Lý thuyết điện phân và hướng dẫn giải bài tập điện phân trong đề thi đại học, cao đẳng

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 môn tự nhiên nói chung, môn 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 cần phải nhớ sâu, nắm vững Có toán tìm phương pháp giải toán cách nhanh nhất, đường ngắn Điều 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 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 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 Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 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 dòng 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 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 → Anot ( + ) 2| Na+ + e → Na 2Cl- → Cl2 + 2e Phương trình điện phân: 2NaCl → 2Na + Cl2 Lưu ý: Cần có màng ngăn không cho Cl2 tác dụng trở lại với Na trạng thái nóng chảy làm giảm hiệu suất trình điện phân Ví dụ 2: Điện phân NaOH nóng chảy NaOH(nóng chảy) → Na+ + OHCatot ( – ) ← NaOH → Anot ( + ) + 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+ + 3O2- Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn Catot ( – ) ← Al2O3 → Anot ( + ) 4| Al3+ + 3e → Al 3| 2O2- → 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 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 - 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 Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 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 H2O (dẫn điện kém) nên H2O 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+ + SO42Catot (-) ← Na2SO4 → Anot (+) Na+ không bị điện phân SO42- không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH2H2O → O2 + 4H+ + 4e → Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2 Nhận xét: - Na2SO4 đóng vai trò chất dẫn điện, nên trình điện phân lượng Na2SO4 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 H2SO4, dung dịch NaOH với anot trơ Điện phân dung dịch H2SO4: Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn Catot (-) ← H2SO4 2H+ + 2e → H2 → Anot (+) 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: HNO3, H2SO4, HClO4…, dung dịch kiềm: NaOH, KOH, Ba(OH)2… thực chất điện phân H2O - Phân tử axit, bazơ trường hợp đóng vai trò chất dẫn điện Ví dụ 4: Viết sơ đồ phương trình điện phân điện phân dung dịch NaCl NaCl → Na+ + ClCatot (-) 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 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, CaCl 2, MgCl2, BaCl2 … - Không thể điều chế kim loại từ K đến Al phương pháp điện phân dung dịch - Nếu màng ngăn thì: Cl2+ 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O nên phương trình điện phân là: NaCl + H2O → NaClO + H2 Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn Ví dụ 5: Viết sơ đồ phương trình điện phân điện phân dung dịch CuSO4 CuSO4 → Cu2+ + SO42Catot(-) Anot(+) SO42- không bị điện phân Cu2+ + 2e → Cu 2H2O → 4H+ + O2+ 4e → Phương trình điện phân : Cu2+ + 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 không 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 NO3 , SO42-… dung dịch sau điện phân có pH 7 Ví dụ 6: Viết sơ đồ phương trình điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl3, CuCl2 HCl với anot trơ FeCl3 → Fe3+ + 3ClCuCl2 → Cu2+ + 2ClHCl → H+ + ClCatot ( – ) Fe3+ + 1e → Fe2+ Cu2+ +2e → Cu 2H+ +2e → H2 Fe2+ + 2e→ Fe Anot ( + ) 2Cl- → Cl2 + 2e Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 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+ + ClCu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3Catot (-) Anot (+) + Na không bị điện phân NO3 không bị điện phân Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2OH2H2O → 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) 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 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 Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn → 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(NO3)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 Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e → Phương trình : Cu2+ + 2Cl- → Cu + Cl2 (1) a b Nếu dư Cu2+ sau (1) : a > b/2 ( 2a > b ) có phản ứng Cu2+ + 2H2O→ Cu + 4H+ + O2 → Dung dịch thu có axit nên có phản ứng với Al2O3 6H+ + Al2O3 → 2Al3+ + 3H2O Nếu dư Cl- sau (1) : a < b/2 ( b > 2a) có phản ứng 2H2O + 2Cl- → 2OH- + H2 + Cl2 → Dung dịch thu có môi trường bazơ nên có phản ứng với Al2O3 2OH- + Al2O3 → 2AlO2- + H2O → Chọn đáp án D II BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN Định luật Farađay Công thức: m  AIt nF (*) Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 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 dòng 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  It F It (**) nF (***) 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 (KNO3, Na2SO4,…) Đều thực tế điện phân H2O: 2H2O → 2H2 (catot) + O2 (anot) 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 thoát khối lượng catot không đổi, lúc ion kim loại (có thể bị điện phân) vừa hết + Khi pH dung dịch không 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 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 Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn Vậy chất trình điện phân di chuyển Cu từ Anot sang Catot Trong trình điện phân nồng độ CuSO4 không thay đổi Ví dụ: Điện phân dung dịch AgNO3 với anot Cu AgNO3 → Ag+ + NO3Catot (-) Anot (+) Ag+ +1e → Ag 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 trình điện phân Ví dụ: Điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ, màng ngăn OH- 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: - 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 thông thường để tính số mol sản phẩm - Áp dụng công 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 dòng điện không đổi 1,93A Tính thời gian điện phân để dung dịch pH = 12 Cho thể tích dung dịch xem không 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) Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 10 Khi NaCl hết 2H2O → 2H2 + O2 (2) Vì dung dịch có pH = 12 → dung dịch thu có môi trường kiềm pH = 12 → [H+] = 10-12 → [OH-] = 0,01 → Số mol OH- = 0,001 mol Áp dụng công thức Farađay (**): nOH- = n  n.F 0,001.1.96500 I t  t  OH   50( s) n.F I 1,93 Hoặc áp dụng công thức Faraday (***): ne = n F 0,001.1.96500 I.t  50( s ) t e  I 1,93 F → 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 thoát 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: 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 Cu2+ vừa hết → không 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 dòng 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 0,05 Khi NaCl hết 2H2O → 2H2 + O2 (2) 0,1 Vì anot thu O2 nên giai đoạn (1) xong hay NaCl hết Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 11 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: n H2  n n.F 0,15.2.96500 I t h ’ ”   28950( s) hay 30 → t  H2 n.F I Hoặc áp dụng công thức Farađay (***)ta có: n e  n F 0,3.96500 I t h ’ ” → t e   28950( s) hay 30 F I Ví dụ 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2M AgNO3 0,1M với cường độ dòng 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 không cần viết phương trình) Catot xảy trình theo thứ tự Ag+ +1e → Ag 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 (***): n e  n F 0,03.96500 I t  750( s ) → t e  F I 3,86 → 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 n e theo công thức (***) - Viết trình nhận, nhường electron đồng thời so sánh với ne để biết điện phân đến trình Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 12 - Từ 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 FeCl2 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 công thức Farađay (***) ta có: ne = I t F  9,65.(38.60  40)  0,232(mol ) 96500 Fe2+ +2e → Fe 0,1→0,2 < 0,232 nên Fe2+ hết → mFe= 0,1.56=5,6 gam Ở anot: 2Cl- → Cl2 + 2e 0,212 → 0,106 0,212mol < 0,232 nên H2O điện phân tiếp 2H2O → O2 + 4H+ +4e 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 t1= 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 công thức (***) ta có: Ở catot ( -): +Số mol electron điện phân 200 s ne = I t 9,65.200   0,02(mol ) < F 96500 0,04 nên Cu2+ 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) Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 13 Điện phân dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 0,12 mol NaCl dòng điện có cường độ 2A, có màng ngăn, điện cực trơ Thể tích khí (đktc) thoát 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 công thức (***) ta có ne = I t 2.9650   0,2(mol ) F 96500 Ở anot xảy ra: 2Cl- → Cl2 + 2e 0,12 0,12 < 0,2 mol nên xảy trình điện phân H2O 4H2O → 4H+ + O2 + 4e 0,02 0,08 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 CuCl 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= I t 5.3860   0,2(mol ) F 96500 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 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 : Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 14 Al + OH- + H2O → AlO2- + 3/2 H2 0,1 0,1 mAl (max) = 0,1.27= 2,7 (g) → Chọn đáp án B 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 dòng 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 Áp dụng công thức (***): ne = I t 5.(2.60.60  40.60  50)   0,5(mol ) F 96500 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 = ne , nên không xảy trình (4) đây: Fe2+ + 2e → Fe (4) Vì số mol e trao đổi 0,5 mol → Không 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 thoát 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 Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 15 Bài 2: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)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(NO3)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 thời gian thu dung dịch màu xanh, có khối lượng giảm 8g so với dung dịch ban đầu Cho 16,8g bột Fe vào , sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu 12,4g kim loại Giá trị x A 2,25 B 1,5 C 1,25 D 3,25 Bài Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H2O 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 lượng khí X anôt Hấp thụ hoàn toàn 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 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 Cô cạn dung dịch sau điện phân, 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 Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 16 Bài Mắc nối tiếp bình điện phân A, B, C đựng dung dịch tương ứng CuCl2, 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 thoát 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 MCl2 bình (2) chứa dung dịch AgNO3 Sau phút 13 giây catot bình (1) thu 1,6 gam kim loại catot bình (2) thu 5,4 gam kim loại Cả hai bình không thấy khí catot thoát Kim loại M A Zn B Cu C Ni D Pb Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 17 C KẾT LUẬN Hóa học nói chung tập hóa học nói riêng đóng vai trò quan trọng việc học tập hóa học Nó giúp học sinh phát triển tư sáng tạo, đồng thời góp phần quan trong việc ôn 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 ôn 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 Quá trình tìm tòi nghiên cứu giải vấn đề sau: - Nghiên cứu sở lí thuyết điện phân dung dịch; trình xảy - Từ rút bước thông 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 sinh hiểu có kỹ giải Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 18 dạng tập tương đối Được đồng nghiệp xem tài liệu bổ ích dùng để bổ trợ ôn 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 cố gắng tìm tòi, 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 Mai Thanh Hà Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 19 [...]... thường để giải một bài toán điện phân - Sắp xếp một cách có hệ thống các dạng bài tập điện phân dung dịch - Đưa ra được các dạng bài tập cơ bản nhất và hướng dẫn giải chi tiết, ngắn gọn các dạng bài tập đó Trong các năm giảng dạy và ôn luyện thi với việc áp dụng phương pháp trên tôi thấy khả năng giải bài tập điện phân dung dịch của học sinh đã được nâng cao ; các em hứng thú hơn trong học tập Ở các... rằng, với nội dung đề tài này sẽ giúp các em hiểu hơn về kiến thức điện phân, giải bài tập điện phân một cách tự tin, hiệu quả I KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Trên đây là một số kỹ năng và phương pháp giải một số dạng bài toán cơ bản về điện phân dung dịch Quá trình tìm tòi nghiên cứu tôi đã giải quyết được những vấn đề sau: - Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của điện phân dung dịch; các quá trình xảy ra trong đó - Từ đó... Sơn 15 Bài 2: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 và AgNO3, để điện phân hết ion kim loại trong dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402A trong 4 giờ Sau khi điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám ở catot Nồng độ mol của Cu(NO3)2 và AgNO3 trong hỗn hợp đầu lần lượt là: A 0,2 M và 0,1 M B 0,1 M và 0,2 M C 0,2 M và 0,2 M D 0,1 M và 0,1 M Bài 3.( Đại học khối B-2010): Điện phân (với điện cực... 0,1M D 0,05M Bài 6 Điện phân dung dịch NaCl (d=1,2g/ml) chỉ thu được một chất khí ở điện cực Cô cạn dung dịch sau điện phân, còn lại 125g cặn khô Nhiệt phân cặn này thấy giảm 8g Hiệu suất của quá trình điện phân là A 25% B 30% C 50% D.60% Bài 7 Có hai bình điện phân mắc nối tiếp nhau Bình 1 chứa dung dịch CuCl2, bình 2 chứa dung dịch AgNO3 Tiến hành điện phân điện cực trơ, kết thúc điện phân thấy trên... Sơn 16 Bài 8 Mắc nối tiếp 3 bình điện phân A, B, C đựng 3 dung dịch tương ứng CuCl2, XSO4, và Ag2SO4 rồi tiến hành điện phân với điện cực trơ cường độ dòng điện là 5A Sau thời gian điện phân t thấy khối lượng kim loại thoát ra tại catot bình A ít hơn bình C là 0,76g, và catot bình C nhiều hơn catot bình B và bình A là 0,485g Khối lượng nguyên tử X và thời gian t là A 55 và 193s B 30 và 133s C 28 và 193s... áp dụng: Bài 1: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu được dung dịch X Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dòng điện 1,34A trong 4 giờ Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (ở đktc) lần lượt là (Biết hiệu suất điện phân là 100 %): A 6,4 gam và 1,792 lít B 10,8 gam và 1,344 lít C 6,4 gam và 2,016 lít D 9,6 gam và 1,792... các lớp luyện thi với đối tượng là học sinh trung bình khá thì số học sinh hiểu và có kỹ năng giải được Giáo viên: Mai Thanh Hà - Trường THPT Bỉm Sơn 18 các dạng bài tập trên là tương đối Được đồng nghiệp xem đây là một tài liệu rất bổ ích dùng để bổ trợ ôn thi học sinh giỏi và ôn thi đại học II HƯỚNG TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI - Bổ sung thêm các dạng bài toán ở mức độ dành cho học sinh đại trà và học sinh... trình điện phân của H2O 4H2O → 4H+ + O2 + 4e 0,02 0,08 Số mol e do 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 CuCl 2 0,1M và NaCl 0,5M (với điện cực trơ, màng ngăn, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A trong 3860 giây Dung dịch thu được sau điện phân có... đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc học tập hóa học Nó giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, đồng thời góp phần quan trong trong việc ôn luyện kiến thức cũ, bổ sung thêm những phần còn thi u sót về thực hành và lí thuyết hóa học Qua kết quả của việc áp dụng tài liệu này vào giảng dạy tôi thấy rằng muốn đạt được kết quả cao trong công tác ôn luyện thi đại học, bồi dưỡng học sinh giỏi, trước... ban đầu Cho 16,8g bột Fe vào , sau khi các phản ứng xảy ra 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 4 Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H2O vào nước được dung dịch X Điện phân dung dịch X với điện cực trơ và cường độ dòng điện 1,93A Nếu thời gian điện phân là t (s) thì thu được kim loại M ở catot và 156,8 ml khí tại anot Nếu thời gian điện phân là 2t (s) thì thu được