Giải Hóa học 12 trang 81

Tóm tắt lý thuyết

Đây là phần bài học về điện phân (dung dịch) trong Hóa học 12. Những ý chính cần nắm:

• Dưới tác dụng của điện trường: ion âm (anion) di chuyển về cực dương (anode); ion dương (cation) di chuyển về cực âm (cathode).
• Quy ước chung cho cả pin điện và bình điện phân:
• Cathode: xảy ra quá trình khử → trong điện phân là cực âm (–).
• Anode: xảy ra quá trình oxi hóa → trong điện phân là cực dương (+).
• Khi điện phân dung dịch, nước cũng có thể tham gia:
• Vai trò chất khử (bị oxi hóa ở anode): $2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e$
• Vai trò chất oxi hóa (bị khử ở cathode): $2H_2O + 2e \rightarrow H_2 + 2OH^-$
• Nguyên tắc (thứ tự) điện phân: chất nào dễ bị oxi hóa hơn sẽ bị oxi hóa trước ở anode; chất nào dễ bị khử hơn sẽ bị khử trước ở cathode.
• Điện cực trơ (graphite/than chì): dẫn điện nhưng không tham gia phản ứng điện phân.

---

Bài 1 (trang 79): Điện phân dung dịch CuCl₂ với điện cực trơ

Đề: Xét thí nghiệm điện phân dung dịch CuCl₂ với điện cực trơ (như than chì). Anode (+) hút Cl⁻, cathode (–) hút Cu²⁺. Hãy viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực và viết phương trình hóa học của phản ứng điện phân.

Lời giải:

Trong dung dịch CuCl₂ có các ion: $Cu^{2+}$, $Cl^-$ và phân tử $H_2O$.

Tại anode (+) — quá trình oxi hóa: ion $Cl^-$ dễ bị oxi hóa hơn $H_2O$ nên $Cl^-$ bị oxi hóa trước, tạo khí $Cl_2$:

$$2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e$$

Tại cathode (–) — quá trình khử: ion $Cu^{2+}$ dễ bị khử hơn $H_2O$ nên $Cu^{2+}$ bị khử trước, tạo kim loại Cu bám trên điện cực:

$$Cu^{2+} + 2e \rightarrow Cu$$

Phương trình hóa học của phản ứng điện phân (cộng hai bán phản ứng, số electron cho = nhận = 2):

$$CuCl_2 \xrightarrow{\text{đpdd}} Cu + Cl_2$$

Giải thích: Cu²⁺ về cathode để nhận electron (bị khử), Cl⁻ về anode để nhường electron (bị oxi hóa). Vì H₂O khó bị oxi hóa hơn Cl⁻ và khó bị khử hơn Cu²⁺ nên nước không tham gia, hiện tượng quan sát được là Cu bám ở cathode và khí Cl₂ thoát ra ở anode.

---

Bài 2 (trang 80): Điện phân dung dịch NaCl bão hòa với điện cực trơ

Đề: Điện phân dung dịch NaCl bão hòa với điện cực trơ (graphite). Anode (+): Cl⁻, H₂O; Cathode (–): Na⁺, H₂O. Biết sản phẩm điện phân có khí Cl₂ và H₂.

• a) Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử ở mỗi điện cực.
• b) Viết phương trình hóa 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 hóa học nào?

Câu a) Quá trình ở mỗi điện cực

Tại anode (+) — quá trình oxi hóa: có $Cl^-$ và $H_2O$. Vì $Cl^-$ dễ bị oxi hóa hơn $H_2O$ nên $Cl^-$ bị oxi hóa trước, tạo khí $Cl_2$:

$$2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e$$

Tại cathode (–) — quá trình khử: có $Na^+$ và $H_2O$. Vì $Na^+$ là ion kim loại kiềm rất khó bị khử (không bị khử trong dung dịch nước), nên $H_2O$ bị khử trước, tạo khí $H_2$:

$$2H_2O + 2e \rightarrow H_2 + 2OH^-$$

Câu b) Phương trình hóa học của phản ứng điện phân

Cộng hai bán phản ứng (số electron trao đổi = 2):

$$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{\text{đpdd, màng ngăn}} 2NaOH + H_2 + Cl_2$$

Giải thích: ở cathode H₂O bị khử sinh $H_2$ và để lại ion $OH^-$; ion $Na^+$ không bị khử nên kết hợp với $OH^-$ tạo thành dung dịch NaOH.

Câu c) Phản ứng khi sản phẩm khuếch tán vào nhau

Nếu không có màng ngăn, khí $Cl_2$ (sinh ở anode) khuếch tán sang gặp dung dịch $NaOH$ (sinh ở cathode) sẽ phản ứng với nhau:

$$Cl_2 + 2NaOH \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$$

Giải thích: Cl₂ tác dụng với dung dịch kiềm ở nhiệt độ thường tạo ra nước Gia-ven (hỗn hợp NaCl và NaClO). Vì vậy trong công nghiệp, khi điện phân dung dịch NaCl để sản xuất NaOH và Cl₂ người ta phải dùng màng ngăn để Cl₂ và NaOH không trộn lẫn vào nhau.

---

Tổng kết: hai bài đều xoay quanh nguyên tắc thứ tự điện phân. Mẹo ghi nhớ: ở cathode ưu tiên khử ion kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động (như Cu²⁺), còn ion kim loại mạnh (Na⁺, K⁺, Ca²⁺…) thì để nước bị khử thay; ở anode (điện cực trơ) ưu tiên oxi hóa các anion gốc axit không có oxi như $Cl^-$ trước, các gốc có oxi như $SO_4^{2-}$, $NO_3^-$ thì để nước bị oxi hóa thay.