SKKN Phân dạng và lựa chọn phương pháp giải phù hợp cho bài toán điện phân trong ôn thi đại học đạt hiệu quả cao tại trường THPT Cẩm Thủy 1 1 I – PHẦN MỞ ĐẦU 1/ Lí do chọn đề tài Hóa học là môn khoa h[.]
I – PHẦN MỞ ĐẦU 1/ Lí chọn đề tài Hóa học mơn khoa học nghiên cứu cấu tạo biến đổi chất Một nhiệm vụ trọng tâm hóa học phải nắm vững trình biến đổi chất, định luật vận dụng giải tập qua để củng cố lại kiến thức học cho người học Trong chương trình thi đại học, cao đẳng năm qua câu hỏi điện phân câu hỏi thường xuyên xuất đề thi trở thành câu hỏi khó, gây khó khăn cho học sinh ln có dạng lạ với cách giải hay Tuy nhiên tham khảo nghiên cứu tài liệu Tôi nhận thấy tài liệu đưa tập chung chung chưa phân thành dạng bài, nhiều cách giải rườm ra, phức tạp, chưa phù hợp với đối tượng học sinh đặc biệt học sinh khu vực miền núi, đồng thời giảng dạy chuyên đề khó với học sinh hiểu chưa đầy đủ trình điện cực, chưa biết phân tích đề nên gặp tốn thường hay lúng túng làm rối toán hay không định hướng phương pháp giải Dựa sở thực tiễn dạy học trường THPT Cẩm Thủy việc ôn tập định hướng học sinh thi đại học – cao đẳng Tôi nhận thấy tốn điện phân thường có phương pháp giải chung từ Tơi phân dạng lựa chọn phương pháp giải phù hợp nhóm tập áp dụng chuyên đề năm học nhũng năm vừa qua đạt số kết mong muốn, Tơi chọn nội dung làm sáng kiến kinh nghiệm năm 2016 với tên đề tài là: “Phân dạng lựa chọn phương pháp giải phù hợp cho tốn điện phân ơn thi đại học đạt hiệu cao trường THPT Cẩm Thủy 1” Trong đề tài Tôi phân dạng toán thành dạng, đúc rút số kinh nghiệm lựa chọn phương pháp giải phù hợp cho toán điện phân nhanh hơn, hiểu đúng, đầy đủ trình điện cực đồng thời phát huy trí tuệ học sinh để học tập mơn hóa học tốt 2/ Mục đích nghiên cứu đề tài - Đề tài tập trung nghiên cứu phân dạng lựa chọn phương pháp giải toán điện phân dung dịch phù hợp với đối tượng học sinh trường THPT Cẩm Thủy 3/ Đối tượng nghiên cứu đề tài - Là học sinh khối 12, cụ thể học sinh theo học chương trình nâng cao định hướng ôn thi đại học – cao đẳng trường THPT Cẩm Thủy - Phân dạng phương pháp giải toán điện phân dung dịch 4/ Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp quan sát: Quan sát thực tiễn dạy học trường THPT Cẩm Thủy năm học vừa qua, Chất lượng ôn thi đại học bồi dưỡng học sinh giỏi - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: nghiên cứu sách báo, giáo trình có liên qua đến ơn thi đại học bồi dưỡng học sinh giỏi - Phương pháp tổng kết thực tiễn, xử lí số liệu SangKienKinhNghiem.net II – PHẦN NỘI DUNG ĐỀ TÀI Cơ sở lí luận đề tài - 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 - Cơ sở phương pháp giải toán điện phân vận dụng định luật Faraday cho trình điện cực đồng thời người học cần nắm vững quy tắc xảy anot catot (bao gồm ion bị điện phân, không bị điện phân, thứ tự điện phân ion, ion điện phân thay ) Thực trạng đề tài trước áp dụng - Câu hỏi điện phân thường có đề thi đại học - cao đẳng - Chưa có phân dạng, phương pháp giải toán điện phân cụ thể - Học sinh cịn lúng túng, chưa định hình phương pháp giải cho điện phân lúc cho I, t, lúc không cho, điện phân với nhiều chất, với thời gian khác làm cho học sinh dễ bị nhầm lẫn - Do để giúp học sinh hiểu rõ định hình phương pháp giải tốn điện phân tơi phân loại đưa phương pháp giải phù hợp đề tài Giải vấn đề 3.1- Khái niệm điện phân 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 Cấu tạo bình điện phân gồm điện cực + cực dương: gọi anot + cực âm gọi catot - Điện cực trơ: điện cực than chì platin - Điện cực tan điện cực làm kim loại: sắt, đồng 3.2 Phân loại trình điện cực 3.2.1 Điện phân nóng chảy + Điện phân nóng chảy oxit: Al2O3 đp 4Al + 3O2 2Al2O3 + Điện phân nóng chảy hydroxit kim loại kiềm: đp 2M + O2↑ + H2O↑ (M = Na, K,…) 2MOH + Điện phân muối clorua (thường dùng điều chế KL kiềm kiềm thổ) đp 2MClx 2M + xCl2 (x = 1,2) 3.2.2 Điện phân dung dịch với anot trơ * Các trình xảy catot: cực âm + gồm ion mang điện tích dương (ion kim loại) H2O + Xảy khử ion kim loại H2O: Mn+ + ne M + Thứ tự điện phân ion kim loại: ion có tính oxi hóa mạnh bị điện phân trước ion có tính oxi hóa yếu điện phân sau SangKienKinhNghiem.net + Các ion kim loại nhóm IA, IIA Al3+ không bị điện phân mà H2O điện phân thay: H2O + 2e H2 + 2OH* Các trình xảy anot: cực dương + gồm ion mang điện tích âm (gốc axit) H2O + Xảy oxi hóa ion âm H2O: Xn- + ne X + Thứ tự điện phân anot: ion có tính khử mạnh bị điện phân trước ion có tính khử yếu điện phân sau: S2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH– > H2O + Các anion gốc axit có oxi như: NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–… khơng bị oxi hóa mà H2O điện phân thay: 2H2O O2 + 4H+ + 4e * Các ví dụ điện phân dung dịch Ví dụ 1: điện phân dung dịch CuCl2 Catot: Anot 2+ Cu + 2e Cu 2Cl Cl2 + 2e 2+ Sự khử Cu Sự oxi hóa Clđp PT điện phân: CuCl2 Cu + Cl2 Ví dụ 2: điện phân dung dịch CuSO4 Catot: Anot: SO42- không điện phân Cu2+ + 2e Cu 2H2O O2 + 4H+ + 4e Sự khử Cu2+ Sự oxi hóa H2O đp PT điện phân: 2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2 + 2H2SO4 Ví dụ 3: điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn Catot: ion Na+ khơng bị điện phân Anot 2H2O + 2e H2 + 2OH 2Cl Cl2 + 2e Sự khử H2O Sự oxi hóa Clđp PT điện phân: 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 Ví dụ 4: điện phân dung dịch Na2SO4 Catot: ion Na+ không bị điện phân Anot: SO42- không điện phân 2H2O + 2e H2 + 2OH2H2O O2 + 4H+ + 4e Sự khử H2O Sự oxi hóa H2O đp PT điện phân: 2H2O H2 + O2 3.2.3 Định luật Faraday: m AIt hay nF n It nF Trong đó: + m: khối lượng chất giải phóng điện cực (gam) + A: khối lượng mol chất thu điện cực + n: số electron trao đổi điện cực + I: cường độ dòng điện (A) + t: thời gian điện phân + F: số Faraday (F = 96500 thời gian tính theo giây; F = 26,8 thời gian tính theo 3.3 Phân dạng tốn điện phân 3.3.1 Dạng toán điện phân cho I, t Phương pháp chung: SangKienKinhNghiem.net - Tính mol electron (ne) trao đổi điện cực n It nF - Tính tốn theo điện cực - Độ giảm khối lượng m = mKL + m khí Bài tốn tổng hợp: Ví dụ 1: Điện phân 200ml dung dịch hỗn hợp CuSO4 1M NaCl 0,5M (điện cực trơ, màng ngăn xốp, H = 100%) với cường độ dòng điện I = 5A thời gian 2702 giây a) Tính khối lượng kim loại thu catot b) Tính thể tích khí anot (đktc) c) Tính độ giảm khối lượng dung dịch d) Tính PH dung dịch sau điện phân e) Dung dịch sau điện phân chứa chất f) Nêu điện phân đến catot bắt đầu điện phân nước với I = 5A thời gian điện phân bao nhiêu? Hướng dẫn giải: ne cho = ne nhận = 5.2702 0,14mol 96500 nCu2+ = 0,2 mol nCl- = 0,1 mol Catot: Cu2+ + 2e -> Cu 0,2mol 0,14 mol 2+ => nCu dư dừng điện phân Anot 2Cl- -> Cl2 + 2e 0,1 mol 0,14 mol => ne dư = 0,14 – 0,1 = 0,04 mol Tiếp tục điện phân nước => nCu = ne 0, 07mol 2H2O O2 + 4H+ + 4e 0,01 0,04 0,04mol a) Khối lượng kim loại catot: mCu = 0,07 64 = 4,48 gam b) anot khí gồm O2 Cl2 nCl2 = n 0, 05mol => Cl n khí nO2 nCl2 0, 01 0, 05 0, 06mol => V khí = 0,06 22,4 = 1,344 lít c) Tính độ giảm khối lượng dung dịch m = mCu + m khí = 4,48 + 0,05 71 + 32 0,01 = 8,35 gam d) Tính PH dung dịch: [H+] = 0, 04 0, M => PH = -log 0,2 = 0,7 0, e) dung dịch sau điện phân gồm ion: Cu2+ dư, H+, Na+ SO42Vậy chứa: CuSO4, Na2SO4, H2SO4 f) catot điện phân đến H2O bắt đầu điện phân Cu2+ vừa hết => ne = 2nCu2+ = 0,4 mol => t 96500.0, 7720 s Ví dụ 2: Điện phân (với điện cực trơ, hiệu suất 100%) 500 ml dung dịch X chứa SangKienKinhNghiem.net đồng thời CuCl2 0,1M Fe2(SO4)3 0,1M với cường độ dòng điện không đổi 2,68A thời gian 1,5 giờ, thu dung dịch Y Khối lượng dung dịch Y giảm so với khối lượng dung dịch X A 5,15 gam B 6,75 gam C 4,175 gam D 5,55 gam Hướng dẫn giải: ne cho = ne nhận = 2, 68.5400 0,15mol 96500 nCu2+ = 0,05mol, nFe3+ = 0,1mol, nCl- = 0,1 mol Catot: Anot 3+ 2+ Fe + 1e -> Fe 2Cl- -> Cl2 + 2e 0,1 mol 0,15 mol 0,1 mol 0,15 mol 2+ ne dư = 0,05 mol => điện phân Cu => ne dư = 0,15 – 0,1 = 0,05 mol 2+ Cu + 2e > Cu Tiếp tục điện phân nước 0,05mol 0,05 mol 2H2O -> O2 + 4H+ + 4e => nCu2+ dư dừng điện phân 0,0125 0,05mol => nCu = ne 0, 025mol Vậy m giảm = 64 0,025 + 71.0,05 + 32 0,0125 = 5,55 gam Đáp án: D Ví dụ 3: (Đại học-B-2009) Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M NaCl 0,5M (điện cực trơ, 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: ne cho = ne nhận = 5.3860 0, 2mol 96500 nCu2+ = 0,05mol, nCl- = 0,35 mol Catot: Anot 2+ Cu + 2e > Cu 2Cl- -> Cl2 + 2e 0,05mol 0,2 mol 0,35 mol 0,2 mol => ne dư = 0,1 mol => nCl– dừng điện Vậy tiếp tục điện phân H2O 2H2O + 2e H2 + 2OH=> nOH- = ne dư = 0,1 mol Vậy Al tan OH-: Al + OH- + 3H2O -> Al(OH)4nAl = nOH- = 0,1 mol => mAl = 2,7 gam Đáp án: B 3.3.2 Dạng toán điện phân không cho I, t 3.3.2.1 Điện phân dung dịch chứa chất tan SangKienKinhNghiem.net -Phương pháp chung: Viết phương trình điện phân phân tử tính tốn theo phương trình Ví dụ 1: (ĐHKB 2010) Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l, sau thời gian thu dung dịch Y cịn màu xanh, có khối lượng giảm gam so với dung dịch ban đầu Cho 16,8 gam bột sắt vào Y, sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu 12,4 gam kim loại Giá trị x A 1,50 B 3,25 C 2,25 D 1,25 Hướng dẫn giải: đp 2Cu + PTđp : 2CuSO4 + 2H2O 2H2SO4 + O2 Pư a mol a mol a mol a/2 mol m giảm = mCu + mO2 = 64a + 16a => a = 0,1 mol Dung dich sau điện phân gồm Cu2+ dư (b mol) H2SO4 Fe + Cu2+ > Fe2+ + Cu b mol bmol b mol Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2 0,1 mol 0,1 mol Khối lượng kim loại giảm = 16,8 – 12,4 = 4,4 gam m giảm = mFe – mCu => 56(b + 0,1) – 64b = 4,4 => b = 0,15 mol nCuSO4 = a + b = 0,25 mol => x = 1,25M Đáp án: D Ví dụ 2: Điện phân 200m dung dịch CuCl2 sau thời gian thu dung dịch X thấy khối lượng dung dịch giảm 13,5 gam Nếu nhúng Mg vào dung dịch X thấy khối lượng Mg tăng 12 gam Tính nồng độ mol dung dịch CuCl2 A 1,50 B 2,5 C 2,0 D 1,0 Hướng dẫn giải: đp Cu PTđp : CuCl2 Pư a mol + Cl2 a mol a mol m giảm = mCu + mCl2 13,5 = 64a + 71a => a = 0,1 mol Dung dich sau điện phân gồm Cu2+ dư (x mol) Mg + Cu2+ > Mg2+ + Cu 1mol Cu2+ pư khối lượng tăng 40 gam x mol -12 gam => x = 0,3 mol Vậy tổng mol CuCl2 = 0,1 + 0,3 = 0,4 mol CM CuCl2 = 0, 2M 0, Đáp án: C SangKienKinhNghiem.net 3.3.2.2 Điện phân dung dịch chứa hỗn hợp chất tan - Phương pháp giải chung: + Viết PT điện phân dạng ion thu gọn + Dựa vào kiện toán như: độ giảm khối lượng dung dịch, mơi trường dung dịch sau điện phân) để tính toán + Nếu điện phân hỗn hợp CuSO4 NaCl (có màng ngăn) Pt ion: đp Cu + Cl2 Cu2+ + 2Cl- đp 2Cu + 4H+ + O2 => Môi trường axit Nếu Cu2+ dư: 2Cu2+ + 2H2O đp 2OH- + H2 + Cl2 Nếu Cl- dư: 2H2O + 2Cl- => Môi trường bazơ Chú ý: quan trọng toán hỗn hơp (Cu2+ Cl-) xác định mơi trương sau điện phân để biết ion ban đầu cịn dư) Ví dụ 1: ĐH A- 2011 Điện phân dung dịch gồm 7,45 gam KCl 28,2 gam Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khối lượng dung dịch giảm 10,75 gam ngừng điện phân (giả thiết lượng nước bay không đnags kể) Tất chất tan dung dịch sau điện phân A KNO3 Cu(NO3)2 B KNO3, KCl KOH C KNO3 KOH D KNO3, HNO3 Cu(NO3)2 Hướng dẫn giải: nCl- = 0,1 mol, nCu2+ = 0,15 mol đp Cu + Cu2+ + 2Cl- Khi Cl- hết 0,05 0,1 Cl2 0,05 0,05 mol m giảm = mCu + mCl2 = 0,05(64 + 71) = 6,75 gam < 10,75 gam Vậy Cl- hết tiếp tục điện phân Cu2+ H2O Giả sử Cu2+ điện phân = x mol (x 0,1 mol) đp 2Cu + 4H+ + O2 2Cu2+ + 2H2O x mol x mol x/2 mol m giảm = mCu + mO2 64x + 16x = 10,75 - 6,75 => x = 0,05 mol < 0,1 Vậy sau điệp phân Cu2+ dư=> dung dịch sau điện phân gồm: Cu2+, K+, NO3-, H+ => chứa chất: Cu(NO3)2, KNO3, HNO3 Đáp án: D Ví dụ 2: (ĐHKA 2010) Điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) 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 H2 B khí Cl2 O2 C khí H2 O2 D có khí Cl2 SangKienKinhNghiem.net Hướng dẫn giải nCu2+ = nCl- = amol đp Cu + Cl2 Cu2+ + 2Cl- Ban đầu amol amol => Cu2+ dư đp 2Cu + 4H+ + O2 2Cu2+ + 2H2O Vậy anot khí gồm Cl2 O2 Đáp án B Ví dụ 3: Tiến hành điện phân dung dich X chứa m gam CuSO4 NaCl với điện cực trơ màng ngăn xốp đến nước bắt đầu điện phân điện cực dừng điện phân Tại anot thu 3,92 lít khí dung dịch sau điện phân tác dụng với Fe thu 3,36 lít khí đktc Tính giá trị m A 45,85 B 51,70 C 37,85 D 42,35 Hướng dẫn giải nCuSO4 = x mol, nNaCl = 2y mol , nH2 = 0,15 mol, nKhí anot = 0,15 mol Vì dung dịch sau điện phân hòa tan Fe nên dung dịch sau điên phân có mơi trường axit hay Cu2+ dư so với ClFe + 2H+ Fe2+ + 0,3 mol H2 0,15 mol đp Cu + Cl2 Cu2+ + 2Cl- y mol 2y y mol đp 2Cu + 2Cu2+ + 2H2O 0,15 mol (1) 4H+ 0,3 mol + O2 (2) 0,075 mol nkhi = y + 0,075 => y + 0,075 = 0,175 => y = 0,1 mol Theo PT 1,2 => nCu2+ = 0,1 + 0,15 = 0,25 mol => m = 160 0,25 + 58,5 0,2 = 51,7 gam Đáp án B Ví dụ 4: Tiến hành điện phân dung dich X chứa m gam CuSO4 KCl với điện cực trơ, màng ngăn xốp đến nước bắt đầu điện phân điện cực dừng điện phân Sau phản ứng anot thu 4,48 lít khí dung dịch sau điện phân trung hòa 100ml dung dịch H2SO4 0,5M Tính giá trị m? A 48,85 B 61,8 C 53,8 D 54,35 Hướng dẫn giải nCuSO4 = x mol, nKCl = 2y mol , nH2SO4 = 0,05 mol, nKhí anot = 0,2 mol Vì dung dịch sau điện phân hịa tác dụng với H2SO4 nên có mơi trường bazơ hay Cl- dư so với Cu2+ SangKienKinhNghiem.net OH- + 0,1 mol H+ H2O 0,1 mol đp Cu + Cl2 Cu2+ + 2Cl- x mol 2x x mol đp 2OH- + 2H2O + 2Cl- 0,1mol 0,1 mol (1) H2 + Cl2 (2) 0,05 mol nkhí = x + 0,05 => x + 0,05 = 0,2 => x = 0,15 mol Theo PT 1,2 => nCl- = 0,3 + 0,1 = 0,4 mol m = 160 0,15 + 74,5 0,4 = 53,8 gam Đáp án C Ví dụ 5: Điện phân 200ml hỗn hợp dung dịch Cu(NO3)2 aM NaCl bM với điện cực trơ màng ngăn xốp đến nước bắt đầu điện phân điện cực ngừng điện phân Khi catot thu 3,2 gam kim loại dung dịch sau điện phân có PH = Tính giá trị a, b Hướng dẫn giải nCuSO4 = 0,2a mol, nNaCl = 0,2b mol Vì dung dịch sau điện phân có PH = 1 Mơi trường axit hay Cu2+ dư so với ClPH = 1=> [H+] = 0,1M => nH+ = 0,02 mol Cu2+ + đp Cu + 2Cl- 0,1b mol 0,2b Tổng mol Cu catot = (1) 0,1b 0,1b mol đp 2Cu + 2Cu2+ + 2H2O 0,01 mol Cl2 4H+ + O2 (2) 0,01 0,02 mol 3, 0, 05mol => 0,1b + 0,01 = 0,05 => b = 0,4M 64 Mặt khác ta có nCu2+ = 0,2a => 0,2a = 0,05 => a = 0,25M Ví dụ 6: ĐH-A-2013 Tiến hành điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 NaCl (hiệu suất 100%, điện cực trơ, màng ngăn xốp), đến nước bắt đầu bị điện phân hai điện cực ngừng điện phân, thu dung dịch X 6,72 lít khí (đktc) anot Dung dịch X hịa tan tối đa 20,4 gam Al2O3 Giá trị m A 25,6 B 23,5 C 51,1 D 50,4 Hướng dẫn giải nCuSO4 = x mol, nNaCl = 2y mol , nAl2O3 = 0,2 mol SangKienKinhNghiem.net Vì Al2O3 chất lưỡng tính nên dung dich sau điện phân môi trường axit hay môi trường bazơ + Trường hợp 1: Môi trường axit (H+) => Cu2+ dư Al2O3 6H+ 2Al3+ + + 3H2O 0,2 mol 1,2 mol đp Cu + Cl2 Cu2+ + 2Cl- y mol 2y y mol đp 2Cu + 4H+ 2Cu2+ + 2H2O 0,6 mol + 1,2 mol O2 0,3 mol nkhi = y + 0,3 => y + 0,3 = 0,3 => y = (Loại) + Trường hợp 2: Môi trường bazơ (OH-) => Cl- dư Al2O3 + 2OH- + 3H2O 2Al(OH)4- 0,2 mol 0,4 mol đp Cu + Cl2 Cu2+ + 2Cl- x mol 2x x mol đp 2OH- + 2H2O + 2Cl- 0,4mol 0,4mol H2 + Cl2 0,2 mol nkhi = x + 0,2 => x + 0,2 = 0,3 => x = 0,1 mol nCl-=> 2x + 0,4 = 2y => y = 0,3 mol m = 160 0,1 + 58,5 0,6 = 51,1 gam Đáp án: C Ví dụ 7: Điện phân 200ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 xM, KCl yM ( điện cực trơ, màng ngăn) đến nước bắt đầu điện phân điện cực dừng lại Dung dịch sau điện phân có khối lượng giảm 22,04(g) so với dung dịch ban đầu dung dịch hòa tan tối đa 7,92(g) Zn(OH)2 Biết thời gian điện phân 19300 giây Giá trị x, y, cường độ dòng điện là: A 0,5M; 1,2M; 2,5A B 0,6M; 2M; 2A C 1M; 2M; 2A D 1M; 1,5M; 1A Hướng dẫn giải nCu(NO3)2 = 0,2x mol, nKCl = 0,2y mol , nZn(OH)2 = 0,08 mol Vì Zn(OH)2 chất lưỡng tính nên dung dich sau điện phân mơi trường axit hay môi trương bazơ + Trường hợp 1: Môi trường axit (H+) => Cu2+ dư 10 SangKienKinhNghiem.net Zn(OH)2 + Zn2+ + 2H+ 2H2O 0,08 mol 0,16 mol đp Cu Cu2+ + 2Cl- 0,1y 0,2y + 0,1y đp 2Cu 2Cu2+ + 2H2O 0,08 mol Cl2 (1) 0,1y mol + 4H+ + O2 (2) 0,16 mol 0,04 mol 0,08 mCu(1,2) + mCl2 + mO2 = m giảm 64(0,1y + 0,08) + 71 0,1y + 32 0,04 = 22,04 => y = 0,579 0,2x = 0,2y + 0,08 => x = 0,979 Khơng có giá trị phù hợp loại + Trường hợp 2: Môi trường bazơ (OH-) => Cl- dư Zn(OH)2 + Zn(OH)42- 2OH- 0,08 mol 0,16 mol đp Cu Cu2+ + 2Cl- 0,2x 0,4x + Cl2 0,2x 0,2x mol đp 2OH- + 2H2O + 2Cl- 0,16mol 0,16 H2 + Cl2 0,08 0,08 mol mCu(1) + mCl2(1,2) + mH2 = m giảm 64 0,2x + 71 (0,2x + 0,08) + 0,08 = 22,04 => x = 0,6M 0,2y = 0,2x + 0,16 => y = 2M 0, 4.96500 2A 19300 Mol electron trao đổi: ne = nCl- = 0,4mol => I Đáp án: B Ví dụ 8: Điện phân dung dịch chứa x mol NaCl y mol CuSO4 với điện cực trơ, màng ngăn xốp đến khí nước bị điện phân điện cực ngừng Thể tích khí anot sinh gấp 1,5 lần thể tích khí catot điều kiện nhiệt độ áp suất Quan hệ x y A x = 6y B x = 3y C y = 1,5x D x =1,5y Hướng dẫn giải - Vì H2O điện phân điện cực nên Cu2+ Cl- hết - catot có khí nên Cu2+ hết so với ClXảy điện phân: đp Cu Cu2+ + 2Cl- y 2y + Cl2 y mol 11 SangKienKinhNghiem.net đp 2OH- + 2H2O + 2Cl- x-2y Ta có: H2 + Cl2 x 2y x 2y 2 x 2y x 2y + y = 1,5 => x = 6y 2 Đáp án A Ví dụ 9: Hịa tan 8,96 gam hỗn hợp gồm Fe, Cu (có tỉ lệ mol tương ứng : 7) vào dung dịch chứa 0,28 mol HNO3 0,2 mol HCl thu khí NO sản phẩm khử m gam dung dịch A Tiến hành điện phân m gam dung dịch A (với điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 2,68A thời gian t thu (m – 15,18) gam dung dịch B Giá trị t bằng? A 3,50 B 3,12 C 3,02 D 3,00 Hướng dẫn giải nFe : nCu = 8:7 = 8x : 7x mol 56.8x + 64.7x = 8,96 => x = 0,01 mol nH+ = 0,48 mol, nNO3- = 0,28 mol, nCl- = 0,2 mol PT: Fe + 4H+ + NO3- Fe3+ + NO + 2H2O Pư: 0,08 0,32 0,08 0,08 mol PT: 3Cu + 8H+ + 2NO3- 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Pư 0,06 0,16 0,04 0,06 mol nCu dư = 0,07 – 0,06 = 0,01 mol Cu + 2Fe3+ 2Fe2+ + Cu2+ 0,01 0,02 0,02 0,01 mol Vậy dung dịch A chứa Fe2+ (0,02 mol), Fe3+ (0,06 mol), Cu2+ (0,07 mol), Cl(0,2 mol), NO3- (0,16 mol) đp 2Fe2+ + Cl2 (1) PT điện phân: 2Fe3+ + 2Cl- 0,06 0,06 0,06 0,03 mol đp Cu + Cl2 Cu2+ + 2Cl- 0,07 0,14 (2) 0,07 0,07 mol Theo m giảm = 15,18 m giảm = 64.0,07 + 71 0,1 = 11,58 < 15,18 => Tiếp tục điện phân Fe2+ H2O đp 2Fe + 4H+ + O2 2Fe2+ + 2H2O 12 SangKienKinhNghiem.net Y y y/2 mol Ta có 56y + 16y = 15,18 – 11,58 => y = 0,05 mol < 0,08 Thỏa mãn Xét anot: 2Cl- Cl2 + 2e 2H2O 4H+ + O2 + 4e ne = nCl- + 4nO2 = 0,2 + 0,1 = 0,3 mol t 0, 2.96500 10802, 24 s 3, 2, 68 Đáp án: D Ví dụ 10: (Thi thử Đặng Thúc Hứa - 2016) Điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) dung dịch X chứa CuSO4 NaCl (có tỉ lệ mol tương ứng 3:2) dịng điện chiều có cường độ 5A, sau thời gian t thu dung dịch Y chứa hai chất tan thấy khối lượng dung dịch Y giảm 33,1 gam so với khối lượng dung dịch X Dung dịch Y hòa tan tối đa 3,6 gam Al Giả sử khí sinh q trình điện phân thoát hết khỏi dung dịch Giá trị t gần với giá trị sau đây? A 4,5 B C 5,36 D 6,66 Hướng dẫn giải nCuSO4 : nNaCl = 3:2 = 3x : 2x mol => Cu2+ dư so với ClPT điện phân: Cu2+ + 2Cl- Cu + Cl2 x 2x x x mol Dung dich Y chứa chất tan là: Na2SO4 CuSO4 dư H2SO4 + Nếu CuSO4 dư: 2Al + 3Cu2+ 2Al3+ + Cu nCu2+dư = nAl = 0,2 mol=> 2x = 0,2 mol => x = 0,1 mol m giảm = 64 0,1 + 71 0,1 = 13,5 < 33,1 vơ lí Vậy dung dịch Y chứa Na2SO4 H2SO4 đp Cu + Cl2 PT điện phân: Cu2+ + 2Cl- (1) x 2x x x mol đp 2+ 2Cu + 2H2O 2Cu + 4H+ + O2 (2) 2x 2x 4x x mol + 3+ 6H + 2Al 2Al + 3H2 + nH = 3nAl = 0,4 mol => x = 0,1 mol m giảm (1,2) = 64 0,3 + 71 0,1 + 32 0,1 = 29,5 gam < 33,1 xảy điện phân H2O điện cực đp 2H2 + O2 2H2O (3) y y y/2 mol mH2 + mO2 = 33,1 – 29,5 => 2y + 16y = 3,6 => y = 0,2 mol Tại catot : Cu2+ + 2e Cu 2H2O + 2e H2 + 2OH13 SangKienKinhNghiem.net => ne = 2.3x + 2y = mol => t 1.96500 19300 s 5,36 Đáp án : C 3.3.3 Dạng toán điện phân với thời gian điện phân khác (t1, t2) * Phương pháp giải chung: Ta tính tốn điện cực theo thời gian t1, t2 khác nhau, thời gian điện phân tăng k lần số mol electron trao đổi điện cực tăng gấp k lần Ví dụ 1: (ĐH-A-2014) Điện phân dung dịch X chứa a mol CuSO4 0,2 mol KCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dịng điện khơng đổi) thời gian t giây, thu 2,464 lít khí anot (đktc) Nếu thời gian điện phân 2t giây tổng thể tích khí thu hai điện cực 5,824 lít (đktc) Biết hiệu suất điện phân 100%, khí sinh khơng tan dung dịch Giá trị a là: A 0,15 B 0,18 C 0,24 D 0,26 Hướng dẫn giải t giây: n khí anot = 0,11 mol Anot (+) 2Cl0,2 2H2O Catot (-) 0,1 Cu2+ + 2e Cu Cl2 + 2e 0,2 mol 4H+ + O2 + 4e 0,01 0,04 t giây n e cho = 0,24 mol; => 2t giây n e cho = n e nhận = 0,48 mol 2t giây: n hh khí = 0,26mol Anot (+) Catot (-) Cu2+ hết 2Cl- Cl2 + 2e 0,2 0,1 2H2O 4H+ + O2 + 4e 0,2 Cu2+ + 2e Cu mol a 2a mol 2H2O + 2e 2OH- + H2 0,07 0,28 mol 0,18 0,09 mol Tại anot n khí = 0,17 mol => khí catot = 0,09 mol Từ catot => 2a + 0,18 = 0,48 => a = 0,15 mol Đáp án A Ví dụ 2: (ĐHKA 2011) Hoà tan 13,68 gam muối MSO4 vào nước dung dịch X Điện phân X (với điện cực trơ, cường độ dịng điện khơng đổi) thời gian t giây, y gam kim loại M catot 0,035 mol khí 14 SangKienKinhNghiem.net anot Cịn thời gian điện phân 2t giây tổng số mol khí thu hai điện cực 0,1245 mol Giá trị y A 4,788 B 4,480 C 1,680 D 3,920 Hướng dẫn giải t giây: n khí anot = 0,035 mol Anot (+) Catot (-) 2H2O 4H+ + O2 + 4e 0,035 M2+ + 2e M 0,14mol 0,14 0,07 mol t giây n e cho = 0,14 mol; => 2t giây n e cho = n e nhận = 0,28 mol 2t giây: Vì anot điện phân H2O nên thời gian 2t giây n khí anot = 0,07 mol => n khí catot = 0,1245 – 0,07 = 0,0545 mol Anot (+) 2H2O Catot (-) Cu2+ hết 4H+ + O2 + 4e 0,07 0,28 mo l M2+ + 2e M 2a a mol a 2H2O + 2e 2OH- + H2 0,109 0,0545 mol Từ catot => 2a + 0,109 = 0,28 => a = 0,0855 mol => M MSO 13, 68 160 M 64 M Cu 0, 0855 => y = mCu = 0,07 64 = 4,48 gam Đáp án: B Ví dụ 3: Điện phân dung dịch chứa Cu(NO3)2, CuSO4 NaCl với điện cực trơ, cường độ dịng điện khơng đổi 2A, hiệu suất 100% Kết thí nghiệm ghi bảng sau: Thời gian điện phân (giây) t1 = t t2 = t + 2895 t3 = 2t Tổng số mol khí điện cực a a + 0,03 2,125a Số mol Cu catot b b + 0,02 b + 0,02 Giá trị t A 4825 B 3860 C 2895 D 5790 Hướng dẫn giải - Từ t’ = 2,895 ta xét điện phân 2,895 giây với A = 2A ne = 2.2895 0, 06mol lúc n khí = 0,03 mol cực nCu = 0,02 mol 96500 Catot Cu2+ + 2e Cu Anot ne = 0,06 mol mà khí có 0,02 mol 15 SangKienKinhNghiem.net 0,06 0,02 => Cu2+ hết có H2O điện phân với mol e = 0,02 mol 2H2O + 2e H2 + 2OH0,02 0,01 mol => mol khí anot 0,02 mol Cl- hết có H2O điện phân 2Cl- Cl2 + 2e 2x x 2x mol + 2H2O O2 + 4H + 4e y 4y mol Hệ x + y = 0,02 2x + 4y = 0,06 x = y = 0,01 mol tổng Cl2 = b + 0,01 mol Cu2+ = b + 0,02 mol - Xét lúc t1 = t Cu2+ Cl- dư Catot Anot 2+ Cu + 2e Cu 2Cl- Cl2 + 2e 2b b mol a 2a mol Vây a = b mol Và ne = 2b mol - Xét lúc t3 = 2t Vì thời gian tăng gấp đơi nên mol e tăng gấp đối ne = 4b mol Catot Anot 2+ Cu + 2e Cu 2Cl- Cl2 + 2e (2b + 0,04) (b + 0,02) mol 2x (b + 0,01) (2b + 0,02) ne lại = 4b - 2b + 0,04 = (2b – 0,04) ne lại = 2b – 0,02 mol H2O + 2e 2OH + H2 2H2O O2 + 4H+ + 4e b 0, 01 (2b – 0,04) (b – 0,02) 2b – 0,02 n khí anot =2,125b –b + 0,02 => khí anot = (1,125b + 0,02) mol b + 0,01 + b 0, 01 = 1,125b + 0,02 b = 0,04 mol Vậy t1 = t giây: ne = 2b = 0,08 mol => t 0, 08.96500 3860 s Đáp án : B 3.4 Bài tập vận dụng Câu 1: (ĐHKA 2010) Điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 0,12 mol NaCl dịng điện có cường độ 2A sau 9650 giây Thể tích khí (đktc) anot A 1,792 lít B 2,240 lít C 2,912 lít D 1,344 lít Câu 2: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 1M với điện cực trơ thời gian 25 phút 44 giây, cường độ dòng điện 5A dừng lại Khối lượng dung dịch giảm là: A 3,84 gam B 3,2 gam C 2,88 gam D 2,56 gam Câu 3: (ĐH-B-2012) Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 0,1 mol FeCl3, 0,2 mol CuCl2 0,1 mol HCl (điện cực trơ) Khi catot bắt đầu thoát khí 16 SangKienKinhNghiem.net anot thu V lít khí (đktc) Biết hiệu suất q trình điện phân 100% Giá trị V A 5,60 B 11,20 C 22,40 D 4,48 Câu : Điện phân 200ml dung dịch CuSO4 aM với điện cực trơ thời gian, khối lượng dung dịch giảm gam Để làm kết tủa hết ion Cu2+ lại dung dịch sau điện phân, cần dùng 300ml dung dịch NaOH 1M Giá trị a A 1,25 B 1,375 C 0,75 D 1,06 Câu 5: Sau thời gian t điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 (D = 1,25 g/ml) với điện cực trơ, cường độ dòng điện 5A, nhận thấy khối lượng dung dịch giảm gam Để làm kết tủa hết ion Cu2+ lại dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5M Nồng độ phần trăm dung dịch CuSO4 ban đầu giá trị t