Thông tin tài liệu
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "LÝ THUYẾT ĐIỆN PHÂN VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN TRONG ĐỀ THI ĐẠI HỌC, CAO ĐẲNG" LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com A ĐẶT VẤN ĐỀ Theo nhu cầu chung nghành nghề xã hội nên xu nhiều năm gần đây, tất trường THPT toàn quốc em học thi theo ban khoa học tự nhiên Vì trách nhiệm người giáo viên mơn tự nhiên nói chung, mơn hóa học nói riêng phải cần đầu tư chuyên môn sâu cao Có giúp em tiếp cận giải đề thi Đại học – Cao đẳng cách nhanh chóng hiệu Đối với em học sinh, không cần nhớ kiến thức, mà cịn cần phải nhớ sâu, nắm vững Có tốn tìm phương pháp giải toán cách nhanh nhất, đường ngắn Điều khơng giúp em tiết kiệm thời gian làm mà rèn tư lực phát vấn đề Vì vậy, việc người giáo viên hướng dẫn em sử dụng phương pháp giải nhanh tập quan trọng Qua trình giảng dạy, luyện thi đại học, bồi dưỡng học sinh giỏi nhiều năm nhận thấy chuyên đề điện phân chuyên đề hay khó lại quan trọng nên thường gặp đề thi lớn quốc gia Tuy nhiên, thực tế, tài liệu viết vấn đề điện phân cịn nên nguồn tư liệu để giáo viên học sinh nghiên cứu hạn chế nội dung kiến thức kĩ giải tập điện phân cung cấp cho học sinh chưa nhiều Vì vậy, em thường lúng túng có tâm lí ngại sợ gặp tập liên quan đến điện phân Qua nghiện cứu, giảng dạy nhiều năm tơi hệ thống hóa dạng tập điện phân phương pháp giải dạng tập cho học sinhh dễ hiểu, dễ vận dụng, tránh lúng túng, sai lầm nâng cao kết kì thi Đề tài viết sở dạy chương đại cương kim loại lớp 12, qua kinh nghiệm giảng dạy Với hy vọng tài liệu tham khảo cho em học sinh lớp 12 đồng nghiệp Rất mong đóng góp ý kiến đồng chí LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN Khái niệm: - Sự điện phân trình oxi hóa – khử xảy bề mặt điện cực có dịng điện chiều qua chất điện li nóng chảy dung dịch chất điện li - Sự điện phân trình sử dụng điện để tạo biến đổi hóa học - Trong trình điện phân, tác dụng điện trường cation chạy cực âm (catot) anion chạy điện cực dương (anot), xảy q trình trao đổi electron điện cực - Phân loại điện phân: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li điện cực trơ, điện phân dùng điện cực không trơ Sự điện phân chất điện li: a Điện phân chất điện li nóng chảy Trong thực tế, người ta thường tiến hành điện phân hợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy kim loại có tính khử mạnh Li, Na, K, Ba, Ca, Mg, Al để điều chế kim loại từ hợp chất tương ứng Ví dụ 1: Điện phân NaCl nóng chảy NaCl(nóng chảy) → Na+ + ClCatot ( – ) ← NaCl → 2| Na+ + e → Na Phương trình điện phân: Anot ( + ) 2Cl- → Cl2 + 2e 2NaCl → 2Na + Cl2 Lưu ý: Cần có màng ngăn khơng cho Cl2 tác dụng trở lại với Na trạng thái nóng chảy làm giảm hiệu suất q trình điện phân Ví dụ 2: Điện phân NaOH nóng chảy NaOH(nóng chảy) → Na+ + OHCatot ( – ) ← NaOH → Anot ( + ) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4| Na+ + 1e → Na 4OH+ → O2 + 2H2O + 4e Phương trình điện phân: 4NaOH → 4Na + O2 + 2H2O Ví dụ 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy có mặt criolit (Na3AlF6) Al2O3 (nóng chảy) → 2Al3+ + 3O2Catot ( – ) ← Al2O3 → 4| Al3+ + 3e → Al Anot ( + ) 3| 2O 2- → O2 + 4e Phương trình điện phân: 2Al2O3 → 4Al + 3O2 b Điện phân dung dịch chất điện li vô nước Trong điện phân dung dịch, ion chất điện li phân li cịn có ion H + OH- nước Do việc xác định sản phẩm điện phân phức tạp Tùy thuộc vào tính khử tính oxi hóa ion có bình điện phân mà ta thu sản phẩm khác * Ở catot (cực âm): -Có thể xảy trình khử sau đây: Mn+ + ne → M 2H+ (axit) + 2e → H2 Hoặc ion hiđro nước bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH- Nếu catot có cation kim loại sau nhôm H+(axit), cation nhận electron Nếu đồng thời có nhiều cation cation có tính oxi hóa mạnh bị khử trước Cụ thể: thứ tự tăng dần tính oxi hóa cation sau: Zn2+ , Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Fe3+, Hg2+, Ag+… - Nếu catot có cation kim loại trước Zn2+ H2O bị khử (hay H2O có tính oxi hóa mạnh ion này) *Anot (cực dương): - Có thể xảy trình oxi hóa anion gốc axit Cl - , S2-…hoặc ion OH- bazơ kiềm nước 2Cl-→ Cl2 + 2e 4OH- → O2 + 2H2O + 4e Hoặc ion OH- nước bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Nếu Anot có anion: S2-, I-, Br-, Cl-, OH-…, anon nhường electron Nếu đồng thời có nhiều anion anion có tính khử mạnh bị oxi hóa trước Cụ thể: thứ tự giảm dần tính khử anion sau: S2-, I-, Br-, Cl-, OH-,… - Nếu anot có anion gốc axit như: F -, NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4-… nước bị oxi hóa (hay H2O có tính khử mạnh ion này) *Tổng quát: Điện phân dung dịch thu sản phẩm điện cực Catot Anot -Kim loại -Phi kim: O2, Cl2, S, … -Khí H2 - Dung dịch: OH- -Dung dịch: H+ *Lưu ý: Nếu điện phân không dùng anot trơ graphit, platin (Pt) mà dùng kim loại Fe, Ni, Cu, Ag…thì kim loại dễ bị oxi hóa anion oxi hóa – khử chúng thấp hơn, chúng tan vào dung dịch (anot tan hay tượng dương cực tan) * Một số ví dụ Ví dụ 1: Viết sơ đồ phương trình điện phân dung dịch CuCl2 với anot trơ CuCl2 → Cu2+ + 2ClCatot ( – ) ← CuCl2 → Anot ( + ) Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 +2e Phương trình điện phân: CuCl2 → Cu + Cl2 Nhận xét: - Sau CuCl2 hết, bình điện phân cịn H 2O (dẫn điện kém) nên H 2O không điện phân tiếp -Xảy tương tự điện phân dung dịch: NiCl2, FeCl2, ZnCl2… Ví dụ 2: Viết sơ đồ phương trình điện phân dung dịch Na2SO4 với anot trơ Na2SO4 → 2Na+ + SO42 Catot (-) ← Na2SO4 → Anot (+) Na+ không bị điện phân SO42- không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → O2 + 4H+ + 4e LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com → Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2 Nhận xét: - Na2SO4 đóng vai trị chất dẫn điện, nên trình điện phân lượng Na 2SO4 không đổi - Xảy tương tự điện phân dung dịch: NaNO3, K2SO4, Na2CO3 , MgSO4,… Ví dụ 3: Viết sơ đồ phương trình điện phân dung dịch H 2SO4, dung dịch NaOH với anot trơ Điện phân dung dịch H2SO4: Catot (-) ← H2SO4 → Anot (+) 2H+ + 2e → H2 SO42- không bị điện phân 2H2O → O2 + 4H+ + 4e → Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2 Điện phân dung dịch NaOH: Catot (-) ← NaOH → Anot (+) Na+ không bị điện phân 4OH- → O2 + H2O + 4e 2H2O + 2e → H2 + 2OH- → Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2 Nhận xét: - Điện phân dung dịch axit: HNO 3, H2SO4, HClO4…, dung dịch kiềm: NaOH, KOH, Ba(OH)2… thực chất điện phân H2O - Phân tử axit, bazơ trường hợp đóng