LECTURE CHƯƠNG 4 Nguồn điện & động học các quá trình điện hóa TS. Văn Thanh Khuê

Trường Đại Học Công Nghiệp TP. HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học ~~~ *~~~

ĐIỆN HÓA HỌC TS. Văn Thanh Khuê vanthanhkhue@iuh.edu.vn

1

NỘI DUNG MÔN HỌC CHƯƠNG 1: Dung dịch điện li CHƯƠNG 2: Sự vận chuyển điện tích trong dung dịch điện ly

CHƯƠNG 3: Điện cực và pin điện ➢ CHƯƠNG 4: Nguồn điện & động học các quá trình điện hóa 2

Nội Dung 4.1. Nguồn điện hóa học

4.2. Quá trình điện phân 4.3. Quá thế 4.4. Ứng dụng phép điện phân

4.5. Bài tập

3

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1.1. Mở đầu

Phản ứng ôxy hóa-khử

Điện năng

Mạch điện hóa

Nguồn điện

Thực tế 4

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1.1. Mở đầu

Nguồn điện ❖

Thực tế

Yêu cầu: ➢ Sức điện động lớn, ổn định ➢ Dung lượng riêng lớn: dự trữ năng lượng lớn. ➢ Công suất riêng cao nhất: nguồn cung cấp năng lượng lớn nhất trong một đơn vi thời gian. ➢ Khả năng tự phóng điện nhỏ 5

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1.1. Mở đầu Phân loại

Nguồn điện sơ cấp (Pin)

Nguồn điện thứ cấp (Acquy)

Nguồn điện liên tục (Pin nhiên liệu)

Làm việc nhiều lần

Làm việc liên tục

➢ Đặc điểm

Làm việc 1 lần

6

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1.2. Nguồn điện sơ cấp – Pin ❖ Định nghĩa:

Pin là loại nguyên tố gavanic hoạt động chỉ một vòng, nghĩa là khi nó phóng hết điện chúng ta không thể khôi phục lại khả năng phóng điện của nó.

7

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1.2. Nguồn điện sơ cấp – Pin ❖ Ví dụ:

Khảo sát pin KẼM - MANGAN C (+)

Vỏ Zn (-)

Nắp nhựa

NH4Cl (20%) + ZnCl2

Epin =1,6V MnO2

Mô hình Pin khô Le Clanché

8

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1.2. Nguồn điện sơ cấp – Pin Sơ đồ pin:

(-) Zn / NH4Cl,ZnCl2 / MnO2, C(+)

Epin =1,6V

Phản ứng xảy ra tại: 

Cực âm (vỏ kẽm): Zn - 2e = Zn2+



Cực dương: 2MnO2 + H2O + 2e = Mn2O3 + 2OHOH- sinh ra tạo phản ứng không thuận nghịch:

OH- + NH4+  NH3 + H2O Và: Phản ứng PIN:

2NH3 + Zn2+ + 2Cl-  [Zn(NH3)2]Cl2

Zn + 2NH4Cl + 2MnO2 = [Zn(NH3)2]Cl2 + Mn2O3 + H2O

9

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1.2. Nguồn điện sơ cấp – Pin ❖

Một số pin khác Pin Kẽm – không khí: (-) Zn / NaOH / O2 / C (+) có Epin = 1,4V Zn + NaOH + ½ O2  NaHZnO2 Pin oxýt thuỷ ngân:

(-) Zn / KOH / HgO, C (+) HgO + Zn + 2KOH = Hg + K2ZnO2 + H2O Pin magiê – bạc: (-) Mg / MgCl2 / AgCl, Ag (+) 2AgCl + Mg = 2Ag + MgCl2

10

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 3. Nguồn điện thức cấp – Ắc quy ❖ Định nghĩa:

Ắc quy là loại nguyên tố gavanic hoạt động thuận nghịch và nhiều vòng, có thể phục hồi khả năng phóng điện bằng cách cho dòng điện bên ngoài chạy qua (nạp điện)

11

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 3. Nguồn điện thức cấp – Ắc quy ❖ V í dụ:

+ Acquy axít: acquy chì + Acquy kiềm: acquy niken - cadimi

12

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 3. Nguồn điện thức cấp – Ắc quy Acquy axit (hay acquy chì)

