II. Điện phân sản xuất.

Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



0



Catot: 2Al3+ + 6e → 2Al

3

Anot: 3O 2- → O 2 + 6e

2



dpnc

→

Hay: Al2O3  4Al + 3O2↑

criolit



Hình 8. Sơ đồ thùng điện

phân Al2O3 nóng chảy.



+ Các kim loại kiềm được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy hidroxit hoặc muối

clorua của chúng trong điều kiện không cho sản phẩm tiếp xúc với không khí. Riêng kim

loại kiềm thổ, thực tế chỉ điện phân muối clorua.

dpnc

2MOH  2M +1/2 O2↑ + H2O↑ (M = Na, K,…)

→

dpnc

2MClx  2M + xCl2 (x = 1,2)

→

Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaOH.

NaOH → Na + + OH -



Catot: 2Na + + 2e → 2Na



1

2



Anot: 2OH → O 2 ↑ + H 2 O + 2e



1

2



Hay: 2NaOH → 2Na + O 2 ↑ + H 2O

Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaCl.

NaCl → Na + + Cl1

Catot: Na + + 1e → Na

Anot: Cl- → Cl2 ↑ + 1e

2

1

dpnc

→

Hay: NaCl  Na + Cl 2 ↑

2



II.1.2. Điện phân dung dịch.

Dùng để điều chế các kim loại hoạt động trung bình và yếu: Fe, Cu, Ag,… và nước

trong dung dịch đóng vai trò để các cation và anion di chuyển về các điện cực, đôi khi tham

gia vào phản ứng điện cực. Tuy nhiên, thực tế người ta ít dùng điện phân, thay vào đó là

nhiệt luyện.

- Một lượng lớn xút, khí clo, khí oxi, khí hidro, các hợp chất chứa oxi của clo

(hypoclorit, clorat) được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch.

+ Xút và khí clo được sản xuất từ nguyên liệu vô cùng rẻ là muối ăn.

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



14



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



NaCl → Na + + ClCatot: 2H 2 O + 2e → H 2 ↑ + 2OH Anot: 2Cl- → Cl 2 ↑ + 2e

dpdd

Hay: 2NaCl + 2H2O → Cl2↑ + H2↑ + 2NaOH

co mang ngan



Hình 9. Điện phân dung dịch

NaCl có màng ngăn.



Với điện phân có màng ngăn, hai sản phẩm thu được đồng thời với NaOH là Cl 2 và

H2. Với điện phân không có màng ngăn, sản phẩm tạo thành là nước Gia- ven có ý nghĩa

trong đời sống sinh hoạt và công nghiệp giấy, vải,…



Hình 10. Nước Gia- ven.



Ưu điểm:

- Công nghệ đơn giản.

- Sử dụng nguyên liệu và năng lượng toàn diện hơn.

- Tạo được sản phẩm có giá trị và độ sạch cao.

Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều năng lượng.

+ Bên cạnh phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng được dùng rất phổ

biến, oxi cùng với hidro có thể điều chế bằng cách điện phân nước. Về bản chất, nước

nguyên chất không bị điện phân do điện trở quá lớn. Do vậy, muốn điện phân nước cần cho

vào thêm các chất điện li mạnh như: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh,…

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



15



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



dp

2H2O  2H2↑ + O2↑

→

+ Phương pháp điện phân còn được dùng để điều chế nước oxi già, các hợp chất



feroxit, pemanganat, mangan đioxit,…



Hình 11. Nước oxi già.



Điện phân dung dịch H2SO4 50% hoặc dung dịch (NH4)2SO4 trong H2SO4 với mặt

của dòng điện lớn và điện cực platin ở nhiệt độ 5- 10 oC. Tuy cơ chế chi tiết của quá trình

điện phân vẫn chưa biết rõ hoàn toàn, nhưng cơ chế chung như sau:

22HSO-4 € S2 O8 + 2H + + 2e



2SO 2- ƒ

4



2S2 O8 + 2e



Axit peoxitdi sufuric (H2S2O8) được tạo nên khi điện phân sẽ kết hợp với nước tạo

H 2S2 O8 + 2H 2 O ƒ 2H 2SO 4 + H 2O 2

thành H2O2:

Chưng cất hỗn hợp thu được ở áp suất thấp sẽ thu được dung dịch H 2O2 loãng.



Nhược điểm: nguyên liệu đắt và tốn nhiều điện năng.

II.2. Tổng hợp các chất hữu cơ.

Tổng hợp các chất hữu cơ bằng phương pháp điện phân là một lĩnh vực được nhiều nhà

khoa học quan tâm và đã có rất nhiều công trình công bố.

II.2.1.Ưu điểm.

- Tiết kiệm hóa chất, dễ điều khiển, phản ứng xảy ra trong điều kiện nhiệt độ và áp

suất bình thường.

- Sản phẩm tạo ra có độ tinh khiết cao, độ chọn lọc cao, do đó giá thành rẻ, hiệu quả

kinh tế cao.

II.2.2. Điện phân theo phương pháp Kolbe.

Điện phân Kolbe hay phản ứng Kolbe là một phương pháp tổng hợp chất hữu cơ- đầu tiên

bằng phương pháp điện phân và được đặt tên theo Adolph Wilhelm Hermann Kolbe.

Hình 12. Adolph Wilhelm Hermann Kolbe

( 1818- 1884.)



Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



16



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



Phân li trong dung dịch: RCOONa → RCOO- + Na+

Phản ứng điện cực:



II.2.3. Các hợp chất hữu cơ khác.

Ngày nay, người ta đã tiến hành tổng hợp các chất hữu cơ bằng phương pháp điện

phân, trên catot khử các hợp chất có liên kết đôi hoặc liên kết ba để tạo ra các hợp chất có

polime hoặc là no hóa các hidrocacbua không no; khử hóa các hợp chất nitro…Trên anot

tiến hành các phản ứng oxi hóa, phản ứng thế, phản ứng kết hợp. Phản ứng flo hóa:

C2H6 + 12 F− → C2F6 + 6HF + 12e

Tuy nhiên cho đến nay, phương pháp điện phân dùng để tổng hợp chất hữu cơ vẫn

chưa được sử dụng rộng rãi.

III. Tinh luyện kim loại bằng điện phân.

Tinh luyện một số kim loại: Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au…

Nguyên tắc: Dùng ngay kim loại cần tinh chế làm anot. Khi điện phân kim loại anot

bị hòa tan chuyển vào dung dịch và lại kết tủa trên catot dưới dạng tinh khiết (tạp chất hoặc

chất không tan chuyển thành bùn anot, hoặc tan chuyển vào dung dịch nhưng không kết tủa

ở catot).

Luyện kẽm thông dụng nhất là điện phân dung dịch ZnSO4. Sản phẩm Zn thu được

có thể đạt 99,99%. Do quá thế của H2 trên Zn rất cao nên Zn có thể kết tủa trong môi trường

axit với hiệu suất rất cao. Tuy nhiên, ở một số vị trí, quá thế (*) hidro thấp, nên sự có mặt

các tạp chất, chúng sẽ kết tủa đồng thời với Zn như: Cu, Bi, Ge và Sb không chỉ làm giảm

hiệu suất dòng mà còn ngăn không cho Zn kết tủa. Vì vậy mục đích xử lý quặng Zn là để

tạo ra dung dịch kẽm sunfat không có tạp chất ảnh hưởng không tốt đến phản ứng catot.

Đồng được sản xuất bằng các quá trình luyện kim chứa nhiều tạp chất. Tạp chất ảnh

hưởng xấu đến tính chất cơ, điện của Cu. Phương pháp điện phân tinh luyện sẽ cải thiện

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



17



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



tính chất điện của Cu. Lý do thứ hai của điện phân tinh luyện là tách các kim loại quý như

Au, Ag, Pt, Pd. Các kim loại tạp chất có mặt ở anot đồng, như Fe, Zn cũng bị oxi hóa thành

Fe2+ và Zn2+ trong dung dịch song chúng không bị khử ở catot tại thế khử đồng. Các kim

loại có thế dương điện hơn như vàng, bạc không bị oxi hóa anot và đọng lại ở đáy bình điện

phân khi anot đồng bị hòa tan. Bằng cách này đồng đạt độ tinh khiết là 99,5%.

IV. Tách và phân tích các chất trong hỗn hợp.

Phương pháp điện phân là một trong các phương pháp được dùng trong phân tích và

có tầm quan trọng nhất định. Bởi phương pháp điện phân cho kết quả chính xác, thời gian

phân tích không kéo dài và có khả năng khống chế cho phép tách đơn giản nhiều ion cùng

có mặt.

IV.1. Phương pháp phân tích điện khối lượng.

Trong phân tích điện khối lượng, người ta tiến hành điện phân dung dịch phân tích

trong các điều kiện thích hợp để thực tế toàn bộ ion chất cần phân tích bị điện phân kết tủa

định lượng lên bề mặt điện cực làm việc. Trước khi điện phân, ta cân điện cực làm việc.

Sau khi điện phân, đem rửa, sấy và cân lại điện cực có kết tủa bám vào. Dựa vào khối lượng

kết tủa sẽ tính hàm lượng chất cần phân tích.

Phương pháp điện khối lượng thường được sử dụng để định lượng các ion kim loại

có hoạt tính điện hóa và trong một số trường hợp cần dùng để xác định một số anion có khả

năng kết tủa điện hóa trên bề mặt điện cực làm việc. Điện cực làm việc thường có dạng

hình trụ lưới bằng platin đôi khi bằng bạc. Cực phụ trở thường là một dây thường là một

dây Pt dạng lò xo hoặc dạng thanh có kích thước nhỏ.

IV.2. Tách bằng phương pháp điện phân.

Thủy ngân là điện cực làm việc có rất nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi trong

phân tích điện hóa. Ưu điểm: có thể tạo hỗn hống với nhiều kim loại nên việc điện phân các

ion kim loại đó dùng catot thủy ngân rất dễ dàng; điện cực Hg dễ được làm sạch, dễ chuẩn

bị, có bề mặt rất đồng nhất nên các phép đo với các loại điện cực này có độ lặp rất cao; hóa

thế hidro trên điện cực rất lớn, nên khoảng thế để điện phân các ion kim loại và nhiều chất

vô cơ cũng như hữu cơ là rất rộng. Tách trong trường hợp này là tách kim loại đã được hòa

tan trong thủy ngân tạo thành hỗn hống mà không chuyển vào dung dịch nữa. Sau đó cho

thủy ngân bay hơi sẽ thu được các kim loại, nhất là kim loại quý tinh khiết như vàng, bạc…



Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



18