Giải Hóa học 12 Bài 13 (Chân trời sáng tạo): Điện phân

Giải Hóa học 12 Bài 13: Điện phân

Mở đầu trang 70 Hóa học 12: 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 chuyển thành 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?

Lời giải:

- 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 1 trang 70 Hóa học 12: Xác định sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khi điện phân NaCl nóng chảy.

Lời giải:

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

- Cathode: Na.

- Anode: Cl₂.

Luyện tập trang 70 Hóa học 12: Viết phương trình hoá học của quá trình điện phân nóng chảy các chất: MgCl₂, Al₂O₃.

Lời giải:

Câu hỏi 2 trang 71 Hóa học 12: Tiến hành Thí nghiệm 1 và nêu hiện tượng quan sát được.

Phương pháp giải:

Dựa vào phương trình điện phân để nêu hiện tượng:

Lời giải:

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

Câu hỏi 3 trang 71 Hóa học 12: Cho biết khi điện phân dung dịch CuSO₄ ion Cu²⁺ và ${\mathrm{S}\mathrm{O}}_4^{2-}$ di chuyển về điện cực nào.

Lời giải:

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

- Ion ${\mathrm{S}\mathrm{O}}_4^{2-}$ di chuyển về điện cực dương (anode).

Câu hỏi 4 trang 72 Hóa học 12: Tiến hành Thí nghiệm 2 và nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích.

Phương pháp giải:

Dựa vào phương trình điện phân để nêu hiện tượng:

Dựa vào sơ đồ điện phân để giải thích.

Lời giải:

- 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

$2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+2\mathrm{e}\to 2\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}+{\mathrm{H}}_2$ $2\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}\to \mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+2\mathrm{e}$

Luyện tập trang 72 Hóa học 12: 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.

Lời giải:

Câu hỏi 5 trang 73 Hóa học 12: Em hãy tìm hiểu và nêu một số ứng dụng của phương pháp điện phân trong thực tiễn.

Lời giải:

- 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.

Bài tập

Bài 1 trang 74 Hóa học 12: 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^-.

Phương pháp 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:

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

→ Chọn B.

Bài 2 trang 74 Hóa học 12: Điện phân dung dịch Cu(NO₃)₂ với điện cực trơ, ở anode xảy ra quá trình nào?

$\begin{array}{l}\mathrm{A}.{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \frac{1}{2}{\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}^{+}+2\mathrm{e}.\\ \mathrm{B}.2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+2\mathrm{e}\to {\mathrm{H}}_2+2\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}.\\ \mathrm{C}.\mathrm{C}\mathrm{u}\to \mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+2\mathrm{e}.\\ \mathrm{D}.\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+2\mathrm{e}\to \mathrm{C}\mathrm{u}.\end{array}$

Lời giải:

Ở anode, ion ${\mathrm{N}\mathrm{O}}_3^{-}$không bị điện phân, H₂O bị điện phân:

$2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{O}}_2+4{\mathrm{H}}^{+}+4\mathrm{e}$hay có thể viết ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \frac{1}{2}{\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}^{+}+2\mathrm{e}$

→ Chọn A.

Bài 3 trang 74 Hóa học 12: Viết phương trình hoá học của phản ứng điện phân khi điện phân KCl nóng chảy.

Phương pháp 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:

Bài 4 trang 74 Hóa học 12: Hãy đề xuất và trình bày cách mạ đồng (Cu) lên một đồ vật làm từ sắt (Fe) bằng phương pháp điện phân.

Lời giải:

- 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 (+): $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+2\mathrm{e}\to \mathrm{C}\mathrm{u}$

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