Điện phân & Đồ thị điện phân
Tài liệu Điện phân & Đồ thị điện phân trong Kho Tài Liệu Vàng LUKATO.
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
DAILY CONCEPT PAPER · VIETNAMESE HIGH SCHOOL · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 05 · Điện phân & Đồ thị
01 / 15
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 05 VÔ CƠ
Điện phân &
Đồ thị
điện phân
Bản chất điện phân · Thứ tự phóng điện tại Anode và Cathode · Định luật Faraday n_e = It/F · Phân tích khúc gãy đồ thị · Sự thay đổi pH
Chào mừng em đến với dạng bài Vận dụng cao (9-10 điểm) "khét tiếng" nhất của Hóa học 12. Nếu Pin điện hóa (Chủ đề 02) là quá trình tự phát sinh ra điện, thì Điện phân là quá trình ta "ép" các phản ứng hóa học không tự diễn biến phải xảy ra bằng cách cung cấp dòng điện một chiều.
Trong đề thi THPTQG những năm gần đây, Bộ GD&ĐT rất thích ra Bài toán Đồ thị điện phân . Học sinh thường hoảng sợ khi nhìn thấy những đường gấp khúc. Nhưng đừng lo, trong Chủ đề 05 này, LUKATO AI sẽ hướng dẫn em cách "đọc vị" từng khúc gãy của đồ thị, kết hợp với Định luật Faraday để giải quyết bài toán một cách mượt mà nhất!
Đối tượng
Lớp 12 THPTQG 2026
Thời lượng
15 phút đọc xuôi 1 lần
Số trang
15 trang 6 khái niệm + 4 tổng kết
HÔM NAY EM SẼ HỌC 6 khái niệm · 4 trang tổng kết
1 Bản chất của Điện phân Anode (+) và Cathode (-) ngược với Pin TR.02
2 Thứ tự phóng điện tại Cathode (-) Cation kim loại và sự tham gia của H_2O TR.03
3 Thứ tự phóng điện tại Anode (+) Anion gốc axit và sự tham gia của H_2O TR.04
4 Định luật Faraday & Bảo toàn e Công thức vàng n_e = It/F TR.05-06
5 Đồ thị điện phân (Khúc gãy) Cách đọc đồ thị n_{khí} theo thời gian t TR.07-09
6 Sự thay đổi pH trong điện phân Môi trường axit hay base? TR.10-11
✓ Tổng kết Bảng sản phẩm · 10 công thức · 5 sai lầm TR.12-15
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 05 · KHÁI NIỆM 1 · BẢN CHẤT ĐIỆN PHÂN · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 05 · Điện phân & Đồ thị
02 / 15
01 KHÁI NIỆM 1/2 · BẢN CHẤT CỦA SỰ ĐIỆN PHÂN
Bình điện phân — "ép phản ứng xảy ra bằng điện"
Điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li. Lưu ý lớn nhất: Dấu của các điện cực bị đảo ngược so với Pin điện hóa!
⦿ Dấu của các điện cực
Trong bình điện phân, các điện cực được nối với nguồn điện ngoài:
- Anode (Cực Dương, +): Nối với cực dương của nguồn. Thu hút các Anion (ion âm). Tại đây xảy ra sự Oxi hóa (nhường e).
- Cathode (Cực Âm, -): Nối với cực âm của nguồn. Thu hút các Cation (ion dương). Tại đây xảy ra sự Khử (nhận e).
Thần chú bất diệt: "An-Ox, Ca-Khử" vẫn luôn đúng! Chỉ có dấu (+/-) là ngược với Pin điện hóa.
⚠ Sự di chuyển của Electron
Nguồn điện đóng vai trò như một "máy bơm electron". Nó hút electron từ Anode (+) và bơm electron sang Cathode (-) . Do đó, dòng electron ở mạch ngoài chạy từ Anode sang Cathode.
FIG.01 · Ion âm chạy về cực Dương, Ion dương chạy về cực Âm
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 05 · KHÁI NIỆM 1 · THỨ TỰ TẠI CATHODE · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 05 · Điện phân & Đồ thị
03 / 15
01 KHÁI NIỆM 2/2 · THỨ TỰ PHÓNG ĐIỆN TẠI CATHODE (-)
Tại Cathode (-) — "Ai mạnh hơn thì nhận e trước"
Tại Cathode (cực âm) tập trung các Cation kim loại (M^{n+}) và cả phân tử Nước (H_2O). Quá trình xảy ra là sự Khử (nhận electron). Ion nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ được ưu tiên nhận electron trước.
⦿ Quy tắc điện phân tại Cathode
- Các cation từ Zn^{2+} đến Ag^+: Bị khử thành kim loại bám vào điện cực.
