III. Tinh luyện kim loại bằng điện phân.

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



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng

Hình 13. Sơ đồ thiết bị bình điện phân

dùng catot đáy thủy ngân

1. Bình điện phân

2. Catot Hg

3. Cực calomen

4. Anot Pt

5. Đầu tiếp xúc

6. Máy khuấy

7. Ống dẫn khí

8. Nắp đậy.



Ví dụ: Tách Cd khỏi Zn.

Giả sử có dung dịch chứa lượng vết Zn 2+ bên cạnh lượng Cd2+. Để tách, người ta

dùng nền axit sunfuric loãng. Thêm vào 200ml dung dịch phân tích 4-5g hidrazin sunfat (để

loại oxi hòa tan trong dung dịch). Tiến hành điện phân với điện cực AgCl là điện cực so

sánh để kết tủa thực tế hoàn toàn Cd vào Hg. Để xác định lượng vết Cd đó, sau khi kết thúc

điện phân, ta rửa sạch catot bằng nước cất rồi khuấy lớp thủy ngân đó với dung dịch Hg 2+

loãng, toàn bộ Cd hòa tan trong Hg sẽ chuyển vào trong dung dịch theo phản ứng:

Cd + Hg2+→ Cd2+ + Hg

Sau đó xác định lượng Cd2+ trong dung dịch trên bằng phương pháp cực phổ.

IV.3. Phương pháp chuẩn độ điện lượng.

Đây không phải là phương pháp chuẩn độ thường dùng buret để đựng dung dịch

chuẩn. Tuy vậy, trong phương pháp này người ta vẫn thường sử dụng phản ứng hóa học để

xác định các chất, trong đó ta dùng phương pháp điện phân để điều chế thuốc thử R, thuốc

thử này phản ứng hóa học với chất cần phân tích X theo phản ứng hóa học: R+ X → RX

Biết được điện lượng điều chế thuốc thử R, ta tính được hàm lượng của X với điều

kiện các phản ứng xảy ra định lượng. Trong phương pháp này, người ta thường sử dụng

phương pháp điện phân khi cường độ dòng không đổi để việc xác định điện lượng được

đơn giản và dễ dàng. Vấn đề quan trọng là chọn thuốc thử sao cho hiệu suất điện phân là

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



19



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



100% đối với việc điều chế thuốc thử R và xác định thời điểm phản ứng giữa thuốc thử R

và chất cần phân tích X vừa kết thúc.

V. Đúc điện.

V.1. Tác dụng.

Đúc điện (kết tủa điện phân kim loại): để chế tạo những sản phẩm có hình dạng phức

tạp và thành mỏng (khuôn ép tinh vi, bản kẽm in, mạch điện tử…)

V.2. Đặc điểm.

Trước tiên, ta làm khuôn của vật định đúc bằng sáp ong hay bằng một chất khác dễ

nặn, rồi quét lên đó một lớp than chì (graphit) mỏng để cho bề mặt khuôn trở nên dẫn điện.

Khuôn này được dùng làm cực âm, còn cực dương thì bằng kim loại mà ta muốn đúc và

dung dịch điện phân là muối của kim loại đó.

Khi đặt một hiệu điện thế vào 2 điện cực đó, kim loại sẽ kết thành một lớp trên

khuôn đúc, dày hay mỏng là tùy thuộc vào thời gian điện phân. Sau đó người ta tách lớp

kim loại ra khỏi khuôn và được vật cần đúc. Muốn vậy, người ta chế tạo mẫu vật, chẳng

hạn bằng nhôm rồi mạ lên nó lớp đồng có chiều dày cần thiết, sau đó hòa tan mẫu vật trong

axit clohidric hay kiềm, nhôm tan đi để lại sản phẩm bằng đồng có hình dạng và chiều dày

mong muốn.

VI. Gia công điện phân qua ống hình.

VI.1. Giới thiệu.

Gia công điện phân qua ống hình là phương pháp gia công điện phân trong đó sử

dụng dung dịch điện phân axit. Phương pháp này được phát triển và hoàn thiện bởi General

Electric Aircraft Engine Group để gia công lỗ có tỉ lệ giữa chiều sâu và đường kính lớn.

Loại lỗ này khó hoặc không thể gia công bằng khoan thông thường cũng không gia công

điện hóa thông thường được vì phương pháp điện hóa thông thường tạo ra chất kết tủa

không tan làm ngăn cản quá trình gia công. Để giải quyết khó khăn đó, phương pháp gia

công điện phân qua ống hình sử dụng chất điện phân axit do đó hòa tan kim loại thành dung

dịch thay cho việc tạo ra chất kết tủa.

VI.2. Đặc điểm.

Tương tự như hệ thống gia công điện phân thông thường, hệ thống này dùng điện áp

một chiều có điện áp thấp để tạo ra phản ứng điện phân giữa anot (phôi) và catot dụng cụ.

Hệ thống gia công này có những đặc biệt sau:

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



20



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



- Độ cứng vững của hệ thống thấp hơn hệ thống gia công điện phân thông thường.

- Hệ thống phải chịu được axit.

- Cần phải đảo chiều dòng điện định kỳ vì chất điện phân làm tăng xu hướng mạ

trên catot (dụng cụ) kim loại gia công.



Hình 14. Sơ đồ hệ thống gia công điện phân qua ống hình.

Máy dùng cho điện phân qua ống hình phải có một hệ thống che kín để tránh bắn tóe

chất điện phân. Thêm vào đó, máy cũng có hệ thống thông khí để thông khí H 2 sinh ra trong

quá trình điện phân. Ngoài ra, máy phải có dụng cụ để đo nồng độ chất điện phân.

Catot trong gia công điện phân qua ống hình có vai trò tương tự như mũi khoan và

được làm bằng titan nguyên chất. Để đảm bảo độ chính xác gia công định kỳ cần nắn thẳng

và mài lại catot. Đồ gá kẹp chi tiết và dẫn hướng catot thường làm bằng titan nguyên chất

để khi tiếp xúc với axit sẽ tạo ra một lớp bảo vệ trên bề mặt. Kẹp catot được làm bẳng thép

không gỉ và phải đảm bảo dẫn điện vào catot. Các ống dẫn axit vào trong catot lằm bằng

nhựa Lexan hay acrylic.

VI.3. Ưu điểm.

- Có thể gia công đồng thời nhiều lỗ rất sâu.

- Có thể gia công với vật liệu rất cứng với lỗ có hình dạng bất kỳ, như ý muốn.

- Không cần phải có người điều khiển vì quá trình điện phân tự xảy ra bên trong.

- Không làm cháy hay hỏng tổ chức tế vi lớp bề mặt.

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



21