Sáng kiến kinh nghiệm PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP HĨA HỌC PHẦN ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH Người thực hiện: MAI QUỐC HƯNG Lĩnh vực nghiên cứu: PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY MƠN HĨA NĂM HỌC
Trang 1SỞ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG THPT CHUYÊN LƯƠNG THẾ VINH
Mã số:
Sáng kiến kinh nghiệm
PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP HĨA HỌC
PHẦN ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH
Người thực hiện: MAI QUỐC HƯNG
Lĩnh vực nghiên cứu:
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY MƠN HĨA
NĂM HỌC 2013-2014
Trang 2SƠ LƯỢC LÍ LỊCH KHOA HỌC
I- THÔNG TIN CÁ NHÂN
1 Họ và tên : MAI QUỐC HƯNG
2 Ngày tháng năm sinh: 01-09-1954
3 Nam, nữ: Nam
4 Địa chỉ: Trường THPT Chuyên Lương Thế Vinh
5 Điện thọai: 0919276925
6.Chức vụ : Phó Hiệu trưởng
7 Nhiệm vụ được giao: Phụ trách chuyên môn
8 Đơn vị công tác: Trường THPT Chuyên Lương Thế Vinh
II-TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO:
Trình độ: Cử nhân khoa học Tốt nghiệp : ĐHSP năm 1975 Chuyên ngành đào tạo: Hóa học
III-KINH NGHIỆM KHOA HỌC
Năm trực tiếp tham gia giảng dạy quản lí : 39 năm
Sáng kiến kinh nghiệm trong 5 năm gân đây:
1 Giải nhanh các bài tập trắc nghiệm hóa học bằng những phương pháp thích hợp
2 Đổi mới phương pháp giảng dạy tại trường THPT chuyên Lương Thế Vinh
3 Một số bài tập về tính chất hóa học của kim lọai
4 Một số bài tập về điều chế kim lọai
5 Kinh nghiệm làm một số thí nghiệm trong chương trình hóa học vô cơTHPT
Trang 3 Tên sáng kiến kinh nghiệm:
PHƯƠNG PHÁP GỈAI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP
HÓA HỌC PHẦN ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH
I-LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong chương trình hóa học phổ thông, phần điện phân chỉ được sách giáokhoa dành một thời lượng rất khiêm tốn, nếu chỉ dựa vào phần lí thuyết mà sách đãhướng dẫn thì không thể trả lời được hầu hết các bài tập về điện phân thôngthường, chưa nói đến các bài tập nâng cao
Các sách xuất bản hiện nay cũng chỉ tập trung chủ yếu vào việc ra đề thi vớinhiều câu hỏi, bài tập trắc nghiệm mà ít để ý đến việc hướng dẫn phương pháp làmbài
Tác giả cung cấp đề tài “Phương pháp giải một số dạng bài tập hóa học phầnđiện phân” là nhằm giải quyết phần nào những thiết hụt nêu trên
II- CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
Các nội dung về điện phân do sách giáo khoa cung cấp không đủ để học sinh
hiểu rõ bản chất của quá trình điện phân, đặc biệt là điện phân dung dịch Trongkhi các yêu cầu của các đề thi đại học hiện nay đã vượt qua kiến thức học sinh thunhận được trong sách giáo khoa
Trong bài viết này, thông qua các dạng bài tập về điện phân dung dịch, chúngtôi tập trung phân tích các hiện tượng, giúp học sinh hiểu kĩ hơn về bản chất củacác quá trình điện phân, từ đó các em có thể giải được các bài tập điện phân nângcao và một số dạng bài tập khó dành cho những học sinh khá và giỏi
III- TỔ CHỨC THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP
Nội dung chính của sáng kiến kinh nghiệm gồm:
- Lí thuyết cơ bản của điện phân dung dịch và các dạng bài tập áp dụng:
1- Điện phân dung dịch các muối của axit oxi ( Nitrat, Sunfat ) 2- Điện phân dung dịch muối Halogenua
3- Điện phân dung dịch hỗn hợp các chất điện li
4- Điện phân với các bình điện phân mắc nối tiếp
5- Điện phân với bình điện phân có dương cực tan Mạ điện
Ở mỗi dạng bài tập, tác giả đều có phần chú ý là những nội dung cần thiết vềkiến thức mà học sinh cần nắm vững ngoài kiến thức điện phân hoặc những hiệntượng xảy ra trong quá trình điện phân …mà nhờ đó có thể giải các bài tập đúnghướng, không bỏ sót các chi tiết
Trước khi học đề tài này, học sinh không có hệ thống lí thuyết điện phân đầy
đủ và hòan chỉnh, lúng túng trong cách giải, kết quả không cao
IV-HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI
Phần lí thuyết và bài tập trong đề tài này đã được thực hiện trong việc giảngdạy, bồi dưỡng học sinh luyện thi vào đại học và học sinh giỏi nhiều năm nay nênđảm bảo tính chính xác, khoa học và hiệu quả, có độ tin cậy cao
V-ĐỀ XUẤT, KIẾN NGHỊ VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG
Trang 4Sách giáo khoa nên bổ sung đầy đủ hơn về phần điện phân để học sinh có thểhiểu biết kĩ hơn về một phương pháp điều chế kim loại quan trọng trong côngnghiệp
Sử dụng đề tài này, người đọc sẽ đươc bổ túc thêm về ứng dụng của phươngpháp điện phân trong mạ kim loại, hiểu kĩ hơn về sự ăn mòn kim lọai và phươngpháp chống sự ăn mòn điện hóa
VI-TÀI LIỆU THAM KHẢO
-Sách giáo khoa lớp 12 nâng cao, nhà xuất bản giáo dục tháng 6 năm 2007
-Sách Bài tập hóa học lớp 12 nâng cao, nhà xuất bản giáo dục tháng 6 năm 2007
- Một số đề thi tuyển sinh Đại học và thi học sinh giỏi Quốc Gia
Đồng Nai, ngày 07 tháng 5 năm 2014
Trang 5PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Lĩnh vực: (Đánh dấu X vào các ô tương ứng, ghi rõ tên bộ môn hoặc lĩnh vực khác)
- Quản lý giáo dục - Phương pháp dạy học bộ môn: Hóa học
- Phương pháp giáo dục - Lĩnh vực khác:
Sáng kiến kinh nghiệm đã được triển khai áp dụng: Tại đơn vị Trong Ngành
1 Tính mới (Đánh dấu X vào 1 trong 3 ô dưới đây)
- Đề ra giải pháp thay thế hoàn toàn mới, bảo đảm tính khoa học, đúng đắn
- Đề ra giải pháp thay thế một phần giải pháp đã có, bảo đảm tính khoa học, đúng đắn
- Giải pháp mới gần đây đã áp dụng ở đơn vị khác nhưng chưa từng áp dụng ở đơn vịmình, nay tác giả tổ chức thực hiện và có hiệu quả cho đơn vị
2 Hiệu quả (Đánh dấu X vào 1 trong 5 ô dưới đây)
- Giải pháp thay thế hoàn toàn mới, đã được thực hiện trong toàn ngành có hiệu quảcao
- Giải pháp thay thế một phần giải pháp đã có, đã được thực hiện trong toàn ngành cóhiệu quả cao
- Giải pháp thay thế hoàn toàn mới, đã được thực hiện tại đơn vị có hiệu quả cao
- Giải pháp thay thế một phần giải pháp đã có, đã được thực hiện tại đơn vị có hiệu quả
- Giải pháp mới gần đây đã áp dụng ở đơn vị khác nhưng chưa từng áp dụng ở đơn vịmình, nay tác giả tổ chức thực hiện và có hiệu quả cho đơn vị
3 Khả năng áp dụng (Đánh dấu X vào 1 trong 3 ô mỗi dòng dưới đây)
