CHUYÊN ĐỀ DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG

SỞ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC CHỦ&ĐỀ DẠY HỌC TRƯỜNG THPT YÊN LẠC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CẤP CỤM CÁC TRƯỜNG THPT YÊN LẠC CHUYÊN ĐỀ DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG GIÁO VIÊN: ĐỖ THỊ THỊNH TỔ: VẬT LÝ – CÔNG NGHỆ - THỂ DỤC Năm học 2018-2019 Mục lục PHẦN I: MỞ ĐẦU I Lí chọn chuyên đề II Ý nghĩa thực chuyên đề PHẦN II : NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ I THUYẾT ĐIỆN LI II BẢN CHẤT CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN III CÁC HIỆN TƯỢNG DIỄN RA Ở CÁC ĐIỆN CỰC Giới thiệu: (Introduction) Những lưu ý phản ứng hóa học xảy điện cực bình điện phân III CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA Ở ĐIỆN CỰC Hiện tượng dương cực tan Hiện tượng dương cực trơ IV CÁC ĐỊNH LUẬT FA – RA – ĐÂY VỀ HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN Định luật I Fa-ra-đây 10 Định luật II Fa-ra-đây 10 Cơng thức tính khối lượng chất giải phóng điện cực 10 Chứng minh định luật 10 V Ứng dụng tượng điện phân 11 PHẦN III: THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 13 Chủ đề: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG (TIẾT 1) 13 Chủ đề: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG (TIẾT 2) 21 THƠNG TIN CHUNG VỀ CHUN ĐỀ Mơn: VẬT LÍ 11 Tên chun đề: DỊNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG Tác giả: Họ tên: Đỗ Thị Thịnh Trình độ chun mơn: Thạc sỹ Vật lý Lý thuyết Vật lý toán Chức vụ công tác: Giáo viên tổ Vật lý – Công nghệ - Thể dục Đơn vị công tác: Trường THPT Yên Lạc Số điện thoại: 0393061456 Email: Dothinh87@gmail.com Đối tượng: Học sinh khối 11 lớp 11A1 – Trường THPT Yên Lạc số tiết dự kiến: 02 PHẦN I: MỞ ĐẦU I Lí chọn chuyên đề Hiện nay, ngành giáo dục Việt Nam hướng tới dạy học theo chủ đề với phương pháp dạy học phát huy tính tích cực học sinh Đó mục tiêu đổi sinh hoạt chuyên môn nhà trường Trong số phương pháp dạy học tích cực: phương pháp đàm thoại giúp người học phát chân lí cách giáo viên đưa câu hỏi định hướng, gợi mở để tìm kết luận; Phương pháp thực nghiệm giúp học sinh ghi nhớ khắc sâu kiến thức học đồng thời hình thành kĩ vận dụng kiến thức mơn học vào xử lí tình thực tiễn Mơn vật lí mơn khoa học thực nghiệm Các Thuyết vật lí, định luật vật lí, tiên đề trở nên khó hiểu người học không kiểm chứng thực nghiệm Và hết, Thuyết vật lí, định luật, tiên đề tồn hệ suy từ mâu thuẫn với thực nghiệm Trong số học thuộc chương trình vật lí THPT, Bài học “dòng điện chất điện phân” chủ đề học có tích hợp hai mơn Vật lý hóa học – chủ đề khó dạy Bên cạnh đó, điều kiện sở vật chất nhà trường có đủ để tiến hành thí nghiệm minh họa, kiểm chứng nội dung học – phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo học sinh Với lí trên, Tơi lựa chọn thiết kế chủ đề học “Dòng điện chất điện phân ứng dụng” với phương pháp kĩ thuật dạy học tích cực phương pháp đàm thoại, phương pháp nêu giải vấn đề, dùng thực nghiệm kiểm tra kết lý thuyết Từ giúp học sinh hiểu rõ chất vấn đề, tin yêu vào khoa học chân phần phát huy tính tích cực chủ động, sáng tạo em II Ý nghĩa thực chuyên đề - Trang bị cho học sinh kiến thức nhất: chất dòng điện chất điện phân; tượng xảy điện cực bình điện phân; định luật Fa - – tượng điện phân ứng dụng tượng điện phân - Rèn luyện cho học sinh tình yêu khoa học chân - Giúp GV có thêm tài liệu tham khảo phương pháp dạy “ Dòng điện chất điện phân” nhằm phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo học sinh PHẦN II : NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ I THUYẾT ĐIỆN LI Để giải thích tính chất điện dung dịch chất điện phân, Arrhenius (A – rê – ni - út) – nhà Hóa học vật lí người Đan Mạch, vào năm 1884 đưa lý thuyết biết đến Thuyết điện li hay thuyết ion (1) Những điểm Thuyết: Trong dung dịch, hợp chất hóa học axit, ba zơ, muối bị phân li (một phần toàn bộ) thành nguyên tử nhóm ngun tử tích điện gọi ion