Tổng kết chương/chủ đề
Anode luôn oxi hóa, cathode luôn khử; dấu cực khác nhau giữa pin galvanic và điện phân. Cân bằng electron trước khi cộng bán phản ứng. Điện phân cần xét nước, vật liệu điện cực và giai đoạn cạn ion; sau đó dùng n_e=It/F. Thế điện cực không nhân theo hệ số bán phản ứng.
Mục lục bài học
Hóa học 12 – Oxi hóa khử và pin điện hóa
Mục tiêu và kiến thức nền
Xác định chất cho/nhận electron, ghép hai bán phản ứng và giải thích pin. Oxi hóa là nhường electron, số oxi hóa tăng; khử là nhận electron, số oxi hóa giảm. Chất oxi hóa bị khử, chất khử bị oxi hóa.
Cân bằng và cặp oxi hóa–khử
Viết dạng oxi hóa + ne⁻ ⇌ dạng khử cho từng cặp. Cân bằng nguyên tử và điện tích trong môi trường đã cho; tổng electron nhường bằng tổng electron nhận. Trong dung dịch acid, có thể dùng H⁺, H₂O để cân bằng O,H; trong kiềm cần chuyển về OH⁻ phù hợp. Không chỉ cân bằng số nguyên tử mà bỏ điện tích.
Pin và thế điện cực
Pin điện hóa tự phát chuyển hóa hóa năng thành điện năng. Anode xảy ra oxi hóa, cathode xảy ra khử; trong pin galvanic anode âm và cathode dương. Electron đi trong mạch ngoài từ anode tới cathode; cầu muối giúp duy trì cân bằng điện tích bằng chuyển động ion, không dẫn electron qua dung dịch như dây kim loại.
Theo thế khử chuẩn, E°pin=E°cathode−E°anode. E°pin>0 cho biết xu hướng tự phát của phản ứng theo chiều viết ở điều kiện chuẩn phù hợp; không nhân thế điện cực với hệ số khi nhân bán phản ứng. Thế chuẩn mô tả điều kiện quy ước, không thay cho mọi điều kiện nồng độ thực; tốc độ và lớp thụ động cũng có thể ảnh hưởng hiện tượng.
Phương pháp, lỗi thường gặp và ghi nhớ
Chọn cặp có thế khử cao hơn làm chiều khử nếu xét pin chuẩn tự phát; đảo chiều bán phản ứng còn lại; nhân số electron rồi cộng phản ứng. Đối chiếu khối lượng điện cực: kim loại bị oxi hóa thường giảm, ion được khử bám điện cực có thể tăng. Anode luôn oxi hóa và cathode luôn khử; dấu điện cực phụ thuộc pin hay điện phân.
Luyện tập bài này
Hóa học 12 – Điện phân và định luật Faraday
Mục tiêu và kiến thức nền
Dự đoán sản phẩm điện phân dựa môi trường, ion và vật liệu điện cực; tính lượng chất theo điện lượng. Điện phân dùng nguồn điện để thúc đẩy phản ứng không tự diễn ra theo cùng chiều trong điều kiện xét.
Điện cực và môi trường
Trong bình điện phân, cathode âm xảy ra khử, anode dương xảy ra oxi hóa. Điện phân nóng chảy khác dung dịch vì dung dịch còn nước cạnh tranh phản ứng. Kim loại hoạt động mạnh như Na không thu được bằng điện phân dung dịch muối thông thường: nước bị khử tạo H₂ và OH⁻ thay vì Na⁺ tạo Na. Với anode trơ, anion hoặc nước có thể bị oxi hóa; với anode tan như Cu trong điều kiện phù hợp, chính điện cực có thể nhường electron.
Không dùng một thứ tự phóng điện cứng cho mọi hệ: sản phẩm còn phụ thuộc nồng độ, điện cực, quá thế và điều kiện nêu trong học liệu. Trong mô hình phổ thông, cần ghi rõ các giả thiết như điện cực trơ, dung dịch chứa ion nào, có màng ngăn và có phản ứng tiếp theo hay không.
Định luật định lượng
Q=It, Q tính C, I tính A, t tính s. Số mol electron n_e=Q/F với F≈96485 C/mol. Nếu mỗi mol sản phẩm cần z mol electron, n_sp=It/(zF); m=MIt/(zF) khi hiệu suất dòng 100%. Có hiệu suất η thì lượng sản phẩm hữu ích bằng η lần giá trị lí thuyết. Nếu ion đã hết trước thời gian kết thúc, phải chia giai đoạn và viết phản ứng mới.
Phương pháp và lỗi thường gặp
Lập hai cột cathode/anode; ghi bán phản ứng có electron; tính electron có thể dùng; so với lượng ion ban đầu; xác định thời điểm chuyển giai đoạn; cộng sản phẩm và xét khí thoát, điện cực tan, kết tủa phụ. Khối lượng dung dịch đổi do mọi chất vào/ra, không chỉ kim loại bám cathode. Đừng lấy hệ số electron của ion tại anode áp cho sản phẩm cathode.
Ghi nhớ
Xác định phản ứng trước, dùng Faraday sau. Cùng điện lượng đi qua hai điện cực nhưng số mol các sản phẩm có thể khác nhau.