Giải Hóa học 12 trang 85
Lời giải chi tiết SGK Lớp 12 · Môn HĂ³a Há»c · Trang 85–86
⚠️ Lưu ý: Hai trang ảnh được gửi mang số trang 83 và 84 (góc dưới mỗi trang), nên mình giải theo đúng nội dung hiển thị. Phần lớn nội dung là lý thuyết, chỉ có một câu hỏi vận dụng (Câu 2, gồm ý a và b) trên trang 84.
🔍 Kiến thức cần nhớ
Trước khi vào bài tập, cần nắm vững phần lý thuyết ở hai trang này về ứng dụng của phương pháp điện phân.
1. Tinh chế kim loại bằng điện phân
Từ nguồn kim loại thô (phế liệu, sản phẩm sau nhiệt luyện/thủy luyện), nhiều kim loại như Zn, Ni, Co, Cu, Ag, Au... được tinh chế bằng điện phân.
Nguyên tắc: điện phân dung dịch muối (hoặc phức chất) của kim loại đó, với anode làm bằng chính kim loại thô cần tinh chế.
Ví dụ tinh chế đồng:
- Bình điện phân chứa dung dịch CuSO₄ trong H₂SO₄.
- Anode: đồng thô → Cathode: đồng tinh khiết.
Tại anode (Cu thô bị oxi hóa, anode tan dần):
Cu → Cu²⁺ + 2eTại cathode (Cu²⁺ bị khử, bám lên cathode):
Cu²⁺ + 2e → Cu→ Bản chất: chuyển dời Cu từ anode (đồng thô) về cathode (đồng tinh khiết). Kết thúc thu được đồng tinh khiết ở cathode.
2. Mạ điện
Mạ điện là dùng phương pháp điện phân để ion kim loại bị khử, tạo lớp kim loại rắn bao phủ bề mặt vật cần mạ, nhằm trang trí hoặc chống ăn mòn.
- Kim loại mạ thường dùng: chromium (crom), nickel, đồng, vàng, bạc, platinum...
- Bình mạ gồm: dung dịch muối của kim loại mạ + vật cần mạ + thanh kim loại mạ.
- Vật cần mạ → đóng vai trò cathode; thanh kim loại mạ → anode (anode tan, tương tự tinh chế đồng).
- Độ dày lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện và thời gian mạ.
💡 Mẹo nhớ: "Mạ" và "tinh chế" đều dùng anode tan. - Tinh chế: anode = kim loại thô, cathode = kim loại tinh khiết. - Mạ điện: anode = kim loại mạ, cathode = vật cần mạ. Quy tắc chung cực: ở cathode luôn xảy ra sự khử (cation nhận e), ở anode luôn xảy ra sự oxi hóa.
⚙️ Bài tập
Câu 2
Đề bài:
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.
Ý a — Đồ vật được mạ và tác dụng
Mục đích chung của mạ điện gồm hai nhóm: chống ăn mòn (gỉ sét) và trang trí, tăng thẩm mỹ. Dưới đây là một số ví dụ thường gặp:
| Đồ vật được mạ | Kim loại mạ | Tác dụng |
|---|---|---|
| Vành xe, tay nắm cửa, vòi nước, dụng cụ y tế | Chromium (crom), nickel | Chống gỉ, sáng bóng, tăng độ cứng bề mặt |
| Vỏ hộp đựng thực phẩm (sắt tây) | Thiếc (tin) | Chống ăn mòn, không độc, bảo quản thực phẩm |
| Tôn lợp, đinh ốc, dây thép | Kẽm (mạ kẽm – tôn kẽm) | Bảo vệ sắt thép khỏi ăn mòn |
| Trang sức, đồng hồ, kính mắt | Vàng, bạc | Trang trí, tăng giá trị thẩm mỹ, chống xỉn màu |
| Linh kiện điện tử, chân tiếp xúc (connector) | Vàng, bạc | Chống oxi hóa, tăng độ dẫn điện, tiếp xúc tốt |
| Dụng cụ nhà bếp, đồ inox trang trí | Nickel, chromium | Sáng bóng, chống gỉ, dễ vệ sinh |
Tóm lại, việc mạ kim loại nhằm hai tác dụng chính:
- Chống ăn mòn (gỉ sét) cho vật liệu nền (thường là sắt, thép).