Các ion chuyển động tự dung dịch trở thành hạt tải điện + Dung dịch axit phân li thành ion dương H+ ion âm (gốc axit)- + Dung dịch Bazơ phân li thành ion dương (Kim loại) + ion âm OH- + Dung dịch muối phân li thành ion dương (Kim loại)+ ion âm (gốc axit)- (Một số ba zơ nước amôniac NH4OH muối phân đạm amôniclorua NH4Cl không chứa ion kim loại Trong dung dịch chúng phân li thành NH4+; OHvà Cl-) Ví dụ: AB → A+ + B- NaCl → Na+ + ClK2SO4 → K+ + SO42Chất điện phân Các ion Mỗi ion mang số nguyên lần điện tích nguyên tố Khi ion nguyên tử tích điện, số điện tích nguyên tố ion hóa trị nguyên tố Các ion dương ion âm vốn tồn sẵn phân tử axit, ba zơ muối Chúng liên kết chặt chẽ với lực hút Cu – lông Khi tan vào nước dung môi khác, lực hút Cu – lông yếu đi, liên kết trở nên lỏng lẻo Một số phân tử bị chuyển động nhiệt tách thành ion tự Chuyển động nhiệt mạnh muối, oxit Kim loại, Ba zơ nóng chảy làm cho phân tử chất phân li thành ion tự dung dịch Người ta gọi dung dịch axit, ba zơ, muối muối, ba zơ, oxit kim loại nóng chảy chất điện phân II BẢN CHẤT CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN Khi khơng có điện trường ngồi, ion tự chất điện phân chuyển động nhiệt hỗn loạn, khơng có hướng ưu tiên nên khơng tạo thành dòng điện Khi đặt điện trường ngồi vào bình chất điện phân, điện trường làm ion chuyển động có hướng tạo thành dòng điện Dòng điện chất điện phân dòng ion dương ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược tác dụng điện trường So sánh độ dẫn điện chất điện phân kim loại  Mật độ ion chất điện phân thường nhỏ mật độ electron tự kim loại  Khối lượng kích thước ion lớn khối lượng kích thước electron tự nên ion linh hoạt chuyển động có hướng  Mơi trường chất điện phân trật tự nhiều nên cản trở chuyển động có hướng ion  Chất điện phân không dẫn điện tốt kim loại III CÁC HIỆN TƯỢNG DIỄN RA Ở CÁC ĐIỆN CỰC Giới thiệu: (Introduction) Dòng điện chất điện phân khơng tải điện lượng mà mang theo vật chất (các ion) Tới điện cực có electron tự tiếp ion bị đọng lại điện cực, gây tượng điện phân Tùy vào chất ion chất làm điện cực mà phản ứng xảy điện cực kèm theo phản ứng phụ làm cho tượng điện phân trở nên phức tạp (2) Những lưu ý phản ứng hóa học xảy điện cực bình điện phân Điện cực dương (cực dương, dương cực, anốt) điện cực nối với cực dương nguồn điện chiều, nơi hút điện tử nơi anion chạy xảy trình oxi hóa Điện cực âm (âm cực, cực âm, catốt) điện cực nối với cực âm nguồn điện chiều, nơi cation chạy xảy trình khử Thực nghiệm cho thấy: Khi điện phân dung dịch chứa ion kim loại đứng sau nhôm (Al) dãy điện hóa ion kim loại bị khử tạo thành kim loại bám vào điện cực catot Ion đứng sau có tính oxi hóa mạnh bị khử trước catot Nếu anode chất trơ (không tan, Bạch kim (Pt), than chì (có thể dùng lõi pin)), anion khơng chứa oxi bị oxi hóa anode, khơng anion khơng chứa oxi, nước bị oxi hóa, hết nước, q trình điện phân ngừng Nếu anode khơng trơ anode bị tan phản ứng với dung dịch điện phân Thường bình điện phân có vách ngăn xốp ngăn thành hai phần, phần chứa cathode, phần chứa anode, bỏ vách ngăn này, chất tạo thành điện phân phản ứng với dung dịch Ví dụ: Điện phân dung dịch NaCl khơng có vách ngăn, ta nước Javel Cl2 sinh phản ứng với NaOH tạo thành điện phân: 2NaCl + 2H2O đp => H2 + NaOH + Cl2 2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO + H2O (hỗn hợp gọi nước Javel) (3) III CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA Ở ĐIỆN CỰC Hiện tượng dương cực tan a Thí nghiệm: Một bình thủy tinh đựng dung dịch CuSO4, nhúng vào hai điện cực dẫn điện (ví dụ hai điện cực Cu) Ta bình điện phân Nối hai điện cực với hai cực nguồn điện chiều (pin acquy) Điện cực nối với cực dương nguồn gọi Anode (anốt) Điện cực nối với cực âm nguồn gọi cathode (catốt) Sau thời gian, anot bị mòn dần, catot có lớp đồng bám vào b Giải thích: Trong dung dịch có ion Cu2+ ion phân li muối Đồng 2+ Khi có dòng điện chạy qua, cation Cu catốt nhận thêm electron từ nguồn điện tới Ta có Đồng sinh bám vào catốt Ở A nốt, electron bị kéo phia cực dương nguồn, tạo điều kiện cho ion Cu 2+ hình thành bề mặt tiếp xúc với dung dịch Khi anion chạy A nốt kéo cation Cu2+ tan vào dung dịch, làm cực dương tan dần vào dung dịch Đó tượng dương cực tan c Điều kiện để có dương cực tan: Hiện tượng dương cực tan xảy điện phân dung dịch muối kim loại mà anot làm kim loại d Định luật Ôm chất điện phân: Các phản ứng diễn điện cực bình điện phân phản ứng cân diễn theo hai chiều ngược Nên phản ứng theo chiều tỏa lượng phản ứng theo chiều ngược lại thu lượng, nên tổng cộng lượng điện không bị tiêu hao trình phân tích chất mà bị tiêu hao tỏa nhiệt Bình điện phân khơng khác điện trở Kết thí nghiệm cho bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 với anot đồng U (V) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 I (A) 0,025 0,060 0,100 0,1300 0,170 0,210 I(A) Đường đặc trưng vôn – am pe bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 với anot đồng 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Hiện tượng dương cực trơ a Thí nghiệm Xét bình điện phân đựng dung dịch H2SO4 điện cực làm Grapit inốc Đó chất dẫn điện không tạo thành ion tan vào dung dịch b Giải thích: Trong bình điện phân có cation H+ anion , ngồi có + ion OH H nước phân li yếu Khi có dòng điện chạy qua: cation H+ phía catot nhận electron từ ca tốt, hình thành khí H2 bay anốt theo phản ứng: Tại anot, anion OH- nhường electron cho a nôt theo phản ứng Quá trình điện phân thực chất điện phân nước c Định luật Ơm: Trong bình điện phân có dương cực trơ, bình điện phân giống máy thu điện có suất phản điện ζp với W = ζp.I.t (W lượng cần cho phản ứng hóa học điện cực, lượng lấy từ lượng dòng điện) Định luật Ơm cho bình điện phân khơng có dương cực tan định luật Ơm cho mạch có máy thu điện IV CÁC ĐỊNH LUẬT FA – RA – ĐÂY VỀ HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN Vì dòng điện chất điện phân tải điện lượng vật chất nên khối lượng vật chất đến điện cực + tỉ lệ thuận với điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân + tỉ lệ thuận với khối lượng ion (khối lượng mol nguyên tử A nguyên tố tạo ion ấy) + tỉ lệ nghịch với điện tích ion (hay hóa trị n ngun tố tạo ion ấy) U(V) Fa – – tổng quát nhận xét trên, mở rộng cho trường hợp chất giải phóng điện cực phản ứng phụ sinh ra, thành hai định luật Fa – – (2) Định luật I Fa-ra-đây a Nội dung: khối lượng chất giải phóng điện cực bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình b Cơng thức: m = k.q (k: đương lượng điện hóa, phụ thuộc vào chất chất giải phóng điện cực) Đơn vị k: g/C Định luật II Fa-ra-đây a Nội dung: đương lượng điện hóa nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A/n nguyên tố đó, hệ số tỉ lệ , F gọi số Fa – – b Công thức: k  A F n Thí nghiệm cho thấy t tính s, I tính A F có giá trị 96494 C/mol (tính tốn thường lấy chẵn 96500 C/mol) Cơng thức tính khối lượng chất giải phóng điện cực m= A It F n Trong đó: A khối lượng mol nguyên tử n: hóa trị nguyên tử I: cường độ dòng điện qua bình điện phân (A) t: thời gian điện phân (s) m: khối lượng chất giải phóng (g) Chứng minh định luật + Giả sử có N ion di chuyển tới điện cực, mo khối lượng ion Khi ion giải phóng trung hòa điện, khối lượng chất giải phóng tính theo cơng thức: m = N mo + Nguyên tố chất giải phóng có hóa trị n, ion ion có độ lớn điện tích ne + Nếu có N ion tới điện cực điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân gì? q = N.ne + m = N.mo = m o q ne + Đặt k = mo ne ta m = k.q - Fa – - day biến đổi công thức tính k dạng đơn giản - Trong mol chất có NA hạt ngun tử Cơng thức liên hệ khối lượng mol khối lượng hạt ion A = NA.mo - suy ra: k = A A  ne N A F n Với F = e.NA = 96500 (C/mol) Mặt khác q = I.t 10 Nhôm ngày sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp công nghiệp hàng không, công nghiệp xây dựng, công nghiệp chế tạo đồ gia dụng, công nghiệp điện tử… 5.3 Điều chế kim loại có tính khử trung bình yếu Zn, Cu, Ag cách điện phân dung dịch muối chúng với điện cực trơ Đây hình ảnh bình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực graphit, ta thu kim loại đồng bám vào Catot 5.4 Luyện kim - Dựa vào tượng cực dương tan để tinh chế kim loại - Ví dụ tinh chế đồng: Người ta đúc đồng từ quặng nấu (còn chứa nhiều tạp chất) thành Dùng làm cực dương bình điện phân đựng dung dịch đồng sunfat Khi điện phân, cực dương tan dần, đồng nguyên chất bám vào cực âm, tạp chất lắng xuống đáy 5.5 Mạ điện - Mạ điện dùng phương pháp điện phân để phủ lớp kim loại khơng gỉ, ví dụ vàng, bạc niken, crom lên đồ kim loại khác - Khi vật cần mạ làm cực âm, kim loại dùng để mạ làm cực dương, chất điện phân muối kl dùng để mạ Đây hình ảnh mạ vàng, mạ bạc, mạ niken cho kim loại 12 PHẦN III: THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Chủ đề: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG (TIẾT 1) I MỤC TIÊU Kiến thức: - Nêu chất dòng điện chạy chất điện phân: dòng chuyển dời có hướng ion tác dụng điện trường - Nêu phản ứng phụ xảy bình điện phân: tượng dương cực tan tượng dương cực trơ Kĩ - Giải thích được: chất điện phân dẫn điện kim loại - Giải thích tượng thường gặp diễn điện cực: Hiện tượng dương cực tan tượng dương cực trơ - Có kĩ thực hành: thí nghiệm tượng điện phân có dương cực tan dương cực trơ - Vận dụng kiến thức học để giải thích tượng giải tập - Học sinh có kĩ suy luận logic Thái độ: - Say mê khoa học, kĩ thuật - Nghiêm túc công việc tập thể - Tự tin báo cáo công việc thực - Cầu thị, học tập bạn, người thầy q trình tìm hiểu nghiên cứu học Năng lực hướng tới: - Năng lực ngôn ngữ: Đọc sách giáo khoa tài liệu Internet tìm kiếm thơng tin liên quan đến học - Năng lực giải vấn đề: Giải thích chất điện phân dẫn điện kim loại; giải thích phản ứng phụ diễn điện cực bình điện phân đặc biệt tượng dương cực tan - Năng lực tự học: Thông qua hoạt động cá nhân để giải nhiệm vụ học tập - Năng lực giao tiếp: Thông qua đàm thoại (hỏi - đáp), hình thành kĩ giao tiếp học sinh - Năng lực hợp tác: học sinh có khả làm việc nhóm để thực nhiệm vụ học tập - Năng lực tính tốn: Thơng qua giải tập, hình thành kĩ tính tốn phản xạ nhanh học sinh - Năng lực sáng tạo: Biết cách mạ lớp chống gỉ cho vật liệu phương pháp điện phân II HÌNH THỨC, PHƯƠNG PHÁP, KĨ THUẬT DẠY HỌC - Hình thức: Lên lớp, hoạt động nhóm, hoạt động cá nhân - Phương pháp: Đàm thoại, thảo luận nhóm, nêu giải vấn đề - Kĩ thuật: Động não, hỏi- trả lời, khăn trải bàn III CHUẨN BỊ Giáo viên Đồ dùng thí nghiệm: Pin, điện cực đồng, dây dẫn, cốc nước tinh khiết, cốc đựng dung dịch muối ăn.(*) 13 Phiếu học tập số 1 Nêu nội dung thuyết điện li? Giải thích dung dịch muối ăn dẫn điện? Các chất gọi chất điện phân? Hãy kể tên số chất điện phân? Phiếu học tập số Điều kiện để có dòng điện chất điện phân? Tại sao? Bản chất dòng điện chất điện phân? Kim loại chất điện phân, chất dẫn điện tốt hơn? Tại sao? Phiếu học tập số Hiện tượng xảy điện cực điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực dương Đồng Hiện tượng xảy điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ (graphit inôc) Học sinh: Đọc trước học IV TIẾN TRÌNH DẠY VÀ HỌC Ổn định tổ chức Bài Hoạt động khởi động: Tình xuất phát Trình Chiếu nhóm hình ảnh : Cơng nghiệp luyện nhôm, vật dụng thường ngày kim loại mạ lớp kim loại bền đẹp vàng, bạc, niken Kỹ thuật luyện nhôm hay mạ điện ứng dụng tượng nào? Để trả lời câu hỏi đó, ta vào học hơm nay: Dòng điện chất điện phân Hoạt động hình thành kiến thức ND1 : Thuyết điện ly Đặt vấn đề : Yêu cầu học sinh chia thành nhóm (đội), nhóm có sẵn thiết bị thí nghiệm (*) u cầu học sinh làm việc theo nhóm để thiết kế phương án thí nghiệm kiểm tra tính dẫn điện môi trường : nước tinh khiết, dung dịch muối ăn rút kết luận dẫn điện chúng Dự kiến Trả lời : Nước tinh khiết không dẫn điện Dung dịch muối ăn dẫn điện ? Tại dung dịch muối dẫn điện ? Sự dẫn điện dung dịch muối giải thích theo lý thuyết khoa học Thuyết điện li Vậy ta tìm hiểu nội dung thứ học Thuyết điện li Đây lý thuyết học chương trình Hóa học 11, chương I Hãy nhớ lại kiến thức Thuyết điện li, làm việc theo nhóm phân chia trả lời câu hỏi sau ? Bước Hoạt động GV- HS Nội dung hoạt động - Gv yêu cầu học sinh chia nhóm I Thuyết điện li Chuyển giao nhiệm nhóm trả lời câu hỏi - Các dung dịch axit, ba zơ, phiếu học tập số muối hợp chất Oxit, vụ ba zơ, muối dạng nóng chảy) Thực - Hs làm việc nhóm trả lời câu bị phân li phần hoàn 14 nhiệm vụ hỏi Gv toàn thành ngun tử nhóm ngun tử tích điện gọi ion ( ion dương ion âm) Các ion chuyển động tự chất điện phân Kết luận, đánh giá kết thực nhiệm vụ học tập Phiếu học tập số 1 Nêu nội dung thuyết điện li Trả lời: Các dung dịch axit, ba zơ, muối hợp chất Oxit, ba zơ, muối dạng nóng chảy) bị phân li phần hồn tồn thành ngun tử nhóm ngun tử tích điện gọi ion ( ion dương ion âm) Các ion chuyển động tự khối vật chất Dựa vào thuyết điện li, giải thích tính dẫn điện dung dịch muối ăn? Trả lời: Do phân li, Trong dung dịch muối ăn có ion Na+ ion Cl- chuyển động tự nên dung dịch muối ăn dẫn điện Thế chất điện phân? - Là chất phân li thành ion dương ion âm tự Kể tên chất điện phân? - dung dịch axit, ba zơ, muối; hợp chất oxit kim loại, ba zơ, muối dạng nóng chảy ND2: Bản chất dòng điện chất điện phân Đặt vấn đề: Bằng thuyết điện li, ta chất điện phân có ion tự (do phân li) nên chất điện phân dẫn điện Vậy chất dòng điện chất điện phân Ta qua tìm hiểu nội dung thứ hai học Bước Hoạt động GV- HS Nội dung hoạt động - Gv yêu cầu học sinh làm việc II Bản chất dòng điện Chuyển giao nhiệm nhóm trả lời câu hỏi trong chất điện phân phiếu học tập số - Là dòng chuyển dời có vụ hướng ion tự tác dụng điện trường Thực - Hs làm việc cá nhân trả lời câu hỏi Gv phiếu học nhiệm vụ tập số 15 Phiếu học tập số 2: Điều kiện để có dòng điện chất điện phân? Vì sao? Trả lời: Có điện trường ngồi đặt vào bình điện phân Dưới tác dụng điện trường, ion tự chuyển động có hướng tạo thành dòng điện Bản chất dòng điện chất điện phân gì? - Là dòng chuyển dời có hướng ion tự tác dụng điện trường So sánh độ dẫn điện kim loại chất điện phân? Giải thích sao? Trả lời: + Chất điện phân dẫn điện kim loại + Vì: Mật độ hạt tải điện chất điện phân nhỏ mật độ hạt tải điện kim loại Hạt tải điện kim loại linh động hạt tải điện chất điện phân Dung dịch điện phân trật tự mạng tinh thể kim loại nên chuyển động có hướng ion dễ bị cản trở electron tự ND 3: Các tượng diễn điện cực Đặt vấn đề: Khi có điện trường ngồi đặt vào bình điện phân, ion chuyển động có hướng đến điện cực Tại điện cực, chúng trao đổi eletron với điện cực gây phản ứng phụ - tượng điện phân Sau ta xét phản ứng phụ điển hình diễn bình điện phân Hiện tượng dương cực tan Hiện tượng dương cực trơ Bước Hoạt động GV- HS Nội dung hoạt động Yêu cầu học sinh làm việc theo III Các tượng diễn Chuyển giao nhiệm nhóm, thiết kế phương án thí điện cực Hiện tượng nghiệm điện phân dương cực tan vụ trường hợp sau Hiện tượng dương cực tan: bình điện phân đựng dung Là tượng dương cực bị tan dịch CuSO4 với điện cực dần điện phân dung dịch Kết luận, đánh giá kết thực nhiệm vụ học tập 16 Cu bình điện phân đựng dung dịch muối ăn NaCl điện cực làm Grapit inốc Các điện cực dẫn điện không tạo thành ion tan vào dung dịch Thực - Học sinh làm việc nhóm, đại diện nhóm trình bày kết nhiệm vụ thí nghiệm Phương án 1: “ Dụng cụ: + Bình điện phân đựng dung dịch CuSO4, điện cực Cu + dây nối, nguồn điện 12 V Tiến hành: Nối hai cực nguồn với hai điện cực bình điện phân Kết quả: Cực dương tan dần, cực âm có Cu kim loại bám vào” Phương án 2: “ Dụng cụ: + Bình điện phân đựng dung dịch H2SO4 loãng, điện cực inoc + dây nối, nguồn điện 12 V Tiến hành: Nối hai cực nguồn với hai điện cực bình điện phân +Kết quả: Có bọt khí xuất ca tốt Kết luận, - Mời đại diện nhóm lên trình đánh giá bày tượng diễn kết bình điện phân có dương cực thực tan nhiệm vụ Trình bày Đaị diện học tập nhóm : Xét bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 