Cu^{2+} + 2e \to Cu
- Các cation từ Al^{3+} trở về trước (K^+, Na^+, Ca^{2+}, Ba^{2+}): KHÔNG bị điện phân trong dung dịch. Thay vào đó, Nước (H_2O) sẽ bị khử.
2H_2O + 2e \to H_2\uparrow + 2OH^-
Thứ tự ưu tiên: Tính oxi hóa càng mạnh \to Điện phân càng sớm.
Ag^+ > Fe^{3+} > Cu^{2+} > H^+ > Pb^{2+} > Fe^{2+} > Zn^{2+} > H_2O.
FIG.02 · Quá trình Khử tại Cathode (-)
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 05 · KHÁI NIỆM 2 · THỨ TỰ TẠI ANODE · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 05 · Điện phân & Đồ thị
04 / 15
02 KHÁI NIỆM 1/2 · THỨ TỰ PHÓNG ĐIỆN TẠI ANODE (+)
Tại Anode (+) — "Gốc axit có Oxi thì nhường chỗ cho Nước"
Tại Anode (cực dương) tập trung các Anion gốc axit và phân tử Nước (H_2O). Quá trình xảy ra là sự Oxi hóa (nhường electron). Ion nào có tính khử mạnh hơn sẽ ưu tiên nhường electron trước.
⦿ Quy tắc điện phân tại Anode
- Các anion gốc axit KHÔNG có oxi (S^{2-}, I^-, Br^-, Cl^-): Bị oxi hóa thành đơn chất tương ứng.
2Cl^- \to Cl_2\uparrow + 2e
- Các anion gốc axit CÓ oxi (NO_3^-, SO_4^{2-}, CO_3^{2-}): KHÔNG bị điện phân. Thay vào đó, Nước (H_2O) sẽ bị oxi hóa.
2H_2O \to O_2\uparrow + 4H^+ + 4e
Thứ tự ưu tiên: Tính khử càng mạnh \to Điện phân càng sớm.
S^{2-} > I^- > Br^- > Cl^- > RCOO^- > OH^- > H_2O.
FIG.03 · Quá trình Oxi hóa tại Anode (+)
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 05 · KHÁI NIỆM 2 · ĐỊNH LUẬT FARADAY · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 05 · Điện phân & Đồ thị
05 / 15
02 KHÁI NIỆM 2/2 · ĐỊNH LUẬT FARADAY & BẢO TOÀN ELECTRON
Định luật Faraday — "Công thức vàng n_e = It/F"
Để tính toán chính xác khối lượng chất thoát ra ở các điện cực, ta sử dụng Định luật Faraday. Tuy nhiên, thay vì dùng công thức gốc cồng kềnh, LUKATO AI khuyên em nên dùng công thức tính số mol electron trao đổi (n_e) kết hợp với Bảo toàn electron.
⦿ Công thức gốc Faraday
m = \frac{A \cdot I \cdot t}{n \cdot F}
Trong đó:
m: Khối lượng chất giải phóng ở điện cực (g).
A: Khối lượng mol của chất đó (g/mol).
n: Số electron trao đổi (hóa trị).
I: Cường độ dòng điện (A).
t: Thời gian điện phân (tính bằng giây - s) .
F: Hằng số Faraday \approx \mathbf{96500} C/mol.
★ Công thức Thực chiến (Khuyên dùng)
Chuyển vế công thức trên, ta có số mol electron trao đổi ở mỗi điện cực:
n_e = \frac{I \cdot t}{F}
Sau đó áp dụng Bảo toàn electron cho toàn bình:
\sum n_{e \text{ nhường (Anode)}} = \sum n_{e \text{ nhận (Cathode)}} = n_e
FIG.04 · Bản chất của công thức n_e = It/F
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 05 · KHÁI NIỆM 3 · BÀI TẬP MẪU FARADAY · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 05 · Điện phân & Đồ thị
06 / 15
03 KHÁI NIỆM 1/2 · BÀI TẬP MẪU ĐỊNH LUẬT FARADAY
Bài tập mẫu — giải quyết bằng Bảo toàn electron
Hãy xem cách sử dụng công thức n_e = It/F kết hợp với phương trình bán phản ứng ở từng điện cực để giải quyết bài toán điện phân một cách gọn gàng nhất.
① Bài mẫu · Điện phân dung dịch CuSO4
Đề: Điện phân dung dịch CuSO_4 với điện cực trơ, cường độ dòng điện I = 5 A trong thời gian t = 3860 giây. Tính khối lượng kim loại bám trên Cathode và thể tích khí (đktc) thoát ra ở Anode. Biết hiệu suất điện phân là 100%.