(-) Pb, PbSO4 / H2SO4 (25-30%) / PbO2, Pb (+) Khi đổ dung dịch điện ly vào ắc quy thì xảy ra phản ứng giữa các điện cực và dung dịch điện ly làm cho điện cực phủ một lớp PbSO4: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2O

13

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 3. Nguồn điện thức cấp – Ắc quy Hoạt động ắc quy chì ➢ Phóng điện ❖ Điện cực âm:

Pb + SO4-2 – 2e  PbSO4 ❖ Điện cực dương: PbO2 + 4H+ + SO4-2 + 2e  PbSO4 + 2H2O ❖ Toàn bộ hệ thống: Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

14

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 3. Nguồn điện thức cấp – Ắc quy Hoạt động ắc quy chì ➢Nạp điện ❖ Điện cực âm:

PbSO4 + 2e

 Pb

+ SO4-2

❖ Điện cực dương: PbSO4 - 2e + 2H2O  PbO2 + SO4-2 + 4H+ ❖ Toàn bộ hệ thống: 2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4 Kết quả:

Cực âm: Cực dương:

PbSO4  Chì xốp (hoạt động)  PbO2 15

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 3. Nguồn điện thức cấp – Ắc quy Sức điện động ắc quy chì

aH2 2SO 4

3 3  .

4 m RT RT E  E0  ln 2  E0  ln  2 nF F aH2O aH2O

❖ Trong acquy chì, người ta dùng axít rất đặc nên hoạt độ của nước không phải là hằng số mà là: aH2O = P/P0; còn đối với axít:

aH2SO 4  aH2  .aSO2  a3   2 .4m3 4

Ở 250C:

E0 = 0+ - 0- = 1,685 – (-0,352) = 2,037V

Nếu dùng H2SO4 27,3% (m = 3,83) thì  = 0,165 và aH2O = 0,7 thì E = 2,047V 16

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 3. Nguồn điện thức cấp – Ắc quy

Acquy kiềm (hay acquy niken – cadimi) (-) Cd/ Cd(OH)2, KOH (20%) // KOH (20%), Ni(OH)2 , Ni(OH)3 / Ni (+) Phóng

Cd + 2OH- - 2e

Phản ứng điện cực:

Cd(OH)2

Nạp Phóng

2Ni(OH)3 + 2e

Nạp

Ni(OH)2 + 2OH-

Phản ứng tổng trong mạch: Cd + 2Ni(OH)3 Epin = 1,36V

Phóng Nạp

Cd(OH)2 + Ni(OH)2 17

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 3. Nguồn điện thức cấp – Ắc quy

Một số acquy kiềm khác Người ta thay Cd bằng Fe của acquy trên được acquy kiềm sắt–niken  Một loại acquy mới và rất tốt là acquy bạc – kẽm như sau:

(-) Zn / Zn(OK)2, KOH (40%) / AgO, Ag (+) Phản ứng tổng trong mạch: Zn + AgO + 2KOH

Phóng

Nạp

Ag + Zn(OK)2 + H2O

Epin = 1,85V

➢ Để hạ giá thành thay Ag bằng Ni  Epin = 1,7V 18

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 4. Nguồn điện liên tục – Pin nhiên liệu Sơ đồ chuyển hóa năng lượng trong nguồn nhiệt điện

Hoá năng

(I)

(II) Nhiệt năng

Cơ năng

(III)

Điện năng

Pin nhiên liệu (máy phát điện hóa) (I) – Lò phản ứng (II) – Máy nhiệt (III) – Máy điện 19

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 4. Nguồn điện liên tục – Pin nhiên liệu Định nghĩa:

Pin nhiên liệu hay còn gọi là máy phát điện hóa là một thiết bị biến trực tiếp hóa năng của hệ nhiên liệu và chất oxi hóa thành điện năng. Không có sự tích tụ năng lượng như pin và acquy, pin nhiên liệu làm việc liên tục.

20

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 4. Nguồn điện liên tục – Pin nhiên liệu

Pin HYDRO – OXY tải

–

+ H2O

H2

O2 Buồng khí

Điện cực âm (kim loại xốp)

H 2O

Lớp phủ xúc tác H2

+

OH– OH–

OH– OH–

Điện cực dương (kim loại xốp)

KOH Dung dịch điện ly

H2O

21

4.1. Nguồn điện hóa học 4.1. 4. Nguồn điện liên tục – Pin nhiên liệu Pin HYDRO – OXY (-) Ni/ H2 / KOH (30 - 40%) / O2, Ni (+) ❖ Điện cực âm:

2H2 + 4OH– – 4e  4H2O

❖ Điện cực dương:

O2 + 2H2O + 4e  4OH–

❖ Phản ứng tổng: 2H2 + O2 = Sức điện động ở 250C: (thực tế đạt 1 – 1,1V)

2H2O

G  2(55,690) E   1,23V nF 4.23060 22

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân ❖ Định nghĩa:

Điện phân là một quá trình trong đó có các phản ứng hóa học xảy ra trên bề mặt điện cực dưới tác dụng của dòng điện một chiều đi qua dung dịch điện ly hay chất điện ly nóng chảy.

23

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân BÌNH ĐiỆN PHÂN dd ZnCl2

Pt

Catod (-)

Anod (+)

Zn2+

ClDung dịch ZnCl2

24

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân QUÁ TRÌNH ĐiỆN PHÂN ❖ Hai điện cực nhúng vào dung dịch điện ly và hai điện cực nối với nguồn điện một chiều bên ngoài. ➢ Cực âm gọi là Catod (-): Dạng oxy hoá  khử Zn2+ + 2e = Zn  Quá trình khử. ➢ Cực dương gọi là Anod (+): Dạng khử  dạng oxy hóa 2Cl- = Cl2 + 2e 25  Quá trình oxy hóa.

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân QUÁ TRÌNH ĐiỆN PHÂN ➢ Tại cực âm (Catod) Nguyên tắc chung ✓ Quá trình khử dạng oxy hóa của cặp oxy hóa khử. ✓ Khi có nhiều dạng oxy hóa thì sẽ khử dạng oxy hóa của cặp nào có khả năng oxy hóa mạnh nhất tức là có thế điện cực lớn nhất. ✓ Dạng oxy hóa chính là cation KIM LOẠI hay HYDRO trong dung dịch  ION NÀO PHÓNG ĐiỆN???

26

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân QUÁ TRÌNH ĐiỆN PHÂN ➢ Tại cực âm (Catod)

Nguyên tắc chung ✓ Thế hydro:

H2 = -0,059.pH

✓ Trung tính pH = 7 

H2 = -0,059.7 = -0,41V

✓ Vì vậy: + Kim loại có  > -0,41V sẽ phóng điện M+n + ne = M

+ Kim loại có  < -0,41V thì H+/H2O phóng điện: 2H+ + 2e = H2

(pH < 7)

2H2O + 2e = H2 + 2OH-

(pH > 7)

27

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân QUÁ TRÌNH ĐiỆN PHÂN ➢ Tại cực dương (anode) Nguyên tắc chung

✓ Quá trình oxy hóa dạng khử của cặp oxy hóa khử, thường là anion của AXÍT hay HYDROXÍT ✓ Khi có nhiều dạng khử thì sẽ oxy hóa dạng khử của cặp nào có khả năng khử mạnh nhất tức là có thế điện cực nhỏ nhất.

28

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân QUÁ TRÌNH ĐiỆN PHÂN ➢ Tại cực dương (anode) Nguyên tắc chung ✓ ANOD trơ: thứ tự oxy hoá như sau: anion không chứa oxy (I-, Cl-, S-2…)  OH–  anion chứa oxy 2OH- - 4e = O2 + 2H2O

(pH > 7)

2H2O - 4e = O2 + 4H+

(pH <= 7) 29

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân QUÁ TRÌNH ĐiỆN PHÂN ➢ Tại cực dương (anode) Nguyên tắc chung ✓ ANOD tan: anion phóng điện hay anod tan tuỳ thế. + anod < oxh/khử  anod sẽ tan M - ne = M+n + anod > oxh/khử  anion sẽ bị oxy hóa 30

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân ➢ Như vậy: Sự điện phân là quá trình ngược với quá trình xảy ra trong pin PIN:

Hoá năng  điện năng

Bình điện phân:

Điện năng  hóa năng

PIN (-) Zn/Zn2+//2Cl-/Cl2,Pt (+)

ĐIỆN PHÂN Dung dịch ZnCl2 – Điện cực Pt

Cực âm

Zn = Zn2+ + 2e Quá trình oxy hóa

Catod

Zn2+ + 2e = Zn Quá trình khử

Cực dương

Cl2 + 2e = 2ClQúa trình khử

Anod

2Cl- = Cl2 + 2e Quá trình oxy hóa

Cả quá trình Zn + Cl2 = ZnCl2

31 Cả quá trình ZnCl2 = Zn + Cl 2

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân Sự điện phân là quá trình ngược với quá trình xảy ra trong pin PIN – ĐIỆN PHÂN

Dòng điện (điện năng)

Điện phân

Phản ứng hóa học (hoá năng)

Pin

Vậy hiện tượng điện phân là hiện tượng các chất sẽ hình thành hay phân huỷ dưới tác dụng của dòng điện.

32

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân Điện phân nóng chảy ĐIỆN PHÂN NaCl -

Quá trình đơn giản hơn Na+ đi về catod nhận electron từ nguồn thành Na Cl- đi về anod nhường electron cho nguồn tạo Cl2.

Catod (cực âm)

Na+ + 1e = Na

Anod (cực dương)

2Cl- - 2e = Cl2

33

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân ❖ Một số ví dụ về điện phân quá trình dung dịch

ĐIỆN PHÂN dd CuCl2 với anod trơ (Pt) -

Catod xuất hiện kết tủa Cu vì thế 0,337V > -0,41V Anod Cl- phóng điện cho khí Cl2 bay ra.

Catod (cực âm)

Cu2+ + 2e = Cu

Anod (cực dương)

2Cl- - 2e = Cl2

34

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân ❖ Một số ví dụ về điện phân quá trình dung dịch ĐIỆN PHÂN dd K2SO4 với anod trơ (Pt) -

Catod: K có thế -2,924V < -0,41V nên H+/H2O bị khử cho H2 bay ra và tạo OH-  KOH Anod: OH-/H2O bị oxy hóa tạo oxy bay ra và H+  H2SO4

Catod (cực âm)

4H2O + 4e = 4OH- + H2

Anod (cực dương)

2H2O - 4e = 4H+ + O2

35

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân ❖ Một số ví dụ về điện phân quá trình dung dịch

ĐIỆN PHÂN dd NiSO4 với anod tan Niken (Ni) -

Catod: Ni có thế -0,25V > -0,41V nhưng kém thua thế oxy hóa nước nhiều 1,228V nên tạo tủa Ni Anod: điện cực Ni hòa tan tạo Ni2+

Catod (cực âm)

Ni2+ + 2e = Ni

Anod (cực dương)

Ni

- 2e = Ni2+

36

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân ❖ Một số ví dụ về điện phân quá trình dung dịch ĐIỆN PHÂN dd H2SO4 với anod trơ (Pt) -

Catod: H+ bị khử tạo H2 Anod: H2O bị oxy hóa cho Oxy bay ra và H+ tái sinh

Catod (cực âm)

4H3O+ + 4e = 4H2O + 2H2

Anod (cực dương)

6H2O - 4e = 4H3O+ + O2

Phản ứng tổng

2H2O = 2H2 + O2

37

4.2. Quá trình điện phân 4.2.1. Hiện tượng điện phân Mô hình điện phân dung dịch H2SO4 với anod trơ (Pt) C

B

A K

mA V

Pt

Pt H2SO4 38

4.2. Quá trình điện phân 4.2.2. Thế phân hủy ĐIỆN PHÂN dd H2SO4 với anod trơ (Pt) C

B

A K

mA V

Pt

Pt H2SO4 39

4.2. Quá trình điện phân 4.2.2. Thế phân hủy ĐIỆN PHÂN dd H2SO4 với anod trơ (Pt) ❖ Khảo sát tiếp hệ thống bình điện phân trên ➢ Khi tăng điện thế bên ngoài E (bằng con chạy C), khi E còn nhỏ đóng khóa K thì kim điện kế lệch (có dòng điện) rồi trở về 0 và tại điện cực chưa có H2 và O2 thoát ra. ➢ Khi E đạt được giá trị 1,7V thì khí H2 và O2 thoát ra, I tăng theo E. ➢ Giá trị Ef = 1,7V được gọi là điện thế phân hủy của phản ứng đó.

40

4.2. Quá trình điện phân 4.2.2. Thế phân hủy ĐIỆN PHÂN dd H2SO4 với anod trơ (Pt) I C

B

A K

mA V

Pt

Pt H2SO4

Ef

E 41

4.2. Quá trình điện phân 4.2.2. Thế phân hủy

Sự khác biệt nhỏ nhất của các điện thế cần thiết tạo ra giữa hai điện cực để sự điện phân bắt đầu được gọi là điện thế phân huỷ!!!

