cucl2 ra cu: phương trình CuCl2 → Cu + Cl2, đếm Cu 1 và Cl 2
Lớp 12Hóa học

Điện phân CuCl2 ra Cu: CuCl2 → Cu + Cl2 (điều kiện, hiện tượng, bài tập)

Trả lời nhanh

Phương trình điện phân: CuCl2 → Cu + Cl2 (điều kiện: dòng điện một chiều, điện cực trơ). Ở catot (−), ion Cu2+ bị khử thành Cu màu đỏ bám vào điện cực; ở anot (+), ion Cl− bị oxi hoá thành khí Cl2 màu vàng lục, mùi xốc. Ngoài điện phân, có thể cho kim loại mạnh hơn Cu như Fe, Zn tác dụng với CuCl2 để thu Cu.

Phương trình điện phân CuCl2

CuCl2 điện phân dung dịch→ Cu + Cl2

  • Điều kiện: có dòng điện một chiều chạy qua dung dịch CuCl2, dùng điện cực trơ (graphit hoặc platin).
  • Hiện tượng: catot có lớp kim loại màu đỏ gạch bám vào; anot có khí màu vàng lục thoát ra, mùi xốc, độc; màu xanh của dung dịch nhạt dần vì Cu2+ giảm.
  • Loại phản ứng: oxi hoá – khử, xảy ra nhờ năng lượng điện (không tự xảy ra).

Cơ chế ở từng điện cực

CuCl2 phân li trong nước: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl−. Khi có dòng điện, các ion di chuyển về hai cực trái dấu.

Điện cực Ion di chuyển tới Quá trình Bán phản ứng
Catot (−) Cu2+ Khử Cu2+ + 2e → Cu
Anot (+) Cl− Oxi hoá 2Cl− → Cl2 + 2e

Cộng hai bán phản ứng ta được: Cu2+ + 2Cl− → Cu + Cl2, tức CuCl2 → Cu + Cl2.

Sơ đồ điện phân dung dịch CuCl2 với catot sinh Cu và anot sinh Cl2
Sơ đồ điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ

Vì sao nước không tham gia?

Ở catot, Cu2+ có tính oxi hoá mạnh hơn nước nên nhận electron trước, không có khí H2 thoát ra. Ở anot, ion Cl− (không chứa oxi) bị oxi hoá dễ hơn H2O nên khí thu được là Cl2, chưa phải O2.

Nếu tiếp tục điện phân sau khi Cu2+ đã hết, nước mới bị điện phân ở catot: 2H2O + 2e → H2 + 2OH−. Đây là điểm hay gặp trong bài tập “điện phân đến khi…”.

Điện phân CuCl2 nóng chảy

CuCl2 nóng chảy cũng cho cùng sản phẩm: CuCl2 → Cu + Cl2. Khác biệt là không có nước nên chỉ còn hai ion Cu2+ và Cl− đi về hai cực, không có phản ứng phụ.

Các cách khác để thu Cu từ CuCl2

Phương pháp thuỷ luyện: dùng kim loại đứng trước Cu trong dãy hoạt động hoá học đẩy Cu ra khỏi dung dịch muối.

  • Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu↓ (đinh sắt phủ lớp đồng đỏ, dung dịch nhạt màu xanh).
  • Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu↓

Lưu ý không dùng Na, K, Ca, Ba vì các kim loại này phản ứng với nước trước, tạo Cu(OH)2 chứ không tạo Cu.

Cách tính định lượng

Dùng công thức Faraday: m = A·I·t / (n·F), với F ≈ 96500 C/mol. Cách nhanh hơn: tính số mol electron trao đổi ne = I·t / 96500, rồi suy ra nCu = nCl2 = ne/2.

Ví dụ 1

Điện phân dung dịch CuCl2 (điện cực trơ) với cường độ 5 A trong 1930 giây. Tính khối lượng Cu ở catot và thể tích Cl2 ở đktc (giả sử CuCl2 còn dư).

  • ne = 5 × 1930 / 96500 = 0,1 mol.
  • nCu = nCl2 = 0,05 mol.
  • mCu = 0,05 × 64 = 3,2 g; VCl2 = 0,05 × 22,4 = 1,12 lít.

Ví dụ 2

Điện phân hoàn toàn 200 mL dung dịch CuCl2 0,5M (điện cực trơ). Tính khối lượng catot tăng và thể tích khí ở anot (đktc).

  • nCuCl2 = 0,2 × 0,5 = 0,1 mol.
  • Khối lượng catot tăng = mCu = 0,1 × 64 = 6,4 g.
  • VCl2 = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết thêm H2O vào phương trình điện phân dung dịch CuCl2 (chỉ cần khi Cu2+ đã hết).
  • Nhầm khí ở anot là O2; thực tế là Cl2 khi còn Cl−.
  • Quên ghi điều kiện “điện phân”; viết như phản ứng tự xảy ra.
  • Nhầm dấu điện cực: catot nối cực âm (khử), anot nối cực dương (oxi hoá).

Mẹo nhớ: “Catot khử – Anot oxi hoá” (chữ cái đầu: K – A cùng nghĩa với khử – anot, hoặc nhớ “Cation về Catot”).

Bài luyện tập

  1. Điện phân dung dịch CuCl2 với I = 2,0 A trong 4825 giây (điện cực trơ, CuCl2 dư). Tính khối lượng Cu thu được.
    Đáp án: ne = 2 × 4825 / 96500 = 0,1 mol; nCu = 0,05 mol; m = 3,2 g.
  2. Sau khi điện phân dung dịch CuCl2, catot tăng 1,92 g. Tính thể tích Cl2 (đktc).
    Đáp án: nCu = 1,92/64 = 0,03 mol = nCl2; V = 0,03 × 22,4 = 0,672 lít.
  3. Nhúng thanh Fe vào dung dịch chứa 0,1 mol CuCl2 cho phản ứng hoàn toàn. Tính khối lượng Cu sinh ra.
    Đáp án: Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu; nCu = 0,1 mol; m = 6,4 g.

Câu hỏi thường gặp

Điện phân dung dịch CuCl2 thu được những sản phẩm nào?

Ở catot thu được kim loại đồng (Cu) màu đỏ, ở anot thu được khí clo (Cl2) màu vàng lục. Phương trình: CuCl2 → Cu + Cl2.

Vì sao khi điện phân dung dịch CuCl2 không thấy khí H2 ở catot?

Vì ion Cu2+ có tính oxi hoá mạnh hơn nước nên bị khử trước. Chỉ khi Cu2+ đã hết, nước mới bị khử và sinh H2.

Ngoài điện phân, còn cách nào để điều chế Cu từ CuCl2?

Dùng kim loại hoạt động hơn Cu nhưng không phản ứng với nước ở điều kiện thường, như Fe hoặc Zn, để đẩy Cu ra khỏi dung dịch. Ví dụ: Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu.

Công thức tính khối lượng Cu thu được khi điện phân là gì?

Tính n_e = I.t/96500, sau đó n_Cu = n_e/2 và m_Cu = n_Cu x 64. Hoặc dùng công thức Faraday m = A.I.t/(n.F).

Bài học liên quan