Hướng giải chi tiết:
- Tính số mol electron trao đổi (n_e):
n_e = \frac{I \cdot t}{F} = \frac{5 \cdot 3860}{96500} = 0{,}2 mol.
- Phân tích tại Cathode (-):
Ion Cu^{2+} bị khử: Cu^{2+} + 2e \to Cu
Theo phương trình: n_{Cu} = \frac{n_e}{2} = \frac{0{,}2}{2} = 0{,}1 mol.
Khối lượng Cu bám vào: m_{Cu} = 0{,}1 \cdot 64 = 6{,}4 gam.
- Phân tích tại Anode (+):
Ion SO_4^{2-} không bị điện phân, H_2O bị oxi hóa:
2H_2O \to O_2\uparrow + 4H^+ + 4e
Theo phương trình: n_{O_2} = \frac{n_e}{4} = \frac{0{,}2}{4} = 0{,}05 mol.
Thể tích khí O_2: V_{O_2} = 0{,}05 \cdot 22{,}4 = 1{,}12 lít.
Đáp án: m_{Cu} = 6{,}4 gam; V_{O_2} = 1{,}12 lít.
⚠ Bẫy "Thời gian t"
Nếu đề bài cho thời gian là phút hoặc giờ (VD: t = 1 giờ 20 phút), em BẮT BUỘC phải đổi ra giây (s) trước khi bấm máy tính. (t = 1 \cdot 3600 + 20 \cdot 60 = 4800 s).
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 05 · KHÁI NIỆM 4 · ĐỒ THỊ ĐIỆN PHÂN · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 05 · Điện phân & Đồ thị
07 / 15
04 KHÁI NIỆM 2/2 · ĐỒ THỊ ĐIỆN PHÂN (KHÁI NIỆM CƠ BẢN)
Đồ thị điện phân — "đọc vị các khúc gãy"
Trong quá trình điện phân hỗn hợp nhiều chất, khi một chất vừa điện phân xong, chất khác sẽ bắt đầu điện phân. Sự thay đổi chất khí thoát ra làm thay đổi tốc độ sinh khí, tạo ra các "khúc gãy" (điểm uốn) trên đồ thị biểu diễn Tổng số mol khí theo thời gian.
⦿ Trục tọa độ của đồ thị
Trục hoành (x): Thời gian t (giây), hoặc số mol electron n_e (mol). Vì n_e tỉ lệ thuận với t (khi I không đổi), hai trục này có ý nghĩa tương đương nhau.
Trục tung (y): Tổng số mol khí thoát ra ở cả 2 điện cực (n_{khí}), hoặc khối lượng dung dịch giảm (\Delta m_{dd}).
★ Ý nghĩa của độ dốc (Hệ số góc)
Độ dốc của đồ thị n_{khí} theo n_e phụ thuộc vào việc khí sinh ra nhận/nhường bao nhiêu electron.
Sinh Cl_2: 2Cl^- \to Cl_2 + 2e \Rightarrow n_{Cl_2} = \frac{n_e}{2} (Độ dốc 1/2).
Sinh H_2: 2H_2O + 2e \to H_2 + 2OH^- \Rightarrow n_{H_2} = \frac{n_e}{2} (Độ dốc 1/2).
Sinh O_2: 2H_2O \to O_2 + 4H^+ + 4e \Rightarrow n_{O_2} = \frac{n_e}{4} (Độ dốc 1/4).
FIG.05 · Đồ thị tổng số mol khí theo thời gian
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 05 · KHÁI NIỆM 5 · PHÂN TÍCH ĐỒ THỊ CuSO4 + NaCl · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 05 · Điện phân & Đồ thị
08 / 15
05 KHÁI NIỆM PHÂN TÍCH ĐỒ THỊ KINH ĐIỂN: CuSO_4 + NaCl
Đồ thị CuSO_4 + NaCl — "3 đoạn thẳng, 3 giai đoạn"
Đây là hỗn hợp "quốc dân" luôn xuất hiện trong đề thi. Tùy thuộc vào việc Cu^{2+} hay Cl^- hết trước, đồ thị sẽ có hình dáng khác nhau. Ta xét trường hợp phổ biến nhất: Cl^- hết trước Cu^{2+}.
⦿ Giai đoạn 1 (Đoạn đầu tiên)
Cathode (-): Cu^{2+} + 2e \to Cu (Chưa có khí).
Anode (+): 2Cl^- \to Cl_2\uparrow + 2e
\Rightarrow Khí duy nhất thoát ra là Cl_2. Tổng số mol khí n_{khí} = n_{Cl_2} = \frac{n_e}{2}. Độ dốc đồ thị là 0{,}5.