- Cung cấp được các luận cứ khoa học cho việc hoạch định đường lối, chính sách: Trong Tổ/Phòng/Ban Trong cơ quan, đơn vị, cơ sở GD&ĐT Trongngành
- Đưa ra các giải pháp khuyến nghị có khả năng ứng dụng thực tiễn, dễ thực hiện và dễ đi vàocuộc sống: Trong Tổ/Phòng/Ban Trong cơ quan, đơn vị, cơ sở GD&ĐT
Trong ngành
- Đã được áp dụng trong thực tế đạt hiệu quả hoặc có khả năng áp dụng đạt hiệu quả trong phạm
vi rộng: Trong Tổ/Phòng/Ban Trong cơ quan, đơn vị, cơ sở GD&ĐT Trongngành
Xếp loại chung: Xuất sắc Khá Đạt Không xếp loại
NGƯỜI THỰC HIỆN SKKN THỦ TRƯỞNG
ĐƠN VỊ
Trang 6Để giải các bài tập điện phân dung dịch, nhất thiết phải nắm được phần lí thuyết
cơ bàn sau đây:
1-Dãy điện hóa của các kim kọai:
Li + K + Na + Mg 2+ Al 3+ Zn 2+ Cr 3+ Fe 2+ Ni 2+ Sn 2+ Pb 2+ 2H + Cu 2+ Fe 3+ Hg 2+ Ag + Pt 2+ Au 3+
│ -│ │ │ │ │ │ │ │ │ -│ │ │ -│ -│ │ │ │
Li K Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H 2 Cu Fe 2+ Hg Ag Pt Au
2-Vai trò của nước:
2.1.Chỉ đóng vai trò là dung môi hòa tan các chất điện li, không tham gia trực tiếpvào quá trình điện phân
2.2.Tham gia trực tiếp vào quá trình điện phân:
điện phân theo phương trình:
H2O + 2e = 2OH- + H2
do:
so với các phân tử nước vì vậy xảy ra đồng thới sự khử ion kim lọai và nước
H2O + 2e = 2OH- + H2 (2)Quá trình (1) hoặc (2) chiếm ưu thế còn phụ thuộc vào vị trí của ion kim lọai
thì quá trình (1) chiếm ưu thế
-Nếu trong dung dịch điện li có nhiều ion kim lọai khác nhau ( cùng nồng độmol) thì ion nào có tính oxi hóa mạnh sẽ bị khử trước Thí dụ ở catot có đồng thời
Cu2+, Ag+, Fe2+ và Fe3+thì Ag+ sẽ bị khử trước sau đó lần lượt đếnFe3+ rồi Cu2+ và
Trang 73.2.Chất bị oxi hóa ở Anot:
a-Trường hợp anot trơ ( Pt, than chì…) không tham gia trực tiếp vào quá trìnhđiện phân chỉ đóng vai trò dẫn điện
Tùy thuộc vào anion gốc axit , ở Anot có những khả năng sau:
- Nếu trong dung dịch chất điện li chức anion gốc axit không có oxi thì chúng
bị oxi hóa thành nguyên tử hoặc phân từ tự do.Thí dụ:
2Cl- + 2e = Cl2
Thứ tự oxi hóa các lọai ion này ( Cùng nồng độ mol) : S2-, I-, Br-, Cl-
- Nếu trong dung dịch chất điện li chức anion gốc axit có oxi thì chúngkhông bị oxi hóa mà nước bị oxi hóa theo phương trình:
H2O -2e = 2H+ + ½ O2
Chú ý:
bị oxi hóa theo phương trình:
b-Trường hợp Anot họat động ( Kim lọai Cu, Zn…)
Với lọai điện cực này thì trong dung dịch các anion không bị điện phân mà chính Anốt bị oxi hóa tan vào dung dịch Thí dụ:
- m : khối lượng chất giải phóng ờ điện cực (gam)
- A : khối lượng mol phân tử họặc mol nguyên tử chất giải phóng ở điện cực
- I : Cường độ dòng điện ( Ampe)
- n : Số e trao đổi ở điện cực
- F : Có giá trị là 96500 nếu t tính bằng giây
B-BÀI TẬP:
I-ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH MUỐI CỦA AXIT CÓ OXI (NITRAT,
SUNFAT )
1.1 Những chú ý :
- Các ion gốc axit có oxi không bị điện phân trong dung dịch, ở anod nước
- Trong quá trình điện phân dung dịch, khối lượng dung dịch sau điện phângiảm đúng bằng những chất tách ra khỏi dung dịch, có thể là kim lọai và các chấtkhí được giải phóng trong quá trình điện phân
2.2.Bài tập áp dụng.
