Trả lời nhanh
Điện phân dung dịch KCl bão hoà, điện cực trơ, có màng ngăn xốp thì KCl “ra” KOH theo phương trình: 2KCl + 2H2O → 2KOH + H2↑ + Cl2↑. Khí H2 thoát ra ở catot, khí Cl2 thoát ra ở anot. Ion K+ không bị khử trong nước nên ở lại dung dịch cùng OH– tạo thành KOH.
Phương trình điện phân dung dịch KCl
2KCl + 2H2O → 2KOH + H2↑ + Cl2↑
Điều kiện: dòng điện một chiều, điện cực trơ (than chì hoặc Pt), dung dịch KCl có màng ngăn giữa hai điện cực. Đây là phản ứng oxi hoá – khử: Cl– bị oxi hoá, H2O bị khử.
Vì sao KCl lại cho ra KOH?
Trong dung dịch có các ion K+, Cl– và các phân tử H2O. Ta xét xem chất nào “nhường” hoặc “nhận” electron dễ hơn ở mỗi điện cực.
| Điện cực | Quá trình | Bán phản ứng |
|---|---|---|
| Catot (−): khử | K+ là ion kim loại mạnh nên không bị khử trong nước; H2O bị khử | 2H2O + 2e → H2 + 2OH– |
| Anot (+): oxi hoá | Cl– (gốc axit không chứa oxi) bị oxi hoá trước H2O | 2Cl– → Cl2 + 2e |
Cộng hai bán phản ứng, ở catot sinh ra OH– mà K+ vẫn còn nguyên, nên dung dịch quanh catot chứa KOH. Đó chính là lý do ta viết sản phẩm là KOH chứ không phải kim loại K.
Mẹo nhớ: các ion K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ không bị khử trong dung dịch nước, nên catot luôn thu H2 và OH–. Với anot, Cl–, Br–, I– bị oxi hoá trước nước; còn NO3–, SO42- thì không, khi đó nước bị oxi hoá thành O2.
Hiện tượng khi tiến hành thí nghiệm
- Ở catot có bọt khí không màu thoát ra (H2); nhỏ phenolphtalein vào vùng này thấy dung dịch chuyển hồng do có OH–.
- Ở anot có khí màu vàng lục, mùi xốc thoát ra (Cl2); giấy tẩm KI và hồ tinh bột đặt gần anot hoá xanh.
- Dung dịch dần có tính kiềm mạnh, pH tăng.
Điện phân không màng ngăn và điện phân nóng chảy thì sao?
Hai trường hợp này rất hay bị nhầm với phản ứng trên, nên cần phân biệt rõ.
| Trường hợp | Phương trình | Sản phẩm |
|---|---|---|
| Dung dịch, có màng ngăn | 2KCl + 2H2O → 2KOH + H2 + Cl2 | KOH, H2, Cl2 |
| Dung dịch, không màng ngăn | KCl + H2O → KClO + H2 | Nước Javen kiểu kali (KCl, KClO), H2 |
| KCl nóng chảy | 2KCl → 2K + Cl2 | Kim loại K, Cl2 |
Không có màng ngăn, Cl2 sinh ra tiếp xúc với KOH và phản ứng: Cl2 + 2KOH → KCl + KClO + H2O. Cộng gộp với phản ứng chính ta được KCl + H2O → KClO + H2. Muốn điều chế K kim loại thì phải điện phân KCl nóng chảy, không có nước.
Ứng dụng
Phản ứng này là nguyên lý của công nghiệp clo – kiềm (thường dùng NaCl, tương tự với KCl). Từ đó thu được KOH (xút kali), khí clo và hiđro. KOH dùng sản xuất xà phòng mềm, phân bón kali, pin kiềm; Cl2 dùng khử trùng nước, sản xuất chất tẩy trắng.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là K và Cl2 khi điện phân dung dịch – sai, K chỉ thu được khi điện phân nóng chảy.
- Quên ghi “có màng ngăn” nên không phân biệt được với tạo KClO.
- Ghi điện cực là kim loại tan (như Cu, Fe) – khi đó anot bị ăn mòn và sản phẩm khác; đề phải cho điện cực trơ.
- Quên cân bằng: cần hệ số 2 ở KCl, H2O và KOH.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Điện phân 200 mL dung dịch chứa 0,2 mol KCl (điện cực trơ, có màng ngăn) đến khi Cl– vừa hết. Tính thể tích khí thu được ở đktc và pH dung dịch sau điện phân (coi thể tích không đổi).
Đáp án: 2KCl + 2H2O → 2KOH + H2 + Cl2. Từ 0,2 mol KCl thu 0,2 mol KOH, 0,1 mol H2 và 0,1 mol Cl2. Tổng khí = 0,2 mol, tức 4,48 L. [OH–] = 0,2 : 0,2 = 1 M, nên pOH = 0 và pH = 14.
Bài 2. Điện phân 400 mL dung dịch KCl (dư Cl–, có màng ngăn) bằng dòng điện 1,93 A trong 1000 giây. Tính pH dung dịch sau điện phân.
Đáp án: ne = It/F = 1,93 × 1000 : 96500 = 0,02 mol. Mỗi mol electron ở catot sinh 1 mol OH–, nên n(OH–) = 0,02 mol. [OH–] = 0,02 : 0,4 = 0,05 M, pOH ≈ 1,30, pH ≈ 12,7.
Bài 3. Viết phương trình khi điện phân dung dịch KCl không có màng ngăn và giải thích sự khác biệt so với có màng ngăn.
Đáp án: KCl + H2O → KClO + H2. Khác biệt do Cl2 ở anot phản ứng với KOH ở catot khi hai sản phẩm không bị ngăn cách, tạo KCl và KClO.
Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Các phương trình hóa học thường gặp: tổng hợp hơn 300 phản ứng có cân bằng. Bài trước: Fe ra Fe3O4: Phương trình 3Fe + 2O2 → Fe3O4 và các cách điều chế. Bài sau: Ba + H2O → Ba(OH)2 + H2: phương trình, hiện tượng, bài tập.
Câu hỏi thường gặp
KCl tác dụng với H2O có ra KOH không?
KCl và H2O không tự phản ứng. Chỉ khi điện phân dung dịch KCl bằng điện cực trơ, có màng ngăn mới thu được KOH, H2 và Cl2.
Vì sao điện phân dung dịch KCl không thu được kim loại K?
K+ có tính oxi hoá rất yếu, nên ở catot nước bị khử trước, sinh H2 và OH-. Muốn thu K phải điện phân KCl nóng chảy.
Màng ngăn trong điện phân dung dịch KCl có tác dụng gì?
Màng ngăn không cho Cl2 ở anot tiếp xúc với KOH ở catot, tránh tạo KCl và KClO, nhờ đó thu được KOH tinh khiết hơn.
Hiện tượng nhận biết khí Cl2 ở anot là gì?
Khí màu vàng lục, mùi xốc, làm giấy tẩm KI và hồ tinh bột hoá xanh.