Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng

Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
PHẦN MỞ ĐẦU
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài:
Quá trình điện phân trải qua nhiều giai đoạn khác nhau và được ứng dụng vào các
lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội, mang lại nhiều lợi ích đáng kể. Với mục đích khái
quát lại và làm rõ các ứng dụng nổi bật của quá trình điện phân, tôi đã lựa chọn đề tài:
ĐIỆN PHÂN- ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG.
Hi vọng với đề tài ĐIỆN PHÂN- ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG, chúng ta sẽ có cái
nhìn tổng quát hơn về điện phân, hiểu được quá trình xảy ra, những yếu tố tác động lên điện
phân và thấy được sự ứng dụng rộng rãi của điện phân trong cuộc sống để có hướng phát
triển trong tương lai.
2. Mục đích nghiên cứu:
- Phát huy tính tích cực trong học tập của bản thân và tích lũy kinh nghiệm để có khả
năng thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp.
- Tổng quan lý thuyết.
- Ứng dụng của điện phân trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống.
- Nêu lên ưu, nhược điểm của phương pháp điện phân so với việc sử dụng các
phương pháp khác.
3. Đối tượng nghiên cứu:
Điện phân và ứng dụng của điện phân trong hóa học và cuộc sống.
4. Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu, phân tích, so sánh, đối chiếu, tổng hợp các nguồn tài liệu từ giáo trình,
các sách có liên quan, khóa luận tốt nghiệp, thông tin từ mạng internet và liên hệ thực tiễn.
PHẦN NỘI DUNG
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
1
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
A. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT.
I. Định nghĩa.
Khi cho một điện áp đủ lớn từ một nguồn điện một chiều đặt vào hai điện cực trơ

nhúng vào trong một dung dịch chất điện phân thì xảy ra quá trình điện phân. Điện cực nối
với cực âm của nguồn điện gọi là catot, tại đây xảy ra quá trình khử. Điện cực nối với cực
dương của nguồn điện gọi là anot- tại đó xảy ra quá trình oxi hóa.
Sự điện phân là quá trình oxi hóa- khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng
điện một chiều chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện ly.
II. Các hiện tượng xảy ra trong quá trình điện phân.
Giả sử có một nguyên tố điện hóa hai cực Zn và Cu được nhúng vào dung dịch muối
của nó, nhưng không nối hai cực Zn và Cu với nhau bằng dây dẫn mà nối hai cực Zn và Cu
với một nguồn điện một chiều: catot (Zn) nối với cực âm (-), anot (Cu) nối với cực dương
(+) thì trên hai cực cũng xảy ra quá trình điện cực, nhưng ngược với quá trình hoạt động
trong pin Gavani.
Trong trường hợp này, ở cực Zn (-), xảy ra quá trình khử chất oxi hóa: các chất oxi
hóa sẽ nhận e từ điện cực và trở thành dạng khử liên hợp. Trong trường hợp cụ thể này các
ion Zn
2+
từ trong lòng dung dịch đi đến catot nhận electron từ điện cực, bị khử về dạng khử
liên hợp (kim loại Zn) bám vào catot.
Ở cực Cu (+), xảy ra quá trình oxi hóa chất khử; chất khử nhường electron cho điện
cực và trở thành dạng oxi hóa liên hợp. Trong trường hợp này, kim loại đồng bị tan ra và
các ion Cu
2+
khuếch tán từ bề mặt điện cực vào trong lòng dung dịch.
Catot: Zn
2+
+ 2e → Zn
Anot: Cu → Cu
2+
+ 2e
Thế cân bằng ở các cực trong các trường hợp này cũng bị thay đổi.
Trong điện phân, quá trình xảy ra ở các điện cực là rất phức tạp (gồm nhiều quá trình

thành phần xảy ra trên bề mặt các cực và trong dung dịch xung quanh nó). Quá trình này
gọi là quá trình điện cực. Thường chia quá trình điện cực thành 3 giai đoạn sau:
1. Sự chuyển các chất điện hoạt đến bề mặt điện cực.
2. Phản ứng điện cực.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
2
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
Là quá trình trao đổi electron giữa các phần tử của chất điện hoạt với điện cực. Phản
ứng diễn ra với tốc độ xác định. Có thể có một số giai đoạn trung gian và phản ứng phụ
cùng xảy ra với phản ứng chính.
3. Sự chuyển các sản phẩm của phản ứng ra khỏi điện cực.
Thông thường có 2 giai đoạn chính trong quá trình điện phân là vận chuyển chất điện
hoạt đến điện cực và trao đổi electron với điện cực. Ngoài 2 quá trình này còn có thể có các
phản ứng hóa học xảy ra trước hoặc sau sự trao đổi electron. Trong một số trường hợp, quá
trình điện cực còn phức tạp hơn nhiều do có các quá trình khác xảy ra đồng thời.
Ví dụ: Phản ứng hóa học của các chất có trong dung dịch, trong đó có chất điện hoạt tham
gia. Các chất điện hoạt hoặc sản phẩm của phản ứng điện cực hấp thụ lên bề mặt điện cực,
ngoài ra còn có các phản ứng xúc tác khác. Người ta có thể giải thích được quá trình điện
hóa và sự phân cực khi đã biết được giai đoạn điện hóa chậm nhất.
Ví dụ: Điện phân dung dịch Cu(NO
3
)
2
bằng điện cực platin, có các quá trình sau xảy ra:
- Vận chuyển Cu đến bề mặt điện cực.
- Sự trao đổi e của các ion đồng với điện cực: Cu
2+
+ 2e → Cu
- Sự khuếch tán của các nguyên tử đồng vào mạng lưới tinh thể.
Ví dụ: Điện phân dung dịch chứa ion phức

[ ]
-
2
Ag(CN)
bằng điện cực bạc kim loại. Sự kết
tủa bạc trên catot bạc được chia thành 3 giai đoạn:
- Vận chuyển các ion phức tới sát bề mặt điện cực.
- Sự phóng điện của ion phức. Sự phóng điện này xảy ra rất phức tạp, giả thiết có thể
một trong 3 cơ chế sau có thể xảy ra:
(1) Sự phóng điện trực tiếp của ion phức:
[ ]
-
-
2
Ag(CN) + e Ag + 2CN→
(2) Trước khi phóng điện, ion phức phân ly một phần bằng phản ứng hóa học thuần túy:

[ ] [ ]
-
-
2
Ag(CN) Ag(CN) + CNƒ
Sau đó phóng điện:
[ ]
-
Ag(CN) + e Ag + 2CNƒ
(3) Trước khi phóng điện ion phức phân ly hoàn toàn:
[ ]
-
+ -