với điện cực dương Cu Trong dung dịch có ion Cu2+ ion phân li muối Đồng Khi có dòng điện chạy qua, 17 muối kim loại dùng làm điện cực Hiện tượng dương cực trơ: Là tượng xảy bình điện phân có điện cực trơ (các điện cực dẫn điện không tạo thành ion tan vào dung dịch điện phân) cation Cu2+ catốt nhận thêm electron từ nguồn điện tới Ta có Đồng sinh bám vào catốt Ở A nốt, electron bị kéo phia cực dương nguồn, tạo điều kiện cho ion Cu2+ hình thành bề mặt tiếp xúc với dung dịch Khi anion chạy A nốt kéo cation Cu2+ tan vào dung dịch, làm cực dương tan dần vào dung dịch Đó tượng dương cực tan Giáo viên: Các phản ứng diễn điện cực bình điện phân phản ứng cân diễn theo hai chiều ngược Nên phản ứng theo chiều tỏa lượng phản ứng theo chiều ngược lại thu lượng, nên tổng cộng lượng điện khơng bị tiêu hao q trình phân tích chất mà bị tiêu hao tỏa nhiệt Bình điện phân khơng khác điện trở **** Đó phân tích mặt lý thuyết Xét bình điện phân đựng dung dịch NaCl điện cực làm Grapit inốc Điện cực chất dẫn điện không tạo thành ion tan vào dung dịch Đại diện nhóm 2: Trong bình điện phân có cation H+ anion , ngồi có ion OH H+ nước phân li yếu Khi có dòng điện chạy qua: cation H+ phía catot nhận electron từ ca tốt, hình thành 18 khí H2 bay anốt theo phản ứng: Tại anot, anion OH- nhường electron cho anôt theo phản ứng Cl- + 2e → Cl2 Cl2 sinh phản ứng với môi trường kiềm tạo thành nước gia – ven Cl2 + NaOH →NaClO + H2O + NaCl Giáo viên: Các phản ứng điện cực bình điện phân có dương cực trơ phản ứng có chất khác nên lượng cần cho việc tách điện tử để gây phản ứng hóa học khác Năng lượng lấy từ điện Bình điện phân giống máy thu điện có suất phản điện ζp Hoạt động luyện tập Trắc nghiệm học sinh hoạt động cá nhân làm tập sau: Câu Trong chất sau, chất chất điện phân A Nước nguyên chất B NaCl C HNO3 D Ca(OH)2 Câu Bản chất dòng điện chất điện phân là: A Dòng ion dương dịch chuyển chiều điện trường B Dòng ion âm dịch chuyển ngược chiều điện trường C Dòng ion dương ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược D Dòng electron dịch chuyển ngược chiều điện trường Câu NaCl KOH chất điện phân Khi tan vào dung dịch thì: A Na+ K+ cation B Na+ OH- cation C Na+ Cl- cation D OH- Cl- cation Câu Cho dung dịch sau: KCl, Na2SO4, KNO3, AgNO3, ZnSO4, NaCl, NaOH, CaCl2, H2SO4 Dung dịch điện phân thực chất điện phân nước A KCl, Na2SO4, KNO3 B Na2SO4, KNO3, CaCl2, H2SO4, NaOH C Na2SO4, KNO3, H2SO4, NaOH D KNO3, AgNO3, ZnSO4, NaCl, NaOH 19 Câu Cho dung dịch chứa ion: Na+, Al3+, Cu2+, Cl-, SO42-, NO3- Các ion không bị điện phân trạng thái dung dịch là: A Na+, Al3+, SO42-, NO3- B Na+, SO42-,Cl-, Al3+ C Na+, Al3+, Cl-, NO3- D Al3+, Cu2+, Cl-, NO3- Câu Khi điện phân có vách ngăn hỗn hợp dung dịch NaCl, HCl có nhỏ thêm vài giọt quỳ tím, màu quỳ tím biến đổi q trình điện phân: A đỏ, tím, xanh B xanh, tím, đỏ C tím, đỏ, xanh D Khơng đổi màu Câu Khi điện phân dung dịch NaCl ( điện cực trơ, khơng có màng ngăn) sản phẩm thu gồm: A H2, Cl2, NaOH, nước Ja-ven B H2, nước Ja-ven C H2, Cl2, nước Ja-ven D H2, Cl2, NaOH Câu Cho dung dịch sau: KCl, Na2SO4, KNO3, AgNO3, ZnSO4, NaCl, NaOH, CaCl2, H2SO4 Sau điện phân, dung dịch cho môi trường Bazo: A KCl, Na2SO4, KNO3, NaCl B KCl, NaCl, NaOH, CaCl2 C NaCl, NaOH, CaCl2, H2SO4 D AgNO3, ZnSO4, NaCl, NaOH Tự luận Yêu cầu học sinh nhà hoàn thành tập sau: Câu Trình bày phương án thí nghiệm mạ đồng cho chìa khóa niken Câu Xác định chất điện cực, viết phản ứng xảy điện cực phương trình điện phân cách điền vào mẫu sau Anot Catot Các chất Phương trình phản ứng điện cực Phương trình điện phân a Đp dung dịch: CuCl2, Na2SO4, H2SO4, NaOH… với điện cực trơ b Đp dung dịch: AgNO3 với điện cực dương Ag ZnSO4 với điện cực dương Zn c Đp dung dịch hỗn hợp chất: CuSO4, FeCl2 với điện cực trơ d Đp nóng chảy: MgO, Ca(OH)2 , BaCl2 Hoạt động tìm tòi – mở rộng u cầu học sinh nhà tìm hiểu hai vấn đề sau: Tìm cách mạ Ag cho Fe 20 Điều chế khí O2; H2 phương pháp điện phân Lưu ý không chọn phương pháp điện phân dung dịch H2SO4 với điện cực trơ Chủ đề: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG (TIẾT 2) I MỤC TIÊU Kiến thức: - Nêu định luật Fa – – tượng điện phân - Nêu ứng dụng tượng điện phân Kĩ - Có kĩ thực hành: thí nghiệm tượng điện phân có dương cực tan dương cực trơ để mạ điện cho kim loại điều chế khí - Vận dụng kiến thức học để giải tập tượng điện phân - Học sinh có kĩ tính toán, suy luận logic Thái độ: - Say mê khoa học, kĩ thuật - Nghiêm túc công việc tập thể - Tự tin báo cáo công việc thực - Cầu thị, học tập bạn, người thầy q trình tìm hiểu nghiên cứu học Năng lực hướng tới: - Năng lực ngôn ngữ: Đọc sách giáo khoa tìm đọc tài liệu mạng Internet để tìm kiếm thông tin - Năng lực giải vấn đề: Vận dụng kiến thức học giải toán thực tiễn: mạ Bạc (Ag) cho Sắt (Fe) - Năng lực tự học: Thông qua hoạt động cá nhân để giải nhiệm vụ học tập - Năng lực giao tiếp: Thơng qua đàm thoại (hỏi - đáp), hình thành kĩ giao tiếp học sinh - Năng lực hợp tác: học sinh có khả làm việc nhóm để thực nhiệm vụ học tập - Năng lực tính tốn: Thơng qua giải tập, hình thành kĩ tính tốn phản xạ nhanh học sinh - Năng lực sáng tạo: Biết cách mạ lớp chống gỉ cho vật liệu phương pháp điện phân II Hình thức, phương pháp, kĩ thuật dạy học - Hình thức: Lên lớp, hoạt động nhóm, hoạt động cá nhân - Phương pháp: Đàm thoại, thảo luận nhóm, nêu giải vấn đề - Kĩ thuật: Động não, hỏi- trả lời III CHUẨN BỊ Giáo viên Học sinh: a Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm để trả lời câu hỏi phần Tìm tòi, mở rộng Tiết + Dụng cụ thí nghiệm 21 Bình điện phân đựng dung dịch AgNO3 điện cực dương Bạc Ag, dây dẫn điện, nguồn điện 12 V, dung dịch NaOH, điện cực trơ Than chì Graphit b Chuẩn bị Thuyết trình: Các định luật Fa – – tượng điện phân; Các ứng dụng tượng điện phân IV TIẾN TRÌNH DẠY VÀ HỌC Ổn định tổ chức : Bài Hoạt động 1: Khởi động Tiết trước ta nêu tượng xảy bình điện phân Lượng chất giải phóng điện cực xác định định luật vật lí nào? Sau mời đại diện nhóm lên trình bày Định luật Fa tượng điện phân Hoạt động 2: Hình thành kiến thức học ND1: Các định luật Fa tượng điện phân Trình bày nhóm 1: (slide 19 đến slide 20) + Nhóm tơi đại diện tìm hiểu định luật Faraday + Tôi đưa nội dung định luật trước, sau chứng minh cơng thức định luật IV Các định luật Fa Vì dòng điện chất điện phân tải điện lượng vật chất nên khối lượng vật chất đến điện cực + tỉ lệ thuận với điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân + Tỉ lệ thuận với khối lượng ion (khối lượng mol nguyên tử A nguyên tố tạo ion ấy) + tỉ lệ thuận với điện tích ion (hay hóa trị n nguyên tố tạo ion ấy) Fa – – tổng quát nhận xét trên, mở rộng cho trường hợp chất giải phóng điện cực phản ứng phụ sinh ra, thành hai định luật Faraday Định luật I Fa-ra-đây a Nội dung: khối lượng chất giải phóng điện cực bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình b Công thức: m = k.q k: đương lượng điện hóa, phụ thuộc vào chất chất giải phóng điện cực Đơn vị k: g/C Định luật II Fa-ra-đây a Nội dung: đương lượng điện hóa nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A/n nguyên tố đó, hệ số tỉ lệ , F gọi số Fa – – b Công thức: k = A F n Thí nghiệm cho thấy t tính s, I tính A F có giá trị 96494 C/mol (tiinhs toán thường lấy chẵn 96500 C/mol) Cơng thức tính khối lượng chất giải phóng điện cực m = A It F n Trong đó: A khối lượng mol nguyên tử 22 n: hóa trị nguyên tử I: cường độ dòng điện qua bình điện phân (A) t: thời gian điện phân (s) m: khối lượng chất giải phóng (g) - Sau tơi chứng minh cơng thức trên: + Giả sử có N ion di chuyển tới điện cực, mo khối lượng ion Khi ion giải phóng trung hòa điện, khối lượng chất giải phóng tính theo công thức: m = N mo + Nguyên tố chất giải phóng có hóa trị n, ion ion có độ lớn điện tích ne + Nếu có N ion tới điện cực điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân gì? + Nhóm khác: q = N.ne + m = N.mo = m o q ne + Đặt k = mo ne ta m = k.q - Fara day biến đổi cơng thức tính k dạng đơn giản - Trong mol chất có NA hạt nguyên tử Công thức liên hệ khối lượng mol khối lượng hạt ion A = NA.mo - suy ra: k = A A  ne N A F n Với F = e.NA = 96500 (C/mol) - Điện lượng q tính theo I t nào? - Nhóm khác: q = I.t - cơng thức tính m là: m = A It F n V: Ứng dụng dòng điện chất điện phân Đại diện nhóm trình bày ứng dụng tượng điện phân (slide 21 đến Slide 23) - Thưa thày cô bạn, nhóm chúng em có nhiệm vụ tìm hiểu ứng dụng tượng điện phân qua sách, báo, internet - Qua tìm hiểu em thấy tượng điện phân có ứng dụng sau: Điều chế hóa chất - Kim loại: + Điều chế Kl có tính khử mạnh Li, Na, K, Al cách điện phân hợp chất nóng chảy chúng Vd: đc Al từ quặng Bơxit giàu Al203 Đây hình ảnh lò luyện nhơm, người ta điều chế nhơm oxit từ quặng Boxit Sau điện phân nóng chảy nhơm oxit với Criolit (Na 3AlF6) Criolit có vai trò quan trọng làm giảm nhiệt độ nóng chảy Al2O3 từ 2050oC xuống khoảng 900oC, làm tăng độ dẫn điện hệ tạo lớp ngăn cách sản phẩm điện phân mơi trường ngồi Nhơm ngày sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp công nghiệp hàng không, công nghiệp xây dựng, công nghiệp chế tạo đồ gia dụng, công nghiệp điện tử… 23 + Điều chế Kl có tính khử trung bình yếu Zn, Cu, Ag cách điện phân dung dịch muối chúng với điện cực trơ Đây hình ảnh bình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực graphit, ta thu kim loại Cu Catot - Phi kim: + điều chế số phi kim tượng dương cực trơ: H2, O2, Cl2, F2 - Hợp chất: Điều chế xút NaOH cách điện phân dd NaCl có màng ngăn 2NaCl + 2H2O  2NaOH + H2 + Cl2 ta thu khí Cl2 Anot, H2 Catot dd NaOH Nếu điện phân khơng có màng ngăn NaOH phản ứng với Cl Cl2 + 2NaOH  NaCl + NaClO + H2O NaCl + H2O  NaClO + H2 NaClO nước tẩy Giaven Luyện kim - Dựa vào tượng cực dương tan để tinh chế kim loại - Ví dụ tinh chế đồng: Người ta đúc đồng từ quặng nấu (còn chứa nhiều tạp chất) thành Dùng làm cực dương bình điện phân đựng dung dịch đồng sunfat Khi điện phân, cực dương tan dần, đồng nguyên chất bám vào cực âm, tạp chất lắng xuống đáy Mạ điện - Mạ điện dùng phương pháp điện phân để phủ lớp kim loại khơng gỉ, ví dụ vàng, bạc niken, crom lên đồ KL khác - Khi vật cần mạ làm cực âm, kim loại dùng để mạ làm cực dương, chất điện phân muối kim loại dùng để mạ Đây hình ảnh mạ vàng, mạ bạc, mạ niken cho kim loại Hoạt động luyện tập Câu 1: 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 khơng thấy khí catot Tìm kim loại M ? Câu 2: Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100 %) thu m kg Al catot 67,2 m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro 16 Lấy 2,24 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi (dư) thu gam kết tủa Tìm giá trị m 24 PHẦN IV: KẾT LUẬN Trong thời gian thực chuyên đề, cố gắng nghiên cứu tài liệu lí luận phương pháp dạy học biên soạn chủ đề học phát huy tính tích cực chủ động sáng tạo học sinh Bằng cách thiết kế hoạt động học người học, người học tự thấy vấn đề, nêu phương pháp giải vấn đề Qua việc giải vấn đề hình thành nên kiến thức phát triển phẩm chất lực em! Rất mong đóng góp ý kiến đồng nghiệp để chủ đề hoàn thiện, sâu sắc, hiệu hơn! TÁC GIẢ Đố Thị Thịnh 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO (1) https://www.askiitians.com (2) Sách giáo khoa vật lí 11 ban & Sách giáo khoa hóa học 11 ban bản/ NXBGD (3) https://vi.wikipedia.org 26 ... Ứng dụng tượng điện phân 11 PHẦN III: THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 13 Chủ đề: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG (TIẾT 1) 13 Chủ đề: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG. .. phân? Hãy kể tên số chất điện phân? Phiếu học tập số Điều kiện để có dòng điện chất điện phân? Tại sao? Bản chất dòng điện chất điện phân? Kim loại chất điện phân, chất dẫn điện tốt hơn? Tại sao?... dòng điện chất điện phân? Vì sao? Trả lời: Có điện trường ngồi đặt vào bình điện phân Dưới tác dụng điện trường, ion tự chuyển động có hướng tạo thành dòng điện Bản chất dòng điện chất điện phân