SKKN phương pháp giải bài tập điện phân dung dịch

Với hỡnh thức thi trắc nghiệm như hiện nay thỡ việc giải nhanh cỏc bài toỏn húa học là yờu cầu hàng đầu của học sinh, yờu cầu tỡm ra được phương phỏp giảitoỏn một cỏch nhanh nhất, đi bằn

Së GD & §T Hng yªn Trêng thpt nam kho¸I ch©u

˜ ˜ ˜

S¸ng kiÕn kinh nghiÖm

điện phân dung dịch”

Người thực hiện: Nguyễn Thị Hoàng Liên Đơn vị công tác : Trường THPT Nam Khoái Châu

phõn dung dịch là một chuyờn đề hay và khỏ quan trọng nờn cỏc bài tập về điện

phõn thường cú mặt trong cỏc kỡ thi lớn của quốc gia

Với hỡnh thức thi trắc nghiệm như hiện nay thỡ việc giải nhanh cỏc bài toỏn húa học là yờu cầu hàng đầu của học sinh, yờu cầu tỡm ra được phương phỏp giảitoỏn một cỏch nhanh nhất, đi bằng con đường ngắn nhất khụng những giỳp học sinh tiết kiệm được thời gian làm bài mà cũn rốn luyện được tư duy và năng lực phỏt hiện vấn đề của cỏc em

Từ thực tế giảng dạy tụi thấy học sinh khỏ lỳng tỳng trong việc giải bài toỏn

dạng này Việc đi sõu tỡm hiểu, phõn tớch làm sỏng tỏ nội dung kiến thức về điện

phõn dung dịch là một vấn đề rất quan trọng Vỡ vậy, tụi đó đi sõu tỡm hiểu, hệthống húa cỏc dạng bài tập điện phõn dung dịch và phương phỏp giải cỏc dạng bàitập đú

cho học sinh một cỏch dễ hiểu, dễ vận dụng, trỏnh được những lỳng tỳng, sai lầm

và nõng cao kết quả trong cỏc kỳ thi Trờn cơ sở đú, tụi mạnh dạn chọn đề tài với

nội dung: “ Phương phỏp giải bài tập điện phõn dung dịch”

làm sỏng kiến kinh nghiệm cho mỡnh Với hy vọng đề tài này sẽ là một tài liệutham khảo hữu ớch phục vụ cho việc học tập của cỏc em học sinh 12 ụn thi đại họccao đẳng và cho cụng tỏc giảng dạy của cỏc bạn đồng nghiệp

2 mục đích của đề tài

- Gúp phần nõng cao chất lượng dạy- học hoỏ học của giỏo viờn và học sinh

- Giỳp cho học sinh nắm chắc được bản chất của cỏc bài tập điện phõn dung dịch

trong giải bài tập hoỏ học

- Là tài liệu rất cần thiết cho học sinh ụn thi tốt nghiệp và đại học, cao đẳng

- Giỳp giỏo viờn hệ thống hoỏ được kiến thức, phương phỏp dạy học

3 NHIệM Vụ CủA đề TàI

- Nghiờn cứu cơ sở lớ thuyết của cỏc phản ứng điện phõn cỏc dung dịch muối,dung dịch axit, dung dịch kiềm và dung dịch hỗn hợp cỏc chất điện li

- Đưa ra một số kinh nghiệm khi giải bài tập điện phõn dung dịch

- Cỏc dạng bài tập định tớnh và định lượng minh họa

- Một số bài tập để học sinh ỏp dụng

4.Đối t ợng và phạm vi nghiên cứu

Phương phỏp giải bài tập điện phõn dung dịch trong chương trỡnh phổ thụng

5 Ph ơng pháp nghiên cứu

Để làm tốt đề tài nghiờn cứu tụi sử dụng cỏc phương phỏp sau:

- Tỡm hiểu thụng tin trong quỏ trỡnh dạy học, đỳc rỳt kinh nghiệm của bản thõn

- Nghiờn cứu sỏch giỏo khoa và cỏc sỏch nõng cao về phương phỏp giải bài tập

- Làm cỏc cuộc khảo sỏt trước và sau khi sử dụng đề tài này

- Tham khảo ý kiến của bạn bố đồng nghiệp

a Cơ sở lí luận của đề tài

Đối với dạng bài toán điện phõn dung dịch để viết đợc phơng trình điện

phõn chính xác thì học sinh phải hiểu đợc bản chất của phản ứng, thứ tự điện phõn

trờn bề mặt điện cực theo qui tắc anot, qui tắc catot Khi điện phõn dung dịch hỗnhợp cỏc chất điện li, điều khó đối với học sinh là phải biết xác định xem phản ứngxảy ra thì tạo ra những sản phẩm nào, phản ứng dừng lại ở giai doạn nào, từ đómới viết đợc phơng trình điện phõn chính xác