2
Ag(CN) Ag + 2CNƒ
Sau đó phóng điện: Ag
+
+ e
ƒ
Ag
Các nguyên tử Ag khuếch tán (xâm nhập) vào mạng lưới tinh thể (chủ yếu vào vị trí góc
cạnh trên bề mặt điện cực bạc vì đây có mức năng lượng thấp nhất nên bền vững nhất).
- Vận chuyển các ion CN
-
vào trong lòng dung dịch.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
3
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
II.1. Các quá trình vận chuyển chất điện hoạt đến điện cực.
Các quá trình chuyển chất điện hoạt đến bề mặt điện cực và đưa sản phẩm phản ứng
điện cực ra khỏi lớp bề mặt điện cực xảy ra rất nhanh, nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ
phản phản ứng điện cực.
Trong trường hợp này, nồng độ ở bề mặt cực và trong lòng dung dịch là đồng nhất
(vì quá trình vận chuyển chất là vô hạn và có thể so sánh được với tốc độ của phản ứng điện
cực, thì nồng độ của chất điện hoạt ở bề mặt điện cực sẽ thay đổi so với nồng độ của nó
trong lòng dung dịch) và vì không thể đo được nồng độ ở bề mặt điện cực, nên phải tính từ
nồng độ trong lòng dung dịch đã biết dựa vào các định luật của sự chuyển chất.
Chất được chuyển từ trong lòng dung dịch đến điện cực bằng các con đường sau:
- Bằng sự điện chuyển.
- Bằng sự đối lưu.
- Bằng sự khuếch tán.
II.1.1. Sự điện chuyển.
Trong quá trình điện phân có sự di chuyển chất xảy ra là do có lực hút tĩnh điện của

các điện cực với các phần tử tích điện có trong dung dịch. Hay nói cách khác, các phần tử
tích điện chuyển động dưới tác dụng của điện trường.
Sự xuất hiện điện chuyển gây cản trở cho quá trình điện phân. Không thể loại trừ
được hết mà chỉ có thể hạn chế nó đến mức nhỏ nhất bằng cách trước khi điện phân người
ta cho thêm vào dung dịch nghiên cứu một lượng dư chất điện ly trơ.
II.1.2. Sự đối lưu.
Có sự chuyển chất bằng đối lưu khi điện phân là do có các phản ứng điện hóa xảy ra
ở điện cực làm giảm nồng độ chất điện hoạt dẫn đến các vị trí trong dung dịch điện phân
có:
- Sự khác nhau về tỉ trọng của các chất điện hoạt ở các vị trí khác nhau trong dung dịch.
- Chênh lệch về nhiệt độ. Chuyển động đối lưu không xảy ra ở sát điện cực mà cách một
khoảng cách rất nhỏ.
Muốn cho chuyển chất điện hoạt đến điện cực nhanh, phải khuấy trộn dung dịch điện
phân hoặc quay cực.
II.1.3. Sự khuếch tán.
Có sự khuếch tán là do có sự chênh lệch về nồng độ ở các vị trí khác nhau trong bình
điện phân. Trong quá trình điện phân, khi có phản ứng điện hóa xảy ra thì có sự giảm nồng
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
4
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
độ chất điện hoạt ở lớp sát điện cực một cách đột ngột, dẫn đến có sự chênh lệch về nồng
độ cho nên có sự chuyển dời các phân tử của chất điện hoạt, có nghĩa là có sự khuếch tán từ
trong lòng dung dịch đến bề mặt điện cực. Như vậy, quá trình chuyển chất là do sự chênh
lệch về nồng độ. Hoặc sự chuyển dời các phần tử mang điện hay không mang điện dưới tác
dụng của gradien hoạt hóa. Sự khuếch tán có lợi cho quá trình điện phân.
II.2. Phản ứng điện cực (phản ứng chuyển điện tích).
Các phần tử của chất điện hoạt chuyển đến catot và anot sẽ tham gia phản ứng với điện cực:
Ở catot: Ox
1
+ ne

ƒ
Kh
1
Ở anot: Kh
2

ƒ
Ox
2
+ ne
II.3. Sự chuyển sản phẩm hòa tan của phản ứng điện cực ra khỏi lớp sát cực.
Nếu sử dụng điện cực rắn thì sản phẩm sẽ được kết tủa trên bề mặt điện cực rắn là
kim loại có mạng lưới tinh thể hoàn chỉnh. Còn nếu sử dụng điện cực giọt thủy ngân thì kim
loại được kết tủa trên bề mặt giọt thủy ngân dẫn đến tạo thành sản phẩm là hỗn hống.
III. Các định luật về điện phân.
Theo lý thuyết của Faraday, điện lượng đi qua dung dịch điện phân được xác định
bằng công thức:
t
t t
0
Q= I dt Q = I .t⇒
∫
Trong đó Q là điện lượng; t là thời gian điện phân; I
t
là cường độ dòng.
t i
n.F.S.D
I = .C
σ
Vậy:

i
n.F.S.D
Q= .C .t
σ
Trong quá trình điện phân, nồng độ chất điện hoạt giảm dần, dẫn đến cường độ dòng giảm.
Trong phân tích khối lượng, điện phân thường được sử dụng để tách từng chất có
trong hỗn hợp dung dịch bằng cách giữ thế không đổi thì cường độ dòng giảm theo thời
gian. Cường độ dòng giảm theo biểu thức của định luật:
-At
t bd
I = I .10
Trong đó I
bđ
là cường độ dòng ban đầu; I
t
là cường độ dòng tại thời điểm t.
D.a
A = 0,43.S.
σ.V
(1)
S: diện tích bề mặt điện cực (cm
2
) D: hệ số khuếch tán
C
i
: nồng độ chất cần tách bằng điện phân (mol/l) V: thể tích dung dịch đem điện phân
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
5
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
σ

: bề dày của lớp khuếch tán
a: đại lượng không đổi nằm trong khoảng 0 < a < 1.
Quá trình điện phân được xem là kết thúc khi cường độ dòng cuối:
-2
cuoi bd
I =10 .I
hoặc
-3
cuoi bd
I =10 .I
Theo công thức (1), để cho A tăng cần phải giảm thể tích V chứa dung dịch điện phân và
tăng diện tích S bề mặt điện cực và giảm bề dày của lớp khuếch tán bằng cách khuấy mạnh
dung dịch điện phân. Giá trị A tăng, dẫn đến thời gian càng ngắn lại để đạt được cường độ
-3
cuoi bd
I =10 .I
.
Faraday đã tìm ra mối liên hệ chặt chẽ giữa lượng chất tách ra ở điện cực và điện
lượng đi qua dung dịch điện phân và ông đã công thức hóa chúng thành các định luật sau:
Định luật Faraday thứ nhất:
Lượng các chất tham gia phản ứng điện cực và được tạo thành trên bề mặt điện cực trong
quá trình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng đi qua bình điện phân (qua dung dịch chất
điện ly). m = k.I.t (k là hệ số)
Định luật Faraday thứ hai:
Nếu có cùng một điện lượng đi qua các bình điện phân chứa các dung dịch chất điện ly
khác nhau thì các lượng chất bị chuyển hóa sẽ tỉ lệ với đương lượng hóa học của chúng.
M.I.t
m =
n.F
m: số gam chất giải phóng ở điện cực

