Ví dụ 1. Điền từ hoặc cụm từ thích hợp vào chỗ trống trong các câu sau:

a) Điện phân là quá trình ...(1)... xảy ra trên bề mặt các điện cực dưới tác dụng của ...(2)... đi qua dung dịch chất điện li hoặc chất điện li nóng chảy.

b) Phản ứng oxi hoá - khử xảy ra trong quá trình điện phân là phản ứng ...(3)... mà phải nhờ tác động của  ...(4)... để gây ra phản ứng đó.

Ví dụ 2. Quá trình điện phân NaCl nóng chảy được tiến hành theo hai bước như sau:

Bước 1: Nung NaCl trong bình đến nóng chảy, thu được chất lỏng có khả năng dẫn điện.

Bước 2: Nhúng hai điện cực than chì vào bình đựng NaCl nóng chảy rồi nối chúng với hai cực của nguồn điện một chiều (khoảng 7 V). Các ion di chuyển về các điện cực trái dấu, ở điện cực dương có khí Cl2 thoát ra và ở điện cực âm, Na được tạo thành.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Viết phương trình phân li của NaCl ở bước 1.

2. Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực.

3. Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân.

4. Vì sao phải điện phân NaCl ở trạng thái nóng chảy để điều chế Na? Có thể điện phân NaCl rắn được không?

Ví dụ 3. Trong quá trình điện phân, những ion âm (anion) di chuyển về

        A. anode, ở đây chúng bị khử.        B. anode, ở đây chúng bị oxi hoá.

        C. cathode, ở đây chúng bị khử.        D. cathode, ở đây chúng bị oxi hoá.

Ví dụ 4. Điện phân KBr nóng chảy thu được Br2 là do có

        A. sự oxi hóa ion Br– ở anode.        B. sự oxi hóa ion Br– ở cathode.        

        C. sự khử ion Br– ở anode.                D. sự khử ion Br– ở cathode.

Ví dụ 5. Xét thí nghiệm điện phân dung dịch (đpdd) CuCl2 với điện cực trơ (như than chì).

Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực và viết phương trình hóá học của phản ứng điện phân.

Ví dụ 6. Viết phương trình hóa học của quá trình điện phân nóng chảy các chất: MgCl2, Al2O3.

Ví dụ 7. Mỗi phát biểu sau là đúng hay sai?

a. Trong bình điện phân, anode là điện cực dương, cathode là điện cực âm. Ngược lại, trong pin Galvani, anode là điện cực âm và cathode là điện cực dương.                                

b. Trong cả bình điện phân và pin Galvani, phản ứng oxi hoá – khử được sử dụng để chuyển đổi hoá năng thành điện năng.                                                

c. Trong bình điện phân, ion được trao đổi electron tại cả hai điện cực. Còn trong pin Galvani, ion chỉ trao đổi electron ở cathode.                                                

d. Pin Galvani sinh ra dòng điện còn bình điện phân cần dẫn dòng điện từ bên ngoài vào để quá trình điện phân xảy ra.

∙ Thí nghiệm 1: Điện phân dung dịch CuSO4.

Chuẩn bị:

Hoá chất: dung dịch CuSO4 0,5 M.

Dụng cụ: nguồn điện một chiều (3 - 6 vôn), ống thuỷ tinh hình chữ U, hai điện cực than chì, dây dẫn, kẹp kim loại.

Tiến hành:

- Lắp thiết bị thí nghiệm điện phân dung dịch CuSO4 như Hình 16.2.

- Rót dung dịch CuSO4 0,5 M vào ống thuỷ tinh hình chữ U rồi nhúng hai điện cực than chì vào dung dịch.

- Nối hai điện cực than chì với hai cực của nguồn điện và tiến hành điện phân trong khoảng 5 phút.

Hình 16.2. Sơ đồ thí nghiệm điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ

Quan sát hiện tượng xảy ra ở mỗi điện cực và giải thích.

