các phương pháp giải bài tập điện phân

1 MỤC LỤC PHẦN 1: Lý do viết sang kiến kinh nghiệm……………………………… 2 PHẦN 2: Nội dung của sang kiến kinh nghiệm………………………… 3 2.1. Tình hình thực tế và biện pháp thực hiện……………………………….3 2.1.1. Tình hình thực tế trước khi thực hiện đề tài………………….…3 2.1.2. Biện pháp thực hiện đề tài…………………………………….…3 2.2. Nội dung……………………………………………………………… 3 2.2.1. Lí thuyết……………………………………………………… 3 2.2.2. Một số ví dụ minh họa……………………………………………7 2.2.3. Một số lí thuyết mở rộng về điện phân và ứng dụng……… 17 2.2.4. Cơ sở thực nghiệm 20 PHẦN 3. Kết luận và đề xuất………………………………………………. 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO --Nhà  -- -   - - -  -- 2005 -nâng cao-  2 PHẦN 1: LÝ DO VIẾT SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM -        -       khách quan   ph  .    - T trong đề thi đại học cao đẳng luôn có 1 đến 2 câu  toán khó mà học sinh hay bị lúng túng xử lí  - học sinh giỏi tỉnh và quốc gia   điện phân-pin điện. -     “ Phương pháp giải nhanh và chuyên sâu dạng bài toán điện phân”. Tr bốn phần chính  lý thuyết tổng quát về điện phân, các bài tập có thể gặp trong đề thi đại học-cao đẳng và học sinh giỏi (tỉnh, quốc gia), lý thuyết mở rộng và ứng dụng của điện phân. 3 PHẦN 2 NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1. Tình hình thực tế và biện pháp thực hiện 2.1.1. Tình hình thực tế trước khi thực hiện đề tài. -   -   -   oxi hóa- - - -   2.1.2. Biện pháp thực hiện đề tài. 2.1.2.1. Những kiến thức cần trang bị. -  -  -   -  2.1.2.2. Những điểm cần lưu ý. -  -       F = 96500 C·mol  ứng với t là s, F=26,8 ứng với t là h 2.2. Nội dung 2.2.1. Lí thuyết 2.2.1.1. Định nghĩa    - Cực âm (-) gọi là catot (kí hiệu K  - Cực dương (+) gọi là anot (kí hiệu A):   * Bạn đọc chú ý  Ví dụ 2 :  2  Cu 2+ + 2Cl - - ): Cu 2+ + 2e  Cu  2Cl -  Cl 2 + 2e 4  2 dp  Cu + Cl 2 * Hai loại điện phân chủ yếu 2.2.1.2. Điện phân nóng chảy (muối, bazơ, oxit) a. Điện phân nóng chảy muối (chủ yếu là muối halogen của kim loại kiềm và kiềm thổ):  n  MX n nc  M n+ + nX - -): M n+ + ne  M  -  Cl 2 + 2e  : MX n dpnc  M + X 2 Ví dụ  2 -  : NaCl nc  Na + + Cl - -) : Na + + 1e  Na; -): 2Cl -  Cl 2 + 2e  dpnc  2Na + Cl 2 -  2 : CaCl 2 nc  Ca 2+ + 2Cl - -) : Ca 2+ + 2e  Ca; -): 2Cl -  Cl 2 + 2e  2 dpnc  Ca + Cl 2 b. Điện phân nóng chảy hiđroxit M(OH) n (M là kim loại kiềm, kiềm thổ) M(OH) n nc  M n+ + nOH - -): M n+ + ne  M OH -  2H 2 O + O 2 + 4e  : 4M(OH) n dpnc  4M + 2nH 2 O + nO 2 Ví dụ NaOH nc  Na + + nOH - -): Na + + e  Na OH -  2H 2 O + O 2 + 4e  : 4NaOH dpnc  4Na + 2H 2 O + O 2 c. Điện phân nóng chảy oxit kim loại M 2 O n M 2 O n nc  2M n+ + nO 2- -): M n+ + ne  M  2-  O 2 + 4e  : 2M 2 O n dpnc  4M + nO 2 Ví dụ 2 O 3 Al 2 O 3 nc  2Al 3+ + 3O 2- -): Al 3+ + 3eAl  2-  O 2 + 4e  2 O 3 dpnc  4Al + 3O 2 2.2.1.3. Điện phân dung dịch 2.2.1.3.1. Vai trò của H 2 O trong điện phân: -  -   -   -): 2H 2 O + 2e  2OH - + H 2   2 O  4H + + O 2  + 4e 2.2.1.3.2. Quy luật chung, quy tắc K, quy tắc A 5 Quy luật chung: -   + ; Cu 2+ thì Ag + + 1e 2+ + 2eCu -  - ; Cl - thì 2Br - Br 2  - Cl 2 + 2e. a. Quy tắc ở K:  n+ và H +  li) thì: -   n+       3+ và Al 3+       +  H +  2 O   2H + + 2OH - 2H + + 2e  H 2 2H 2 O + 2e  H 2 + 2OH - H + do axit phân li: 2H + + 2e  H 2 -  n+  3+ thì cati  M n+ + ne  M - - + ; Fe 3+ ; Cu 2+ ; H + ; H 2  Ag + + 1e  Ag (1) Fe 3+ + 1e  Fe 2+ (2) Cu 2+ + 2e  Cu (3) 2H + + 2e  H 2 (4) Fe 2+ + 2e  Fe (5) 2H 2 O + 2e  2OH - + H 2 (6) b. Quy tắc ở anot:  -  li) * Đối với anot trơ (là anot không tham gia vào quá trình phản ứng) -  - ; Br - ; Cl - ; S 2- ; RCOO -    sau: S 2- > I - > Br - > Cl - > RCOO - > H 2 O Ví dụ  - , I - ; H 2  2I -  I 2 + 2e (1); 2Cl -  Cl 2 + 2e (2); 2H 2 O  4H + + O 2 + 4e (3) -  3  ; SO 4 2- ; CO 3 2- ; và F - ; OH -  2 O 2H 2 O  4H + + O 2 + 4e * Đối với anot hoạt động                 anion: Zn  Zn 2+ +2e; Cu  Cu 2+ +2e Chú ý Độ tăng khối lượng tại K = độ giảm khối lượng tại A Ví dụ 1ân   2  4   3 6 Hướng dẫn giải: a. FeCl 2  Fe 2+ + 2Cl - -): Fe 2+ ; H 2 O: Fe 2+ + 2e  Fe T - ; H 2 O: 2Cl -  Cl 2 +2e  2 dddp  Fe + Cl 2  b. CuSO 4  Cu 2+ + SO 4 2- -): Cu 2+ ; H 2 O: Cu 2+ + 2e  Cu  4 2- ; H 2 O: 2H 2 O  4H + + O 2  + 4e 2Cu 2+ + 2H 2 O dpdd  2Cu + 4H + + O 2  hay 2CuSO 4 + 2H 2 O dpdd  2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2  c. NaCl  Na + + Cl - -): Na + ; H 2 O: 2H 2 O + 2e  2OH - + H 2   - ; H 2 O: 2Cl -  Cl 2  + 2e  - + 2H 2 O dpdd  2OH - + H 2  + Cl 2  hay: 2NaCl + 2H 2 O dpdd  2NaOH + H 2  + Cl 2  d. KNO 3  K + + NO 3 - -): K + ; H 2 O: 2H 2 O  4H + + O 2  + 4e  3 - ; H 2 O: 2H 2 O + 2e  2OH - + H 2  2H 2 O dpdd  2H 2  + O 2  Nhận xét:  -  3+   -  -  3+  - thì pH  + -  3+   -  - -  3+  - thì pH  Ví dụ 2:  4  Hướng dẫn giải: CuSO 4  Cu 2+ + SO 4 - -): Cu 2+ ; SO 4 - : Cu 2+ + 2e  Cu  4 2- ; H 2 O: Cu  Cu 2+ + 2e  Cu + Cu 2+  Cu + Cu 2+ (A) (K) Ví dụ 3:  4 a mol;  a. b = 2a b. b > 2a c. b < 2a Hướng dẫn giải: CuSO 4  Cu 2+ + SO 4 - NaCl  Na + + Cl - -): Cu 2+ ; Na + ; H 2 O: Cu 2+ + 2e  Cu 7 2H 2 O + 2e  2OH - + H 2  T - ; SO 4 2- ; H 2 O: 2Cl -  Cl 2  +2e 2H 2 O  4H + + O 2  + 4e a. b = 2a thì: Cu 2+ + 2Cl - dddp  Cu + Cl 2  hay CuSO 4 + 2NaCl dddp  Cu + Cl 2  + Na 2 SO 4 2H 2 O dddp  2H 2  + O 2  b. b > 2a thì: Cu 2+ + 2Cl - dddp  Cu + Cl 