Trả lời nhanh
Từ CaCl2 điều chế Ca bằng cách điện phân nóng chảy: CaCl2 → Ca + Cl2 (điều kiện: điện phân nóng chảy, nhiệt độ cao). Ở catot (−) ion Ca2+ bị khử thành kim loại Ca, ở anot (+) ion Cl− bị oxi hoá thành khí Cl2. Không dùng dung dịch CaCl2 vì nước sẽ bị điện phân thay cho Ca2+.
Phương trình điện phân nóng chảy CaCl2
CaCl2 (nóng chảy) → Ca + Cl2 (điều kiện: điện phân nóng chảy)
Đây là phản ứng oxi hoá – khử xảy ra nhờ dòng điện một chiều. Điện năng được chuyển thành hoá năng, buộc muối phân huỷ thành kim loại và phi kim.
Bán phản ứng ở hai điện cực
Khi nóng chảy, CaCl2 phân li hoàn toàn: CaCl2 → Ca2+ + 2Cl−. Các ion di chuyển về hai cực trái dấu.
| Điện cực | Ion tới | Quá trình | Sản phẩm |
|---|---|---|---|
| Catot (−) | Ca2+ | Khử: Ca2+ + 2e → Ca | Kim loại Ca |
| Anot (+) | Cl− | Oxi hoá: 2Cl− → Cl2 + 2e | Khí Cl2 |
Cộng hai bán phản ứng (số electron hai vế bằng nhau, đều là 2e) ta được phương trình tổng: Ca2+ + 2Cl− → Ca + Cl2, tức CaCl2 → Ca + Cl2.
Hiện tượng quan sát được
- Ở catot xuất hiện kim loại canxi màu trắng bạc (ở nhiệt độ cao, Ca tồn tại dạng lỏng nổi trên muối nóng chảy hoặc bám quanh điện cực).
- Ở anot thoát ra khí màu vàng lục, mùi xốc, độc – đó là khí clo.
Lưu ý: Ca rất hoạt động, dễ phản ứng với O2, H2O nên thực tế phải thu và bảo quản cẩn thận, không để tiếp xúc với nước.
Vì sao phải điện phân nóng chảy mà không điện phân dung dịch?
Ca là kim loại mạnh, đứng trước H trong dãy điện hoá và cả trước Al. Trong dung dịch, ở catot nước dễ bị khử hơn ion Ca2+:
2H2O + 2e → H2 + 2OH−
Vì vậy nếu điện phân dung dịch CaCl2 (có màng ngăn) thì phản ứng là:
CaCl2 + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑ + Cl2↑ (điện phân dung dịch, có màng ngăn)
Sản phẩm là Ca(OH)2, H2, Cl2 – không có kim loại Ca. Muốn có Ca phải loại nước, tức là điện phân muối nóng chảy.
Mẹo nhớ: các kim loại K, Na, Ca, Mg, Al (nhóm từ đầu dãy đến Al) chỉ điều chế bằng điện phân nóng chảy hợp chất của chúng.
Lỗi sai thường gặp
- Viết thiếu điều kiện “nóng chảy” hoặc ghi nhầm “dung dịch” nên sản phẩm sai.
- Nhầm cực: kim loại luôn sinh ra ở catot (cực âm, nơi xảy ra sự khử); khí clo sinh ra ở anot (cực dương, nơi xảy ra sự oxi hoá).
- Viết Ca + Cl2 → CaCl2 khi hỏi điều chế Ca: đó là phản ứng ngược (Ca cháy trong khí clo), không phải điều chế.
- Viết khí clo là Cl (nguyên tử) thay vì Cl2 (phân tử).
Ví dụ và bài luyện tập (số liệu tự đặt)
Bài 1. Điện phân nóng chảy hoàn toàn 55,5 gam CaCl2. Tính khối lượng Ca và thể tích khí Cl2 (đktc).
Giải: M(CaCl2) = 40 + 71 = 111 g/mol nên n = 55,5 : 111 = 0,5 mol. Theo phương trình, n(Ca) = n(Cl2) = 0,5 mol. Suy ra m(Ca) = 0,5 × 40 = 20 g; V(Cl2) = 0,5 × 22,4 = 11,2 lít.
Bài 2. Điện phân nóng chảy CaCl2 với hiệu suất 80%, thu được 8 gam Ca. Tính khối lượng CaCl2 ban đầu.
Giải: n(Ca) = 8 : 40 = 0,2 mol. Lượng CaCl2 cần theo lý thuyết là 0,2 mol, tức 0,2 × 111 = 22,2 g. Vì H = 80% nên khối lượng thực tế cần dùng = 22,2 : 0,8 = 27,75 g.
Bài 3. Điện phân nóng chảy CaCl2 với cường độ dòng điện 5 A trong 1930 giây. Tính khối lượng Ca thu được (hiệu suất 100%, F = 96500).
Giải: m = A·I·t / (n·F) = 40 × 5 × 1930 / (2 × 96500) = 386000 / 193000 = 2 g.
Tóm tắt cần nhớ
- Phương trình: CaCl2 → Ca + Cl2 (điện phân nóng chảy).
- Catot (−): Ca2+ + 2e → Ca; anot (+): 2Cl− → Cl2 + 2e.
- Điện phân dung dịch không thu được Ca mà thu Ca(OH)2, H2, Cl2.
Câu hỏi thường gặp
CaCl2 ra Ca bằng cách nào?
Điện phân nóng chảy CaCl2: CaCl2 → Ca + Cl2. Ca sinh ra ở catot, khí Cl2 thoát ra ở anot.
Điện phân dung dịch CaCl2 có thu được Ca không?
Không. Ở catot nước bị khử trước Ca2+ nên sinh H2 và OH−, sản phẩm là Ca(OH)2, H2 và Cl2.
Điện phân nóng chảy CaCl2 thì Ca ở cực nào?
Ca sinh ra ở catot (cực âm) vì ion Ca2+ nhận 2 electron: Ca2+ + 2e → Ca.
Khí thoát ra ở anot khi điện phân nóng chảy CaCl2 là gì?
Là khí clo Cl2, màu vàng lục, mùi xốc và độc, tạo ra từ quá trình 2Cl− → Cl2 + 2e.