Trong công nghiệp, nhôm được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy hỗn hợp alumina (Al2O3) và cryolite (Na3AlF6) còn gọi là quy trình Hall-Héroul: 2Al2O3(l) 4Al(l) + 3O2(g) như hình dưới đây. Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp alumina và cryolite khoảng 950oC, thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của alumina (> 2000oC); ngoài ra, cryolite còn làm tăng độ dẫn điện của hỗn hợp nóng chảy. trong quá trình điện phân, cực dương làm bằng graphite bị ăn mòn và liên tục bị nhúng xuống bể điện phân. Sau một thời gian, các thanh graphite này sẽ được thay mới.
a. Nhôm kim loại được tách ra tại cathode.
b. Cryolite được thêm vào bể điện phân giúp tiết kiệm được năng lượng, giảm chi phí sản xuất.
c. Bên cạnh nhôm, oxygen tinh khiết cũng thu được trực tiếp từ quy trình này.
d. Vì anode và cathode đều làm bằng graphite, nên nếu đổi chiều dòng điện (anode trở thành cathode và ngược lại) thì quy trình điện phân vẫn xảy ra bình thường.
a. Nhôm kim loại được tách ra tại cathode.
b. Cryolite được thêm vào bể điện phân giúp tiết kiệm được năng lượng, giảm chi phí sản xuất.
c. Bên cạnh nhôm, oxygen tinh khiết cũng thu được trực tiếp từ quy trình này.
d. Vì anode và cathode đều làm bằng graphite, nên nếu đổi chiều dòng điện (anode trở thành cathode và ngược lại) thì quy trình điện phân vẫn xảy ra bình thường.
Dựa vào phương pháp điện phân nóng chảy.
a. Đúng. Tại cathode (-): Al3+(l) + 3e → Al(l), theo hình vẽ, lớp nhôm nóng chảy thu được tại cực âm (phần đáy của bể điện phân).
b. Đúng. Cryolite làm giảm sâu nhiệt độ nóng chảy, từ đó giảm lượng năng lượng cần cung cấp để nấu chảy hỗn hợp. Ngoài ra, việc tăng độ dẫn điện còn làm tăng hiệu suất của quá trình điện phân. Do đó, làm giảm chi phí sản xuất.
c. Sai. Tại anode, graphite bị ăn mòn do phản ứng với oxygen tạo thành các oxide của carbon thoát ra cùng với oxygen.
C(s) + O2(g) → CO2(g)
C(s) + CO2(g) → 2CO(g)
d. Sai. Việc thiết kế cathode bên dưới bể điện phân giúp nhôm nóng chảy sinh ra ở đáy bể tráng tiếp xúc với oxygen trong không khí, ngoài ra tỉ trọng của nhôm lỏng lớn hơn hỗn hợp điện phân giúp nhôm lỏng chìm xuống đáy bể, không ảnh hưởng đến quá trình điện phân. Anode ở phía trên dễ dàng nhúng xuống bể liên tục khi bị ăn mòn (việc này gần như không thể thực hiện nếu đặt anode ở đáy bể). Bên cạnh đó, nếu anode ở đáy bể, các khi sinh ra tại anode sẽ thoát vào hỗn hợp lỏng, ảnh hưởng đến quá trình điện phân.
Các bài tập cùng chuyên đề
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.
Tìm hiểu ứng dụng của nước Javel. Đề xuất thí nghiệm đơn giản để chứng minh rằng dung dịch nước Javel có tính tẩy màu.
Tìm hiểu trong thực tế và chỉ ra những ví dụ về việc sử dụng mạ điện với mục đích bảo vệ, mạ điện với mục đích trang trí.
Em hãy tìm hiểu và nêu một số ứng dụng của phương pháp điện phân trong thực tiễn.
Hãy đề xuất và trình bày cách mạ đồng (Cu) lên một đồ vật làm từ sắt (Fe) bằng phương pháp điện phân.
Một sinh viên thực hiện quá trình điện phân dung dịch NaCl bão hòa bằng hệ điện phân sử dụng các điện cực than chì và có màng ngăn xốp. Sau một thời gian bạn sinh viên ngắt dòng điện và thu được dung dịch X. Trong thí nghiệm trên, phát biểu nào sau đây đúng khi nói về dung dịch X?