Trên cơ sở lý thuyết về hiện tợng điện phõn, phơng trình điện phõn, cánh giải tựluận thông thờng Học sinh còn phải nắm đợc phơng pháp giải nhanh để làm bài tậptrắc nghiệm

Chính vì vậy việc cung cấp cho học sinh các cách giải bài toán điện phõn

năng phân tích đề giúp học định hớng đúng khi làm bài tập là điều rất cần thiết, nógiúp học sinh có t duy khoa học khi học tập môn hoá nói riêng và các môn họckhác nói chung nhằm nâng cao chất lợng trong giảng dạy và học tập của giáo viên

và học sinh

b Phân tích thực trạng của đề tài

* Điểm mạnh của đề tài

- Học sinh nắm đợc bản chất của phản ứng nên các em cảm thấy dễ hiểu, hiểusâu sắc vấn đề thứ tự điện phõn trờn bề mặt điện cực theo qui tắc anot, qui tắccatot

- Từ đú HS viết được cỏc bỏn phản ứng xảy ra ở cỏc điện cực

- HS viết được phương trỡnh điện phõn tổng quỏt và tớnh toỏn theo phương trỡnhđú

- HS biết ỏp dụng cụng thức Faraday vào giải cỏc bài tập điện phõn

* Khú khăn:

- Đa số cỏc bài tập điện phõn thường tớnh toỏn theo cỏc bỏn phản ứng ở cỏc điệncực nhưng học sinh thường chỉ viết phương trỡnh điện phõn tổng quỏt và giải theonú

- Học sinh ớt sử dụng cụng thức hệ quả của Faraday ( ne trao đổi) để giải nhanhbài toỏn điện phõn

- Học sinh thường lỳng tỳng khi xỏc định trường hợp H2O bắt đầu điện phõn ởcỏc điện cực (khi bắt đầu sủi bọt khớ ở catot hoặc khi pH của dung dịch khụng đổi)

- Học sinh nhầm lẫn quỏ trỡnh xảy ra ở cỏc điện cực

- Học sinh viết sai thứ tự cỏc bỏn phản ứng xảy ra ở cỏc điện cực→tớnh toỏnsai

- Học sinh thường bỏ qua cỏc phản ứng phụ cú thể xảy ra giữa cỏc sản phẩmtạo thành như: điện phõn dung dịch NaCl khụng màng ngăn tạo ra nước Gia–ven

và cú khớ H2 thoỏt ra ở catot ; Phản ứng giữa axit trong dung dịch với kim loại bỏm

trờn catot

PHẦN II: NỘI DUNG

A LÝ THUYẾT VỀ SỰ ĐIỆN PHÂN

I.KHÁI NIỆM VỀ SỰ ĐIỆN PHÂN

1.Khái niệm: Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặt các điệncực khi có dòng điện một chiều đi qua hợp chất nóng chảy hoặc dung dịch chấtđiện li

2 Các điện cực.

- Điện cực dương (anot, kí hiệu là A): Xảy ra quá trình nhường electron

1 Qui tắc ở catot (cực õm)

bị điện phõn vỡ chỳng cú tớnh oxi húa yếu hơn H2O; khi đó H2O bị điện phõn theo

phương trỡnh: 2H2O + 2e → H2 + 2OH–

b Ở catot cã cation của các kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa Các cation

kim loại nµy bị khử theo tính oxi hãa giảm dần

VÝ dô: điện phân dung dÞch hçn hîp c¸c ion Fe3+ , Cu2+ , H+ thø tù ®iÖn ph©n lµ

Ví dụ: điện phõn dung dịch CuCl2

→ Phương trỡnh điện phõn: CuCl2   dpdd Cu + Cl2 

b Điện phõn dung dịch muối của kim loại sau nhụm và gốc axit chứa oxi thu đợckim loại, O2 và axit

