Đáp án Hoá học 12 chân trời sáng tạo Bài 13: Điện phân

BÀI 13. ĐIỆN PHÂN

MỞ ĐẦU

Pin điện hoá hoạt động dựa trên các phản ứng oxi hoá – khử tự xảy ra trong pin (hoá năng chyển 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?

Hướng dẫn chi tiết:

- Khi điện phân, các quá trình trên bề mặt điện cực xảy ra theo nguyên tắc là 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.

- Điện phân có ứng dụng trong luyện kim, tinh chế kim loại, mạ điện,…

1. ĐIỆN PHÂN NÓNG CHẢY, ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH

Thảo luận 1: Xác định sản phẩm tạo thành ở hai điện cực khi điện phân NaCl nóng chảy

Hướng dẫn chi tiết:

Ở cực âm xảy ra quá trình oxi hoá, sản phẩm tạo thành là Na; ở cực dương xảy ra quá trình khử, sản phẩm tạo thành là Cl₂.

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

Hướng dẫn chi tiết:

Phương trình hoá học của quá trình điện phân nóng chảy MgCl₂, Al₂O₃ là:

2MgCl₂  2Mg + Cl₂

2Al₂O₃  4Al + 3O₂

Thảo luận 2: Tiến hành Thí nghiệm 1 và nêu hiện tượng quan sát được.

Hướng dẫn chi tiết:

Hiện tượng quan sát được ở thí nghiệm 1 là có hiện tượng sủi bọt khí, Cu màu đỏ bám vào điện cực.

Thảo luận 3: Cho biết khi điện phân dung dịch CuSO₄, ion Cu²⁺ và  di chuyển về điện cực nào.

Hướng dẫn chi tiết:

Khi điện phân dung dịch CuSO₄, ion Cu²⁺ di chuyển về điện cực cathode và  di chuyển về điện anode.

Thảo luận 4: Xác định sản phẩm sinh ra ở mỗi điện cực khi điện phân dung dịch CuSO₄ với điện cực trơ.

Hướng dẫn chi tiết:

Khi điện phân dung dịch CuSO₄ với điện cực trơ, ở cathode, sản phẩm sinh ra là Cu; ở anode, sản phẩm sinh ra là O₂ và H⁺.

Thảo luận 5: Tiến hành Thí nghiệm 2 và nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích.

Hướng dẫn chi tiết:

Hiện tượng xảy ra ở thí nghiệm 2 là có hiện tượng sủi bọt khí, dung dịch thu được sau phản ứng có khả năng tẩy màu. Vì trong quá trình điện phân dung dịch:

- Ở cực âm: xảy ra quá trình oxi hoá. Phương trình: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

- Ở cực dương: xảy ra quá trình khử. Phương trình: H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-

Sau điện phân, phản ứng giữa các sản phẩm xảy ra, tạo dung dịch nước Javel, dung dịch có khả năng tẩy màu.

Luyện tập: 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 chi tiết:

- Điện phân dung dịch AgNO₃:

+ Ở cathode, xảy ra quá trình khử: Ag⁺ + e → Ag

+ Ở anode, xảy ra quá trình oxi hoá: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

Phương trình hoá học: 4AgNO₃ + 2H₂O  4Ag + O₂ + 4HNO₃

- Điện phân dung dịch CuCl₂:

+ Ở cathode, xảy ra quá trình khử:  Cu²⁺ + 2e → Cu

+ Ở anode, xảy ra quá trình oxi hoá: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

Phương trình hoá học: CuCl₂  Cu + Cl₂

2. ỨNG DỤNG

Thảo luận 6: Em hãy tìm hiểu và nêu một số ứng dụng của phương pháp điện phân trong thực tiễn.

Hướng dẫn chi tiết:

Một số ứng dụng của phương pháp điện phân trong thực tiễn là điều chế, tinh chế một số kim loại, mạ điện,…

BÀI TẬP

Bài 1: Điện phân CaCl₂ nóng chảy, ở cathode xảy ra quá trình nào?

1. Oxi hoá ion Ca²⁺. B. Khử ion Ca²⁺.
2. Oxi hoá ion Cl^-. D. Khử ion Cl^-.

Hướng dẫn chi tiết:

Chọn đáp án B vì trong điện phân nóng chảy, ở cathode diễn ra quá trình khử ion Ca²⁺: Ca²⁺ + 2e → Ca.

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

1. H₂O O₂ + 2H⁺+ 2e.
2. 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-.
3. Cu → Cu²⁺ + 2e.
4. Cu²⁺ + 2e → Cu

Hướng dẫn chi tiết:

Chọn đáp án A vì trong quá trình điện phân dung dịch Cu(NO₃)₂ ở anode xảy ra quá trình oxi hoá H₂O, ở cathode xảy ra quá trình khử Cu²⁺

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

Hướng dẫn chi tiết:

Phương trình hoá học của phản ứng điện phân khi điện phân KCl nóng chảy là: 2KCl  2K + Cl₂

Bài 4: 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 chi tiết:

Để mạ đồng (Cu) lên một đồ vật làm từ sắt (Fe) bằng phương pháp điện phân  ta cần điện phân dung dịch CuSO₄ với anode làm bằng đồng (Cu) và cathode bằng sắt (Fe).

- Ở anode, xảy ra quá trình oxi hoá: Cu → Cu²⁺ + 2e

- Ở cathode, xảy ra quá trình khử: Fe²⁺ + 2e → Fe

Kết quả của quá trình điện phân là anode tan và tạo Cu bám trên cathode.