∙ Thí nghiệm 2. Điện phân dung dịch NaCl bão hoà với điện cực trơ (graphite)

a) Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử xảy ra ở mỗi điện cực, biết sản phẩm của quá trình điện phân có khí Cl2 và H2.

b) Viết phương trình hoá học của phản ứng điện phân.

c) Trong quá trình điện phân, sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khuếch tán vào nhau sẽ xảy ra phản ứng hoá học nào?

∙ Thí nghiệm 3. Điện phân dung dịch NaCl (tự điều chế nước Javel để tẩy rừa)

Chuẩn bị:

Hoá chất: dung dịch NaCl bão hoà, cánh hoa màu hồng.

Dụng cụ: nguồn điện một chiều (3 - 6 vôn), cốc thuỷ tinh 100 mL, hai điện cực than chì, dây dẫn, kẹp kim loại.

 EM CÓ BIẾT

Thứ tự điện phân còn phụ thuộc vào bản chất của vật liệu làm điện cực và trạng thái bề mặt của điện cực, đặc biệt là các quá trình tạo ra sản phẩm ở thể khí.

 Ví dụ 1. Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực và phương trình hóa học của phản ứng điện phân khi điện phân dung dịch: AgNO3;  CuCl2 với điện cực graphite.

Ví dụ 2. Trong quá trình điện phân dung dịch AgNO3 (các điện cực trơ), ở cực âm xảy ra phản ứng nào sau đây?

        A. Ag → Ag + le.                B. Ag+ + le → Ag.

        C. 2H2O → 4H+ + O2 + 4e.                D. 2H2O + 2e → H2 + 2OH–.

Ví dụ 3. Trong quá trình điện phân dung dịch CuSO4 (các điện cực trơ), ở anode xảy ra phản ứng

        A. oxi hoá ion SO42–.                B. khử ion SO42–.        

        C. khử phân tử H2O.                D. oxi hoá phân tử H2O.

Ví dụ 4. Xét quá trình điện phân dung dịch NaCl 20% bằng dòng điện một chiều (với điện cực trơ, có màng ngăn xốp). Quá trình khử xảy ra ở cathode là

        A. 2H2O + 2e → H2 + 2OH–.        B. Cl2 + 2e → 2Cl–.

        C. 2Cl– → Cl2 + 2e.                D. H2O → O2 + 2H+ + 2e.

Ví dụ 5. Mỗi phát biểu sau là đúng hay sai?

a. Tại anode, chất (hoặc ion) có tính khử mạnh hơn thường bị điện phân trước.                

b. Tại các điện cực, các ion trái dấu bị điện phân trước các phần tử trung hoà.                

c. Tại cathode, chất (hoặc ion) có tính oxi hoá mạnh hơn thường bị điện phân trước.        

d. Các ion cùng dấu với điện cực sẽ không bị điện phân tại điện cực đó.         

Ví dụ 6. Trong một dung dịch có đồng thời các ion kim loại: Fe2+, Cu2+, Ag+, Zn2+.

a) Hãy lập luận để chỉ ra thứ tự điện phân của các ion ở cathode.

b) Cho biết kim loại cuối cùng thu được tại cathode?

Ví dụ 7. Hãy sắp xếp thứ tự điện phân các ion dương ở cực âm khi tiến hành điện phân dung dịch gồm: FeCl3 1 M, CuCl2 1 M và HCl 1M.

Ví dụ 8. Một trong các phương pháp sử dụng để điều chế khí hydrogen và oxygen là điện phân nước trong dung dịch chất điện li với các điện cực trơ. Chất điện li nào phù hợp cho phản ứng điện phân nước để điều chế khí hydrogen và oxygen?

        A. NaCl.                        B. CuSO4.                  C. Na2SO4.                         D. KBr.

Ví dụ 9. Điện phân với điện cực trơ, có màng ngăn những dung dịch sau: NaCl, CuSO4, KNO3, AgNO3, CuCl2, H2SO4. Số dung dịch sau điện phân có pH < 7 là bao nhiêu?        

Ví dụ: Quá trình điện phân để mạ đồng lên một chiếc chìa khoá được mô tả ở Hình 16.5. Trong quá trình điện phân, thanh kim loại đóng vai trò là anode, chiếc chìa khoá đóng vai trò là cathode và dung dịch điện phân là dung dịch CuSO4. Các quá trình xảy ra ở các điện cực tương tự như quá trình điện phân tinh chế đồng với anode tan.

Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện chạy qua dung dịch điện phân và thời gian mạ.

Hình 16.5. Sơ đồ điện phân mạ đồng lên chìa khoá

 Ví dụ 1. 

a) Liệt kê một số đồ vật được mạ kim loại và nêu tác dụng của việc mạ đó.

b) Kể tên một số kim loại được sản xuất bằng phương pháp điện phân.

Ví dụ 2. 

a) Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ loại quặng nào?

b) Hãy tìm hiểu và cho biết vì sao không điện phân nóng chảy AlCl3 trong sản xuất nhôm.

c) Trong sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân, điện cực than chì được sử dụng ở cả cực dương và cực âm. Người ta nhận thấy, trong quá trình điện phân, điện cực dương bị hao mòn nhanh hơn điện cực âm. Hãy tìm hiểu và giải thích hiện tượng trên.

Ví dụ 3. Điện phân nóng chảy hỗn hợp gồm aluminium oxide (Al2O3) và cryolite (Na3AlF6) để sản xuất nhôm (Al) trong công nghiệp. Cho các vai trò sau của cryolite:

(1) Tạo với Al2O3 thành hỗn hợp có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiều nhiệt độ nóng chảy Al2O3.

(2) Tăng khả năng dẫn điện của hỗn hợp điện phân do sự điện li tạo thành các ion.

(3) Hình thành lớp màng ngăn cản sự tiếp xúc giữa Al (l) mới sinh với không khí.

Hãy cho biết những vai trò nào đúng với cryolite trong quá trình sản xuất nhôm trong công nghiệp.

         A. (1), (2) và (3).                      B. (1) và (2).            C. (1) và (3).                           D. (2) và (3).

Ví dụ 4. Hãy đề xuất và trình bày cách mạ đồng (Cu) lên một đổ vật làm từ sắt (Fe) bằng phương pháp điện phân.

Ví dụ 5. Điện phân dung dịch CuSO4 với các điện cực đều làm bằng Cu (hình dưới đây):

a. Tại anode xảy ra quá trình oxi hoá Cu thành ion Cu2+ khuếch tán vào dung dịch.

b. Tại cathode xảy ra quá trình khử ion Cu2+ thành Cu và bám vào điện cực.

c. Phản ứng chung trong bình điện phân là: 2Cu2+(aq) + 2H2O → 2Cu(s) + O2 + 4H+.

d. Nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch giảm dần trong quá trình điện phân.

Ví dụ 1. Kim loại calcium (Ca) được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy 1,11 kg CaCl2, hiệu suất điện phân là 80%. Khối lượng Ca thu được tại cathode là bao nhiêu kg? (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười).

Ví dụ 2. Để điều chế ra 2,7 kg Al bằng cách điện phân nóng chảy Al2O3 với hiệu suất phản ứng đạt 80% thì khối lượng Al2O3 cần dùng là

        A. 10,200 kg.        B. 4,080 kg.        C. 5,400 kg.         D. 6,375 kg.

Ví dụ 3. Điện phân nóng chảy hoàn toàn 5,96 gam MCln, thu được 0,04 mol Cl2. Kim loại M là

        A. Ca.        B. Na.        C. Mg.        D. K.

Ví dụ 4. Một loại quặng nhôm có chứa 40% khối lượng Al.

(a) Nhôm trong loại quặng trên ở dạng Al2O3, hỏi quặng trên chứa bao nhiêu phần trăm tạp chất.

(b) Để điện phân toàn bộ lượng Al2O3 nóng chảy thu được từ 1000 kg loại quặng trên bởi dòng điện một chiều có cường độ 10000 A thì về lí thuyết cần bao nhiêu giờ điện phân liên tục? Cho biết số mol electron n đi qua dây dẫn được tính theo công thức  Trong đó, I là cường độ dòng điện (A), t là thời gian (s), F là số Faraday (96500 C.mol-1). (Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).