M: khối lượng mol nguyên tử
n: số e trao đổi bởi 1 phân tử, nguyên tử, ion, chất điện phân
I: cường độ dòng điện
t: thời gian điện phân.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
6
Hình 1. Michael Faraday
(1791- 1867).
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện phân.
IV.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến dạng kết tủa của quá trình điện phân.
Trong phân tích điện phân, phải tách được hoàn toàn kim loại ra ở điện cực và kết
tủa kim loại tách ra không được mất mát trong quá trình xử lý. Kim loại tách ra có thể ở
trạng thái kết tủa to hạt, bột, tinh thể nhỏ hạt. Dạng kết tủa tách ra phụ thuộc vào nhiều yếu
tố, trong đó quan trọng là mật độ dòng. Nếu điện phân ở mật độ dòng lớn và có khí H
2
thoát
ra đồng thời thì kết tủa kim loại tách ra ở dạng bột hoặc xốp. Bọt khí H
2
thoát ra sẽ phủ lấy
một phần bề mặt điện cực, nên kim loại tách ra chỉ sẽ tập trung ở các phần bề mặt còn tự do
và do sự tách kết tủa không đều lúc đầu như vậy mà kết tủa sẽ tiếp tục phát triển mạnh ở
các chỗ nhô lên và từ đó có khuynh hướng tạo được kết tủa hình que không dính chặt được.
Để có kim loại tách ra mịn, bám chặt vào điện cực, người ta thường tiến hành điện
phân trong các dung dịch phức chất.
IV.2. Các quá trình phụ gây cản trở cho quá trình điện phân.
IV.2.1. Quá trình phụ xảy ra trên điện cực chính.
Quá trình phụ xảy ra trên điện cực chính (tức là điện cực, tại đó có sản phẩm cần
tách điện phân). Ví dụ: Khi điện phân các ion kim loại có H
2

thoát ra.
IV.2.2. Quá trình trình phụ xảy ra trên điện cực phụ.
Quá trình xảy ra trên điện cực phụ có thể ảnh hưởng đến việc tách sản phẩm trên
điện cực chính. Ví dụ: khi làm kết tủa điện phân Cu từ dung dịch CuCl
2
thì có thể có khí clo
thoát ra trên anot platin, sẽ ăn mòn anot tạo thành axit cloroplatinic H
2
PtCl
6
, ion PtCl
6
2-
chuyển vào trong dung dịch và sẽ bị khử lại ở anot tạo thành kim loại Pt và làm sai lệch kết
quả tách Cu ở anot.
Trong một số trường hợp, các ion kim loại bị khử từng nấc ở catot, sản phẩm trung
gian tạo thành lại bị oxi hóa lại ở anot và quá trình oxi hóa khử tuần hoàn như vậy sẽ tiêu
thụ điện năng vô ích và còn ngăn cản việc tách kim loại ở điện cực. Ví dụ: khi điện phân
dung dịch chứa các ion kim loại Fe
3+
và Cu
2+
thì ion Fe
3+
bị khử trước ở catot tạo thành ion
Fe
2+
, ion này lại bị oxi hóa lại ở anot và quá trình ngày sẽ ngăn cản việc tách Cu ở catot.
Để tránh ảnh hưởng của các phản ứng phụ, người ta thường sử dụng một trong các
biện pháp sau:

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
7
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
- Điện phân có màng ngăn để tránh ảnh hưởng có hại gây ra do phản ứng trên điện cực
phụ
.
- Thay đổi một số điều kiện hóa học trong dung dịch chất điện phân.
- Sử dụng điện cực phụ thích hợp để tránh xảy ra phản ứng phụ có hại.
- Thêm các chất phụ để ngăn cản phản ứng phụ.
IV.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ khuấy trộn.
Việc tăng nhiệt độ và tốc độ khuấy trộn sẽ làm tăng tốc độ khuếch tán của chất tới
điện cực và do đó làm tăng tốc điện phân.
IV.4. Ảnh hưởng của chất tạo phức.
Sự tạo thành phức làm giảm nồng độ ion kim loại dẫn đến giảm thế cân bằng. Nói
cách khác, chất tạo phức làm chuyển dịch thế cân bằng theo chiều âm. Sự chuyển dịch này
khác nhau tùy theo quan hệ giữa độ bền của phức kim loại với phối tử. Vì vậy, có thể sử
dụng các chất tạo phức để tách điện phân các kim loại trong các hỗn hợp.
Ngoài ra, tốc độ trao đổi các electron của ion kim loại và ion phức có thể khác nhau
và trong một số trường hợp việc tách kim loại ở dạng phức lại thuận lợi hơn việc tách kim
loại ở dạng hidrat hóa. Ví dụ: khi điện phân bạc từ dung dịch AgNO
3
, sẽ thu được bạc ở
dạng tinh thể to hạt và nếu điện phân ở mật độ dòng bé thì kết tủa có dạng hình que hoặc
hình gậy, có thể thấy dễ dàng từng tinh thể một. Nhưng nếu điện phân từ dung dịch phức
Ag(CN)
2
-
thì kết tủa thu được rất mịn, sáng trắng dính chặt.
V. Ưu, nhược điểm.
Phương pháp điện phân có giá trị lớn trong các ngành công nghiệp hóa chất, cơ khí,