⦿ Giai đoạn 2 (Sau điểm gãy 1)
Giả sử Cl^- hết trước. Lúc này ở Anode, H_2O bắt đầu bị điện phân.
Cathode (-): Cu^{2+} vẫn đang bị khử \to Cu (Chưa có khí).
Anode (+): 2H_2O \to O_2\uparrow + 4H^+ + 4e
\Rightarrow Khí thoát ra thêm là O_2. Tổng số mol khí tăng thêm \Delta n_{khí} = n_{O_2} = \frac{\Delta n_e}{4}. Độ dốc đồ thị giảm xuống 0{,}25.
⦿ Giai đoạn 3 (Sau điểm gãy 2)
Lúc này Cu^{2+} cũng đã hết. H_2O bị điện phân ở cả 2 cực.
Cathode (-): 2H_2O + 2e \to H_2\uparrow + 2OH^-
Anode (+): 2H_2O \to O_2\uparrow + 4H^+ + 4e
\Rightarrow Khí thoát ra thêm gồm cả H_2 và O_2. Tổng số mol khí tăng thêm \Delta n_{khí} = n_{H_2} + n_{O_2} = \frac{\Delta n_e}{2} + \frac{\Delta n_e}{4} = \frac{3\Delta n_e}{4}. Độ dốc đồ thị tăng vọt lên 0{,}75 (Đoạn dốc nhất).
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 05 · KHÁI NIỆM 6 · BÀI TẬP MẪU ĐỒ THỊ · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 05 · Điện phân & Đồ thị
09 / 15
06 KHÁI NIỆM 1/2 · BÀI TẬP MẪU ĐỒ THỊ ĐIỆN PHÂN
Bài tập mẫu — "bẻ khóa" đồ thị
Hãy áp dụng lý thuyết 3 giai đoạn vừa học để giải quyết một bài toán đồ thị thực tế. Chìa khóa là gióng các điểm gãy xuống trục hoành (t hoặc n_e) và trục tung (n_{khí}).
FIG.06 · Đồ thị bài toán mẫu
① Bài mẫu · Đọc đồ thị
Đề: Điện phân dung dịch chứa CuSO_4 và NaCl với điện cực trơ. Đồ thị biểu diễn tổng số mol khí thoát ra theo thời gian như hình bên. Tính số mol NaCl và CuSO_4 ban đầu.
Giải chi tiết:
- Tại điểm gãy 1 (t_1): Cl^- vừa điện phân xong. Khí thoát ra chỉ có Cl_2.
n_{Cl_2} = 0{,}04 mol.
Bảo toàn Cl: n_{NaCl} = 2 \cdot n_{Cl_2} = 0{,}08 mol.
- Từ t_1 đến t_2 (Đoạn 2): Khí thoát ra thêm là O_2 (vì độ dốc giảm).
\Delta n_{khí} = n_{O_2} = 0{,}05 - 0{,}04 = 0{,}01 mol.
- Tại điểm gãy 2 (t_2): Cu^{2+} vừa điện phân xong.
Bảo toàn electron từ t=0 đến t_2:
\sum n_{e \text{ nhận}} = \sum n_{e \text{ nhường}}
2 \cdot n_{Cu} = 2 \cdot n_{Cl_2} + 4 \cdot n_{O_2}
2 \cdot n_{Cu} = 2 \cdot 0{,}04 + 4 \cdot 0{,}01 = 0{,}12
\Rightarrow n_{Cu} = 0{,}06 mol.
Bảo toàn Cu: n_{CuSO_4} = 0{,}06 mol.
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 05 · KHÁI NIỆM 6 · SỰ THAY ĐỔI PH · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 05 · Điện phân & Đồ thị
10 / 15
06 KHÁI NIỆM 2/2 · SỰ THAY ĐỔI PH TRONG QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN
Sự thay đổi pH — "Nước bị điện phân ở đâu?"
Khi Nước (H_2O) tham gia điện phân, nó sẽ sinh ra ion H^+ (làm môi trường mang tính axit, pH giảm) hoặc ion OH^- (làm môi trường mang tính base, pH tăng). Đây là cơ sở cho các câu hỏi lý thuyết Phần II.
⦿ Nước điện phân ở Anode (+)
Khi Anion gốc axit có oxi (NO_3^-, SO_4^{2-}) không bị điện phân, H_2O sẽ bị oxi hóa:
2H_2O \to O_2\uparrow + 4H^+ + 4e
Sinh ra ion H^+ \Rightarrow Môi trường trở nên Axit \Rightarrow pH giảm .
Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO_4, AgNO_3.
⦿ Nước điện phân ở Cathode (-)