Điện phân dung dịch là gì? Các ví dụ hóa học điển hình

Chu Văn An

Dung dịch điện phân được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống hiện nay dưới nhiều hình thức khác nhau. Vậy phản ứng này xảy ra như thế nào? Hãy cùng khám phá ngay những kiến ​​thức thú vị về điện phân dung dịch cùng Vietchem qua nội dung sau đây.

1. Trả lời: Điện phân dung dịch là gì?

Trước khi đi vào ví dụ cụ thể, bạn đọc cần hiểu rõ khái niệm điện phân dung dịch. Đây là kiến ​​thức cơ bản giúp bạn hiểu được bản chất của phản ứng này.

1.1. Ý tưởng

Điện phân dung dịch là quá trình phân hủy các chất thành ion tích điện. Phản ứng chỉ xảy ra khi có dòng điện một chiều đi qua dung dịch điện phân. Các ion được tạo ra có thể di chuyển tự do trong dung dịch và trở thành chất mang điện. Điện phân dung dịch sẽ thu được kim loại có tính chất trung bình hoặc yếu hoặc một số chất phi kim loại khác.

Khác với phản ứng oxi hóa khử thông thường, quá trình điện phân xảy ra do tác động của dòng điện. Các chất trong môi trường điện phân này không trực tiếp truyền electron cho nhau mà phải đi qua dây dẫn.

Dung dịch điện phân xảy ra khi có dòng điện một chiều chạy qua

1.2. Ứng dụng thực tế của điện phân dung dịch

Điện phân có tầm quan trọng thương mại cao như một bước tách các nguyên tố hóa học khỏi tài nguyên thiên nhiên. Một số ứng dụng cụ thể của phản ứng này có thể bao gồm:

• Hình thành kim loại: Sản xuất kim loại từ quặng tự nhiên. Ví dụ: điện phân dung dịch CuSO4 thu được Cu.
• Tinh chế kim loại: Loại bỏ tạp chất và thu được kim loại nguyên chất.
• Sản xuất hóa chất: Các hóa chất quan trọng có thể được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch muối clorua (NaCl) thu được clo (Cl2) và kiềm (NaOH).
• Xi mạ: Là quá trình tạo ra một lớp xi mạ bảo vệ trên bề mặt các vật liệu kim loại như thép, sắt,… nhằm hạn chế và chống gỉ sét.

Điện phân dung dịch được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

2. Phân loại dung dịch điện phân

Nếu muốn hiểu rõ hơn về quá trình điện phân dung dịch, bạn đọc có thể tìm hiểu ngay cách phân loại phản ứng này dưới đây.

2.1. Điện phân dung dịch ở Cathode

Tại Catode, quá trình khử cation xảy ra theo công thức:

Mn+ + ne → M

Nếu điện phân dung dịch chứa các cation như K+, Ca2+, Ba2+, Na+, Mg2+, Al3+, H2O sẽ tham gia điện phân theo phương trình:

2H2O + 2e → H2 + 2OH⁻

Nếu dung dịch chứa nhiều cation thì cation có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ tham gia phản ứng điện phân trước. Và ion H+ của Axit sẽ dễ bị khử hơn ion H+ của nước.

Dung dịch điện phân được chia thành hai loại khác nhau

2.2. Điện phân dung dịch ở Anode

Tại Anode, quá trình oxy hóa Anion sẽ xảy ra theo công thức:

Xn- → X + ne

Trong đó:

• Các gốc axit không chứa oxy như Cl⁻, S2⁻,… hoặc OH⁻ của bazơ kiềm hoặc nước sẽ tham gia điện phân.
• Thứ tự các Anion bị oxy hóa là: S2⁻ > I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > RCOO⁻ > OH⁻ > H2O.
• Các gốc axit chứa oxy gồm NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–,… nước sẽ tham gia điện phân theo công thức: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e.

Phương pháp điện phân dung dịch này được chia thành các trường hợp sau:

• Anode không hòa tan: Nghĩa là các chất trơ như than chì, bạch kim,… lúc này các Anion không chứa oxy sẽ bị oxy hóa ở Anode. Khi không còn Anion, nước sẽ bị oxy hóa và quá trình điện phân sẽ dừng lại khi hết nước.
• Anode hòa tan: Anode không trơ, Anode sẽ hòa tan và phản ứng với dung dịch điện phân.
• Không có vách ngăn: Thông thường, bể điện phân có vách ngăn xốp chia làm 2 phần chứa Cathode và Anode và đó là phản ứng điện phân của dung dịch có màng. Nhưng nếu loại bỏ vách ngăn này thì các chất hình thành do điện phân sẽ phản ứng với dung dịch.

3. Ví dụ cụ thể về điện phân dung dịch

Điện phân dung dịch NaCl không màng ta thu được nước Javel khi Cl2 phản ứng với NaOH tạo thành. phương trình:

2NaCl + 2H2O dp→ H2 + NaOH + Cl2

2NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O (Javel)

• Điện phân dung dịch CuCl2 với cực dương trơ, công thức:

Catode (-) ← CuCl2 → Anode (+)

Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e

Phương trình điện phân hỗn hợp đồng được biểu diễn như sau:

CuCl2 → Cu + Cl2

• Điện phân dung dịch CuSO4, sơ đồ cơ học:

Cực âm ( – ) Cực dương CuSO4 (+ )

Cu2+, H2O (H2O) H2O, SO42- Cu2+ + 2e → Ni 2H2O → O2 + 4H+ + 4e

Phương trình điện phân dung dịch CuSO4 bằng điện cực trơ:

2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2

• Điện phân các dung dịch FeCl3, CuCl2, HCl qua anot trơ được biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Catode (-) ← FeCl3, CuCl2, HCl → Anode (+)

Fe3+, Cu2+, H+ 2Cl- → Cl2 + 2e

Fe3+ + 1e → Fe2+

Cu2+ + 2e → Cu

2H+ + 2e → H2

Fe2+ ​​​​+ 2e → Fe

Ví dụ cụ thể về phản ứng điện phân dung dịch

Trên đây là những kiến ​​thức cơ bản về điện phân dung dịch cùng với các ví dụ hóa học cụ thể. Để tìm hiểu thêm những phản ứng hóa học thú vị, đừng quên theo dõi Vietchem và cập nhật mỗi ngày nhé.