VD: điện phõn dung dịch CuSO 4

→ Phương trỡnh điện phõn : CuSO4 + H2O   dpdd Cu + H2SO4 + ẵ O2 

c Điện phõn dung dịch muối của kim loại kiềm, kiềm thổ, nhụm và gốc axit không chứa oxi thu đợc bazơ, phi kim và H2

Ví dụ: điện phõn dung dịch NaCl có màng ngăn

→ Phương trỡnh điện phõn :2NaCl + 2H2O dpdd

comangngan

    2NaOH + Cl2  + H2 

d Điện phõn dung dịch muối của kim loại kiềm, kiềm thổ, nhụm và gốc axit chứaoxi hoặc điện phân dung dịch bazơ, dung dịch axit chứa oxi thực chất là điện phânnớc

2H2O  dpddNaOH   O2  + 2H2 

III ĐỊNH LƯỢNG TRONG QUÁ TRèNH ĐIỆN PHÂN

* Muốn tớnh khối lượng cỏc chất giải phúng ở cỏc điện cực ta cú thể tớnh theo phương trỡnh điện phõn

* Khi biết cường độ dũng điện ( I) và thời gian điện phõn (t) ta cú thể tớnh theo cụng thức Faraday:

m = AIt

nF (1) Trong đú: m - khối lượng chất (rắn, lỏng, khớ) thoỏt ra ở điện cực (gam)

A - Khối lượng nguyờn tử

n - số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận( bằng hóa trị)

I - Cường độ dũng điện ( A)

t - Thời gian điện phõn (s)

F - Hằng số Faraday, F= 96500C

* Sử dụng phương pháp bảo toàn mol electron để tính nhanh: số mol e trao đổi ở các điện cực phải bằng nhau và tính bằng công thức: ne =

It

F (2)

IV CÁC BƯỚC THÔNG THƯỜNG GIẢI MỘT BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN

Bước 1: Viết phương trình điện li của tất cả các chất điện phân Xác định các ion ở mỗi điện cực

Bước 2: Viết phương trình cho, nhận e của các chất và ion tại các điện cực; Tính số

e trao đổi ở mỗi điện cực (Nếu giả thiết cho cường độ dòng điện và thời gian điệnphân) : ne (cho ở anot) = ne (nhận ở catot)

Bước 3: Biểu diễn các đại lượng theo các bán phản ứng (hoặc theo phương trìnhđiện phân chung)

Bước 4: Tính theo yêu cầu của bài toán

V MỘT SỐ KINH NGHIỆM GIẢI BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH

1 §iện phân dung dịch chøa hỗn hợp chất điện li

Nếu biết I, t ta tính số mol e trao đổi ở cỏc điện cực bằng cụng thức: ne =

It F

Dựa vào thứ tự điện phân ở các điện cực ta so sánh so sánh số e cho (nhận) của các

chất, ion bài cho với ne =

Vậy ion Fe3+ , Cu2+ đã điện phân hết Fe2+ cha bị điện phân

2 Điện phõn dung dịch chứa một chất có viết phương trỡnh điện phõn tổng quỏt

Dựa vào phương trỡnh điện phõn tính số mol chất liên quan hoặc dựa vào cụngthức Faraday tìm các đại lợng bài hỏi

Ví dụ: Điện phõn 100ml dung dịch chứa NaCl với điện cực trơ, cú màng ngăn,

cường độ dũng điện I là 1.93A Tớnh thời gian điện phõn để được dung dịch

pH = 12, thể tích dung dịch được xem như không thay đổi, hiệu suất điện phân là 100%.

Hướng dẫn giải

Vì dung dịch có pH = 12 → Môi trường kiềm

pH = 12 → [H+] = 10-12 M→ [OH-] = 0,01 M→ Số mol OH- = 0,001 mol

Cách 1 2NaCl + 2H2O    comangngan dpdd 2NaOH + Cl2  + H2 

→ Số mol e trao đổi là : n = 0,001 mol

Áp dụng công thức Faraday : n = It

F → t = 0,001 96500/1,93 = 50 s → Chọn đáp án A

3

- Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân

bỏm vào

- Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (mkết tủa + mkhớ)

- Cần xác định khí sau điện phân là các khí thu đợc ở điện cực nào

4 Cú thể cú cỏc phản ứng phụ xảy ra giữa từng cặp: chất tạo thành ở điện cực,

chất tan trong dung dịch, chất dựng làm điện cực

Ví dụ: Điện phõn dung dịch NaCl khụng màng ngăn tạo ra nước Gia–ven và

cú khớ H2 thoỏt ra ở catot ;