- Trang trí, làm tăng vẻ đẹp, độ bóng và giá trị của sản phẩm; một số trường hợp còn cải thiện độ dẫn điện hoặc độ cứng bề mặt.
Ý b — Kim loại sản xuất bằng phương pháp điện phân
Phương pháp điện phân được dùng để sản xuất các kim loại có tính khử mạnh (kim loại hoạt động) hoặc cần độ tinh khiết cao. Một số kim loại tiêu biểu:
Điện phân nóng chảy (dùng cho kim loại hoạt động mạnh: nhóm IA, IIA, Al):
- Nhôm (Al): điện phân nóng chảy Al₂O₃ (aluminium oxide).
2Al₂O₃ --(điện phân nóng chảy)--> 4Al + 3O₂- Natri (Na): điện phân nóng chảy NaCl.
- Magnesium (Mg): điện phân nóng chảy MgCl₂.
- Calcium (Ca): điện phân nóng chảy CaCl₂.
Điện phân dung dịch (dùng cho kim loại trung bình – yếu, hoặc để tinh chế):
- Đồng (Cu): tinh chế bằng điện phân dung dịch CuSO₄ với anode đồng thô.
- Kẽm (Zn), Nickel (Ni), Bạc (Ag)...
⚠️ Lưu ý thi: Cần phân biệt rõ hai phương pháp điện phân: - Kim loại rất hoạt động (K, Na, Ca, Mg, Al) → chỉ điều chế được bằng điện phân nóng chảy hợp chất của chúng (muối halide hoặc oxide), vì trong dung dịch nước thì nước bị điện phân trước. - Kim loại trung bình – yếu (sau Al trong dãy hoạt động, như Zn, Cu, Ag) → có thể điện phân dung dịch. Đề thi rất hay hỏi "vì sao không điều chế Al bằng điện phân dung dịch?" → vì ion Al³⁺ có tính oxi hóa yếu hơn nước, nước sẽ bị khử trước ở cathode nên không thu được Al.
📦 Tổng kết phần lý thuyết cuối bài (EM ĐÃ HỌC)
- Thứ tự điện phân:
- Tại anode: chất khử mạnh hơn bị oxi hóa trước.
- Tại cathode: chất oxi hóa mạnh hơn bị khử trước.
- Trong thực tiễn, điện phân dùng để: sản xuất kim loại, tinh chế kim loại, mạ điện.
- Nhôm được sản xuất bằng cách điện phân Al₂O₃ nóng chảy.
- Tinh chế đồng thực hiện bằng điện phân với anode đồng thô.
💡 Mẹo nhớ thứ tự điện phân: - Cathode (–): ion kim loại từ yếu đến mạnh sẽ bị khử dần (Ag⁺ → Cu²⁺ →... rồi mới đến H₂O). Cation càng yếu (đứng sau trong dãy) càng dễ bị khử trước. - Anode (+): anion gốc acid không có oxi (Cl⁻, Br⁻, I⁻, S²⁻) bị oxi hóa trước; gốc có oxi (SO₄²⁻, NO₃⁻) thì nước bị điện phân thay thế.
🎯 Ghi nhớ: - Điện phân có 3 ứng dụng lớn: sản xuất kim loại (Al, Na, Mg...), tinh chế kim loại (Cu, Zn, Ni, Ag...), và mạ điện. - Mạ điện và tinh chế kim loại đều dùng anode tan; vật cần mạ và kim loại tinh khiết đều đặt ở cathode (nơi xảy ra sự khử). - Mục đích mạ: chống ăn mòn + trang trí; độ dày lớp mạ tỉ lệ thuận với dòng điện × thời gian.