2  hay CuSO 4 + 2NaCl dddp  Cu + Cl 2  + Na 2 SO 4 2Cu 2+ + 2H 2 O dpdd  2Cu + 4H + + O 2  hay 2CuSO 4 + 2H 2 O dpdd  2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2  c. b < 2a thì: Cu 2+ + 2Cl - dddp  Cu + Cl 2  hay CuSO 4 + 2NaCl dddp  Cu + Cl 2  + Na 2 SO 4  - + 2H 2 O dpdd  2OH - + H 2  + Cl 2  Hay: 2NaCl + 2H 2 O dpdd  2NaOH + H 2  + Cl 2  2.2.1.4. Biếu thức định luật Farađây   X A . . m . X e It nF  (gam) hay n X = . e It nF (mol) (1)  X  n e                   (hour) t (times)  Chú ý: -   -  () . . ( / ) X e X mg It n F A g mol  = số mol electron trao đổi hệ quả rất quan trọng  - số mol electron nhường tại A= số mol electron nhận tại K. 2.2.2. Một số ví dụ minh họa 2.2.2.1. Ví dụ cơ bản Ví dụ 1:(Trích đề thi đại học khối A năm 2012).  AgNO 3     +5  A. 0.8. B. 0,3. C. 1,0. D. 1,2. 8 Hướng dẫn giải:  4AgNO 3 + 2H 2 O  2 + 4HNO 3 (1)  3 , HNO 3   3Fe + 8HNO 3  3 ) 3 + 2NO + 4H 2 O (2) Fe + 2AgNO 3  3 ) 2 + 2Ag (3)  3  nHNO 3  3 : x mol; AgNO 3 dx mol. Theo (2,3) nFe  = 3x/8 + (0,15-x)/2 = 0,075 x/8 mol nAg = 0,15  x mol   = mFe  + mAg =12,6 (0,075-x/8).56 +(0,15-x).108 =14,5 Suy ra: x= 0,1 mol. Ta có mAg = 108.2,68. 1.26,8 t = 0,1.108  t = 1,0 h Ví dụ 2: (Trích đề thi đại học khối B năm 2012).  2 và O 2     A. 5,08% B. 6,00% C. 5,50% D. 3,16% Hướng dẫn giải:  2  2H 2 O dpNaOH  2H 2 + O 2 (1)  0,67.40 26,8 = 1 mol -): 2H 2 O + 2e  2OH - + H 2  nH 2 = 0,5 mol  2 O  4H + + O 2 + 4e  nO 2 = 0,25 mol  dung  = 100 + 0,5. 2 + 0,25.32 = 109 gam Ta có mNaOH  = 100.6/100 = 6 gam  M (NaOH)  = 6.100% 109  5,50 % Ví dụ 3: (Trích đề thi đại học khối B năm 2009).  phân nóng ch Al 2 O 3  anot than chì (hi s i phân 100%) thu c m kg Al  catot và 67,2 m 3     khí X có t kh so v hiro  16.  2,24 lít (    khí X sdch  c 2 gam t  là A. 108,0 B. 75,6 C. 54,0 D. 67,5 Hướng dẫn giải: Al 2 O 3 nc  2Al 3+ + 3O 2- -): Al 3+ + 3eAl  2-  O 2 + 4e  2 O 3 dpnc  4Al + 3O 2 O 2 X: CO, CO 2 , O 2  9  2 , O 2   2 + Ca(OH) 2  CaCO 3  + H 2 O (1)  2 / 3 0,1 28 44 32 16 2( ) 0,02 X XH n x y z x y z d x y z nCaCO y                 y =  67,2 m 3 X có 67,2.0,14 2,24 = 4,2 kmol O  2 3 nO = 2,8 kmol  m= 2,8. 27 = 75,6 kg Bạn đọc chú ý:  (lít) t 3  Ví dụ 4: (Trích đề thi đại học khối A năm 2011).  gam KCl và 28,2 gam Cu(NO 3 ) 2    A. KNO 3 và KOH. B. KNO 3 , KCl và KOH. C KNO 3 và Cu(NO 3 ) 2 . D. KNO 3 , HNO 3 và Cu(NO 3 ) 2 . Hướng dẫn giải: Ta có: nKCl= 0,1 mol; nCu(NO 3 ) 2 = 0,15 mol   K + + Cl - Cu(NO 3 ) 2  Cu 2+ + 2NO 3 -  K (-): Cu 2+ , K + , H 2 O: Cu 2+ + 2e  Cu (1)  - ; NO 3 - ; H 2 O: 2Cl -  Cl 2 + 2e (2) 2H 2 O  4H + + O 2 + 4e (3)  2+    0,1 A thì Cl -  m   mCu + mCl 2 = 13,15 gam > m  nên Cu 2+   -       0,1/2 = 0,05 mol nên m   0, 05.71 + 0,05. 64 = 6,75 gam < m  nên Cl -    2+  + ; H +  3 - D. KNO 3 , HNO 3 và Cu(NO 3 ) 2 . Ví dụ 5: (Trích đề thi đại học khối A năm 2011).      MSO 4     A. 4,480 B. 3,920 C. 1,680 d. 4,788 10 Hướng dẫn giải: MSO 4  M 2+ + SO 4 2- -): M 2+ ; H 2 O: M 2+ + 2e  M (1) 2H 2 O + 2e  2OH - + H 2  (2)  4 2- ; H 2 O: H 2 O  2H + + 1/2O 2  + 2e     0,07 = 0,0545 mol và n e (2) = 0,109 mol và n e (1)= 0,171 mol nM 2+ = 0,0855 mol và M MSO4 = M + 96 = 160  M=64 là Cu.  2+ nên lúc  2+  y =4,480 gam 2.2.2.2. Ví dụ chuyên sâu Ví dụ 1: (Trích đề thi HSGQG năm 2011).  0    3 ) 2 0,020M, Co(NO 3 ) 2 1,0 M, HNO 3 0,010M.  trên catot và anot             2 = 1 atm; khi tính toán không  Cho: E 2 0 /Cu Cu  = 0,337 V; E 2 0 /Co Co  = -0,277V;  -1 ;  0 C: 2,303 RT F =0,0592. Hướng dẫn giải:  -): Cu 2+ + 2e  Cu (1) 2H + + 2e  H 2  (2) Co 2+ + 2e  Co (3)  2H 2 O  4H + + O 2  + 4e (4)  22 02 // 0,0592 log[ ] 2 Cu Cu Cu Cu E E Cu    = 0,287V 22 02 // 0,0592 log[ ] 2 Co Co Cu Cu E E Co    =-0,277V [...]... trên các điện cực (sự phóng điện) - Tại catot xảy ra quá trình khử cation (Mn+ + ne → M) còn tại anot xảy ra quá trình oxi hóa anion (Xn- → X + ne) - Người ta phân biệt: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li trong nước, điện phân dùng điện cực dương tan II – SỰ ĐIỆN PHÂN CÁC CHẤT ĐIỆN LI 1 Điện phân chất điện li nóng chảy Trong thực tế, người ta thường tiến hành điện phân. .. THUYẾT VÀ PP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN I – KHÁI NIỆM Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li - Sự điện phân là quá trình sử dụng điện năng để tạo ra sự biến đổi hóa học - Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của điện trường các cation chạy về cực âm (catot) còn các anion chạy về điện cực dương... rộng về điện phân và ứng dụng 2.2.3.1 Thế phân giải và quá thế Điện phân là sự phân hủy chất nhờ tác dụng của dòng điện một chiều Khi nối nguồn điện một chiều với hai điện cực nhúng trong chất điện ly nóng chảy hay dung dịch chất điện ly ở các điện cực của bình điện phân xảy ra các quá trình oxi hóa và khử làm cho chất bị phân hủy Nhƣ vậy quá trình diễn ra ở đây ngƣợc lại ở trong pin điện: dòng điện ở... 2 2 Thế phân giải của CuCl2 trong dung dịch: 0 0 U = ECl /2Cl  ECu / Cu = 1,36 – 0,34 = + 1,02 V  2 2 Thế phân giải của HCl trong dung dịch: 0 0 U = ECl /2Cl  EH / H = 1,36 – 0 = + 1,36 V  2  2 Từ đó ta thấy thế phân giải của chất bao gồm thế phân giải cation và thế phân giải anion Thế phân giải của ion là thế tối thiểu cần đặt vào điện cực để ion đó tích điện hay phóng điện Thế phân giải của... xuất các khí H2, O2 bằng phương pháp điện phân dung dịch K2SO4, H2SO4, NaOH… - Sản xuất Li, Na, Mg, Ca, Sr, Ba, Cl2, Br2…bằng phƣơng pháp điện phân các muối halogenua nóng chảy - Sản xuất Al bằng phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy có thêm Na3AlF6 (criolit) để giảm nhiệt độ nóng chảy của nhôm oxit - Sản xuất KClO3 bằng phương pháp điện phân dung dịch KCl đặc, nóng… - Điều chế các kim loại tinh khiết... ở điện cực - Khối lượng dung dịch sau điện phân giảm = Khối lượng kim loại ở catot + Khối lượng khí ở anot - Khi bắt đầu “ thoát khí ” ta hiểu là không có khí thoát ra - Khi giải bài tập nên sử dụng các phản ứng xảy ra ở điện cực và phương trình ion rút gọn II MỘT SỐ BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH TRONG ĐỀ THI ĐẠI HỌC CAO ĐẲNG Bài 1- ĐHB2007: Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 và b mol NaCl (với điện. .. nhanh hơn, và hầu hết làm tốt bài tập điện phân Chúng tôi nhận thấy rằng khi cho bài tập điện phân học sinh áp dụng rất nhanh với các bài trắc nghiệm có em chỉ nhẩm ra trên máy tính mà không cần phải viết phương trình điện phân 20 PHẦN 3 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT - Sáng kiến kinh nghiệm này là một đề tài khó chúng tôi đã cố gắng đƣa ra phƣơng pháp giải nhanh và ngắn gọn áp dụng một cách linh hoạt mà gần nhƣ... điện phân phức tạp hơn Tùy thuộc vào tính khử và tính oxi hóa của các ion có trong bình điện phân mà ta thu được những sản phẩm khác nhau Ví dụ khi điện phân dung dịch NaCl, các ion Na+, H+(H2O) chạy về catot còn các ion Cl-, OH-(H2O) chạy về anod Ion nào trong số chúng sẽ phóng điện ở các điện cực Cơ sở để giải quyết vẫn đề này là dựa vào các giá trị thế oxi hóa – khử của các cặp Trong quá trình điện. .. hệ phương trình: Từ (1) ; (2) ; (3) → mAl = và 0,6 + x + y = 3 → x = 1,8 và y = 0,6 kg → đáp án B -9- PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH Phạm Công Vụ Giáo viên trường THPT Yên Lạc Bài tập điện phân dung dịch là dạng bài tập khó trong chương trình môn Hóa THPT, từ khi Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức kỳ thi ĐH-CĐ bằng hình thức trắc nghiệm, một đề thi có từ 1 đến 2 câu liên quan tới điện phân. .. Những thế hiệu 2,12V; 1,02V và 1,36V đƣợc gọi là thế phân giải của ZnCl2 , CuCl2 và HCl tƣơng ứng ở trong dung dịch 1M Vậy thế hiệu tối thiểu của dòng điện một chiều cần đặt vào các điện cực trơ để gây nên sự điện phân chất gọi là thế phân giải (kí hiệu là U) Những thế phân giải của các chất trên đây đúng bằng sức điện động của các pin tƣơng ứng Thế phân giải của ZnCl2 trong dung dịch: 0 0 U = ECl /2Cl