5 Khi điện phõn cỏc dung dịch trong cỏc bỡnh điện phõn mắc nối tiếp thỡ cường

độ dũng điện và thời gian điện phõn ở mỗi bỡnh là như nhau → sự thu hoặcnhường electron ở cỏc điện cực cựng tờn phải như nhau và cỏc chất sinh ra ở cỏcđiện cực cựng tờn tỉ lệ mol với nhau

B Bài tập

I Bài tập v ận dụng

Bài 1 : (Trớch Đại học khối A- 2010)

Điện phân (với điện cực trơ) một dung dịch gồm NaCl và CuSO 4 có cùng số mol, đến khi ở catot xuất hiện bọt khí thì dừng điện phân Trong cả quá trình điện phân trên, sản phẩm thu được ở anot là

→ Chọn đáp án: A

Bµi 2 : : Điện phân hỗn hợp các dung dịch: HCl, CuCl 2 , NaCl với điện cực

trơ, có màng ngăn Giá trị pH của dung dịch thay đổi như thế nào trong

quá trình điện phân:

A Tăng B Giảm C Tăng rồi giảm D Giảm rồi tăng

Khi đó, lượng H+ giảm, lượng OH- tăng nên pH tăng Đáp án A.

Bµi 3 : Khi điện phân dung dịch chứa FeCl 3 , CuCl 2 , NaCl, MgCl 2 sau một

thời gian thu được một kim loại tại catot Vậy kim loại đó là:

A pH = 0,1 B pH = 0,7 C pH = 2,0 D pH = 1,3

Hướng dẫn giải

Đến khi vừa bắt đầu sủi bọt khí bên catot thì Cu2+ vừa hết

Điện phân dung dịch : CuSO4 :

Bài 5: (Trích Đại học khối A- 2010)

Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 và 0,12 mol NaCl bằng dòng điện có cường độ 2A Thể tích khí (đktc) thoát ra ở anot sau 9650 giây điện phân là

0,02 0,08 (mol)

Bài 6: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2M và AgNO 3 0.1M với cường độ dòng điện I = 3.86A.Tính thời gian điện phân để được một khối lượng kim loại bám bên catot là 1.72g ?

A 250s B 1000s C 500s D 750s

Hướng dẫn giải

Số gam kim loại Ag tối đa được 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 AgNO3 và còn dư một phầnCuSO4

→ Khối lượng Cu được tạo thành : 1,72 – 1,08 = 0,64 gam → n Cu = 0,01 mol

Áp dụng công thức Faraday :

Cho Ag : 0,01 = 3,86.t1 / 96500.1 → t1 = 250s

Cho Cu : 0,01 = 3,86.t2 / 96500.2 → t2 = 500 s

→ Tổng thời gian : 250 + 500 = 750 s → Chọn Đáp án D

Bài 7 (Trích Đại học khối B– 2009)

và NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A trong 3860 giây Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hoà tan m gam Al Giá trị lớn nhất của m là

A 4,05 B 2,70 C 1,35 D 5,40

Hướng dẫn giải

Số mol e trao đổi khi điện phân: 0,2 mol

nCuCl2 = 0,1.0,5 = 0,05 mol; n NaCl = 0,5.0,5 = 0,25 mol

Bài 8 Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl2 và bình (2)

kim loại còn ở catot bình (2) thu được 5,4 gam kim loại Cả hai bình đều không thấy khí ở catot thoát ra Kim loại M là:

A Zn B Cu C Ni D Pb

Hướng dẫn giải

nAg = 0,05 (mol) → ne trao đổi ở bình 2 = 0,05 (mol)

Vì 2 bình mắc nối tiếp nên ne trao đổi ở bình 1 = 0,05 (mol) Suy ra, nM = 0,025 mol

→M = 64 Đáp án B

Bài 9: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến

khi dung dịch NaOH trong bình có nồng độ 25 % thì ngừng điện phân Thể tích khí (ở đktc) thoát ra ở anot và catot lần lượt là:

A 149,3 lít và 74,7 lít B 156,8 lít và 78,4 lít

C 78,4 lít và 156,8 lít D 74,7 lít và 149,3 lít

Hướng dẫn giải:

mNaOH (trước điện phân) = 20 gam

Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước

→ mH O2 bị điện phân = 200 – 80 = 120 gam

→ nH O2 điện phân = 20/3 mol → VO2 = 74,7 lít và VH2 = 149,3 lít → Chọn đáp án D

Bài 10 : Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,1M và CuSO4 0,5M bằng điện cực trơ Khi ở catot có 3,2 gam Cu thì thể tích khí thoát ra ở Anot là

A.0,56 lít B.0,84 lít C.0,672 lít D.0,448 lít

Hướng dẫn giải CuSO4 → Cu2+ + SO42-

Bài 11 : Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl3 1M, FeCl 2 2M, CuCl 2

1M và HCl 2M với điện cực trơ có màng ngăn xốp cường độ dòng điện là 5A trong

2 giờ 40 phút 50 giây ở catot thu được:

A.5,6 g Fe B.2,8 g Fe C.6,4 g Cu D.4,6 g Cu

Hướng dẫn giải

Cu2+ + 2e → Cu (2)0,1 → 0,2→ 0,12H+ + 2e → H2 (3)0,2→ 0,2

Fe2+ + 2e → Fe (4) Theo công thức Faraday số mol e trao đổi ở hai điện cực:

n = It/96500 = 5.9650/96500 = 0,5 mol

Vì số mol e trao đổi chỉ là 0,5 mol → Không có phản ứng (4), kim loại thu đượcchỉ ở phản ứng (2) → Khối lượng kim loại thu được ở catot là: 0,1.64 = 6,4 gam → Chọn đáp án C

II BÀI TẬP ÁP DỤNG

màng ngăn xốp Dung dịch có pH tăng trong quá trình điện phân là:

A NaCl B KNO3 C AgNO3 D CuSO4

b mol NaCl (với điện cực trơ, có màng ngăn xốp) Để dung dịch sauđiện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng thì điều kiện của a và b là:

A b = 2a B 2b = a C b > 2a D b < 2a

3 (A - 2011) Khi điện phõn dung dịch NaCl (cực õm bằng Fe, cực dương bằng

than chỡ, cú màng ngăn xốp) thỡ:

A.ở cực õm xảy ra quỏ trỡnh oxh H2O, cực dương xảy ra quỏ trỡnh khử Cl

-B ở cực dương xảy ra quỏ trỡnh oxh Na+, cực õm xảy ra quỏ trỡnh khử Cl

-C ở cực õm xảy ra quỏ trỡnh khử Na+, cực dương xảy ra quỏ trỡnh oxi húa Cl

-D ở cực õm xảy ra quỏ trỡnh khử H2O, cực dương xảy ra quỏ trỡnh khử Cl

4 Một dung dịch X chứa đồng thời NaNO3, Cu(NO3)2, Fe(NO3)3, Zn(NO3)2,AgNO3 Thứ tự các kim loại thoát ra ở catot khi điện phân dung dịch trên là:

A Ag, Fe,Cu, Zn, Na B Ag, Fe, Cu, Zn

C Ag, Cu, Fe D Ag,Cu, Fe, Zn, Na

phân hoà tan đợc NaHCO3 thì sẽ xảy trờng hợp nào sau đây:

A NaCl d B NaCl d hoặc CuSO4 d

C CuSO4 d D NaCl và CuSO4 bị điện phân hết

6 Điều nào là không đúng trong các điều sau:

A Điện phân dung dịch NaCl thấy pH dung dịch tăng dần

B Điện phân dung dịch CuSO4 thấy pH dung dịch giảm dần

C Điện phân dung dịch NaCl + CuSO4 thấy pH dung dich không đổi

D Điện phân dung dịch NaCl + HCl thấy pH dung dịch tăng dần (coi thể tíchdung dịch khi điện phân là không đổi, khi có mặt NaCl thì dùng thêm màng ngăn)

lượng Cu bỏm bờn catot khi thời gian điện phõn t1 = 200s và t2 = 500s (với hiệusuất là 100%)

A 0.32g ; 0.64g B 0.64g ; 1.28g C 0.64g ; 1.32g D 0.32g ; 1.28g

8.(Trớch Đại học khối B-2010): Điện phõn (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch

CuSO4 nồng độ x mol/l, sau một thời gian thu được dung dịch Y vẫn cũn màuxanh, cú khối lượng giảm 8g so với dung dịch ban đầu Cho 16,8g bột Fe vào Y,sau khi cỏc phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 12,4g kim loại Giỏ trị x là

A 2,25 B 1,5 C 1,25 D 3,25