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

1. Giải đáp: Điện phân dung dịch là gì?

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

1.1. Khái niệm

Điện phân dung dịch là quá trình các chất hóa học phân huỷ thành các ion tích điện. Phản ứng chỉ xảy ra khi có dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li. Các ion được tạo ra có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện. Quá trình điện phân dung dịch sẽ cho ra các kim loại có tính trung bình hoặc yếu, hoặc một số đơn chất phi kim khác.

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

1.2. Ứng dụng thực tế của điện phân dung dịch

Điện phân mang tầm quan trọng cao về mặt thương mại, là một khâu trong việc tách các nguyên tố hóa học từ nguồn tài nguyên thiên nhiên. Một số ứng dụng cụ thể của phản ứng này có thể kể đến như:

• Tạo kim loại: Sản xuất các kim loại từ quặng tự nhiên. Ví dụ, điện phân dung dịch CuSO4 thu được Cu.
• Tinh lọc kim loại: Loại bỏ các tạp chất và thu được kim loại tinh khiết.
• Sản xuất chất hóa học: Có thể sản xuất các chất hóa học quan trọng bằng cách điện phân dung dịch muối Clorua (NaCl) để thu được Clo (Cl2) và kiềm (NaOH).
• Nhuộm mạ: Là quá trình tạo ra một lớp mạ bảo vệ bề mặt các vật liệu bằng kim loại như thép, sắt,… để hạn chế và ngăn chặn quá trình gỉ sét.

2. Phân loại điện phân dung dịch

Muốn hiểu rõ hơn về điện phân dung dịch, bạn đọc có thể học ngay kiến thức phân loại phản ứng này sau đây.

2.1. Điện phân dung dịch tại Cathode

Tại Catot, quá trình khử Cation xảy ra với 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 trong dung dịch có chứa nhiều Cation, chất Cation nào có tính oxy hóa mạnh hơn sẽ tham gia phản ứng điện phân trước. Và các ion H+ của Axit sẽ dễ bị khử hơn các ion H+ của nước.

2.2. Điện phân dung dịch tại Anode

Tại Anot, quá trình oxy hóa Anion sẽ xảy ra với công thức:

Xn- → X + ne

Trong đó: 

• Gốc Axit không chứa Oxi 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.
• Gốc Axit chứa oxi 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 lại được chia thành các trường hợp sau:

• Anode không tan: Nghĩa là chất trơ như than chì, bạch kim,… thì lúc này, các Anion không chứa oxi sẽ bị oxy hóa tại Anode. Khi không còn Anion này, nước sẽ bị oxy hóa và quá trình điện phân sẽ ngừng khi hết nước.
• Anode tan: Anode không trơ thì Anode sẽ bị tan và xảy ra phản ứng với dung dịch điện phân.
• Không có vách ngăn: Thông thường, bình điện phân có vách ngăn xốp chia thành 2 phần chứa Cathode và Anode và đó là phản ứng điện phân dung dịch có màng ngăn. Nhưng nếu bỏ vách ngăn này, các chất tạo thành do điện phân sẽ tham gia phản ứng với dung dịch.

3. Các ví dụ cụ thể về điện phân dung dịch

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

2NaCl + 2H2O đp→ H2 + NaOH + Cl2

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

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

Catot (–)     ←     CuCl2      →      Anot (+)

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, cơ đồ:

Catot ( – )  CuSO4  Anot ( + ) 

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

Phương trình điện phân dung dịch CuSO4 điện cực trơ:

2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2

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

Catot (–)    ← FeCl3, CuCl2, HCl  →    Anot (+)

                                           Fe3+, Cu2+, H+                                      2Cl-  → Cl2 + 2e

                                           Fe3+ + 1e → Fe2+

                                           Cu2+ + 2e → Cu    

                                           2H+ + 2e → H2

                                           Fe2+ + 2e → Fe

Trên đây là những kiến thức cơ bản về điện phân dung dịch cùng các ví dụ hóa học cụ thể. Để có thể học thêm nhiều phản ứng hóa học thú vị khác, bạn đừng quên theo dõi Nuoccongnghiep.com và cập nhật mỗi ngày.