A 12% 4012 giây B 9,6% 3860 giây C 12% 3860 giây D 9,6% 4396 giây Câu 6: (ĐHKA 2007) Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau thời gian thu 0,32 gam Cu catơt 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 lại 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch khơng thay đổi) Nồng độ ban đầu dung dịch NaOH (cho Cu = 64) A 0,15M B 0,2M C 0,1M D 0,05M Câu 7: Điện phân 2000ml ( điện cực trơ, có màng ngăn) dung dịch gồm CuSO4 0,01 mol NaCl đến điện cực thoát 448ml khí (đktc) ngừng điện phân Giả sử nước bay khơng đáng kể q trình điện phân Giá trị pH dung dịch sau điện phân là: A 1,4 B 1,7 C 1,2 D 2,0 Câu 8: (CĐ 2011) Điện phân 500 ml dung dịch CuSO4 0,2M (điện cực trơ) catot thu 3,2 gam kim loại thể tích khí (đktc) thu anot A 3,36 lít B 1,12 lít C 0,56 lít D 2,24 lít Câu 9: (ĐHKB 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 (biết ion SO42không bị điện phân dung dịch) A b > 2a B b = 2a C b < 2a D 2b = a Câu 10: (ĐHKB 2009) Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu m kg Al catot 67,2 m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro 16 Lấy 2,24 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vơi (dư) thu gam kết tủa Giá trị m A 108,0 B 75,6 C 54,0 D 67,5 Câu 11 Có hai bình điện phân, bình (1) đựng 20ml dung dịch NaOH 17 SangKienKinhNghiem.net 1,73M; bình (2) đựng dung dịch gồm 0,225 mol Cu(NO3)2 0,2 mol HCl Mắc nối tiếp bình (1) bình (2) Điện phân dung dịch dòng điện chiều với cường độ dịng điện khơng đổi thời gian Khi dừng điện phân, tháo catot bình Sau phản ứng, thấy nồng độ NaOH bình (1) 2M Cho tiếp 14 gam bột Fe vào bình (2) đến phản ứng xảy hồn tồn thu m gam chất rắn khơng tan Biết NO sản phẩm khử N+5 Giá trị m A 10,4 B 9,8 C 8,3 D 9,4 Câu 12: Hoà tan 7,82 gam XNO3 vào nước thu dung dịch A Điện phân dung dịch A với cường độ dòng điện 1,93A, điện cực trơ Nếu thời gian điện phân t giây thu kim loại catotvà 0,1792 lít khí (đktc) anot Nếu thời gian điện phân 2t giây thu 0,56 lít khí đktc Xác định X, t? A Ag, 800 (s) B Ag, 1600 (s) C Ag, 1200 (s) D Ag 1800 (s) Câu 13: Hòa tan hoàn toàn m gam MSO4 (M kim loại) vào nước thu dung dịch X Điện phân dung dịch X (điện cực trơ, H = 100%) với cường độ dịng điện 7,5A khơng đổi, khoảng thời gian phút 20 giây, thu dung dịch Y khối lượng catot tăng a gam Dung dịch Y tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch chứa KOH 2M, sinh 4,9 gam kết tủa Coi toàn lượng kim loại sinh bám hết vào catot Giá trị m a A 24 9,6 B 32 4,9 C 30,4 8,4 D 32 9,6 Câu 14: Hòa tan 4,5 gam tinh thể XSO4.5H2O vào nước thu dung dịch A Điện phân dung dịch A với điện cực trơ Nếu thời gian điện phân t giây thu kim loại catot 0,007 mol khí anot Nếu thời gian điện phân 2t giây thu 0,024 mol khí muối XSO4.5H2O A CuSO4 5H2O C MgSO4 5H2O Đáp án Câu Đáp án A Câu Đáp án B B CaSO4 5H2O D FeSO4 5H2O B A A 10 B C 11 C B 12 B C 13 D D 14 A 3.5 Kết đạt sáng kiến kinh nghiệm Sau hoàn thành đề tài “Phân dạng lựa chọn phương pháp giải phù hợp cho toán điện phân ôn thi đại học đạt hiệu cao trường THPT Cẩm Thủy 1” triển khai lấy ý kiến đóng góp tham khảo đồng nghiệp tổ mơn hóa – sinh trường THPT Cẩm Thủy nội dung hình thức nhận nhiều ủng hộ đánh giá cao đóng góp kinh nghiệm quý báu đồng nghiệp để hoàn chỉnh đề tài Đề tài đưa vào chương trình ơn thi đại học lớp 12 năm học 2015-2016 đạt hiệu cao sau 18 SangKienKinhNghiem.net Bài kiểm tra đánh giá chuyên đề điện phân lớp 12A1, 12A2 TT Lớp thực nghiệm 12A1 12A2 Sĩ số 48 47 Điểm