Trang 8
Bài 1 Sau khi điện phận 500ml dd AgNO3 được dd X Thử dd X bằng dung dịch
Catod thay đổi 2,16gam
2 Tính thời gian đã điện phân
3 Tính thể tích khí thoát ra ở Anod (dktc)
Bài làm:
1 Phương trình điện phân:
điện phân hết, khối lượng catod tăng là khối lượng bạc bám vào
Bài 2 a.Thiết lập sơ đồ điện phân dung dịch KNO3
Anod thoát ra 2,8l khí (dkc) lúc đó ở Catod nhận được bao nhiêu lít? Tính nồng độ %các chất trong dd sau điện phân
Điện lượng cần thiết: Q= I.t = (m/A).96000.n = 0,25 96000.2= 48250 C
m dd sau điện phân = 100 1,1 – mH2O = 110 – 18 0,25=105,5 (g)
Trang 9Bài 3: Đề thi ĐHY-Dược Tp Hồ Chí Minh- Năm 1995
thì dừng lại Để yên dd cho đến khi khối lượng catot không đổi, thấy khối lượng catot
lượng catod tăng 3,2 g so với lúc chưa điện phân chứng tỏ Cu còn bám trên catot
Pư (mol): 3/4x 2x 3/4x
Sau pư (mol): 1/4x 3/4x
Từ (2) và đầu bài x/4 = 3,2/64 x = 0,2 mol
Cu + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O (2’)
Theo (1) và (2’) Cu sẽ bị hoà tan hoàn toàn ở (2’) không có Cu dư ( trái với đầu bài)
Bài 4 Điện phân 200ml dd CuSO4, sau khi điện phân khối lượng của dd giảm đi 8g
phân Biết tỷ khối các dd này là 1,25 và trong khi điện phân lượng nước mất đikhông đáng kể
Bài làm:
Trang 10Bài 5 Điện phân 1lit dung dịch bạc nitrat với điện cực trơ, thu được dung dịch có
pH= 2 (thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể ) lượng bạc thoát ra ở catôt là :
Dung dịch có pH=2 [ H+] = 10-2M hay 0,01M nH+=0,01 mol
nAg+ = nH+=0,01 mol Vậy mAg = 108.0,01= 1,08 gam
Bài 6 Điện phân 200ml dung dịch đồng nitrat với điện cực trơ, đến khi có khí thóat
ra ở catot thì dừng lại Để yên dung dịch cho đến khi khối lượng catot không đổi, lúc
đó khối lượng catot tăng 3,2g so với lúc chưa điện phân Nồng độ mol của dung dịchđồng nitrat là:
Bài làm:
Điện phân dung dịch Cu(NO3)2 đến khi ở catot có khí thóat ra tức là nước đã
II-ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH MUỐI HALOGENUA
2.1 Những chú ý khi điện phân dung dịch muối Halogenua của kim lọai mạnh ( từ Li đến Al)
Để làm bài tập điện phân, ngòai kiến thức về điện phân học sinh cần chú đến
lí thuyết vế độ pH
+ Nắm được biểu thức tính pH :
pH = -lg [ H+] hay [ H+] = 10-PH
+ Dung dịch axit có pH < 7; dung dịch kiềm có pH>7
Trong một số trường hợp, cần phải phân biệt được quá trình điện phân cómàng ngăn hay không Thường thì nếu có khí thóat ra ở anod là quá trình điệnphân có màng ngăn và ngược lại nếu không có khí thóat ra là quá trình điệnphân không có màng ngăn
Trang 11
2.2 Bài tập áp dụng:
Bài 1 Cho dòng điện có cường độ 1,5 Ampe qua bình điện phân dung dịch KCl Khi
dừng điện phân anốt thu được 1,12 l khí đo ở đktc 1-Mô tả sự điện phân trên, viết phương trình phản ứng điện phân 2-Tính thời gian điện phân 3-Dung dịch thu được có pH bằng bao nhiêu? Giả thiết V dung dịch = 1lit
Bài 2 Cho dòng điện I=5A qua 2 lít dd KCl 10% (D=1,15) Khi dừng điện phân ở