vai trị chất dẫn điện Ví dụ 4: Viết sơ đồ phương trình điện phân điện phân dung dịch NaCl NaCl → Na+ + Cl Catot (-) Anot (+) Na+ không bị điện phân 2Cl- → Cl2 + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2OH- → Phương trình : 2Cl- + 2H2O → Cl2 + H2 + 2OH- (có màng ngăn) hay 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhận xét: - Sau NaCl hết (Cl- hết), dung dịch có NaOH nên giai đoạn điện phân điện phân H2O: 2H2O → 2H2 + O2 Do đó, số mol NaOH không đổi, nồng độ mol NaOH tăng dần - Trong trình điện phân dung dịch NaCl, pH dung dịch tăng dần - Xảy tương tự điện phân dung dịch : NaCl, CaCl2, MgCl2, BaCl2 … - Không thể điều chế kim loại từ K đến Al phương pháp điện phân dung dịch - Nếu khơng có màng ngăn thì: Cl2+ 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O nên phương trình điện phân là: NaCl + H2O → NaClO + H2 Ví dụ 5: Viết sơ đồ phương trình điện phân điện phân dung dịch CuSO4 CuSO4 → Cu2+ + SO42Catot(-) Anot(+) 2 SO4 không bị điện phân 2+ + Cu + 2e → Cu 2H2O → 4H + O2+ 4e 2+ + → Phương trình điện phân : Cu + H2O → Cu + 2H + ½ O2 hay CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + ½ O2 Nhận xét: - Sau CuSO4 hết (Cu2+ hết), dung dịch có H2SO4 nên giai đoạn điện phân điện phân H2O: 2H2O → 2H2 + O2 Do đó, số mol H2SO4 khơng đổi, nồng độ mol H2SO4 tăng dần - Trong trình điện phân dung dịch CuSO4, pH dung dịch giảm dần -Xảy tương tự điện phân dung dịch muối kim loại từ Zn → Hg với gốc axit NO3- , SO42- … Kết luận: - Điện phân dung dịch: kiềm, axit có oxi, muối axit có oxi kim loại từ Al trở trước thực chất điện phân H2O Trong trình điện phân, số mol chất tan không thay đổi nồng độ tăng dần - Điện phân dung dịch muối ion kim loại sau nhôm với gốc axit NO 3-, SO42-… dung dịch sau điện phân có pH 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ví dụ 6: Viết sơ đồ phương trình điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl 3, CuCl2 HCl với anot trơ FeCl3 → Fe3+ + 3ClCuCl2 → Cu2+ + 2ClHCl → H+ + ClCatot ( – ) Anot ( + ) Fe3+ + 1e → Fe2+ 2Cl- → Cl2 + 2e Cu2+ +2e → Cu 2H+ +2e → H2 Fe2+ + 2e→ Fe Phương trình điện phân xảy là: 2FeCl2→ 2FeCl2 + Cl2 CuCl2 → Cu + Cl2 2HCl →H2 + Cl2 FeCl2 → Fe + Cl2 Ví dụ 7: Viết sơ đồ phương trình điện phân điện phân dung dịch hỗn hợp gồm a mol NaCl b mol Cu(NO3)2 , điện cực trơ có màng ngăn Biết a>2b NaCl → Na+ Cu(NO3)2 → Cu2+ + Catot (-) Anot + Na không bị điện phân NO3- không bị điện phân + Cl 2NO3(+) Cu2+ + 2e → Cu 2Cl→ Cl2 + 2e + 2H2O + 2e → H2 + 2OH 2H2O → 4H + O2 + 4e Phương trình điện phân: Cu2+ + 2Cl- → Cu + Cl2 (1) Hoặc: Cu(NO3)2 + 2NaCl → Cu + Cl2 + 2NaNO3 Do a>2b nên Cu2+ hết, Cl- dư→ kết thúc giai đoạn (1) Tiếp tục điện phân xảy giai đoạn (2) điện phân dung dịch NaCl 2H2O + 2Cl- → H2 + 2OH- + Cl2 (2) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoặc: 2H2O + 2NaCl → H2 + Cl2 + 2NaOH Khi Cl- hết → kết thúc giai đoạn (2) Tiếp tục điện phân xảy giai đoạn (3) điện phân H2O 2H2O → 2H2 + O2 (3) * Một số câu hỏi vận dụng: Câu 1: Khi điện phân dung dịch: NaCl, KNO3, AgNO3, CuSO4 với điện cực trơ, màng ngăn xốp Dung dịch có pH tăng q trình điện phân là: A NaCl B KNO3 C AgNO3 D CuSO4 → Chọn đáp án: A Câu 2: (Đại học khối B-2007) Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 b mol NaCl ( với điện cực trơ, có màng ngăn xốp) Để dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng điều kiện a b là: A b = 2a B 2b = a C b > 2a D b < 2a → Chọn đáp án: C Câu 4: (Đại học khối A- 2010) Điện phân (với điện cực trơ) dung dịch gồm NaCl CuSO4 có số mol, đến catot xuất bọt khí dừng điện phân Trong trình điện phân trên, sản phẩm thu anot A khí Cl2 O2 B khí H2 O2 C có khí Cl2 D khí Cl H2 → Chọn đáp án: A Câu 5: Điện phân hoàn toàn dung dịch hỗn hợp gồm a mol Cu(NO 3)2 b mol NaCl với điện cực trơ , màng ngăn xốp Để dung dịch thu sau điện phân có khả phản ứng với Al2O3 A b = 2a B b > 2a C b < 2a D b < 2a b > 2a Hướng dẫn giải câu 5: Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3a a NaCl → Na+ + Clb b Catot(-) Anot (+) + Na không bị điện phân NO3 không bị điện phân 2+ Cu + 2e → Cu 2Cl→ Cl2 + 2e LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com → Phương trình : Cu2+ 2+ 2Cl- + → Cu + a Cl2 (1) b Nếu dư Cu sau (1) : a > b/2 ( 2a > b ) có phản ứng Cu2+ + 2H2O→ Cu + → Dung dịch thu có axit nên có phản ứng với Al2O3 6H+ + Al2O3 → Nếu dư Cl sau (1) : a < b/2 ( b > 2a) có phản ứng 2Al3+ 4H+ + O2 + 3H2O 2H2O + 2Cl → 2OH+ H2 + → Dung dịch thu có mơi trường bazơ nên có phản ứng với Al2O3 Cl2 2OH- + Al2O3 → 2AlO2- + H2O → Chọn đáp án D II BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN Định luật Farađay Cơng thức: (*) Trong đó: m khối lượng chất thoát điện cực A: khối lượng mol chất thu điện cực n: số electrron trao đổi điện cực t: thời gian điện phân (s) I: cường độ dịng điện (Ampe) F: số Farađay có giá trị F = 96500 Thường dùng công thức sau: - Số mol chất thoát điện cực - Số mol electron trao đổi: ne (**) (***) Một số sở để giải toán điện phân: a Khi điện phân dung dịch: + Hiđroxit kim loại hoạt động hóa học mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH)2,…) + Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…) + Muối tạo axit có oxi bazơ kiềm (KNO 3, Đều thực tế điện phân H2O: 2H2O → 2H2 (catot) + O2 (anot) Na2SO4,…) 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com b Khối lượng catot tăng khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào - Độ giảm khối lượng dung dịch: Δm = (mkết tủa + mkhí) c H2O bắt đầu điện phân điện cực khi: + Catot: bắt đầu có khí khối lượng catot khơng đổi, lúc ion kim loại (có thể bị điện phân) vừa hết + Khi pH dung dịch khơng đổi, lúc ion (có thể bị điện phân) vừa hết d Khi điện phân với Anot không trơ (làm kim loại Pt hay than chì) Anot xảy q trình oxi hóa điện cực Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với anot làm Cu CuSO4 → Cu2+ + SO42Catot (-) Anot (+) Cu2+ +2e → Cu Cu → Cu2+ + 2e Vậy chất trình điện phân di chuyển Cu từ Anot sang Catot Trong trình điện phân nồng độ CuSO4 khơng thay đổi Ví dụ: Điện phân dung dịch AgNO3 với anot Cu AgNO3 → Ag+ + NO3Catot (-) Ag+ +1e → Ag Anot (+) Cu→ Cu2+ +2e Phương trình điện phân: 2AgNO3 + Cu → 2Ag + Cu(NO3)2 e Có thể xảy phản ứng phụ: - Giữa chất tạo thành điện cực q trình điện phân Ví dụ: Điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ, khơng có màng ngăn OH - và Cl2 sinh phản ứng với tạo nước Javen - Giữa axit dung dịch kim loại bám catot Ví dụ: Điện phân dung dịch Cu(NO3)2, sau điện phân chưa lấy catot có phản ứng Cu (ở catot) dung dịch HNO3 (trong bình điện phân) Hai dạng toán điện phân thường gặp: Dạng 1: Tính thời gian điện phân (khi biết I, số mol) *Cách làm: 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Viết phương trình điện phân xảy (không cần viết sơ đồ điện phân) - Xác định sản phẩm thu điện cực - Sử dụng tỷ lệ phương trình hóa học thơng thường để tính số mol sản phẩm - Áp dụng cơng thức Farađay (**) để tính thời gian theo số mol sản phẩm thu điện cực, theo số mol electron trao đổi * Một số ví dụ: Ví dụ 1: Điện phân 100ml dung dịch chứa NaCl với điện cực trơ, có màng ngăn, cường độ dịng điện khơng đổi 1,93A Tính thời gian điện phân để dung dịch pH = 12 Cho thể tích dung dịch xem khơng thay đổi, hiệu suất điện phân 100% A 50s B 100s C 150s D 200s Hướng dẫn giải: Các phương trình điện phân xảy ra: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2 (1) Khi NaCl hết 2H2O → 2H2 + O2 (2) Vì dung dịch có pH = 12 → dung dịch thu có mơi trường kiềm pH = 12 → [H+] = 10-12 → [OH-] = 0,01 → Số mol OH- = 0,001 mol Áp dụng công thức Farađay (**): nOH- = Hoặc áp dụng công thức Faraday (***): ne = → Chọn đáp án A Ví dụ 2: Điện phân 100ml dung dịch CuSO4 0,1M với điện cực trơ bắt đầu có bọt khí vừa catot dừng lại Tính pH dung dịch sau điện phân Biết hiệu suất điện phân 100%, thể tích dung dịch xem không đổi Lấy lg2 = 0,3 A pH = 0,1 B pH = 0,7 C pH = 2,0 D pH = 1,3 Hướng dẫn giải: Các phương trình điện phân xảy ra: 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + 1/2O2 (1) Khi H2SO4 hết 2H2O → 2H2 + O2 (2) Do điện phân đến vừa bắt đầu sủi bọt khí, nên catot Cu 2+ vừa hết → khơng xảy phương trình (2) Theo (1) Số mol O2 = ½ số mol H2SO4 = 0,01 mol → [H+] = 0,02/0,1 = 0,2 → pH = -lg0,2 = 0,7 → Chọn đáp án B Ví dụ 3: Điện phân dung dịch chứa 0,1 mol NaCl với cường độ dịng điện ampe, có màng ngăn điện cực trơ, đến anot có 2,24 lít (ở đktc) Tính thời gian điện phân Hướng dẫn giải: Các phương trình điện phân xảy ra: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2 (1) 0,1 Khi NaCl hết 0,05 2H2O → 2H2 + O2 (2) 0,1 Vì anot thu O2 nên giai đoạn (1) xong hay NaCl hết Theo (1) (2): Số mol H2 thu catot = 0,05+0,1=0,15 mol → ne=0,3 mol Áp dụng công thức Farađay (**)ta có: hay 8h2’30” → Hoặc áp dụng cơng thức Farađay (***)ta có: → hay 8h2’30” Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO 0,2M AgNO3 0,1M với cường độ dịng điện I = 3,86A.Tính thời gian điện phân để khối lượng kim loại bám bên catot 1,72g ? A 250s B 1000s C 500s D 750s Hướng dẫn giải: Vì đề hỏi đến kim loại nên ta cần quan tâm đến trình nhường e ion kim loại catot (mà khơng cần viết phương trình) Catot xảy trình theo thứ tự Ag+ +1e → Ag 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cu2+ + 2e → Cu Số gam kim loại Ag tối đa tạo thành : 0,01.108 = 1,08 gam Số gam Cu tối đa tạo thành : 0,02.64 = 1,28 gam Vì 1,08 < 1,72 < 1,08 + 1,28 → Điện phân hết Ag+ dư phần Cu2+ → Khối lượng Cu tạo thành : 1,72 – 1,08 = 0,64 gam → nCu = 0,01 mol → Tổng số mol electron hai trình là: ne = 0,01 + 0,02 = 0,03 mol Áp dụng công thức Faraday (***): → → Chọn Đáp án D Dạng 2: Biết thời gian, tính lượng chất thoát điện cực (hoặc lượng chất tham gia điện phân) * Cách làm: -Từ số mol chất biết thời gian tính số mol electron ne theo cơng thức (***) - Viết q trình nhận, nhường electron đồng thời so sánh với n e để biết điện phân đến trình - Từ q trình xác định được, tính lượng chất điện phân lượng chất thu Ví dụ 1: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 0,1 mol FeCl 0,012 mol NaCl với cường độ dòng điện 9,65 ampe, điện cực trơ, màng ngăn xốp thời gian 38’40” Tính khối lượng kim loại thu catot, thể tích khí (ở đktc) thu anot Biết hiệu suất điện phân 100% Hướng dẫn giải: Áp dụng cơng thức Farađay (***) ta có: ne = Ở catot ( -): Fe2+ +2e → Fe 0,1→0,2 < 0,232 nên Fe2+ hết → mFe= 0,1.56=5,6 gam Ở anot: 2Cl- → Cl2 + 0,212 → 0,106 2e 0,212mol < 0,232 nên H2O điện phân tiếp 2H2O → O2 + 4H+ +4e 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 0,005 0,02 Số mol e mà H2O nhận là: 0,232 - 0,212 = 0,02 mol Vậy anot thu 0,106 mol Cl2 0,005mol O2 → V=22,4.(0,106+0,005) =2,4864 (lít) Ví dụ 2: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện 9,65A, điện cực trơ Khối lượng Cu bám vào catot thời gian điện phân t 1= 200s t2= 500s A 0,32 gam 0,64 gam B 0,64 gam 1,28 gam C 0,64 gam 1,60 gam D 0,64 gam 1,32 gam Hướng dẫn giải: - Nếu Cu2+ hết: ne = 0,04 mol - Áp dụng cơng thức (***) ta có: < 0,04 nên Cu2+ +Số mol electron điện phân 200 s ne = chưa hết → nCu = 1/2ne = 0,01 → m1 = 0,64 gam + Số mol electron điện phân 500 s 0,02.2,5= 0,05 (mol)>ne → Cu2+ hết → nCu = nCu2+= 0,02mol → m2 = 1,28 gam → đáp án B Ví dụ 3: (Đại học khối A- 2010) Điện phân dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO 0,12 mol NaCl dòng điện có cường độ 2A, có màng ngăn, điện cực trơ Thể tích khí (đktc) anot sau 9650 giây điện phân A 2,240 lít B 2,912 lít C 1,792 lít D 1,344 lít Hướng dẫn giải Áp dụng cơng thức (***) ta có ne = Ở anot xảy ra: 2Cl → Cl2 + 2e 0,12 0,12 < 0,2 mol nên cịn xảy q trình điện phân H2O 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4H2O → 4H+ + 0,02 0,08 O2 + 4e Số mol e H2O nhường là: 0,2- 0,12=0,08 mol Vậy: Vkhí = (0,06 + 0,02) 22,4 = 1,792 lít → Đáp án C Ví dụ 4: (Đại học khối B– 2009) Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M NaCl 0,5M (với điện cực trơ, màng ngăn, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A 3860 giây Dung dịch thu sau điện phân có khả hoà tan m gam Al Giá trị lớn m A 4,05. B 2,70. C 1,35. D 5,40 Hướng dẫn giải Số mol e trao đổi điện phân : ne= n CuCl2 = 0,1.0,5 = 0,05 mol ; n NaCl = 0,5.0,5 = 0,25 mol Tại catot : Cu2+ + 2e → Cu 0,05→ 0,1 < 0,2 nên cịn q trình điện phân H2O Số mol e H2O nhận là: 0,2- 0,1=0,1 mol 2H2O + 2e → H2 + 2OH0,1 → 0,1 Vậy dung dịch sau điện phân có 0,1 mol OH - có khả phản ứng với Al theo phương trình : Al + OH- + H2O → 0,1 mAl (max) = 0,1.27= 2,7 (g) → Chọn đáp án B AlO2- + 3/2 H2 0,1 Ví dụ 5: Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl 1M , FeCl2 2M , CuCl2 1M HCl 2M với điện cực trơ có màng ngăn xốp cường độ dịng điện 5A 40 phút 50 giây catot thu A.5,6 g Fe B.2,8 g Fe C.6,4 g Cu D.4,6 g Cu Hướng dẫn giải 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Áp dụng công thức (***): ne = Theo giả thiết: n Fe3+ = 0,1 mol; n Fe2+ = 0,2 mol; n Cu2+ = 0,1 mol; n H+ = 0,2 mol Sắp xếp tính oxi hóa ion theo chiều tăng dần : Fe2+ < H+ < Cu2+ < Fe3+ → Thứ tự bị điện phân catot (-) là: Fe3+ + 1e → Fe2+ (1) 0,1 → 0,1→ 0,1 Cu2+ + 2e → Cu (2) 0,1 → 0,2→ 0,1 2H+ + 2e → H2 (3) 0,2→ 0,2 → Sau (1), (2), (3) số mol e 0,5 = n e , nên khơng xảy q trình (4) đây: Fe2+ + 2e → Fe (4) Vì số mol e trao đổi 0,5 mol → Khơng có phản ứng (4) , kim loại thu phản ứng (2) → Kim loại thu catot Cu có khối lượng là: 0,1.64 = 6,4 gam → Chọn đáp án C Một số ví dụ áp dụng: Bài 1: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu dung dịch X Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện 1,34A Khối lượng kim loại thoát catot thể tích khí anot (ở đktc) (Biết hiệu suất điện phân 100 %): A 6,4 gam 1,792 lít B 10,8 gam 1,344 lít C 6,4 gam 2,016 lít D 9,6 gam 1,792 lít Bài 2: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO 3)2 AgNO3, để điện phân hết ion kim loại dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A Sau điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám catot Nồng độ mol Cu(NO 3)2 AgNO3 hỗn hợp đầu là: A 0,2 M 0,1 M B 0,1 M 0,2 M C 0,2 M 0,2 M D 0,1 M 0,1 M Bài 3.( Đại học khối B-2010): Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l, sau một thời gian thu được dung dịch Y vẫn còn màu xanh, có khối 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lượng giảm 8g so với dung dịch ban đầu Cho 16,8g bột Fe vào Y, sau các phản ứng xảy hoàn toàn, thu được 12,4g kim loại Giá trị x là A 2,25 B 1,5 C 1,25 D 3,25 Bài Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO 4.5H2O vào nước dung dịch X Điện phân dung dịch X với điện cực trơ cường độ dòng điện 1,93A Nếu thời gian điện phân t (s) thu kim loại M catot 156,8 ml khí anot Nếu thời gian điện phân 2t (s) thu 537,6 ml khí Biết thể tích khí đo đktc Kim loại M thời gian t A Ni 1400 s B Cu 2800 s C Ni 2800 s. D Cu 1400s. Bài ( Đại học khối A-2007): Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau thời gian thu 0,32 gam Cu catôt và lượng khí X anơt Hấp thụ hồn tồn lượng khí X vào 200 ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thường) Sau phản ứng, nồng độ NaOH cịn lại 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch không thay đổi) Nồng độ ban đầu dung dịch NaOH A 0,15M. B 0,2M. C 0,1M. D 0,05M Bài Điện phân dung dịch NaCl (d=1,2g/ml) thu chất khí điện cực Cơ cạn dung dịch sau điện phân, cịn lại 125g cặn khô Nhiệt phân cặn thấy giảm 8g Hiệu suất trình điện phân A 25%. B 30%. C 50%. D.60% Bài Có hai bình điện phân mắc nối tiếp Bình chứa dung dịch CuCl2, bình chứa dung dịch AgNO3 Tiến hành điện phân điện cực trơ, kết thúc điện phân thấy catot bình tăng 1,6 gam Khối lượng catot bình tăng A 2,52 gam B 3,24 gam. C 5,40 gam D 10,8 gam Bài Mắc nối tiếp bình điện phân A, B, C đựng dung dịch tương ứng CuCl 2, XSO4, Ag2SO4 tiến hành điện phân với điện cực trơ cường độ dòng điện 5A Sau thời gian điện phân t thấy khối lượng kim loại catot bình A bình C 0,76g, catot bình C nhiều catot bình B bình A 0,485g Khối lượng nguyên tử X thời gian t A 55 193s B 30 133s C 28 193s D 55 965s Bài 9: Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl bình (2) chứa dung dịch AgNO3 Sau phút 13 giây catot bình (1) thu 1,6 gam kim loại cịn catot bình (2) thu 5,4 gam kim loại Cả hai bình khơng thấy khí catot thoát Kim loại M 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com A Zn B Cu C Ni D Pb C KẾT LUẬN Hóa học nói chung tập hóa học nói riêng đóng vai trị quan trọng việc học tập hóa học Nó giúp học sinh phát triển tư sáng tạo, đồng thời góp phần quan trong việc ơn luyện kiến thức cũ, bổ sung thêm phần thiếu sót thực hành lí thuyết hóa học Qua kết việc áp dụng tài liệu vào giảng dạy thấy muốn đạt kết cao công tác ôn luyện thi đại học, bồi dưỡng học sinh giỏi, trước hết người thầy phải cần mẫn chịu khó, mang tính sáng tạo việc hướng dẫn ơn tập cho học sinh Về phía học sinh phải nắm vững kiến thức bản, say sưa với môn, biết cách khai thác triệt để kiện đề cho Khi chưa tìm hướng giải cần đặt câu hỏi trước kiện để suy luận, không chán nản Những khám phá hóa học làm em yêu khoa học tự nhiên, yêu quê hương đất nươc, chắp cánh cho ước mơ hòa bão để trở thành kĩ sư, bác sĩ… tương lai Tôi mong rằng, với nội dung đề tài giúp em hiểu kiến thức điện phân, giải tập điện phân cách tự tin, hiệu I KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Trên số kỹ phương pháp giải số dạng toán điện phân dung dịch Q trình tìm tịi nghiên cứu giải vấn đề sau: - Nghiên cứu sở lí thuyết điện phân dung dịch; q trình xảy - Từ rút bước thơng thường để giải toán điện phân - Sắp xếp cách có hệ thống dạng tập điện phân dung dịch - Đưa dạng tập hướng dẫn giải chi tiết, ngắn gọn dạng tập Trong năm giảng dạy ôn luyện thi với việc áp dụng phương pháp thấy khả giải tập điện phân dung dịch học sinh nâng cao ; em hứng thú học tập Ở lớp luyện thi với đối tượng học sinh trung bình số học 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com sinh hiểu có kỹ giải dạng tập tương đối Được đồng nghiệp xem tài liệu bổ ích dùng để bổ trợ ơn thi học sinh giỏi ôn thi đại học II HƯỚNG TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI - Bổ sung thêm dạng toán mức độ dành cho học sinh đại trà học sinh khá, giỏi - Áp dụng điều chỉnh thiếu sót vào giảng dạy - Vận dụng kinh nghiệm giảng dạy, tiếp thu ý kiến đạo, tranh thủ đóng góp xây dựng đồng nghiệp để đề tài có tính thực tiễn cao - Trong trình thực đề tài tơi cố gắng tìm tịi, nghiên cứu song không tránh khỏi hạn chế thiếu sót Rất mong nhận quan tâm đóng góp bạn đồng nghiệp để thân hoàn thiện giảng dạy sáng kiến kinh nghiệm có tác dụng cao việc dạy học Tôi xin chân thành cảm ơn ! Bỉm Sơn, ngày 20 tháng năm 2012 Người viết 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... điện phân: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li điện cực trơ, điện phân dùng điện cực không trơ Sự điện phân chất điện li: a Điện phân chất điện li nóng chảy Trong thực... B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN Khái niệm: - Sự điện phân q trình oxi hóa – khử xảy bề mặt điện cực có dịng điện chiều qua chất điện li nóng chảy dung dịch chất điện li - Sự điện phân. .. cứu sở lí thuyết điện phân dung dịch; q trình xảy - Từ rút bước thơng thường để giải tốn điện phân - Sắp xếp cách có hệ thống dạng tập điện phân dung dịch - Đưa dạng tập hướng dẫn giải chi tiết,
Ngày đăng: 10/10/2022, 08:58
Xem thêm:
