Hướng dẫn học sinh giải nhanh các dạng bài tập về điện phân

MỤC LỤC NỘI DUNG Phần : Mở đầu I.1 Lý chọn đề tài I.2 Mục đích nghiên cứu I.3 Đối tượng nghiên cứu I.4 Phương pháp nghiên cứu Phần 2: Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở khoa học vấn đề 2.2 Thực trạng vấn đề 2.3 Các biện pháp tiến hành để giải vấn đề 2.4 Hiệu sáng kiến Phần 3: Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Trang 1 1 2 3 15 16 17 PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài: Phương pháp giải nhanh toán hóa học có vai trò đặc biệt quan trọng học sinh THPT - đặc biệt thi trắc nghiệm khách quan kì thi THPT quốc gia với thời gian ngắn học sinh phải giải nhiều dạng tập khác Toán điện phân điện phân dung dịch loại toán khó, phức tạp phải kết hợp nhiều kiến thức hóa học điện phân, bán phản ứng oxi hóa – khử, lồng thêm toán kim loại cho vào axit nitric, toán oxihoa-khử ; vật lí định luật faraday, công thức tính điện lượng, lồng thêm mắc nối tiếp hai bình điện phân lí thuyết sách giáo khoa ít, vài năm gần toán điện phân dung dịch thường xuất nhiều độ khó tăng dần kì thi cao đẳng - đại học gây nhiều khó khăn trở ngại cho học sinh Qua nhiều năm giảng dạy để giúp học sinh lớp 12 có kĩ giải nhanh tập điện phân điện phân dung dịch, tổng hợp cách giải nhanh dạng tập điện phân Xuất phát từ lý chọn đề tài: “Hướng dẫn học sinh giải nhanh dạng tập điện phân ” 1.2 Mục đích nghiên cứu: + Trước hết phải làm cho học sinh hiểu tầm quan trọng của phần đề thi đại học cao đẳng hàng năm + Chuẩn bị cho em kiến thức vững vàng, hiểu chất vấn đề điện phân vấn đề liên quan + Trình bày đầy đủ kiến thức lý luận điện phân kiến thức liên quan chương trình hóa học phổ thông + Giới thiệu cho học sinh phương pháp giải nhanh toán điện phân, đặc biệt điện phân dung dịch + Giành thời gian cho học sinh rèn luyện kỹ sau học lý thuyết học phương pháp giải toán điện phân 1.3 Đối tượng nghiên cứu: + Kiến thức phần điện phân giành cho học sinh lớp 12 THPT 1.4 Phương pháp nghiên cứu: + Dựa sở lý luận khoa học khả thực hành học sinh + Phương pháp khảo sát thực tế thu thập thông tin, thực hành nhiều lớp nhiều giáo viên hóa trường PHẦN 2: NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý luận đề tài: [1] 2.1.1 Khái niệm điện phân: Sự điện phân trình oxi hóa – khử xảy bề mặt điện cực có điện chiều qua chất điện li nóng chảy dung dịch chất điện li + Tại Catot (cực âm) xảy khử( nhận e) + Tại Anot (cực dương) xảy oxi hoá ( nhường e ) 2.1.2 Sự điện phân chất điện li a) Điện phân chất điện li nóng chảy Dạng tập tương đối đơn giản giáo viên cần lưu ý cho học sinh sử dụng công thức , phương pháp bảo toàn e số ptđp sau: Ví dụ : Điện phân nóng chảy muối Halogen 2MXn → M + nX2 Điện phân nóng chảy oxit 2MxOy → xM + y O2 Điện phân nóng chảy M(OH)n 4M(OH)n →4 M +n O2 + 2nH2O b) Điện phân dung dịch chất điện li - Điện phân dung dịch với điện cực trơ (graphit) + Ở catot (cực âm): Gồm ion kim loại, H2O Chú ý: Thứ tự điện phân: ion kim loại có tính oxi hóa mạnh tham gia điện trước như:Au3+ > Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > H+ >Pb2+ > Ni2+> Sn2+ > Fe2+ > H2O > Mn+(M: kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm) Các ion kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ ion nhôm không bị điện phân chúng có tính oxi hóa yếu H2O; H2O bị điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH– + Ở anot (cực dương): Gồm ion âm, H2O Chú ý: Nếu ion gốc axit chứa oxi : NO 3-, SO42-, CO32-, PO43- chúng không bị điện phân mà H2O bị điện phân Thứ tự điện phân: ion âm có tính khử mạnh tham gia điện trước như: S2- > I- > Br- > Cl- > H2O (F- không bị điện phân ) S2- → S + 2e; 2X- → X2 + 2e Sau hết ion đó, tiếp tục điện phân H 2O điện phân theo phương trình: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e - Điện phân dung dịch với anot tan + Ở catot (cực âm): Tương tự điện phân dung dịch với điện cực trơ + Ở anot (cực dương): Gồm kim loại, ion âm, H2O Chú ý: Do kim loại có tính khử mạnh nên nhường (e), ion âm nước không tham gia Người ta thường dùng phương pháp kĩ thuật mạ điện, tinh chế kim loại… c) Định luật Faraday: Dùng công thức biểu diễn định luật faraday để tính khối lượng chất thu điện cực Ta có: m = A.I t (1) n.F Trong đó: m: Khối lượng chất thu điện cực (g) A: Khối lượng mol nguyên tử chất thu điện cực n: Số (e) mà nguyên tử ion trao đổi I: Cường độ dòng điện(A) t: thời gian điện phân(s) F: Hằng số Faraday ( F = 96500 culong/ mol) Số mol chất thu điện cực = Số mol (e) trao đổi = I t (2) n.F I t (3) F Giáo viên lưu ý học sinh sử dụng hợp lí công thức trường hợp cụ thể Đặc biệt công thức (3) nên sử dụng tập điện phân dung dịch hỗn hợp có nhiều chất oxi hóa, nhiều chất khử 2.2 Thực trạng vấn đề: Trong trình giảng dạy trường THPT nhận thấy chương trình chuẩn nâng cao Hóa học lớp 12 hành giới thiệu điện phân đơn giản, yêu cầu tập, đề thi ( kì thi THPT quốc gia, thi học sinh giỏi cấp) điện phân lại lạ khó mà ngày thường xuyên hơn, phức tạp Khi gặp tập điện phân có tham gia nước, kiến thức vật lý bất thường phức tạp chút học sinh lúng túng không tìm hướng giải Để giúp em hiểu rõ tìm hướng giải nhanh tập điện phân mà đặc biệt “toán điện phân dung dịch ” cố gắng tìm tòi tài liệu tham khảo, trao đổi kinh nghiệm bạn bè đồng nghiệp để tìm giải pháp tốt giúp em học sinh hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập Trong khuôn khổ viết xin nêu số thí dụ cụ thể mà sử dụng trình giảng dạy để giúp học sinh làm tốt tập điện phân mà chủ yếu phạm vi điện phân dung dịch 2.3 Các giải pháp: 2.3.1 Các bước giải toán điện phân: Bước 1: Xác định ion điện cực Bước 2: Xác định thứ tự nhường, nhận (e) Bước 3: Biểu diễn đại lượng theo bán phản ứng theo phương trình điện phân chung Bước 4: Tính theo yêu cầu toán Một số ý giải toán điện phân dung dịch: - H2O bắt đầu điện phân điện cực: + Ở catot: bắt đầu xuất bọt khí khối lượng catot không đổi nghĩa ion kim loại bị điện phân dung dịch bị điện phân hết + Ở cực: Khi điện phân dung dịch muối tạo từ kim loại Al trở trước với anion gốc axit có oxi điện phân dung dịch axit có oxi + Khi pH dung dịch không đổi: có nghĩa ion âm ion dương (hay hai loại) bị điện phân bị điện phân hết Khi tiếp tục điện phân H2O bị điện phân - Khối lượng catot tăng khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào Độ giảm m(dung dịch) = ∆m = mKết tủa + mKhí A.I t I t ⇒ Số mol chất thu điện cực = n.F n.F I t Số mol (e) trao đổi = F - Từ CT: m = - Nếu đề yêu cầu tính điện lượng cần cho trình điện phân áp -dụng công thức: Q = I.t = ne.F Khi bình điện phân mắc nối tiếp thì: Do I = const ⇒ q (điện lượng, đơn vị C) = const (q = I.t) ⇒ n(e) trao đổi đơn vị thời gian - Nếu điện phân dung dịch muối với điện cực tan (anot kim loại, thường kim loại muối đó) khối lượng catot tăng = khối lượng anot giảm 2.3.2 Các dạng toán điện phân dung dịch (với điện cực trơ): Dạng 1: Xác định môi trường dung dịch sau điện phân Ví dụ 1: Viết PTHH xảy điện phân dung dịch NaCl NaCln.c → Na+ + ClCatot (-) Anot (+) + Na không bị điện phân 2Cl → Cl2 + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2OH dpdd → Phương trình : 2Cl- + 2H2O  → Cl2 + H2 + 2OHdpdd hay 2NaCl + 2H2O  → 2NaOH + Cl2 + H2 Xảy tương tự điện phân dung dịch : NaCl , CaCl2 , MgCl2 , BaCl2 *) Kết luận: Môi trường bazơ: điện phân muối tạo kim loại từ Al trở trước gốc axit oxi như: NaCl, BaCl2, KBr Ví dụ 2: Viết PTHH xảy điện phân dung dịch Na2SO4 Na2SO4 → 2Na+ + SO42Catot (-) Anot (+) + 2Na không bị điện phân SO4 không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH 2H2O → O2 + 4H+ + 4e dp → 2H2 + O2 Phương trình điện phân: 2H2O  Xảy tương tự điện phân dung dịch: NaNO3, K2SO4 , Na2CO3 , MgSO4 … Vậy chất điện phân nước *) Kết luận: Môi trường trung tính: điện phân dung dịch muối tạo kim loại từ Al trở trước gốc axit có oxi như: NaNO3, K2SO4 , Na2CO3 , MgSO4 … ; axit có oxi, bazơ HNO3, H2SO4, NaOH Ví dụ 3: Viết PTHH xảy điện phân dung dịch CuSO4 : CuSO4 → Cu2+ + SO42Catot(-) Anot (+) 2SO4 không bị điện phân 2+ Cu + 2e → Cu 2H2O → 4H+ + O2+ 4e dpdd Phương trình điện phân: Cu2+ + H2O  → Cu + 2H+ + ½ O2 dpdd hay CuSO4 + H2O  → Cu + H2SO4 + ½ O2 *) Xảy tương tự điện phân dung dịch muối kim loại từ Zn →Hg với gốc axit NO3- , SO42*) Kết luận: Môi trường axit: điện phân muối tạo kim loại sau Al (trong dãy điện hóa) gốc axit có oxi như: CuSO4, FeSO4, Cu(NO3)2 *)VẬN DỤNG: Bài 1: Điện phân 200ml dung dịch CuSO4 0,05M với điện cực trơ vừa bắt đầu sủi bọt bên catot ngừng điện phân Tính pH dung dịch với hiệu suất 100% Thể tích dung dịch xem không đổi A pH = 0,1 B pH = C pH = 2,0 D pH = 1,3 Định hướng: - Sau thời gian điện phân dung dịch muối, mà catot bắt đầu xuất khí nghĩa Cu2+ điện phân hết, H2O bắt đầu tham gia điện phân - Ở anot SO42- không điện phân mà nước tham gia Giải 2+ dpdd Phương trình điện phân: Cu + H2O  → Cu + 2H+ + ½ O2 0,01 0,02 ⇒ [H+] = 0,02/0,2 = 0,1→ pH = -lg0,1 = ⇒ Chọn B Bài 2: Tiến hành điện phân (với điện cực trơ) 200g dung dịch NaOH 10% đến bình NaOH bình có nồng độ 20% ngừng điện phân Thể tích khí (ở đktc) thoát anot catot là: A 149,3 74,7 B 156,8 78,4 C 78,4 156,8 D 62,22 124,44 Định hướng: - Điện phân dd NaOH điện phân H2O - mNaOH không đổi Giải mNaOH =20g ⇒ mdd sau điện phân = 100 gam ⇒ mH O bị điện phân = 200 – 100 = 100 gam ⇒ nH 2O = 50/9 mol điện phân Phương trình điện phân: H2O → O2 (anot) + H2 (catot) Vậy VO = 62, 22;VH = 124, 44 ⇒ Chọn D 2 Bài [2] Điện phân 100ml dung dịch chứa NaCl với điện cực trơ, có màng ngăn, cường độ dòng điện 1.93A Tính thời gian điện phân để dung dịch pH = 12, thể tích dung dịch xem không thay đổi, hiệu suất điện phân 100% A 50s B 100s C 150s D 200s Định hướng: A.I t I t ⇒ Số mol chất thu điện cực = n.F n.F I t Số mol (e) trao đổi = F - Từ CT: m = Giải pH = 12 ⇒ [H+] = 10-12 ⇒ [OH-] = 0,01 ⇒ nOH- = 0,001 mol = n(e) TĐ = ⇒ t = 50s ⇒ Chọn A I t F Bài 4: [3] Điện phân 100ml dung dịch CuSO4 0.2M với cường độ I = 9,65A Tính khối lượng Cu bám bên catot thời gian điện phân t1 = 200s t2 = 500s (với hiệu suất 100%) A 0.32g ; 0.64g B 0.64g ; 1.28g C 0.64g ; 1.32g D 0.64g ; 1.6g Giải 9, 65.200 = 0, 01 ⇒ mCu = 0,64g 2.96500 Ta có: nCu(b.đầu) = 0,02 mol (mCu = 1,28g) ⇒ t = 400s Với t= 200s ⇒ nCu = Vậy 500s mCu = 1,28g mà 100s sau điện phân nước ⇒ Chọn B Dạng 2: Mắc nối tiếp bình điện phân Do I = const ⇒ q (điện lượng, đơn vị C) = const (q = I.t) ⇒ n(e) trao đổi đơn vị thời gian *) VẬN DỤNG Thí dụ 1: [3] 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 1,6g kim loại, catot bình (2) thu 5,4g kim loại Cả hai bình không thấy khí catot thoát Kim loại M là: A Cu B Zn C Ni D Fe Định hướng: - Do hai bình mắc nối tiếp ⇒ thời gian t: n(e trao đổi) Giải Ta có: nAg= 0,05mol = n(e) t.đổi ⇒ nM = 0,025 = 1, ⇒ M = 64 ⇒ Chọn A M Thí dụ 2:[4] Có hai bình điện phân mắc nối tiếp Bình (1) chứa dung dịch CuCl2, bình (2) chứa dung dịch AgNO3 Tiến hành điện phân(điện cực trơ) kết thúc điện phân thấy catot bình (1) tăng 3,2 gam Khối lượng catot bình (2) tăng: A 2,7 B 3,24 C 5,40 D 10,8 Giải nCu = 0,05 ⇒ n(e) TĐ = 0,1 = nAg ⇒ mAg = 10,8 ⇒ Chọn D Dạng 3: Điện phân dung dịch hỗn hợp với điện cực trơ - Xác định thứ tự nhường – nhận (e) điện cực - Áp dụng bảo toàn (e), phân phối (e) vào bán phản ứng(trong trường hợp phản ứng không vừa đủ) *) VẬN DỤNG Thí dụ [3] Điện phân 200ml dung dịch chứa muối AgNO Cu(NO3)2với cường độ dòng điện 0,804A đến bọt khí bắt đầu thoát cực âm thời gian giờ, khối lượng cực âm tăng lên 3,44g Nồng độ mol muối là: A 0,2M; 0,2M B 0,1M; 0,1M C 0,1M; 0,2M D 0,2M; 0,1M Định hướng: - Khi cho t, I ta tính n(e) t.đổi - Khi ctot bắt đầu có khí Ag+, Cu2+ điện phân hết - Khối lượng cực âm tăng lên 3,44g = mCu + mAg Giải I t = 0,06 F  nAgNO3 = x  x + y = 0, 06  x = 0, 02 ⇒ ⇒ ⇒ Chọn B Gọi  n = y 108 x + 64 y = 3, 44 y = 0, 02    Cu (NO3 )2 n(e) TĐ = Thí dụ [5] Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 0,12 mol NaCl dòng điện có cường độ 2A Thể tích khí (đktc) thoát anot sau 9650 giây điện phân là: A 2,240 B 2,912 C 1,792 D 1,344 Định hướng: - Do Na+, SO42- không điện phân nên ta quy thành CuCl2 điện phân - Xác định thứ tự điện phân Giải n ⇒ n(e)t.đổi = 0,2 mol Cu điện phân = 0,1 mol 2+ dpdd Cu + 2Cl  → Cu + Cl2 p.ứ 0,06 0,12 0,06 mol 2+ dpdd Ta có: Cu + H2O  → Cu + 2H+ + ½ O2 0,04 0,02mol Vkhí = (0,06 + 0,02) 22,4 = 1,792 lít ⇒ Chọn C Thí dụ [8] 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 là: A 4,05 B 2,7 C 1,35 D 5,40 Định hướng: - Cho t,I ta tính n(e) t.đổi, xác định thứ tự điện phân Giải dpdd Ta có: n(e) t.đổi = 0,2 mol PT: CuCl2  → Cu + Cl2 (1) ⇒ p.ứ 0,05mol n(e) t.đổi = 0,1 dpdd 2NaCl + 2H2O  → 2NaOH + Cl2 + H2 (2) 2+ Vậy nCl = n(e) t.đổi lại = nOH − − ⇒ mAl = 2.7 (g) ⇒ Chọn B theo(2) Al + OH- + H2O → AlO2- + H2 Thí dụ [9] Điện phân dung dịch X chứa a mol CuSO4 0,2 mol KCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dòng điện không đổi) thời gian t(s) thu 2,464 lít (đktc) khí thoát anot Nếu thời gian điện phân 2t(s) tổng thể tích khí thoát điện cực 5,824 lít(đktc) Biết h =100%, khí sinh không tan dung dịch Giá trị a là: A 0,15 B 0,18 C 0,24 D 0,26 Định hướng: - Do K+, SO42- không điện phân nên ta quy thành CuCl2 điện phân - Ta thấy nCl = 0,1 < nKhí (t)= 0,11 ⇒ Điện phân thời gian t(s) H2O bị điện phân - Tìm n(e) T.Đổi ,vận dụng bảo toàn (e) Giải Cách 1: dpdd TN1: nKhí= 0,11 CuCl2  → Cu + Cl2 (1) Tại t(s) 0,1 0,1 mol 2+ dpdd Cu + H2O  → Cu + 2H+ + ½ O2 (2) 0,02 0,01 mol ∑n TN2: (e) T.Đổi (t) Tại 2t(s) =0,24 mol ⇒ ∑ n(e) T.Đổi (2t) =0,48 mol; nKhí = 0,26 mol dpdd CuCl2  → Cu + Cl2 (1) 0,1 0,1 mol ⇒n(e) T.Đổi = 0,2 mol dpdd → Cu + 2H+ + Cu2+ + H2O  x O2 (anot) (3) x/2 H2O → H2 (catot) + O2 (anot) (4) y y y/2 x y x 3y Ở (3), (4) số mol (e) O2 trao đổi = ( + ).4 = 0,48 – 0,2 mà + + 0,1 = 0, 26 2 2 ⇒ x = 0,05; y = 0,09 Vậy a = 0,15mol ⇒ Chọn A Cách 2: Ta có: nCl = nCl − 2 ∑n (e) T.Đổi (t) = 0,1 < nKhí (t)= 0,11 ⇒ Còn khí khác O2 ⇒ nO2 = 0,01 mol = 0,24 mol ⇒ ∑ n(e) T.Đổi (2t) = 0,48 mol; nKhí (2t) = 0,26 mol Tại 2t(s): nO (2t)+ nCl = 0,48 ⇒ nO (2t) = 0,07 mol ⇒ nH = 0,09 mol BT(e): nCu + 2.0,09 = 0,48 ⇒ nCu = 0,15 mol ⇒ Chọn A Thí dụ 5: [10] Tiến hành điện phân 200ml dung dịch CuSO4 xM NaCl 0,9M điện cực trơ, màng ngăn xốp thời gian t(s) thu dung dịch X 2,688 lít (đktc) khí thoát anot Nếu thời gian điện phân 2t(s) tổng thể tích khí thoát điện cực 4,816 lít (đktc) Nhúng Mg vào dung dịch X, kết thúc phản ứng thấy khối lượng Mg tăng m(g) Giá trị m, x là: A 3,76 1,5 B 5,20 1,4 C 5,20 1,5 D 3,76 1,4 Định hướng: - Bài quen thuộc với câu điện phân K.A.2014, phát triển cao chút - Cách giải tương tự thí dụ Giải 2 2+ Ta có: nCl = ∑n (e) T.Đổi (t) 2+ nCl − 2 = 0, 09 < nKhí (t)= 0,12 ⇒ Còn khí khác O2 ⇒ nO2 = 0,03 mol = 0,3 mol ⇒ ∑ n(e) T.Đổi (2t) = 0,6 mol; nKhí (2t) = 0,215 mol Tại 2t(s): nO (2t)+ nCl = 0,6 ⇒ nO (2t) = 0,105 mol ⇒ nH = 0,02 mol 2+ BT(e): nCu + 2.0,02 = 0,6 ⇒ nCu = 0,28 mol ⇒ Cu  = 1,4M 2+ 2 2+ Cu 2+ = 0, 28 − 4nO2 (t) = 0,13(mol ) Dung dịch X  + + Mg Ta có: nMg= 0,13 + 0,06 = 0,19  H = 4nO2 (t) = 0,12( mol ) 10 ⇒ m Thanh Mg tăng =0,13.64 – 0,19.24 = 3,76 (g) ⇒ Chọn D Dạng 4: Điện phân dung dịch hỗn hợp có mặt muối sắt(III) Thí dụ 1: [11] Điện phân lít dung dịch X gồm Cu(NO3)2 0,6M; FeCl3 0,4M anot thoát 17,92 lít khí (đktc) dừng điện phân Lấy catot khỏi bình điện phân khuấy dung dịch để phản ứng xảy hoàn toàn thu dung dịch Y Giả thiết kim loại sinh bám catot, sản phẩm khử N5+ (nếu có) NO Giá trị mX – mY gần là: A 92 B 91 C 101 D 102 Định hướng: - Xác định thứ tự điện phân - Trong trình điện phân không xảy phản ứng hóa học khác bán phản ứng tác dụng dòng điện Giải Tại catot Tại anot 3+ 2+ Fe + 1e  → Fe 2Cl-  → Cl2 + 2e 0,4 0,4 0,4 1,2 0,6 1,2 2+ Cu + 2e  → Cu 2H2O  → O2 + 4H+ + 4e ⇒ n(e) nhường = 0,6 1,2 0,6 0,2 0,8 + 2H + 2e  → H2 0,4 0,4 0,2  Fe 2+ = 0, 4(mol )  + → 3Fe3+ + NO + 2H2O Vậy dung dịch X  H = 0, 4(mol ) 3Fe2+ +4H+ + NO3-   NO − = 1, 2(mol )  Vậy mX – mY = mCu + mCl + mO + mH + mNO = 91,8 (g) ⇒ Chọn A Thí dụ 2: [2] Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl3 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 được: A 5,6(g) Fe B 2,8 (g) Fe C 6,4 (g) Cu D 4,6 (g) Cu Định hướng: - Do cho I, t nên tìm n(e) trao đổi - Xác định thứ tự điện phân Giải n(e) trao đổi = 0,5 mol Tại catot Fe3+ + 1e  → Fe2+ 0,1 0,1 0,1 2+ Cu + 2e  → Cu 0,1 0,2 0,1 2 11 2H+ + 2e  → H2 0,2 0,2 0,1 Ta có: n(e) trao đổi = 0,5 mol = n(e) 3PT ⇒ Ở catot thu Cu (m = 6,4) ⇒ Chọn C MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP DỤNG Bài tập 1:[3] Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l, sau thời gian thu dung dịch Y vẫn màu xanh, có khối lượng giảm 8g so với dung dịch ban đầu Cho 16,8g bột Fe vào Y, 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 Định hướng: - mgiảm = mCu + mO Ta tìm nCu p.ứ - Xác định dung dịch Y Ta có Y + 16,8 (g)Fe → 12,4 (g) kim loại Ta tìm nCu dư 2+ 2+ - Tìm ∑n ⇒ tìm x = 1,25 ⇒ Chọn C Cu 2+ b.đầu Bài tập [3] Hòa tan hoàn toàn 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 2t (s) thu 537,6 ml khí Biết thể tích đo đktc Kim loại M thời gian t là: A Ni 1400 B Cu 2800 C Ni 2800 D Cu 1400 Định hướng: - nKhí (t) = 0,007 (mol) = nO (thu anot); nKhí (2t) = 0,024 mol - ∑n (e) T.Đổi (t) = 0,028 mol ⇒ ∑ n(e) T.Đổi (2t) = 0,056 mol ⇒ nO (2t) = 0, 056 = 0, 014 ⇒ nH = 0,024 – 0,014 = 0,01 BT(e): nM 2+ + 2.0,01 = 0,056 ⇒ nM 2+ = 0,018 I t ⇒ - Từ tìm M MSO H O ⇒ Xác định kim loại M, Tìm t qua CT: n(e) TĐ = F Chọn D Bài tập [7] Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau thời gian thu 0,32 gam Cu catot 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 (cho Cu = 64) A 0,15M B 0,2M C 0,1M D 0,05M Định hướng: - Tìm nCl qua nCu 12 - Xác định sản phẩm Cl2 tác dụng dd NaOH điều kiện thường Từ PT tìm nNaOH(b.đầu) ⇒ Chọn C Bài tập 4:[3] 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 Định hướng: Từ dạng xác định môi trường dung dịch sau điện phân ⇒ Chọn A Bài tập 5: [2] 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 Định hướng: - Do Na+, SO42- không điện phân nên ta quy thành CuCl2 điện phân Cu2+ + 2Cl- → Cu + Cl2 0,5 1mol ⇒ Cu2+dư tiếp tục điện phân tạo O2 ⇒ Chọn A Bài tập 6:[2] Có 400ml dd chứa HCl KCl đem điện phân bình điện phân có vách ngăn với cường độ dòng điện 9,65A 20 phút dung dịch chứa chất tan có PH=13 (coi thể tích dung dịch không đổi) Nồng độ mol/lit HCl KCl dung dịch ban đầu lần lượt? A 0,2M 0,2M B 0,1M 0,2M C 0,2M 0,1M D 0,1M 0,1M Định hướng: - pH=13 ⇒ nKCl = nKOH = 0,04 mol - Theo Faraday: nH = 0,06 ⇒ nH (do HCl) = 0,04 ⇒ nHCl = 0,08 mol ⇒ Chọn C Bài tập 7:[12] Điện phân dung dịch X chứa Cu(NO 3)2 1,2M KCl 0,4M 2 điện cực trơ, với cường độ dòng điện không đổi 5A thời gian 6176s ngừng điện phân, thấy khối lượng dung dịch giảm 15,0g Cho 0,25 mol bột Fe vào dung dịch sau điện phân, kết thúc phản ứng thấy khí NO thoát ra( sản phẩm khử nhất); đồng thời thu m(g) hỗn hợp rắn Giá trị m: A 10,16 B 9,6 C 8,48 D 8,32 Định hướng: - Tìm n(e)tđ, mdd giảm đâu? Hỗn hợp chất rắn chất gì? - Ở TN1: Do K+, NO3- không điện phân, nên điện phân quy CuCl2 Hỗn hợp rắn nên Cu Fedư Vậy Sau điện phân thí nghiệm Cu2+ dư 13 - mdd giảm = mCu + mCl + mO = 15; dựa n(e) t.đổi ta tìm nCl , nO ; tìm thành phần dung dịch sau thí nghiệm - Ở TN 2: Từ thành phần dung dịch sau TN ta tìm nFe dư, tìm m = 9,6 ⇒ Chọn B Bài tập 8:[5] Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa 0,1 mol FeCl3; 0,2 mol CuCl2 0,1 mol HCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp) Khi catot bắt đầu sủi bọt khí dừng điện phân Tại thời điểm khối lượng catot tăng là: A 7,84 B 5,6 C 12,8 D 18,4 Định hướng: - Xác định thứ tự điện phân đặc biệt catot Fe3+, Cu2+ , H+ , Fe2+ - Khi catot bắt đầu xuất khí nghĩa H+ chưa bị điện phân ⇒ mcatot tăng = mCu = 12,8 (g) ⇒ Chọn C Bài tập 9:[3] Điện phân dung dịch 0,15 mol AgNO3 điện cực trơ, đến khối lượng dung dịch giảm 13,92 gam ngừng điện phân Cho 0,12 mol bột Fe vào dung dịch sau điện phân, kết thúc phản ứng thấy khí NO thoát (sản phẩm nhất) m gam rắn không tan Giá trị gần m là: A 5,74 B 6,8 C 8,5 D 9,8 Định hướng: - mdd giảm = mAg + mO Tìm nAg p.ứ =0,12 mol 2 2 + + - Dung dịch sau thí nghiệm 1: Ag : 0,03 mol; H+: 0,12 mol - BT (e): 2.nFe(p.ứ) = nAg+ + n H + ⇒ nFe(p.ứ) ⇒ nFe(dư) Vậy m = mFe(dư) + mAg = 6,6 (g) ⇒ Chọn B Bài tập 10:[5] Điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dòng điện không đổi) dung dịch chứa a mol MSO4 (M kim loại) 0,3 mol KCl thời gian t (s) thu 2,24 lít khí anot (đktc) dung dịch Y có khối lượng giảm m gam so với dung dịch X Nếu thời gian điện phân 2t (s) thu dung dịch Z có khối lượng giảm 19,6 gam so với khối lượng dung dịch X Biết hiệu suất điện phân 100%, khí sịnh không tan dung dịch, phát biểu sau đúng: A Giá trị a 0,15 B Giá trị m 9,8 C Tại thời điểm 2t (s) chưa có sủi bọt khí catot D Tại thời điểm 1,4t (s) nước chưa bị điện phân anot Định hướng: - Tại t (s): nKhí = 0,1 < nCl ⇒ mCl =7,1 Ta có: ∑n (e) T.Đổi (t) = 0,2 mol = 2.nM ⇒ Vậy mgiảm (t) = 0,1.MM + 7,1 (1) + Nếu m = 9,8 từ PT (1) tìm M = 27 (loại) ⇒ B Sai 14 - Tại 1,4t (s) ⇒ n(e) t.đổi = 1,4.0,2 = 0,28 < 0,3 mol (e) Cl- nhường Do H2O chưa điện phân ⇒ D Đúng - Tại 2t (s): ∑n (e) T.Đổi (2t) = 0,4 mol = nO + nCl ( nCl =0,15) ⇒ nO = 0,025 mol 2 2 mgiảm (2t) = mM + mCl + mO + mH = 19,6 ⇒ mM + mH = 8,15 (2) Ta có BT (e): 2nM + nH = 0,4 (3) ⇒ A Sai Nếu a = 0,15 giải hệ PT (2), (3) tìm M = 53,66 (loại) ⇒ C Sai Nếu 2t (s) chưa có H2 từ (2), (3) ⇒ M = 40,75 (loại) ⇒ Chọn D Bài tập 11[6] Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm CuSO KCl vào H2O thu dung dịch Y Điện phân Y ( có màng ngăn, điện cực trơ) đến nước bắt đầu điện phân hai điện cực dừng điện phân Số mol khí thoát anot = lần số mol khí thoát catot % khối lượng CuSO4 X là: A 61,7 B 44,61 C 34,93 D 50,63 Hướng dẫn giải: Giả sử số mol KCl X mol trình điện phân xảy sau: Tại catot Cu2+ + 2e → Cu a mol 2a 2 2 2H2O + 2e → 2OH- + H2 2b b mol Tại anot 2Cl-→ Cl2 + 2e 0,5mol Bảo toàn e ta có hệ phương trình: 2a + 2b = ⇒ a = 0,375, b= 0,125  4b = 0,5 % m CuSO4 = (0,375.160): (0,375.160 + 1.74,5).100 = 44,61% ⇒ ta chọn B Bài tập 12 [6] Điện phân (với điện cực trơ, cường độ dòng điện không đổi) dung dịch muối nitrat kim loại M (có hóa trị không đổi) Sau thời gian t giây, khối lượng dung dịch giảm 6,96 gam catot thu a gam kim loại M Sau thời gian 2t giây, khối lượng dung dịch giảm 11,78 gam catot thoát 0,224 lít khí (đktc) Giá trị a A 8,64 B 6,40 C 6,48 D 5,60 Định hướng 15 Anot (+) Catot (-) + n+ 2H2O → 4H + O2 + 4e M + ne → M a→ 4a 4a→ 4a/n; m↓ = mO2↑ + mM↓ = 32a + 4aM/n = 6,96 (1) t(s) => n e cho = 4a ; t(2s) => n e cho = n e nhận = 8a Anot (+): 2H2O → 4H++ O2 + 4e 2a¬ 8a n+ Catot (-): M + ne → M; (8a – 0,02) →(8a – 0,02)/n; 2H2O + 2e → 2OH- + H2 0,02¬ 0,01; m↓ = mO2↑ + mM↓ + mH2↑ = 4ax32+ M(8a – 0,02)/n+0,02=11,78(2) ; từ (1); (2) => M = 108n => Ag => a = 0,015 mAg = 108x0,015x4 = 6,48g 2.4 Hiệu sáng kiến: Trong trình giảng dạy điện phân phân dạng để dạy bồi dưỡng cho học sinh lớp 12, đặc biệt việc dạy bồi dưỡng cho học sinh lớp 12B2, 12B3 khóa 2016 12C2, 12C3 khóa 2017 Những năm học trước việc phân dạng tập để dạy ôn luyện cho học sinh chưa kĩ Rút kinh nghiệm cho năm qua vẫn thường xuyên suy nghĩ, trao đổi đồng nghiệp tổ, đặc biệt buổi sinh hoạt chuyên môn tổ thường đưa vấn đề băn khoăn để người bàn đến thống chung Dạy học sinh có nhiều em chăm học, học giỏi động lực giúp phải cố gắng nhiều, đọc sách nhiều suy nghĩ để tìm phương pháp tốt để em đồng hành đường tìm hiểu kiến thức Sau dạy xong phần điện phân kiểm tra đánh giá học sinh, kết lớp sau: Thực trạng trước sử dụng Lớp Tỉ lệ ( trung bình ) Kết sau sử dụng Lớp Tỉ lệ ( trung bình ) 12B2 53 % 12B2 80,5% 12B3 51 % 12B3 75 % 12C2 55 % 12C2 77,5 % 12C3 50% 12C3 72 % - Khi áp dụng biện pháp nêu vào trình giảng dạy thấy học sinh học hứng thú hơn, nhớ lâu hơn, nhận thức dạng tập - Học sinh không thấy e ngại với câu hỏi, tập điện phân PHẦN 3: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 16 3.1 KẾT LUẬN + Bằng cách phân loại, phân dạng để dạy bồi dưỡng cho học sinh kết học tập em nâng lên rõ rệt + Qua thấy việc đào sâu kiến thức sách giáo khoa, việc nghiên cứu tài liệu, chương trình học chương trình thi có kết khả quan học sinh, gây lòng tin với em từ làm tốt công tác giáo dục cho học sinh 3.2 KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT Qua thực tế giảng dạy nhiều năm áp dụng phương pháp trên, thấy để giúp học sinh chủ động trình lĩnh hội kiến thức giải nhanh tập điện phân dung dịch vai trò chủ yếu thuộc giáo viên giảng dạy Muốn làm điều giáo viên cần: Nghiên cứu, tìm tòi tài liệu liên quan đến tập điện phân, hệ thống nội dung phân loại dạng tập, đặc biệt tìm phương pháp giải nhanh, hợp để truyền thụ cho học sinh cách có hiệu * Đối với học sinh: - Cần nắm chất trình xảy điện phân dung dịch có tham gia nước nên toán phức tạp - Có kỹ nhận dạng tập, biết cách vận dụng linh hoạt phương pháp giải, công thức tính phù hợp * Đối với nhà trường: - Nhà trường cần tổ chức buổi hội giảng nhiều để thúc đẩy đổi phương pháp giảng dạy, nâng cao hiệu nghiên cứu cho giáo viên; có tủ sách lưu lại chuyên đề bồi dưỡng học tập giáo viên hàng năm để làm sở nghiên cứu phát triển thành đề tài * Về phía Sở GD & ĐT nên tổ chức chuyên đề chuyên môn nhiều để hỗ trợ GV việc tìm tòi dạy tốt - Đề nghị cấp lãnh đạo tạo điều kiện giúp đỡ học sinh giáo viên có nhiều tài liệu, sách tham khảo nhà trường; chuyên đề SKKN hàng năm đưa lên trang web sở GD- ĐT để giáo viên tham khảo Trong khuôn khổ viết trình bày phần nhỏ toán điện phân, mà đặt biệt điện phân dung dịch Bài viết không tránh khỏi thiếu sót, mong góp ý chân thành đồng nghiệp XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG Thanh Hóa, ngày 25 tháng năm 2017 ĐƠN VỊ Tôi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Người viết SKKN Hoàng Thị Tâm Tài liệu tham khảo 17 Cơ sở lí thuyết hóa vô tác giả Hoàng Nhâm tuyển tập giảng vô tác giả TS Cao Cự Giác Nguồn Internet thư viện đề thi tuyển sinh 247 Bộ đề thi Hóa học tác giả TS Cao Cự Giác Đề thi thử THPT quốc gia 2017 lần trường THPT Quảng Xương Bộ đề thi Hóa học tác giả PGS.TS Nguyễn Xuân Trường Đề thi minh họa lần 2,3 Bộ GD&ĐT 2017 Trích Đại học khối A-2015: (Trích Đại học khối B– 2009): Đề khối A – 2014 10 Đề thi thử THPT quốc gia 2017 lần trường THPT Phạm Văn Đồng Tỉnh phú Yên) 11 Đề thi thử THPT quốc gia 2017 lần trường THPT Phương sơn Tỉnh Bắc Giang 12 Trích Đề thi thử THPT quốc gia 2017 lần trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn 18 ... cho học sinh Qua nhiều năm giảng dạy để giúp học sinh lớp 12 có kĩ giải nhanh tập điện phân điện phân dung dịch, tổng hợp cách giải nhanh dạng tập điện phân Xuất phát từ lý chọn đề tài: Hướng dẫn. .. đến tập điện phân, hệ thống nội dung phân loại dạng tập, đặc biệt tìm phương pháp giải nhanh, hợp để truyền thụ cho học sinh cách có hiệu * Đối với học sinh: - Cần nắm chất trình xảy điện phân. .. thấy học sinh học hứng thú hơn, nhớ lâu hơn, nhận thức dạng tập - Học sinh không thấy e ngại với câu hỏi, tập điện phân PHẦN 3: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 16 3.1 KẾT LUẬN + Bằng cách phân loại, phân dạng