42

4.2. Quá trình điện phân 4.2.2. Thế phân hủy Yếu tố ảnh hưởng thế phân huỷ Thế phân hủy này không phải là một hằng số mà nó phụ thuộc

vào các yếu tố như: +

Nhiệt độ

+

Kích thước và bản chất kim loại làm điện cực

+

Ngay cả cấu trúc bề mặt điện cực….

Thế phân huỷ không như nhau đối với 1 chất điện ly trong các điều kiện khác nhau.

43

4.2. Quá trình điện phân 4.2.3. Sự phân cực hóa học Khảo sát bình điện phân K

Pt

Catod (-)

Anod (+)

H2

O2 Dung dịch H2SO4

44

4.2. Quá trình điện phân 4.2.3. Sự phân cực hóa học ❖ Khảo sát bình điện phân khi Engoài < Ef ✓ Khi chưa đóng khóa K thì hai điện cực như nhau  I = 0 ✓ Khi đóng khoá K, dù ít nhiều vẫn có phản ứng sinh ra H2 và O2 nên trong mạch hình thành pin: (-) Pt, H2 / H2SO4 / O2, Pt (+)

chống lại điện thế E bên ngoài Hiện tượng này gọi là sự phân cực Sức điện động của pin gọi là sức điện động phân cực Ep Điện thế từng điện cực gọi là thế phân cực p (pc -

45 pa

)

4.2. Quá trình điện phân 4.2.3. Sự phân cực hóa học Xác định thế  p và Ep

✓ Tại anod:

✓

Tại catod:

φpa  φoxy  φ0oxy 

0 φpc  φhydro  φhydro

RT ln 2F

PO1/22 .aH2O aOH

Ep = oxy - hydro

2 RT aH  ln 2F PH2

Khi E tăng, H2 va O2 thoát ra nhiều  PH2 và PO2 tăng, H+ ở khu catod giảm nhưng ở khu anod tăng  oxy tăng và hydro giảm. Kết quả Ep tăng.

46

4.2. Quá trình điện phân 4.2.3. Sự phân cực hóa học Bắt đầu điện phân ✓ Khi Ep tăng đến khi PO2 và PH2 bằng áp suất khí quyển thì lúc này tại các điện cực trong bình điện phân thấy thoát ra khí H2 và O2. ✓ Khi đó Ep đạt giá trị tới hạn, chính là thế phân huỷ Ef. ✓

Vậy Engoài > Ef  Hiện tượng điện phân xảy ra Sự phân cực như trên gọi là sự phân cực hoá học hay phân cực điện hóa.

47

4.2. Quá trình điện phân 4.2.4. Sự phân cực nồng độ

➢ Tương tự phân cực hóa học còn có phân cực nồng độ. ➢ PCNĐ làm giảm nồng độ các ion tham gia phản ứng phóng điện gần bề mặt điện cực trong quá trình điện phân. ➢ PCNĐ làm tăng điện thế quá trình điện phân, dẫn đến làm tiêu hao điện năng do đó thực tế cần khử đại lượng này.  Để giảm thường dùng cách khuấy trộn. ➢ PCNĐ làm giảm sức điện động của nguồn điện khi sử dụng.

48

4.3. Quá thế 4.3.1. Khái niệm quá thế Khảo sát lại quá trinh điện phân H2SO4 1N PIN (-) Pt, H2 / H2SO4 / O2, Pt (+) Cực âm

2H2 + 4OH- - 4e = 4H2O

Cực dương 4H+ + O2 + 4e = 2H2O

ĐIỆN PHÂN Dung dịch H2SO41N – Pt Catod 4H2O + 4e = 2H2 + 4OHAnod

2H2O - 4e = 4H+ + O2

G2980 = -nFEp = -2x56690  Ep = Etn = 2x56690/(4.23060) = 1,23V Thế phân huỷ:

Ef = 1,7V

Suy ra:

 = Ef - Ep = 1,7 – 1,23 = 0,47V: quá thế 49

4.3. Quá thế 4.3.1. Khái niệm quá thế Định nghĩa

Quá thế là sự khác biệt giữa điện thế phân huỷ và tổng các điện thế cân bằng trên các điện cực.

50

4.3. Quá thế 4.3.1. Khái niệm quá thế Phương trình Tafel: Năm 1905, bằng thực nghiệm khi tính quá thế của một điện cực, Tafel đưa ra công thức sau:

η  a  b.lgi Trong đó: ✓ a, b : hệ số phụ thuộc vào bản chất của điện cực. ✓ i

: mật độ dòng.

51

4.3. Quá thế 4.3.1. Khái niệm quá thế Quá thế phụ thuộc vào:

✓ Bản chất của điệb cực; ✓ Hình dáng của điện cực; ✓ Bề mặt của điện cực; ✓ Cấu trúc của bề mặt điện cực.

52

4.3. Quá thế 4.3.2. Ý nghĩa quá thế trong thực tế Điện phân nước

Điện năng cần thiết để điện phân 1 mol H2O thu 1mol H2 và ½ mol O2: W = nFE = 2FE Không có quá thế thì điện thế diện phân E = 1,23V; khi có quá thế thì Ef = 1,7 cho nên điện năng tiêu hoa tăng lên khoảng 40%.

53

4.3. Quá thế 4.3.2. Ý nghĩa quá thế trong thực tế Mạ kim loại ➢ Do quá thế hydro trên kim loại thường rất lớn nên có thể mạ kim loại từ dung dịch mà không có hydro thoát ra.

Ví dụ Xét sự điện phân Zn 2+ có mặt H+ với aZn2+ = 1 và aH+ = 1; Ta có:

0 (Zn2+/Zn) = -0,763V; 0(H+/H2) = 0

Nếu không có quá thế hydro thì H+ phóng điện trước nhưng do: H2 = 1V (i = 0,1A/cm2) nên Zn2+ phóng điện.

54

4.4. Một số ứng dụng thực tế của điện phân 4.4.1. Điện luyện kim Sản xuất Alumin ➢ Trước kia, dùng Na khử hợp chất NaCl.AlCl3: NaCl.AlCl3 + 3Na  4NaCl + Al ➢ Điện hóa, điện phân hỗn hợp Al2O3 với chất trợ dung cryolit 3NaF.AlF3 ở 950 oC với catod là than phủ Al nóng chảy: Al3+ + 3e  Al ➢ Phương pháp điện phân nóng chảy này có thể sản xuất Mg, Li, Ca, Ba, Th… 55

4.4. Một số ứng dụng thực tế của điện phân 4.4.2. Mạ điện Sản xuất kim loại tinh khiết ➢ Khi điện phân dung dịch CuSO4 thì thu đồng kim loại ở catod: Cu2+

+ 2e

 Cu

➢ Ngày nay, phương pháp trên dùng để sản xuất các kim loại như Cu, Zn, Ca, Co, Fe tinh khiết (99,95%), Mn (99,5%), Cr (99,8%)… ➢ Tinh luyện kim loại như: Cu, Ag, Au, Pb, Sn, Bi, Ni… 56

4.5. Bài tập

Bài tập 1

Tính lượng Cu được giải phóng trên catod nếu cho một dòng điện cường độ 1,5A đi qua dung dịch CuSO4 trong 12 phút?

57

ĐS: 0,355 g

57

4.5. Bài tập

Bài tập 2 Xác định đương lượng điện hóa của Ni biết rằng nếu điện phân dung dịch NiSO4 bằng dòng điện có cường độ 0,5A thì sau 48 phút ta thu được 0,438g Ni? ĐS: 3,042.10-4 g/C

58

58

4.5. Bài tập

Bài tập 3 Xác định sức điện động phân cực khi điện phân một dung dịch CuCl2 ở 250C nếu thế điện cực của Cu bằng 0,34 V

còn thế của Clo bằng 1,36 V?

59

ĐS: 1,02 V

4.5. Bài tập

Bài tập 4

Xác định thế phân hủy của CdSO 4 nếu quá thế oxy trên anod bằng 0,4 V và bỏ qua quá thế của Cd trên Catod. Thế điện cực chuẩn của Cd là -0,4V và thế oxy hóa tiêu chuẩn

của oxy là 1,23 V?

60

ĐS: 2,03 V

60

4.5. Bài tập

Bài tập 5 Xác định thời gian để mạ lớp Ni dày 0,20mm; diện tích 20cm2 khi sử dụng dòng điện 0,500A. Biết khối lượng riêng của lớp mạ niken bằng 8,908g/cm3? ĐS: 23311,7 giây

61

61