điện tử,… do tính chất ưu việt của nó:
- Công nghệ đơn giản, dễ dàng tự động hóa và sản xuất liên tục.
- Nguyên liệu phong phú.
- Tạo được nhiều sản phẩm có giá trị, áp dụng cho nhiều kim loại, có thể sản xuất phi kim.
Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của điện phân là tiêu tốn nhiều năng lượng, do đó
chi phí năng lượng chiếm một tỉ lệ tương đối cao trong giá thành sản phẩm.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
8
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
B. ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG
I. Xử lý nước thải.
I.1. Định nghĩa.
Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và bị thay
đổi tính chất ban đầu của chúng.
Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất gây ô nhiễm có trong nước, làm sạch nước
và có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa vào tái sử dụng.
I.2. Phân loại.
Nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh. Theo cách phân loại này, có các
loại nước thải sau đây:
- Nước thải sinh hoạt: là nước thải ra từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại,
công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác.
- Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có cả nước thải sinh
hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
9
Hình 2. Nước thải từ khu dân cư- xả trực
tiếp xuống kênh Nhiêu Lộc- Thị Nghè
( TP Hồ Chí Minh).
Hình 3. Sông Thị Vải bị ô nhiễm
bởi nước thải chưa qua xử lý

từ công ty Vedan.
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
- Nước thấm qua: đây là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách khác nhau qua
các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga hay hố người.
- Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên. Ở những thành phố hiện
đại, nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát riêng.
- Nước thải đô thị: nước thải đô thị là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống
thoát của một thành phố. Đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể trên.
I.3. Vai trò của việc xử lý nước thải.
Nền văn minh của nhân loại càng phát triển, các đô thị mọc lên và được mở rộng
một cách nhanh chóng. Vì vậy, nước thải sinh hoạt và chất thải công nghiệp từ các thành
phố gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối với môi trường nước và ngày càng trở thành vấn đề cấp
bách mang tính chất xã hội và chính trị của cộng đồng. Bản thân nước thải chứa nhiều tạp
chất khác nhau, trong đó có rất nhiều các virut, vi khuẩn gây bệnh như tả, lị, thương hàn…
chất độc gây chết nhiều sinh vật, nếu đi vào cơ thể con người, sẽ tích tụ lại trong cơ thể và
gây bệnh. Nhiều công ty, xí nghiệp không xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường đã
phải chịu sự trừng phạt của pháp luật.
Vì vậy, xử lý nước thải sẽ góp phần phát triển kinh tế, tiết kiệm nguồn nước sạch mà
hơn hết nó góp phần bảo vệ sức khỏe cho con người, giữ cho môi trường thêm sạch đẹp.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
10
Hình 5. Hệ thống xử lý
nước thải công nghiệp.
Hình 4. Nước mưa
gây ngập úng ở các đô thị.
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
Các phương pháp xử lý nước thải bao gồm: Cơ học, hóa lý, hóa học và sinh học.
I.4. Xử lý nước thải bằng điện phân.
Sử dụng các quá trình oxi hóa anot và khử của catot để làm nước thải khỏi các tạp
chất hòa tan và phân tán. Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng

điện một chiều đi qua nước thải. Phương pháp này có sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản,
tự động hóa mà không cần sử dụng các tác nhân hóa học nhưng lại tiêu hao điện năng lớn.
Phương pháp này có thể tiến hành gián đoạn hoặc liên tục.
I.4.1. Oxi hóa anot và khử của catot.
Xét sơ đồ bể điện phân sau:
Các quá trình đã được nghiên cứu để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất xyanua,
ancol sunfo xyanua, các amin, andehit, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm azo, sunfit…Trong quá
trình oxi hóa, các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO
2
, NH
3
và H
2
O tạo
thành các chất không độc và đơn giản hơn để có thể tách ra bằng phương pháp khác.
Anot thường được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau có tính chất điện
phân như graphit, macnetit (Fe
3
O
4
), PbO
2
…Catot được làm bằng molipden, hợp kim của
vonfram với sắt hay niken; từ than chì, thép không gỉ và các kim loại khác được phủ lớp
molipden, vonfram hay hợp chất của chúng.
Quá trình được tiến hành trong bể điện phân có hoặc không có màng.
I.4.1.1.Khử độc xyanua.
I.4.1.1.1. Oxi hóa của anot.
Nước thải của các nhà máy chế tạo máy, chế tạo dụng cụ, luyện kim đen và luyện
kim màu, công nghiệp hóa chất…ngoài chứa các xyanua đơn giản (KCN, NaCN) còn có

các xyanua phức của kẽm, đồng, sắt và các kim loại khác.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
11
Hình 6. Sơ đồ bể điện phân
1. Thân bể
2. Anot
3. Catot
4. Màng.
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
Oxi hóa anot của xyanua:
- + 2-
2 4 3
CNO + 2H O NH +CO→
Quá trình oxi hóa cũng có thể dẫn đến sự tạo thành nitơ:
- -
2 2 2
2CNO + 4OH -6e N + 2CO +2H O→ ↑ ↑
Phương pháp này có hiệu quả xử lý gần 100%.
I.4.1.1.2. Kỹ thuật oxi hóa bằng NaOCl mới sinh.
Trong kỹ thuật này, NaOCl mới sinh do quá trình điện phân dung dịch NaCl không có
màng ngăn sẽ oxi hóa CN
-
theo phản ứng:
- - -
- -
2 2
CN + ClO CNO + Cl
2CNO + 3ClO + 2H O 2CO + 3Cl + 2OH
−
− −

⇔
⇔ ↑
Phương pháp này có ưu điểm là không cần thêm hóa chất từ bên ngoài nên nước sau khi xử
lý nên có thể quay lại quá trình sản xuất từ ban đầu.
I.4.1.2. Khử kim loại nặng.
Các quá trình khử của catot được ứng dụng để loại các ion kim loại ra khỏi nước thải
với sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô nhiễm thành các hợp chất ít độc hơn
hoặc về dạng dễ tách ra khỏi nước như cặn, khí. Quá trình này có thể được sử dụng để làm
sạch nước thải ra khỏi các ion kim loại nặng như Pb
2+
, Sn
2+
, Hg
2+
, Cu
2+
, As
3+
và Cr
6+
. Quá
trình khử của catot đối với ion kim loại xảy ra như sau: Me
n+
+ ne
→
Me
n
. Ở đây, các kim
loại lắng lên catot và có thể thu hồi chúng.
Ví dụ: Quá trình khử hợp chất crom đã đạt đến mức độ làm sạch cao: nồng độ của

chúng từ 1000 tới còn 1g/ml. Năng lượng tiêu tốn cho làm sạch vào khoảng 0,12 kWh/m
3
.
Trong điện phân nước thải chứa H
2
Cr
2
O
7
, giá trị tối ưu pH vào khoảng 2. Phản ứng khử xảy
ra theo phương trình sau:
2- +
2 7 2
Cr O + 14H + 12e 2Cr +7 H O→
Để xử lý nước thải chứa một số kim loại nặng, người ta tiến hành quá trình làm sạch
nước thải ra khỏi các ion Hg
2+
, Pb
2+
, Cd
2+
, Cu
2+
bằng quá trình khử trên catot được làm từ
hỗn hợp C và S. Các ion này lắng trên cực ở dạng sunfua hoặc bisunfua và được tách ra
bằng phương pháp cơ học.
Cũng có thể sử dụng các phản ứng khử tách chất gây ô nhiễm bằng cách chuyển
chúng sang pha khí. Ví dụ: Khử NH
4
NO

3
trên điện cực than chì, quá trình xảy ra như sau:
NH
4
NO
3
+ 2H
+
+ 2e
→
NH
4
NO
2
+ H
2
O
NH
4
NO
2

→
N
2
↑+ 2H
2
O
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
12

Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
I.4.2. Tuyển nổi bằng điện.
Tuyển nổi: là phương pháp được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc
lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp, quá
trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt.
Trong xử lý nước thải, về nguyên tắc, tuyển nổi thường được sử dụng để khử các
chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử
được hoàn toàn vác hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm, trong một thời gian ngắn. Khi các hạt đã
nổi lên trên bề mặt, chúng có thể được thu gòm bằng bộ phận vớt bọt.
Trong quá trình làm sạch nước thải bằng phương pháp này, việc tách hạt lơ lửng là
nhờ các bọt khí được tạo thành trong điện phân nước. Ở cực anot là các bóng khí oxi, trên
catot là hidro. Khi các bóng khí này nổi lên gặp và kéo theo các hạt lơ lửng cùng nổi lên bề
mặt nước. Khi sử dụng các điện cực hòa tan, xảy ra đồng thời việc tạo thành các bông đông
tụ và các bọt xảy ra mãnh liệt hơn.
II. Điện phân sản xuất.
II.1. Sản xuất các chất vô cơ.
II.1.1. Điện phân nóng chảy.
- Phương pháp điện phân nóng chảy được dùng để điều chế các kim loại hoạt động
mạnh như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al,…
+ Nhôm được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al
2
O
3
nguyên chất ở
2000
o
C với criolit (criolit, một mặt tăng tính dẫn điện của chất lỏng điện phân, tiết kiệm
năng lượng, mặt khác, nó có khối lượng riêng nhỏ hơn nhôm, nổi lên trên và ngăn cản
nhôm bị oxi hóa trong không khí).
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A

13
Hình 7. Sơ đồ hệ thống thiết bị
tuyển nổi một điện ngăn
1. Thân thiết bị
2. Điện cực.
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
Catot:
0
3+
2Al + 6e 2Al→
Anot:
2-
2
3
3O O 6e
2
→ +
+ Các kim loại kiềm được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy hidroxit hoặc muối
clorua của chúng trong điều kiện không cho sản phẩm tiếp xúc với không khí. Riêng kim
loại kiềm thổ, thực tế chỉ điện phân muối clorua.
2MOH
dpnc
→
2M +1/2 O
2
↑ + H
2
O↑ (M = Na, K,…)
2MCl
x

dpnc
→
2M + xCl
2
(x = 1,2)
Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaOH.
+ -
NaOH Na +OH→
Catot:
+
2Na + 2e 2Na→
Anot:
-
2 2
1
2OH O + H O+ 2e
2
→ ↑
Hay:
2 2
1
2NaOH 2Na + O + H O
2
→ ↑
Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaCl.
+ -
NaCl Na + Cl→
Catot:
+

Na + 1e Na→
Anot:
-
2
1
Cl Cl + 1e
2
→ ↑
Hay:
dpnc
2
1
NaCl Na + Cl
2
→
↑
II.1.2. Điện phân dung dịch.
Dùng để điều chế các kim loại hoạt động trung bình và yếu: Fe, Cu, Ag,… và nước
trong dung dịch đóng vai trò để các cation và anion di chuyển về các điện cực, đôi khi tham
gia vào phản ứng điện cực. Tuy nhiên, thực tế người ta ít dùng điện phân, thay vào đó là
nhiệt luyện
.
- Một lượng lớn xút, khí clo, khí oxi, khí hidro, các hợp chất chứa oxi của clo
(hypoclorit, clorat) được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch.
+ Xút và khí clo được sản xuất từ nguyên liệu vô cùng rẻ là muối ăn.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
14
Hình 8. Sơ đồ thùng điện
phân Al
2

O
3
nóng chảy.
Hay: Al
2
O
3

dpnc
criolit
→
4Al + 3O
2
↑
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
+ -
NaCl Na +Cl→
Catot:
-
2 2
2H O + 2e H + 2OH→ ↑
Anot:
-
2
2Cl Cl +2e→ ↑
Hay: 2NaCl + 2H
2
O
dpdd
comangngan

→
Cl
2
↑ + H
2
↑ + 2NaOH
Với điện phân có màng ngăn, hai sản phẩm thu được đồng thời với NaOH là Cl
2
và
H
2
. Với điện phân không có màng ngăn, sản phẩm tạo thành là nước Gia- ven có ý nghĩa
trong đời sống sinh hoạt và công nghiệp giấy, vải,…
Ưu điểm:
- Công nghệ đơn giản.
- Sử dụng nguyên liệu và năng lượng toàn diện hơn.
- Tạo được sản phẩm có giá trị và độ sạch cao.
Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều năng lượng.
+ Bên cạnh phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng được dùng rất phổ
biến, oxi cùng với hidro có thể điều chế bằng cách điện phân nước. Về bản chất, nước
nguyên chất không bị điện phân do điện trở quá lớn. Do vậy, muốn điện phân nước cần cho
vào thêm các chất điện li mạnh như: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh,…
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
15
Hình 9. Điện phân dung dịch
NaCl có màng ngăn.
Hình 10. Nước Gia- ven.
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
2H
2

O
dp
→
2H
2
↑ + O
2
↑
+ Phương pháp điện phân còn được dùng để điều chế nước oxi già, các hợp chất
feroxit, pemanganat, mangan đioxit,…
Điện phân dung dịch H
2
SO
4
50% hoặc dung dịch (NH
4
)
2
SO
4
trong H
2
SO
4
với mặt
của dòng điện lớn và điện cực platin ở nhiệt độ 5- 10
o
C. Tuy cơ chế chi tiết của quá trình
điện phân vẫn chưa biết rõ hoàn toàn, nhưng cơ chế chung như sau:

- 2- +
4 2 8
2HSO S O + 2H + 2e€
2- 2-
4 2 8
2SO S O + 2eƒ
Axit peoxitdi sufuric (H
2
S
2
O
8
) được tạo nên khi điện phân sẽ kết hợp với nước tạo
thành H
2
O
2
:
2 2 8 2 2 4 2 2
H S O + 2H O 2H SO + H Oƒ
Chưng cất hỗn hợp thu được ở áp suất thấp sẽ thu được dung dịch H
2
O
2
loãng.
Nhược điểm: nguyên liệu đắt và tốn nhiều điện năng.
II.2. Tổng hợp các chất hữu cơ.
Tổng hợp các chất hữu cơ bằng phương pháp điện phân là một lĩnh vực được nhiều nhà
khoa học quan tâm và đã có rất nhiều công trình công bố.
II.2.1.Ưu điểm.

- Tiết kiệm hóa chất, dễ điều khiển, phản ứng xảy ra trong điều kiện nhiệt độ và áp
suất bình thường.
- Sản phẩm tạo ra có độ tinh khiết cao, độ chọn lọc cao, do đó giá thành rẻ, hiệu quả
kinh tế cao.
II.2.2. Điện phân theo phương pháp Kolbe.
Điện phân Kolbe hay phản ứng Kolbe là một phương pháp tổng hợp chất hữu cơ- đầu tiên
bằng phương pháp điện phân và được đặt tên theo Adolph Wilhelm Hermann Kolbe.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
16
Hình 12. Adolph Wilhelm Hermann Kolbe
( 1818- 1884.)
Hình 11. Nước oxi già.
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
Phân li trong dung dịch: RCOONa → RCOO
-
+ Na
+
Phản ứng điện cực:
II.2.3. Các hợp chất hữu cơ khác.
Ngày nay, người ta đã tiến hành tổng hợp các chất hữu cơ bằng phương pháp điện
phân, trên catot khử các hợp chất có liên kết đôi hoặc liên kết ba để tạo ra các hợp chất có
polime hoặc là no hóa các hidrocacbua không no; khử hóa các hợp chất nitro…Trên anot
tiến hành các phản ứng oxi hóa, phản ứng thế, phản ứng kết hợp. Phản ứng flo hóa:
C
2
H
6
+ 12
F
−

→ C
2
F
6
+ 6HF + 12e
Tuy nhiên cho đến nay, phương pháp điện phân dùng để tổng hợp chất hữu cơ vẫn
chưa được sử dụng rộng rãi.
III. Tinh luyện kim loại bằng điện phân.
Tinh luyện một số kim loại: Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au…
Nguyên tắc: Dùng ngay kim loại cần tinh chế làm anot. Khi điện phân kim loại anot
bị hòa tan chuyển vào dung dịch và lại kết tủa trên catot dưới dạng tinh khiết (tạp chất hoặc
chất không tan chuyển thành bùn anot, hoặc tan chuyển vào dung dịch nhưng không kết tủa
ở catot).
Luyện kẽm thông dụng nhất là điện phân dung dịch ZnSO
4
. Sản phẩm Zn thu được
có thể đạt 99,99%. Do quá thế của H
2
trên Zn rất cao nên Zn có thể kết tủa trong môi trường
axit với hiệu suất rất cao. Tuy nhiên, ở một số vị trí, quá thế (*) hidro thấp, nên sự có mặt
các tạp chất, chúng sẽ kết tủa đồng thời với Zn như: Cu, Bi, Ge và Sb không chỉ làm giảm
hiệu suất dòng mà còn ngăn không cho Zn kết tủa. Vì vậy mục đích xử lý quặng Zn là để
tạo ra dung dịch kẽm sunfat không có tạp chất ảnh hưởng không tốt đến phản ứng catot.
Đồng được sản xuất bằng các quá trình luyện kim chứa nhiều tạp chất. Tạp chất ảnh
hưởng xấu đến tính chất cơ, điện của Cu. Phương pháp điện phân tinh luyện sẽ cải thiện
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
17
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
tính chất điện của Cu. Lý do thứ hai của điện phân tinh luyện là tách các kim loại quý như
Au, Ag, Pt, Pd. Các kim loại tạp chất có mặt ở anot đồng, như Fe, Zn cũng bị oxi hóa thành

Fe
2+
và Zn
2+
trong dung dịch song chúng không bị khử ở catot tại thế khử đồng. Các kim
loại có thế dương điện hơn như vàng, bạc không bị oxi hóa anot và đọng lại ở đáy bình điện
phân khi anot đồng bị hòa tan. Bằng cách này đồng đạt độ tinh khiết là 99,5%.
IV. Tách và phân tích các chất trong hỗn hợp.
Phương pháp điện phân là một trong các phương pháp được dùng trong phân tích và
có tầm quan trọng nhất định. Bởi phương pháp điện phân cho kết quả chính xác, thời gian
phân tích không kéo dài và có khả năng khống chế cho phép tách đơn giản nhiều ion cùng
có mặt.
IV.1. Phương pháp phân tích điện khối lượng.
Trong phân tích điện khối lượng, người ta tiến hành điện phân dung dịch phân tích
trong các điều kiện thích hợp để thực tế toàn bộ ion chất cần phân tích bị điện phân kết tủa
định lượng lên bề mặt điện cực làm việc. Trước khi điện phân, ta cân điện cực làm việc.
Sau khi điện phân, đem rửa, sấy và cân lại điện cực có kết tủa bám vào. Dựa vào khối lượng
kết tủa sẽ tính hàm lượng chất cần phân tích.
Phương pháp điện khối lượng thường được sử dụng để định lượng các ion kim loại
có hoạt tính điện hóa và trong một số trường hợp cần dùng để xác định một số anion có khả
năng kết tủa điện hóa trên bề mặt điện cực làm việc. Điện cực làm việc thường có dạng
hình trụ lưới bằng platin đôi khi bằng bạc. Cực phụ trở thường là một dây thường là một
dây Pt dạng lò xo hoặc dạng thanh có kích thước nhỏ.
IV.2. Tách bằng phương pháp điện phân.
Thủy ngân là điện cực làm việc có rất nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi trong
phân tích điện hóa. Ưu điểm: có thể tạo hỗn hống với nhiều kim loại nên việc điện phân các
ion kim loại đó dùng catot thủy ngân rất dễ dàng; điện cực Hg dễ được làm sạch, dễ chuẩn
bị, có bề mặt rất đồng nhất nên các phép đo với các loại điện cực này có độ lặp rất cao; hóa
thế hidro trên điện cực rất lớn, nên khoảng thế để điện phân các ion kim loại và nhiều chất
vô cơ cũng như hữu cơ là rất rộng. Tách trong trường hợp này là tách kim loại đã được hòa

tan trong thủy ngân tạo thành hỗn hống mà không chuyển vào dung dịch nữa. Sau đó cho
thủy ngân bay hơi sẽ thu được các kim loại, nhất là kim loại quý tinh khiết như vàng, bạc…
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
18
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
Ví dụ: Tách Cd khỏi Zn.
Giả sử có dung dịch chứa lượng vết Zn
2+
bên cạnh lượng Cd
2+
. Để tách, người ta
dùng nền axit sunfuric loãng. Thêm vào 200ml dung dịch phân tích 4-5g hidrazin sunfat (để
loại oxi hòa tan trong dung dịch). Tiến hành điện phân với điện cực AgCl là điện cực so
sánh để kết tủa thực tế hoàn toàn Cd vào Hg. Để xác định lượng vết Cd đó, sau khi kết thúc
điện phân, ta rửa sạch catot bằng nước cất rồi khuấy lớp thủy ngân đó với dung dịch Hg
2+
loãng, toàn bộ Cd hòa tan trong Hg sẽ chuyển vào trong dung dịch theo phản ứng:
Cd + Hg
2+
→ Cd
2+
+ Hg
Sau đó xác định lượng Cd
2+
trong dung dịch trên bằng phương pháp cực phổ.
IV.3. Phương pháp chuẩn độ điện lượng.
Đây không phải là phương pháp chuẩn độ thường dùng buret để đựng dung dịch
chuẩn. Tuy vậy, trong phương pháp này người ta vẫn thường sử dụng phản ứng hóa học để
xác định các chất, trong đó ta dùng phương pháp điện phân để điều chế thuốc thử R, thuốc
thử này phản ứng hóa học với chất cần phân tích X theo phản ứng hóa học: R+ X → RX

Biết được điện lượng điều chế thuốc thử R, ta tính được hàm lượng của X với điều
kiện các phản ứng xảy ra định lượng. Trong phương pháp này, người ta thường sử dụng
phương pháp điện phân khi cường độ dòng không đổi để việc xác định điện lượng được
đơn giản và dễ dàng. Vấn đề quan trọng là chọn thuốc thử sao cho hiệu suất điện phân là
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
19
Hình 13. Sơ đồ thiết bị bình điện phân
dùng catot đáy thủy ngân
1. Bình điện phân
2. Catot Hg
3. Cực calomen
4. Anot Pt
5. Đầu tiếp xúc
6. Máy khuấy
7. Ống dẫn khí
8. Nắp đậy.
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
100% đối với việc điều chế thuốc thử R và xác định thời điểm phản ứng giữa thuốc thử R
và chất cần phân tích X vừa kết thúc.
V. Đúc điện.
V.1. Tác dụng.
Đúc điện (kết tủa điện phân kim loại): để chế tạo những sản phẩm có hình dạng phức
tạp và thành mỏng (khuôn ép tinh vi, bản kẽm in, mạch điện tử…)
V.2. Đặc điểm.
Trước tiên, ta làm khuôn của vật định đúc bằng sáp ong hay bằng một chất khác dễ
nặn, rồi quét lên đó một lớp than chì (graphit) mỏng để cho bề mặt khuôn trở nên dẫn điện.
Khuôn này được dùng làm cực âm, còn cực dương thì bằng kim loại mà ta muốn đúc và
dung dịch điện phân là muối của kim loại đó.
Khi đặt một hiệu điện thế vào 2 điện cực đó, kim loại sẽ kết thành một lớp trên
khuôn đúc, dày hay mỏng là tùy thuộc vào thời gian điện phân. Sau đó người ta tách lớp

kim loại ra khỏi khuôn và được vật cần đúc. Muốn vậy, người ta chế tạo mẫu vật, chẳng
hạn bằng nhôm rồi mạ lên nó lớp đồng có chiều dày cần thiết, sau đó hòa tan mẫu vật trong
axit clohidric hay kiềm, nhôm tan đi để lại sản phẩm bằng đồng có hình dạng và chiều dày
mong muốn.
VI. Gia công điện phân qua ống hình.
VI.1. Giới thiệu.
Gia công điện phân qua ống hình là phương pháp gia công điện phân trong đó sử
dụng dung dịch điện phân axit. Phương pháp này được phát triển và hoàn thiện bởi General
Electric Aircraft Engine Group để gia công lỗ có tỉ lệ giữa chiều sâu và đường kính lớn.
Loại lỗ này khó hoặc không thể gia công bằng khoan thông thường cũng không gia công
điện hóa thông thường được vì phương pháp điện hóa thông thường tạo ra chất kết tủa
không tan làm ngăn cản quá trình gia công. Để giải quyết khó khăn đó, phương pháp gia
công điện phân qua ống hình sử dụng chất điện phân axit do đó hòa tan kim loại thành dung
dịch thay cho việc tạo ra chất kết tủa.
VI.2. Đặc điểm.
Tương tự như hệ thống gia công điện phân thông thường, hệ thống này dùng điện áp
một chiều có điện áp thấp để tạo ra phản ứng điện phân giữa anot (phôi) và catot dụng cụ.
Hệ thống gia công này có những đặc biệt sau:
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
20
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
- Độ cứng vững của hệ thống thấp hơn hệ thống gia công điện phân thông thường.
- Hệ thống phải chịu được axit.
- Cần phải đảo chiều dòng điện định kỳ vì chất điện phân làm tăng xu hướng mạ
trên catot (dụng cụ) kim loại gia công.
Máy dùng cho điện phân qua ống hình phải có một hệ thống che kín để tránh bắn tóe
chất điện phân. Thêm vào đó, máy cũng có hệ thống thông khí để thông khí H
2
sinh ra trong
quá trình điện phân. Ngoài ra, máy phải có dụng cụ để đo nồng độ chất điện phân.

Catot trong gia công điện phân qua ống hình có vai trò tương tự như mũi khoan và
được làm bằng titan nguyên chất. Để đảm bảo độ chính xác gia công định kỳ cần nắn thẳng
và mài lại catot. Đồ gá kẹp chi tiết và dẫn hướng catot thường làm bằng titan nguyên chất
để khi tiếp xúc với axit sẽ tạo ra một lớp bảo vệ trên bề mặt. Kẹp catot được làm bẳng thép
không gỉ và phải đảm bảo dẫn điện vào catot. Các ống dẫn axit vào trong catot lằm bằng
nhựa Lexan hay acrylic.
VI.3. Ưu điểm.
- Có thể gia công đồng thời nhiều lỗ rất sâu.
- Có thể gia công với vật liệu rất cứng với lỗ có hình dạng bất kỳ, như ý muốn.
- Không cần phải có người điều khiển vì quá trình điện phân tự xảy ra bên trong.
- Không làm cháy hay hỏng tổ chức tế vi lớp bề mặt.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
21
Hình 14. Sơ đồ hệ thống gia công điện phân qua ống hình.
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
VI.4. Nhược điểm.
- Hệ thống, dụng cụ gia công phức tạp và thải ra nhiều chất độc hại cho môi trường.
- Quá trình điện phân sử dụng dung dịch điện phân axit nên đòi hỏi thiết bị phải chịu được axit.
- Không thể gia công titan nguyên chất và kim loại chịu nhiệt.
VI.5. Ứng dụng.
- Gia công các lỗ làm mát ở cánh quạt tuốc bin, van tuốc bin.
- Gia công các đường dầu, các lỗ vòi phun nhiên liệu.
- Gia công các lỗ không cho phép gia công xung điện vì có hiện tượng cháy.
- Gia công các dãy lỗ làm bằng kim loại chống ăn mòn có tính gia công thấp hoặc bằng kim
loại có độ bền cao.
VII. MẠ ĐIỆN.
VII.1. Định nghĩa.
Mạ điện dùng phương pháp điện phân để kết tủa trên lớp kim loại hoặc hợp kim
mỏng, để chống sự ăn mòn, trang trí bề mặt, tăng tính dẫn điện, tăng kích thước, tăng độ
cứng bề mặt.

Trong mạ điện, yếu tố quan trọng nhất không phải là tiết kiệm năng lượng, tăng hiệu
suất mà là chất lượng mạ. Vì vậy, phải tìm thành phần dung dịch, điều kiện điện phân, để
đảm bảo lớp mạ có những tính chất sau:
- Bám chắc vào kim loại nền, không bong.
- Lớp mạ có kết tinh nhỏ mịn, độ xốp nhỏ, độ bóng, dẻo, cứng phải cao.
- Lớp mạ có đủ độ dày nhất định.
Cấu tạo tinh thể giữ vai trò quyết định đến chất lượng lớp mạ. Tinh thể càng nhỏ mịn thì
lớp mạ càng tốt.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
22
Hình 15 . Vòi phun nhiên liệu.
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
VII.2. Lịch sử ra đời.
Ngành mạ điện được nhà bác học người Ý Luigi.V.Brugnatelli khai sinh vào năm
1805. Ông đã sử dụng thành quả của người đồng nghiệp Alessandro Volta- pin Volta, để
tạo ra lớp phủ điện hóa đầu tiên. Phát minh của ông có ứng dụng trong công nghiệp trong
suốt 30 năm và chỉ được nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm.
Năm 1839, hai nhà bác học Anh và Nga khác độc lập nghiên cứu quá trình mạ kim
loại đồng cho những nút bản in. Ngay sau đó, John Wright, Birmingham (người Anh) sử
dụng KCN cho dung dịch mạ vàng, bạc. Tiếp bước Wright, George Richard Elkington
và Henry Elkington đã nhận được bằng sáng chế kĩ thuật mạ điện vào năm 1840. Hai năm
sau đó, ngành công nghiệp mạ điện tại Birmingham đã có sản phẩm mạ điện trên khắp thế
giới.
VII.3. Quá trình xử lý bề mặt.
Trước khi nhúng chi tiết vào bể điện phân, bề mặt
chi tiết cần phải thật bằng phẳng, sắc nét, bóng, tuyệt đối sạch các chất dầu mỡ, các màng oxit
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
23
Hình 17. Alessandro Volta
( 1745- 1827.)

Hình 18. George Richard Elkington
(1801- 1865).
Hình 16. Luigi.V.Brugnatelli.
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
có thể có. Trong điều kiện như vậy, lớp mạ thu được mới có độ bám tốt, không xước, không
sần sùi, bóng sáng đều, toàn lớp mạ được đồng nhất . Gia công bề mặt kim loại trước khi mạ
bao gồm hai phương pháp sau:
- Phương pháp gia công cơ khí: mài thô, mài tinh, đánh bóng, quay bóng hay xóc
bóng trong thùng quay, chải, phun cát,…
- Phương pháp gia công hóa học hay điện hóa học: tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ, tẩy lại làm
bóng bề mặt, rửa sạch.
Chất lượng lớp mạ phụ thuộc một cách cơ bản vào phương pháp được lựa chọn, kỹ
thuật và điều kiện tiến hành chuẩn bị bề mặt vật mạ, không được phép coi nhẹ việc chuẩn bị
bề mặt vật mạ.
Trong phạm vi của tiểu luận, chỉ đề cập đến phương pháp gia công điện hóa học (sử dụng
công nghệ điện phân).
VII.3.1. Mài điện hóa (sử dụng công nghệ điện phân).
VII.3.1.1. Định nghĩa.
Mài điện hóa là dạng đặc biệt của phương pháp gia công điện hóa trong đó đá mài
quay (catot) là một đĩa mài hình vành khăn dẫn điện có gắn các hạt kim cương, hoặc
carbid silic hoặc cô ranh đông, được dùng để tăng cường sự hòa tan của bề mặt kim loại
gia công (anot).
Phương pháp có năng suất cao gấp 2 lần so với phương pháp mài thông thường.
VII.3.1.2. Đặc điểm.
Hình 19. Nguyên lý gia công mài điện hóa.
Đá mài phải dẫn điện, thông thường đá mài có thành phần là graphit hạt mài và chất
kết dính. Dung dịch chất điện phân thường dùng là nước thủy tinh hoặc dung dịch CaNO
3
.
Khi gia công, đá mài là điện cực âm, chi tiết gia công là cực dương. Các hạt mài nhô

lên tạo khe hở giữa chi tiết và đá. Khe hở này chứa đầy dung dịch chất điện phân. Khi có
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
24
Phương pháp phân tích hóa lý Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng
dòng điện một chiều chạy qua, quá trình điện hoá – hoà tan điện cực dương sẽ xảy ra trong
vùng này.
Vật liệu bị hoà tan được tách khỏi bề mặt gia công nhờ tác dụng cơ học của hạt mài
khi đá mài chuyển động.
Vật liệu bị hoà tan cùng với chất điện phân được những hạt mài chuyển động cuốn ra
ngoài, đồng thời chất điện phân mới được phun vào chứa đầy vùng khe hở.
Khi sử dụng phương pháp này, vận tốc đá mài 20~30m/s, điện thế làm việc 6~8V,
cường độ dòng có thể đến 2000A.
Phương pháp mài bằng điện phân chủ yếu sử dụng để mài sắc hợp kim cứng.
VII.3.1.3. Ưu điểm.
- Năng suất cao nhưng không tổn hao nhiều nhiệt.
- Độ bóng bề mặt rất tốt, độ nhám cao.
- Không có biến đổi cấu trúc tế vi và không có hiện tượng hóa cứng bề mặt cũng như
không có ứng suất dư bên trong. Do không có hiện tượng ứng suất dư nên điều này
rất thuận lợi cho việc gia công hợp kim cứng, có thể tránh được hiện tượng rạn nứt
khi mài.
- Ít bị đốt nóng và đốt cháy.
- Điện áp thấp.
VII.3.2. Đánh bóng điện hóa.
VII.3.2.1. Tác dụng.
- Bề mặt kim loại không có vết xước, độ bằng phẳng và độ bóng cao.
- Nâng cao độ chịu ma sát cũng như độ bền chống ăn mòn.
Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A
25
Hình 20. Máy đánh bóng điện hóa.