá - khử chỉ có thể xảy ra nhờ năng lượng dòng điện, được gọi là phản ứng điện phân (điện năng chuyểnthành hoá năng).

Khi điện phân, các quá trình trên bề mặt điện cực xảy ra theo nguyên tắc nào? Điện phân có ứng dụng gì trong đời sống, sản xuất?

Hướng dẫn giải :

Nêu nguyên tắc, ứng dụng của điện phân.

Lời giải chi tiết :

- Nguyên tắc điện phân:

+ Nguyên tắc điện phân nóng chảy:

• Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.

• Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

+ Nguyên tắc điện phân dung dịch: ở cathode, ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá mạnh hơn; ở anode, ưu tiên điện phân chất có tính khử mạnh hơn.

- Ứng dụng: điều chế, tinh chế một số kim loại, mạ điện,...

Câu hỏi:

Xác định sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khi điện phân NaCl nóng chảy.

Hướng dẫn giải :

Nguyên tắc điện phân nóng chảy:

• Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.

• Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

Lời giải chi tiết :

Sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khi điện phân NaCl nóng chảy:

- Cathode: Na.

- Anode: Cl₂.

Câu hỏi:

Viết phương trình hoá học của quá trình điện phân nóng chảy các chất: MgCl₂, Al₂O₃.

Hướng dẫn giải :

Nguyên tắc điện phân nóng chảy:

• Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.

• Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

Lời giải chi tiết :

Câu hỏi:

Tiến hành Thí nghiệm 1 và nêu hiện tượng quan sát được.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào phương trình điện phân để nêu hiện tượng:

Lời giải chi tiết :

Hiện tượng: kim loại đồng (màu đỏ) bám vào cathode, sủi bọt khí không màu (O₂) thoát ra ở anode.

Câu hỏi:

Cho biết khi điện phân dung dịch CuSO₄ ion Cu²⁺ và \({\rm{SO}}_4^{2 - }\) di chuyển về điện cực nào.

Hướng dẫn giải :

Nguyên tắc điện phân dung dịch: ở cathode, ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá mạnh hơn; ở anode, ưu tiên điện phân chất có tính khử mạnh hơn.

Lời giải chi tiết :

- Ion Cu²⁺ di chuyển về điện cực âm (cathode).

- Ion \({\rm{SO}}_4^{2 - }\) di chuyển về điện cực dương (anode).

Câu hỏi:

Tiến hành Thí nghiệm 2 và nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào phương trình điện phân để nêu hiện tượng:

Dựa vào sơ đồ điện phân để giải thích.

Lời giải chi tiết :

- Hiện tượng: ở cả hai điện cực đều thoát ra khí không màu.

- Giải thích: Xét sơ đồ điện phân

Cathode (-) NaCl Anode (+)

Na⁺, H₂O H₂O Cl^-, H₂O

\({\rm{2}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} + 2{\rm{e}} \to 2{\rm{O}}{{\rm{H}}^ - } + {{\rm{H}}_2}\) \(2{\rm{C}}{{\rm{l}}^ - } \to {\rm{C}}{{\rm{l}}_2} + 2{\rm{e}}\)

Câu hỏi:

Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực và phương trình hoá học của phản ứng điện phân khi điện phân dung dịch: AgNO₃; CuCl₂ với điện cực graphite.

Hướng dẫn giải :

Nguyên tắc điện phân dung dịch: ở cathode, ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá mạnh hơn; ở anode, ưu tiên điện phân chất có tính khử mạnh hơn.

Lời giải chi tiết :

Câu hỏi:

Em hãy tìm hiểu và nêu một số ứng dụng của phương pháp điện phân trong thực tiễn.

Hướng dẫn giải :

Nêu các ứng dụng của điện phân trong thực tiễn từ thông tin trong SGK.

Lời giải chi tiết :

- Sản xuất kim loại: Trong công nghiệp, các kim loại mạnh (Na, K, Ca, Mg, Al,…) được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy, các kim loại yếu và trung bình được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch.

- Tinh chế kim loại: các kim loại từ nguồn kim loại thô được tinh chế bằng phương pháp điện phân.

- Mạ điện: ion kim loại bị khử, tạo thành lớp kim loại rắn bao phủ trên bề mặt kim loại cần mạ nhằm trang trí bề mặt hoặc chống sự ăn mòn.

Câu hỏi:

Điện phân CaCl₂ nóng chảy, ở cathode xảy ra quá trình nào?

A. Oxi hoá ion Ca²⁺. B. Khử ion Ca²⁺.

C. Oxi hoá ion Cl^-. D. Khử ion Cl^-.

Hướng dẫn giải :

Nguyên tắc điện phân nóng chảy:

• Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.

• Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

Lời giải chi tiết :

Điện phân CaCl₂ nóng chảy, ở cathode xảy ra quá trình khử Ca²⁺: \({\rm{C}}{{\rm{a}}^{2 + }} + 2{\rm{e}} \to {\rm{Ca}}\)

→ Chọn B.

Câu hỏi:

Điện phân dung dịch Cu(NO₃)₂ với điện cực trơ, ở anode xảy ra quá trình nào?

\(\begin{array}{l}{\rm{A}}{\rm{. }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O }} \to \frac{1}{2}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{ + 2}}{{\rm{H}}^{\rm{ + }}}{\rm{ + 2e}}{\rm{.}}\\{\rm{B}}{\rm{. 2}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O + 2e}} \to {{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{ + 2O}}{{\rm{H}}^ - }.\\{\rm{C}}{\rm{. Cu}} \to {\rm{C}}{{\rm{u}}^{{\rm{2 + }}}}{\rm{ + 2e}}{\rm{.}}\\{\rm{D}}{\rm{. C}}{{\rm{u}}^{{\rm{2 + }}}}{\rm{ + 2e}} \to {\rm{Cu}}.\end{array}\)

Hướng dẫn giải :

Nguyên tắc điện phân dung dịch: ở cathode, ưu tiên điện phân chất có tính oxi hoá mạnh hơn; ở anode, ưu tiên điện phân chất có tính khử mạnh hơn.

Lời giải chi tiết :

Ở anode, ion \({\rm{NO}}_3^ - \)không bị điện phân, H₂O bị điện phân:

\({\rm{2}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} \to {{\rm{O}}_2} + 4{{\rm{H}}^ + } + 4{\rm{e}}\)hay có thể viết \({{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O }} \to \frac{1}{2}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{ + 2}}{{\rm{H}}^{\rm{ + }}}{\rm{ + 2e}}\)

→ Chọn A.

Câu hỏi:

Viết phương trình hoá học của phản ứng điện phân khi điện phân KCl nóng chảy.

Hướng dẫn giải :

Nguyên tắc điện phân nóng chảy:

• Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương.

• Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hoá ion âm.

Lời giải chi tiết :

Câu hỏi:

Hãy đề xuất và trình bày cách mạ đồng (Cu) lên một đồ vật làm từ sắt (Fe) bằng phương pháp điện phân.

Hướng dẫn giải :

Mạ điện: ion kim loại bị khử, tạo thành lớp kim loại rắn bao phủ trên bề mặt kim loại cần mạ nhằm trang trí bề mặt hoặc chống sự ăn mòn.

Lời giải chi tiết :

- Sử dụng bình mạ điện chứa dung dịch CuCl₂, thanh kim loại đồng (anode) và vật dụng bằng sắt (cathode).

- Trong bình mạ điện sẽ xảy ra các quá trình khử anode (+): \({\rm{C}}{{\rm{u}}^{{\rm{2 + }}}}{\rm{ + 2e}} \to {\rm{Cu}}\)

Đồng tan và bám vào cathode (vật dụng bằng sắt).