Ví dụ 5. Xét quá trình sản xuất nhôm được thực hiện theo phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy với điện cực than chì.

(a) Giải thích vì sao thực tế thành phần thể tích khí bay ra ở cực dương gồm CO (30% - 50%) và CO2 (70% - 50%) mà không phải là O2.

(b) Trung bình để sản xuất được 1,08 tấn Al thì lượng điện cực than chì bị tiêu hao do phản ứng oxi hoá là bao nhiêu? Giả thiết thành phần khí bay ra ở cực dương gồm 50% CO và 50% CO2 về thể tích.  

H2O bị khử ở cathode

H2O bị oxi hóa ở anode

2H2O + 2e → H2 + 2OH-

2H2O → O2 + 4H+ + 4e

Ví dụ 1. Điện phân dung dịch CuSO4 (điện cực trơ) cho đến khi ở cathode thu được 6,4 g kim loại thì thể tích khí (đkc) thu được ở anode là bao nhiêu lít? (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười).

Ví dụ 2. Điện phân dung dịch M(NO3)n (điện cực trơ, cường độ dòng điện không đổi), ở cathode chỉ thu được 5,4 g kim loại M và ở anode thu được 0,31 lít khí (đkc). Kim loại M là

        A. Fe.        B. Cu.        C. Ag.        D. Pb.

Ví dụ 3. Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn với cường độ dòng điện 10A trong 2 giờ. Tính khối lượng dung dịch giảm sau khi điện phân, giả thiết chỉ có phản ứng điện phân dung dịch NaCl, bỏ qua lượng nước bay hơi. Cho biết các công thức:

trong đó:  là điện lượng là số mol electron đi qua dây dẫn,  là cường độ dòng điện  là thời gian (giây),  là hằng số Faraday . (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười).

Ví dụ 4. Để mạ 5,0 g bạc lên một đĩa sắt khi điện phân dung dịch chứa với dòng điện có cường độ 1,5 A không đổi cần thời gian t phút.

Cho biết:

- Quá trình khử tại cathode: + 1e → Ag + 2NH3.

- Điện lượng Q = It = ne. F, F = 96 500        C/mol.

Giá trị của t là bao nhiêu? (Kết quả làm trong kết quả đến phần mười).

Ví dụ 5. Cần mạ một lớp Ag lên một mặt của một chiếc đĩa tròn có bán kính 12 cm. Với độ dày lớp mạ là 0,01 mm, nếu được cung cấp nguồn điện một chiều có cường độ dòng điện I = 2 A trong thời gian t = 3 giờ thì có đủ để mạ theo yêu cầu trên không? Biết rằng khối lượng riêng của Ag là 10,5 g cm-3, hiệu suất điện phân là 100%.

Ví dụ 6. Điện phân 500 mL dung dịch X gồm Cu(NO3)2 và AgNO3 với cường độ dòng điện 0,804 A cho đến khi bọt khí bắt đầu thoát ra ở cathode thì mất 2 giờ, khi đó khối lượng cathode tăng thêm 4,2 g. Nồng độ mol của Cu(NO3)2 trong dung dịch X là bao nhiêu?

Ví dụ 7. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm CuSO4 và KCl vào H2O, thu được dung dịch Y. Điện phân Y (có màng ngăn, điện cực trơ) đến khi H2O bắt đầu điện phân ở cả hai điện cực thì dừng điện phân. Số mol khí thoát ra ở anode bằng 4 lần số mol khí thoát ra từ cathode. Phần trăm khối lượng của CuSO4 trong X là bao nhiêu? (Kết quả làm trong kết quả đến phần mười).

Ví dụ 8. Điện phân 200 mL dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/L với điện cực trơ. Sau một thời gian thu được dung dịch Y vẫn còn màu xanh, có khối lượng giảm 8 g so với dung dịch ban đầu. Cho 16,8 g bột sắt vào Y, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 12,4 g kim loại. Giá trị của x là bao nhiêu?