NaCl + H2O → X + Y↑ + Z↑ (1)
(anode) (cathode)
X + CO2 (dư) →T (2)
Phát biểu nào sau đây đúng?
Phương trình hóa học nào sau đây biểu diễn quá trình điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân nóng chảy?
Trong công nghiệp, việc tinh chế đồng từ đồng thô được thực hiện bằng phương pháp điện phân dung dịch với anode làm bằng
Trong các chất sau: CuBr2; AgNO3; HCl; NaOH; CaCl2; H2SO4; Al2O3. Bao nhiêu chất có thể vừa điện phân nóng chảy, vừa điện phân dung dịch?
Hòa tan 42,5 g AgNO3 vào nước được dung dịch X, sau đó điện phân dung dịch X. Sau phản ứng thấy khối lượng dung dịch X giảm 11,6 gam. Hiệu suất của quá trình điện phân là:
Trong công nghiệp người ta điều chế Al bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al2O3 như sau:
Cho các phát biểu:
(a) Chất X là Al nóng chảy.
(b) Chất Y là hỗn hợp Al2O3 và criolit nóng chảy.
(c) Na3AlF6 (criolit) được thêm vào oxit nhôm trong điện phân nóng chảy sẽ tạo được một hỗn hợp chất điện li nổi lên trên bảo vệ nhôm nóng chảy khỏi bị oxi hóa bởi O2 không khí.
(d) Trong quá trình điện phân, ở anot thường xuất hiện hỗn hợp khí có thành phần là CO, CO2 và O2.
(e) Trong quá trình điện phân, cực âm luôn phải được thay mới do điện cực làm bằng graphit (than chì) nên bị khí sinh ra ở cực dương ăn mòn.
Số phát biểu đúng là
Cho sơ đồ phản ứng sau:
Các chất X2, X5, X6 theo thứ tự là
Để sản xuất cùng một lượng kim loại: nhôm từ Al(NO3)3, vàng từ Au(NO3)3, kẽm từ Zn(NO3)2 thi chi phí sản xuất kim loại nào tốn kém nhất nếu chỉ xem xét về chi phí sử dụng điện?
Ở điều kiện thường, hydrogen chloride là một chất khí, dễ tan trong nước, khi hòa tan vào nước thu được dung dịch hydrochloric acid. Cho sơ đồ điện phân dung dịch hydrochloric acid, điện cực trơ như hình bên dưới:
Hoàn thành các yêu cầu sau:
a, Gọi tên chất điện phân
b, Xác định các ion có trong chất điện phân và xác định chúng sẽ di chuyển về phía điện cực nào
c, Nêu hiện tượng xảy ra ở cực âm
d, Trình bày phương pháp hóa học để nhận biết sản phẩm sinh ra ở cực âm
e, Nêu hiện tượng xảy ra ở cực dương
g, Trình bày phương pháp hóa học để nhận biết sản phẩm sinh ra ở cực dương
Hãy trình bày cách mạ bạc cho một chiếc nhẫn đồng bằng phương pháp điện phân
Điện phân với điện cực trơ, có màng ngăn những dung dịch sau: NaCl, CuSO4, K2SO4, AgNO3, CuCl2. Dung dịch sau điện phân có pH
Cách nào sau đây không được dùng để điều chế NaOH?
A. Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn xốp, điện cực trơ
B. Cho dung dịch Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3
C. Cho Na2O tác dụng với nước.
D. Dẫn khí NH3 vào dung dịch Na2CO3
Điện phân với điện cực trơ, có màng ngăn các dung dịch sau: KCl, CuSO4,AgNO3, CuCl2, MgCl2, NiSO4, ZnCl2. Số dung dịch sau điện phân có pH
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
Điện phân dung dịch gồm NaCl và HCl (điện cực trơ, có màng ngăn). Trong quá trình điện phân, giá trị pH của dung dịch thu được so với dung dịch ban đầu là ?
A. Không thay đổi B. Giảm xuống
C. Tăng lên sau đó giảm xuống D. Tăng lên
Điện phân 200 mL dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/L với điện cực trơ. Sau một thời gian thu được dung dịch Y vẫn còn màu xanh, có khối lượng giảm 8 g so với dung dịch ban đầu. Cho 16,8 g bột sắt vào Y, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 12,4 g kim loại. Giá trị của x là bao nhiêu?
Điện phân V lít dung dịch CuCl2 0,5 M với điện cực trơ. Khi dừng điện phân thu được dung dịch X và 1,86 lít khí Cl2 (đkc) duy nhất ở anode. Toàn bộ dung dịch X tác dụng vừa đủ với 12,6 g Fe. Giá trị của V là bao nhiêu?
Tiến hành điện phân dung dịch CuSO4 với anode bằng đồng. Để hòa tan 100 g đồng ở anode trong 8 giờ thì cần cường độ dòng điện bằng bao nhiêu ampe? (Làm trong kết quả đến phần mười).
Để mạ 5,0 g bạc lên một đĩa sắt khi điện phân dung dịch chứa \({{\rm{[Ag(N}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}{\rm{]}}^{\rm{ + }}}\)với dòng điện có cường độ 1,5 A không đổi cần thời gian t phút.
Cho biết:
- Quá trình khử tại cathode: \({{\rm{[Ag(N}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}{\rm{]}}^{\rm{ + }}}\)+ 1e → Ag + 2NH3.
- Điện lượng q = It = ne. F, F = 96 500 C/mol.
Giá trị của t là bao nhiêu? (Làm trong kết quả đến phần mười).
Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ. Sau một thời gian, ở cathode thu được 1,28 g Cu và ở anode có V mL khí O2 (25oC, 1 bar) bay ra.
Giá trị của V là
A. 495,8. B. 124,0. C. 247,9. D. 743,7.
Trong quá trình điện phân KCl nóng chảy với các điện cực trơ, ở cathode xảy ra quá trình
A. oxi hóa ion Z. B. khử ion \({{\rm{K}}^{\rm{ + }}}\). C. oxi hóa ion \({\rm{C}}{{\rm{l}}^{\rm{ - }}}\). D. khử ion \({\rm{C}}{{\rm{l}}^{\rm{ - }}}\).
Trong quá trình mạ bạc cho một chiếc vòng bằng thép thì ở anode xảy ra quá trình
A. Ag → \({\rm{A}}{{\rm{g}}^{\rm{ + }}}\)+ 1e. B. Fe → \({\rm{F}}{{\rm{e}}^{{\rm{2 + }}}}\)+ 2e.
C. 2H2O → 4\({{\rm{H}}^{\rm{ + }}}\)+ O2 + 4e. D. C → \({{\rm{C}}^{{\rm{4 + }}}}\)+ 4e.
a) Kim loại càng mạnh thì thế điện cực chuẩn càng âm.
b) Khi tạo thành pin điện hoá, kim loại mạnh hơn sẽ đóng vai trò là cathode.
c) Điện phân dung dịch CuSO4, cứ thu được 1 moi Cu thì khối lượng dung dịch giảm 80 g.
d) Để bảo vệ đồ vật bằng kim loại, nên gắn chúng với những mảnh kim loại yếu hơn.
Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tiễn sản xuất và đời sống như luyện kim, tinh chế kim loại, mạ điện, … Em hãy cho biết phát biểu sau đúng hay sai bằng cách đánh dấu V vào bảng theo mẫu sau:
Phát biểu |
Đúng |
Sai |
a. Trong quá trình điện phân dung dịch, khối lượng dung dịch luôn giảm. |
||
b. Trong quá trình điện phân dung dịch, ở cathode luôn xảy ra quá trình khử. |
||
c.Trong quá trình điện phân dung dịch NaCl (điện cực trơ, có màng ngăn), pH của dung dịch tăng. |
||
d.Trong quá trình điện phân dung dịch, cathode luôn thu được kim loại. |
Trong công nghiệp, kim loại Al được sản xuất bằng phương pháp điện phân nóng chảy hỗn hợp Al2O3 và criolite theo sơ đồ như hình dưới đây.