anốt thu được 3,36l khí (dktc) và dd X Trình bày sự điện phân 1-Tính thời gian điện phân 2-Cho quỳ tím vào dung dịch X, quỳ tím có bị đổi màu không? Vì sao? 3-Tìm nồng độ mol/l và nồng độ cấc chất trong dung dịch X
Trang 12Nhận xét: ở a nốt thu dược khí Cl2 chứng tỏ quá trình điện phân KCl có màng ngăn
2 Phương trình điện phân:
nCl2 = 3,36 : 22,4 = 0,15 (mol)
Thời gian điện phân:
3 Dung dịch X chứa KOH nên làm quỳ tím hóa xanh
nKCl bị điện phân = 2 nCl2 = 2 0,15 = 0,3 mol
Khối lượng dung dịch X =2000.1,15-2.0,15-71.0,15= 2104,05g
Vậy: [KCl] = 1,3935 M; [KOH] = 0.15 M
Bài 3.Điện phân 200ml dung dịch NaCl 2M ( D = 1,1 g/ml ) với điện cực bằng than,
có màng ngăn xốp và dung dịch luôn được khuấy đều Khí ở catốt thoát ra 22,4l ở điều kiện 200C, 1 atm thì ngừng điện phân 1-Viết phương trình điện phân xảy ra và các phản ứng xảy ra ở cực 2-Hợp chất trong dung dịch sau khi kết thúc quá trình điện phân là gì ? Xác định nồng độ % của nó
Trong đó: nNaCl = 0,2 2 = 0,4 (mol) và nNaOH = nNaCl = 0,4 (mol)
hết và có quá trình điện phân nước:
H2O H2 + ½ O2 (2)
Khối lượng dung dịch sau điện phân:
Trang 13220 – mH2 – mCl2 – mH2O = 220 – 2.0,2 – 0,2 71 – 18 0,732 = 192,224 gam
Vậy dung dịch sau điện phân chỉ chứa NaOH
Bài 4 Khi điện phân 1dm3 dung dịch NaCl (D = 1,2) Trong quá trình điện phân chỉ thu được 1 chất khí ở điện cực, sau quá trình điện phân kết thúc, cô cạn dung dịch còn lại trong bình điện phân, cặn khô thu được 125 g Nhiệt phân cặn khô đến khối lượng không đổi thì còn lại 117 g chất rắn
1/Tính hiệu suất quá trình điện phân
2/Nồng độ mol/l và C% của dung dịch NaCl ban đầu
3/ Khối lượng dung dịch còn lại sau điện phân
Bài làm:
NaOH do bình điện phân không có màng ngăn
- Phương trình điện phân:
NaCl + H2O NaOH + 1/2H2+ ½ Cl2 (1)
mol : x x x/2 x/2
Do không có màng ngăn, nên có phản ứng:
2NaOH + Cl2 NaCl + NaClO + H2O (2)
117-58,5(1/2+1/2) =58.5 g
Khối lượng NaCl trước đp = 58, 5.1+58.5=117 gam
Vậy hiệu suất pư= 58,5.100 : 117= 50%
2/ Nồng độ của dung dịch NaCl ban đầu:
C% = (117.100) : (1000 1,2)= 9,75%
[NaCl] = 2 : 1 = 2 mol/l
Bài 5 Điện phân 2 lit dung dịch natri clorua với điện cực trơ có màng ngăn dung
dịch sau điện phân có pH = 12 (thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể) Thể tíchkhí clo thoát ra ở anôt (đktc) là :
Trang 14nCl- = ½ nOH- = 0,01 mol Vậy VCl2= 22,4.0,01= 0,224l
Bài 6 Một dung dịch KI có thêm vài giọt hồ tinh bột và vài giọt phenoltalein Một
Cho dòng điện 1 chiều qua 2 dung dịch trên thì có hiện tượng gì xảy ra? Giảithích
kiềm, làm phenoltalein nhuốm màu đỏ tím
tinh bột dung dịch dung dịch có màu xanh đen
Trang 15+ Điện phân dung dịch K2SO4 thực chất là quá trình điện phân nước.
3.2 Bài tập áp dụng:
Bài 1 Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 và b mol NaCl (với điện cực trơ, cómàng ngăn xốp) Để dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màuhồng thì điều kiện của a và b là :
A b = 2a B b > 2a C b < 2a D 2b = a.
Bài làm:
Các phương trình điện phân: