Hướng dẫn nhận dạng và phương pháp giải bài tập khó về điện phân dung dịch

MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm: 2 2 3 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận: 2.2 Thực trạng vấn đề nghiên cứu: 2.3 Giải pháp giải vấn đề: 2.3.1 Điểm qua sở lí thuyết: 2.3.2 Một số dạng tập khó điện phân dung dịch, cách nhận dạng phương pháp giải: 2.3.2.1 Điện phân dung dịch muối gốc axit không tham gia điện phân: 2.3.2.2 Điện phân dung dịch muối cation kim loại không tham gia điện phân: 2.3.2.3 Điện phân dung dịch muối mà cation anion tham gia điện phân: 2.3.2.4 Điện phân dung dịch hỗn hợp hai muối muối có cation tham gia điện phân, muối có anion tham gia điện phân KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 10 11 17 3.1 Kết luận: 19 3.2 Kiến nghị: 19 Tài liệu tham khảo 20 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài: Với xu nói chung trường tơi nói riêng mơn Hóa học khơng coi trọng trước, phần lớn học sinh cho học môn khó, lựa chọn mơn học dễ để học thi hướng em, nhiên Hóa học lại mơn khoa học thực nghiệm, có nhiều ứng dụng liên hệ thực tế Với cương vị giáo viên dạy hóa việc giúp học sinh có thêm kiến thức bổ ích, hiểu biết sâu niềm đam mê u thích mơn điều mong muốn không riêng mà mong muốn tất giáo viên giảng dạy Vì giáo viên mơn hố học cần tìm phương pháp dạy phù hợp với đối tượng học sinh nhằm hình thành em thói quen học tập làm việc khoa học làm tảng để em phát triển khả nhận thức lực hành động, tạo hứng thú học tập mơn Tìm phương pháp giúp học sinh đào sâu nội dung kiến thức trình học điều cần thiết, từ rèn luyện cho em đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, xác, yêu thích khoa học Đề thi THPT Quốc Gia ln có tính phân hóa cao, câu hỏi mức độ 8-10 điểm xem câu khó khó Nếu hỏi đến em học thi hóa ln xác định may rủi câu này, số có dạng câu tập điện phân dung dịch Câu trả lời em khiến trăn trở, tận tâm lòng u nghề tơi thấy cần tìm phương pháp nhằm giúp em giải khó khăn Với đề tài sáng kiến kinh nghiệm năm 2012-2013 “ Một số sai lầm học sinh thường gặp giải tập điện phân” áp dụng từ cho kết tốt, học sinh trung bình yếu nhận thức làm tập điện phân mức độ đơn giản, hiểu chế điện phân viết phương trình điện phân Tuy nhiên với tập điện phân dung dịch hỗn hợp, tốn điện phân khó lại khiến học sinh gặp khó khăn, lúng túng sử lí tốn dẫn đến kết sai Do sáng kiến kinh nghiệm tiếp tục hướng dẫn rèn kĩ làm tốn điện phân dung dịch khó để học sinh phát huy hết lực làm đề thi Đây lí để tơi chọn đề tài “ Hướng dẫn nhận dạng phương pháp giải tập khó điện phân dung dịch ” Do thời gian lực có hạn Tơi sâu giải số dạng tập thường gặp để thực đề tài: “Hướng dẫn nhận dạng phương pháp giải tập khó điện phân dung dịch” 1.2 Mục đích nghiên cứu: Giúp học sinh học tập nhanh hơn, hiệu Gây hứng thú học tập mơn Từ học sinh say mê học tập có kết học tập tốt với mơn Hóa học Giúp học sinh đạt kết cao kì thi, góp phần tăng tỉ lệ điểm 810 cho nhà trường Giúp học sinh rèn luyện đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, xác, u thích khoa học 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Thực với học sinh lớp 12 chuẩn bị cho kì thi THPT Quốc Gia Cụ thể lớp 12B2 lớp đối chứng 12B4 Học sinh có lực học trung bình khá, giỏi 1.4 Phương pháp nghiên cứu: 1.4.1 Đối với giáo viên: Phương pháp nghiên cứu xây dựng sở lý thuyết: Tham khảo tài liệu có liên quan đến điện phân nói chung điện phân dung dịch nói riêng Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin: thông qua câu hỏi tập trình giảng dạy để nắm bắt khả học tập vận dụng kiến thức học sinh Giáo viên sưu tầm, hệ thống phân loại dạng tập điện phân xếp từ dễ đến khó Đưa ví dụ cụ thể cho dạng, đặc biệt hướng dẫn học sinh cách nhận dạng cách làm với dạng Nắm vững phương pháp giải tập xây dựng hệ thống tập phải thật đa dạng, đảm bảo trọng tâm chương trình phù hợp với đối tượng học sinh Ln quan tâm có biện pháp giúp đỡ em học sinh có học lực Cung cấp tập tương tự phù hợp với đối tượng học sinh Phương pháp thống kê xử lí số liệu: Xây dựng đề kiểm tra đối chứng kết lớp thực không thực đề tài Thu bài, chấm, tính tỉ lệ điểm so sánh kết thu lớp 1.4.2 Đối với học sinh: Phải tích cực rèn kỹ hệ thống hóa kiến thức sau bài, chương, đặc biệt phần lí thuyết tập có liên quan đến điện phân Tích cực làm tập lớp đặc biệt tập giao nhà Phải rèn cho thân lực tự học, tự đánh giá 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm: Ở sáng kiến kinh nghiệm sâu vào câu tập điện phân dung dịch khó Đối tượng nghiên cứu nâng cao trung bình khá, khá, giỏi Chủ yếu giúp học sinh nhận dạng định hướng cách giải cách giải để em giải tập Nếu sáng kiến kinh nghiệm lần trước mục tiêu chủ yếu học sinh làm tập điện phân dành cho học sinh yếu, lần mục tiêu góp phần giúp học sinh giỏi chinh phục điểm 10 kì thi THPT Quốc Gia NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận: Tài liệu viết điện phân ít, nên nguồn tư liệu để giáo viên nghiên cứu hạn chế Do nội dung phần điện phân cung cấp cho học sinh chưa nhiều Trong năm gần cấu trúc đề thi THPT Quốc Gia mang tính phân hóa cao, lượng điểm 8-10 điểm dành cho học sinh khá, giỏi, thường có câu tập khó điện phân dung dịch, em làm dạng tập Ví dụ: Điện phân 100 ml dung dịch CuCl2 M AgNO3 2M với điện cực trơ có màng ngăn xốp cường độ dòng điện 5A 40 phút 50 giây Tính khối lượng kim loại thu catot?[4] Một số tính theo định luật Faraday, số tính theo số mol đề cho sẵn, số cho đề cho thừa kiện, nên phải tính theo hướng nào, em tính được, tập tập đơn giản Hệ thống hóa lại dạng tập điện phân mức độ khó tăng dần, tơi hy vọng giáo viên có định hướng tốt giảng dạy nội dung phần Còn học sinh chủ động việc lĩnh hội kiến thức làm tốt tập điện phân khó mà đảm bảo thời gian Từ em khơng ngừng phát huy tính tích cực chủ động, sáng tạo học tập mơn Hóa 2.2 Thực trạng vấn đề nghiên cứu: Qua áp dụng đề tài: “ Một số sai lầm học sinh thường gặp giải tập điện phân” vào năm học từ 2013-2014 đến khối 12 thấy em biết làm hiểu chất điện phân bản, viết thứ tự phản ứng xảy bề mặt điện cực Tuy nhiên đưa thêm kiện khác vào để tập trở nên phức tạp em lại lúng túng học sinh học lực giỏi không làm làm nhiều thời gian, điều gây bất lợi làm đề trắc nghiệm Phần lớn em có cảm giác sợ tiếp xúc với câu điện phân khó, có tư tưởng xác định may rủi vào câu Từ thực trạng học kì I năm học 2018-2019 tơi thực đề tài “Hướng dẫn nhận dạng phương pháp giải tập khó điện phân dung dịch” lớp 12B2 Song song với việc thực đề tài 12B2 dùng lớp 12B4 làm lớp đối chứng cho kết thực khả quan 2.3 Giải pháp giải vấn đề: 2.3.1 Điểm qua sở lí thuyết: 2.3.1.1 Điện phân dung dịch: a Ở catot (cực âm: - ) - xảy trình khử: - Các ion kim loại kiềm, ion kim loại kiềm thổ ion Al3+ khơng bị điện phân chúng có tính oxi hóa yếu H2O; H2O bị điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH– - Các cation kim loại đứng sau nhôm, đứng cuối dãy điện hóa ưu tiên khử theo phương trình: Mn+ + ne → M (ion có tính oxi hóa mạnh bị khử trước) Sau hết ion đó, tiếp tục điện phân H 2O điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH– - Riêng hiđro, đứng sau Ni, Fe, … ion H + (H2O) khó bị khử Ni2+, Fe3+, Fe2+ … b Ở anot (cực dương): ( + ) - xảy q trình oxi hóa: * Với anot hoạt động: - Dễ bị oxi hóa Zn, Fe, Ni, Cu,… làm anot Khi điện phân kim loại (trừ Pt) bị oxi hóa tan vào dung dịch: M(anot) → Mn+ + ne ( dung dịch) Do anot bị mòn dần, gọi anot hoạt động - Với anot hoạt động anion dung dịch không điện phân * Với anot trơ: - Chỉ anion khơng có oxi (trừ F-) ion OH- tham gia điện phân theo thứ tự : S2-> I- > Br- > Cl- > OH- ˃ H2O (F- khơng bị điện phân ) Phương trình điện phân tổng quát: S2- → S + 2e; 2X- → X2 + 2e 4OH- → 2H2O + O2 + 4e 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Sau hết ion đó, tiếp tục điện phân H2O điện phân theo phương trình: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e - Các ion: F-, NO3-, ClO4-, SO42-, CO32-, PO43- không bị điện phân mà H 2O bị điện phân 2.3.1.2 Biểu thức điện phân: * Khi biết cường độ dòng điện ( I) thời gian điện phân (t) ta tính theo m I t A.Q A.I t   nx  công thức Faraday: m  n.F n.F A n.F Trong đó: m - khối lượng chất (rắn, lỏng, khí) điện cực (gam) A - Khối lượng nguyên tử (đối với kim loại) khối lượng phân tử (đối với chất khí) n - số electron trao đổi I - Cường độ dòng điện ( A) t - Thời gian điện phân (s) F - Hằng số Faraday F= 96500C Số mol e trao đổi điện cực: n  I.t F 2.3.2 Một số dạng tập khó điện phân dung dịch, cách nhận dạng phương pháp giải: 2.3.2.1 Điện phân dung dịch muối gốc axit không tham gia điện phân: Lưu ý: Dạng tập phổ biến đề thi, học sinh cần nhìn nhận nắm chất trình điện phân để thực biết phương pháp giải Ví dụ 1: Điện phân (với điện cực trơ) 300 ml dung dịch Cu(NO 3)2 nồng độ a mol/l, sau thời gian thu dung dịch Y màu xanh, có khối lượng giảm 48 gam so với dung dịch ban đầu Cho 44,8 gam bột sắt vào dung dịch Y, sau phản ứng xảy hoàn toàn (biết NO sản phẩm khử N+5) , thu 20,8 gam hỗn hợp kim loại Giá trị a gần với: A 2,65 B 2,25 C 2,85 D 2,45 * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Học sinh cần đọc kĩ đề, nhận biết chất điện phân điện cực chất Đối với tập đề cho rõ ràng, sau điện phân dung dịch Y màu xanh chứng tỏ Cu(NO3)2 dư Như có phương trình điện phân mà NO 3- khơng điện phân nên có H2O tham gia điện phân: 2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu + O2↑ + 4HNO3 Học sinh cần hiểu: khối lượng dung dịch giảm Cu tạo thành O bay * Phương pháp giải: Gọi x số mol Cu tạo thành, bán phản ứng thực sau: Tại K(-) : Cu2+ + 2e -> Cu (x mol) Tại A(+) 2H2O -> 4H+ + 4e + O2 Bảo toàn mol electron ta có: nO2 = x/2 (mol) 64x + 32.x/2 = 48 => x=0,6 mol Y ( Cu2+ y dư; H+: 1,2; NO3-) + 0,8 Fe Phản ứng xảy ra: 3Fe + 8H+ + 2NO3- → 3Fe2+ + 2NO + 4H2O Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu 2nFe= 3nNO= 3/4 nH+ => nFe= 0,45 mol 20,8 = 64y + (0,8-0,45-y).56 => y = 0,15mol Vậy Cu2+ = x + y = 0,75; a = 0,75/0,3 = 2,5 M Chọn D Ví dụ 2: Điện phân dung dịch AgNO3 với điện cực trơ thời gian, thu dung dịch X chứa chất tan có nồng độ mol, đồng thời thấy khối lượng dung dịch giảm 9,28 gam so với ban đầu Cho tiếp 2,8 gam bột Fe vào dung dịch X, đun nóng khuấy thu NO sản phẩm khử nhất, dung dịch Y chất rắn Z Các phản ứng xảy hoàn toàn Khối lượng muối tạo thành dung dịch Y là: A 11,48 B 15,08 C 10,24 D 13,64 * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Đầu tiên em cần xác định chất điện phân AgNO3 tương tự với Cu(NO3)2 , NO3- khơng điện phân nên có H2O tham gia điện phân chất tạo thành chắn có HNO3 em cần xác định chất tan lại AgNO3 dư Như có phương trình điện phân là: 2AgNO3  H 2O �� � 2Ag  2HNO3  O 2 Học sinh cần hiểu: khối lượng dung dịch giảm Ag tạo thành O bay * Phương pháp giải: Gọi x số mol Ag tạo thành Điện phân dung dịch: mol: 2AgNO3  H 2O �� � 2Ag  2HNO3  O 2 x x x 0,25x Ta có: mgiảm = 108x + 0,25x.32 = 9,28  nAg = nHNO3 = 0,08 mol Dung dịch X gồm 0,08 mol HNO3 0,08 mol AgNO3 dư Khi cho 0,05 mol Fe vào dung dịch X, dung dịch Y thu chứa a mol Fe(NO3)3 b mol Fe(NO3)2 4H+ + NO3- + 3e → 2H2O + NO nNO = 0,08/4 = 0,02 mol BT: Fe ����� a  b  n Fe  0, 05 � Ta có hệ sau: � BT: N � n H ����� 3a  2b  n HNO3  n NO � � � a  0, 04 � �� � � 0,14 �b  0, 01 �  mmuối = 11, 48 (g) Chọn A Ví dụ 3: Tiến hành điện phân 200 ml dung dịch AgNO 1M Cu(NO3)2 1,2M điện cực trơ với cường độ dòng điện I = 5A thời gian 7720 giây dừng điện phân Cho m gam bột Fe vào dung dịch sau điện phân, kết thúc phản ứng thấy khí NO (sản phẩm khử nhất) lại 0,75m gam hỗn hợp rắn Giá trị m là: A 29,12 gam B 28,00 gam C 30,24 gam D 29,68 gam * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Học sinh cần lưu ý dạng thứ tự điện phân sau: 2AgNO3  H 2O �� � 2Ag  2HNO3  O 2 2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu + O2↑ + 4HNO3 * Phương pháp giải: ne trao đổi = 0,4 mol → anot 0,2 mol O 0,1 mol Ag2O 0,1 mol CuO →dung dịch sau điện phân gồm 0,14 mol Cu(NO3)2 chưa điện phân tạo thêm 0,4 mol HNO3 Quan sát: → BTKL kim loại có: m + 0,14 × 64 = 0,29 × 56 + 0,75m → m = 29,12 gam Ví dụ 4: Điện phân dung dịch muối MSO4 (M kim loại) với điện cực trơ, cường độ dòng điện khơng đổi Sau thời gian t giây, thu a mol khí anot Nếu thời gian điện phân 2t giây tổng số mol khí thu hai điện cực 2,5a mol Giả sử hiệu suất điện phân 100%, khí sinh không tan nước Phát biểu sau sai? A Tại thời điểm 2t giây, có bọt khí catot B Tại thời điểm t giây, ion M2+ chưa bị điện phân hết C Dung dịch sau điện phân có pH < D Khi thu 1,8a mol khí anot chưa xuất bọt khí catot * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Tại catot M2+ tham gia điện phân, anot sinh khí O2 (do H2O điện phân) * Phương pháp giải: ♦ Thời gian t(s): a mol khí anot O2 → ne trao đổi = 4a mol ♦ Thời gian 2t(s): ne trao đổi = 8a mol; anot sinh gấp đơi 2a mol khí O2 Vì tổng khí 2,5a mol mà anot 2a mol khí O2 → catot sinh 0,5a mol H2 → nM2+ = (8a – 0,5a × 2) / = 3,5a mol Nhận thấy: Tại 2t (s) có bọt khí catot A Tại t (s), ion M2+ chưa bị điện phân hết Vì : ne trao đổi = 4a mol → có 2a mol (trong 3,5a mol) ion M2+ bị điện phân B Dung dịch sau điện phân tạo H2SO4 H2O điện phân làm thay đổi nồng độ pH < Tức C Theo đáp án cần chọn D Bài tập vận dụng: Bài 1: Điện phân 500ml dung dịch AgNO3 với điện cực trơ catốt bắt đầu có khí ngừng Để trung hòa dung dịch sau điện phân cần 800ml dung dịch NaOH 1M Nồng độ mol AgNO3 thời gian điện phân biết I = 20A? A 0,8 M 3860 s B 3,2 M 360 s C 1,6 M 3860 s D 0,4 M 380 s Bài 2: Cho lượng muối khan AgNO3 vào 250 ml dung dịch Cu(NO3)2 aM thu dung dịch X Tiến hành điện phân dung dịch X điện cực trơ thời gian t giây thấy khối lượng catot tăng 16,2 gam Nếu thời gian 2t giây khối lượng dung dịch giảm 23,4 gam; đồng thời thu dung dịch Y (có màu xanh) Nhúng Fe vào dung dịch Y, kết thúc phản ứng thấy khí NO (sản phẩm khử nhất) khối lượng Fe giảm 5,1 gam so với trước phản ứng Giá trị a là: A 0,7 B 0,9 C 0,8 D 1,0 2.3.2.2 Điện phân dung dịch muối cation kim loại không tham gia điện phân: Ví dụ 1: Điện phân có màng ngăn 150ml dd BaCl2 Khí anơt tích 112ml (đktc) Dung dịch lại bình điện phân sau trung hòa HNO3 phản ứng vừa đủ với 20g dd AgNO3 17% Nồng độ mol dung dịch BaCl2 trước điện phân là: A 0,01 M B 1M C 0,1M D 0,001M * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Dạng tập gặp đề thi, khơng q khó học sinh cần nắm chất dạng tập để không bỏ qua hội ghi điểm Ba2+ không điện phân, H2O điện phân K(-) Còn A(+) Cl - điện phân, khí anot Cl2 * Phương pháp giải: Ta có: nCl2 = 0,112/22,4 = 5.10−3mol nCl- = 2nCl2 = 0,01mol Dung dịch sau trung hòa axit có khả phản ứng với 0,02mol AgNO3 dung dịch ion Cl- dư nCl-dư= 0,02mol nCl-bđ = 0,02 + 0,01= 0,03mol nBaCl2 = nCl− /2 = 0,015mol → Nồng độ nBaCl2 = 0,1M Chọn C Ví dụ 2: X dung dịch chứa 4,433 gam hỗn hợp NaCl BaCl Còn dung dịch Y chứa 6,059 gam hỗn hợp Ag 2SO4 NiSO4 Mắc nối tiếp hai bình điện phân chứa hai dung dịch X, Y điện phân (với điện cực trơ có màng ngăn) dòng điện I = 9,65A Sau phút, bình chứa X có nước bắt đầu điện phân hai cực, ngừng điện phân, hai dung dịch X’ Y’, Trộn hai dung dịch X’ Y’ vào 3,262 gam kết tủa Nếu trộn hai dung dịch X Y vào nhau, lọc bỏ kết tủa, thu dung dịch A, điện phân dung dịch A (với điện cực trơ) dòng điện I = 5A, catot xuất bọt khí, ngừng điện phân, khí anot 0,504 lít (đktc) Tỉ lệ số mol muối Ag2SO4 muối NiSO4 Y gần với giá trị sau ? A 0,23 B 0,26 C 0,31 D 0,37 * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Mặc dù hướng dẫn học sinh nhận tổng hợp dạng vừa xét tiến hành viết phương trình điện phân cần thiết Tuy nhiên lại câu dài, nhiều số liệu, phức tạp nên trình làm em dễ bị nhầm lẫn Học sinh cần hiểu: Trong dung dịch X K(-) cation Na +, Ba2+ khơng điện phân, dung dịch Y A(+) anion SO 42- không điện phân Khi mắc nối tiếp cường độ dòng điện nhau, nên tính số mol eletron trao đổi điện cực phương pháp bảo toàn mol electron để tính * Phương pháp giải: Xét q trình điện phân bình X, Y ta có: ne trao ��i  Quá trình điện phân xảy sau : Tại catot 2H2O + 2e → 2OH- + H2 58nNaCl  208nBaCl  mX � Có � nNaCl  2nBaCl2  ne trao ��i � 2Cl - It  0,054mol 96500 Tại anot → Cl2 + 2e 58nNaCl  208nBaCl  4,433 � nNaCl  0,026mol � �� �� nBaCl2  0,014mol nNaCl  2nBaCl2  0,054 � � Khi trộn hai dung dịch X’ Y’ nhận thấy m�  233nBa2 (tức nBa2  nSO42 kết tủa có BaSO 4) nên dung dịch Y’ H 2SO4 (tức Ag+ Ni2+ điện phân hết) Suy ne trao ��i �2nAg2SO4  2nNiSO4 Khi trộn dung dịch X với dung dịch Y thu dung dịch A gồm Na + (0,026 mol), SO42-, Ni2+ Cl- Xét trình điện phân dung dịch A Giả sử anot có Cl - điện phân : Tại catot Tại anot 2+ Ni + 2e → Ni 2Cl → Cl2 + 2e 0,0225 → 0,045 - Ta có : nNi 2  nCl  0,0225mol BTDT(A) � nSO42 (trongZ)  - ���� nNa  2nNi 2  nCl   0,013mol Xét dung dịch Y ta có : nAg2SO4  nBaSO4  nSO42 (trongZ)  nNiSO4  0,014 0,013 0,0225  4,5.103 2nAg2SO4  2nNiSO4 �ne trao ��i nAg2SO4 4,5.103   0,2 nNiSO4 0,0225 Chọn A Bài tập vận dụng: Tiến hành điện phân (có màng ngăn xốp) 500ml dung dịch chứa hỗn hợp HCl 0,02M NaCl 0,2M Sau anôt bay 0,448 lít khí (ở đktc) ngừng điện phân Cần ml dung dịch HNO 0,1 M để trung hòa dung dịch thu sau điện phân? A 200ml B 300ml C 250ml D 400ml 2.3.2.3 Điện phân dung dịch muối mà cation anion tham gia điện phân: Lưu ý: Dạng tập gặp đề thi, học sinh cần nhìn nhận nắm chất trình điện phân để thực biết phương pháp giải Ví dụ 1: Dung dịch X chứa FeCl3 CuCl2 có nồng độ mol Tiến hành điện phân dung dịch X điện cực trơ tới khối lượng catot tăng 12,4 gam dừng điện phân, lúc anot V lít khí (đktc) Cho AgNO dư vào dung dịch sau điện phân thu 39,5 gam kết tủa Nhúng catot vào dung dịch HCl thấy khí Giá trị V là? A 7,056 lít B 6,160 lít C 6,384 lít D 6,720 lít * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Học sinh cần nhớ: Muối cation kim loại trung bình yếu với anion gốc axit khơng có oxi điện phân Trong em cần xác định chất điện phân trình điện phân xảy bề mặt điện cực, Fe3+, Fe2+, Cu2+, Cl- tham gia điện phân: Fe3+ + e → Fe2+; Cu2+ + 2e → Cu; Fe2+ + 2e → Fe Nếu gặp phải dạng này, học sinh cần xác định thứ tự điện phân để giải cho phù hợp Nhúng catot vào dung dịch HCl thấy khí nên catot chứa Fe Cho AgNO3 dư vào dung dịch sau điện phân thu kết tủa nên Fe 2+ Cl– dư * Phương pháp giải: Catot: Fe3+ + e → Fe2+ Anot: 2Cl– → Cl2 + 2e Cu2+ + 2e → Cu Fe2+ + 2e → Fe Đặt số mol FeCl3, CuCl2 X x, số mol Fe2+ dư y 10 n Cl2  x  2x   x  y   2,5x  y � m k�tt�a  m AgCl  m Ag  143,5  5x  5x  2y   108y  39,5 g � y  0,1 mol mcatot t�ng  m Cu  m Fe  64x  56  x  y   12, 4g � x  0,15 mol � V  22,  2,5x  y   6,16 lít Chọn B 2.3.2.4 Điện phân dung dịch hỗn hợp hai muối muối có cation tham gia điện phân, muối có anion tham gia điện phân Chú ý: Đây dạng toán gặp nhiều đề thi năm gần đây, khó, Cu(NO3)2 KCl, Cu(NO3)2 NaCl, CuSO4 NaCl, CuSO4 KCl, chí có liên quan đến đồ thị Học sinh cần lưu ý phản ứng sau điện phân để suy chất hết trước hết sau Ví dụ 1: Điện phân dung dịch X chứa 3a mol Cu(NO 3)2 a mol KCl (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khối lượng catot tăng 12,8 gam dừng điện phân, thu dung dịch Y Cho 22,4 gam bột Fe vào Y, sau phản ứng xảy hoàn tồn, thu khí NO (sản phẩm khử N +5) 16 gam hỗn hợp kim loại Giả thiết hiệu suất điện phân 100% Giá trị a A 0,096 B 0,128 C 0,112 D 0,080 * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Bài toán dạng gặp nhiều phổ biến đề thi năm gần Ở toán Cu2+ Cl- tiến hành điện phân Đầu tiên có phương trình điện phân sau: Cu(NO3)2+ 2KCl → Cu + Cl2 + 2KNO3 Sau đó: 2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu + O2↑ + 4HNO3 * Phương pháp giải: nCu = 0,2 mol Điện phân dung dịch X Ở catot: Cu2+ + 2e → Cu 0,4 0,2 Ở anot: 2Cl → Cl2 + 2e a a/2 a + H2O → 1/2O2 + 2H + 2e (0,4 – a) (0,4 – a) Cho Fe vào dung dịch Y: Fe → Fe2+ + 2e (5,25a – 0,1)/2 (5,25a – 0,1) 2+ Cu + 2e → Cu (3a – 0,2) (6a – 0,4) NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (0,4 – a) 0,75(0,4 – a) Theo ĐLBT e: Tổng e cho = tổng e nhận ne Fe pư = (6a – 0,4) + 0,75(0,4 – a) = 5,25a – 0,1 Khối lượng hỗn hợp kim loại: m = mFe dư + mCu sinh = 16 22,4 – 56(5,25a – 0,1)/2 + 64(3a – 0,2) = 16 → a = 0,08 mol Chọn D 11 Ví dụ 2: Cho hỗn hợp X gồm CuO NaOH có tỉ lệ số mol 1:1 tác dụng vừa đủ với dung dịch hỗn hợp HCl 1M H2SO4 0,5M thu dung dịch Y chứa m gam hỗn hợp muối trung hòa Điện phân dung dịch Y với điện cực trơ, màng ngăn xốp cường độ I = 2,68A đến khối lượng dung dịch giảm 20,225 gam t giây dừng lại, thu dung dịch Z Cho m gam Fe vào dung dịch Z sau phản ứng kết thúc thu 0,9675m gam hỗn hợp kim loại Hiệu suất điện phân 100% Giá trị t gần với: A 11542 B 12654 C 12135 D 11946 * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Mặc dù thay đổi hình thức đề để tạo thêm độ khó cho tốn học sinh nắm chất nhận dạng thường gặp Ở phản ứng điện phân Cu2+ Cl- sau: Cu2+ + 2Cl- → Cu + Cl2 Sau dung dịch phản ứng với Fe làm khối lượng giảm chứng tỏ dung dịch có H2SO4 * Phương pháp giải: Đặt n CuO  n NaOH  a mol, n HCl  2b mol, n H SO  b mol Bảo tồn điện tích dung dịch Y: 2a  a  2b  2b (1) Cho Fe vào Z thu hỗn hợp kim loại nên Fe dư, dung dịch Z chứa Cu2+ dư Khối lượng kim loại giảm nên Z chứa H+ Catot: Cu2+ + 2e → Cu Anot: 2Cl– → Cl2 + 2e 2H2O → 4H+ + O2 + 4e Đặt số mol Cu2+ bị điện phân x 2x  2b � n H  2x  2b xb m gi�m  64x  71b  32  20, 225 g � n O2  (2) n Fe ph�n �ng   a  x    x  b   a  b � m  64  a  x   56  a  b   0,9675m  m  0, 0325  64a  23a  35,5.2b  96b  (3) a  0,18 � � Từ (1), (2), (3) suy ra: �b  0,135 �x  0,16 � It 0,16.2.96500 x �t  11522s Chọn A 2F 2, 68 Ví dụ 3: Tiến hành điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO NaCl điện cực trơ, màng ngăn xốp với cường độ dòng điện không đổi I = 5A, thời gian 5018 giây dừng điện phân, thấy khối lượng dung dịch giảm 12,6 gam Nhúng Mg vào dung dịch sau điện phân, kết thúc phản ứng, lấy Mg thấy khối lượng không thay đổi so với trước phản ứng Giá trị m A 42,76 gam B 33,48 gam C 35,72 gam D 34,12 g 12 * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Tương tự dạng xét, phản ứng điện phân Cu2+ Cl- sau: Cu2+ + 2Cl- → Cu + Cl2 Sau dung dịch pư với Mg làm khối lượng không đổi chứng tỏ lượng tăng giảm Nhận định: Cho Mg vào có phản ứng mà khối lượng khơng đổi → Dung dịch sau điện phân phải có Cu2+ H+ * Phương pháp giải: Cu : 0,13 � It � n e   0, 26 �� �� Cl2 : a F � O2 : b � Ta có: � 2a  4b  0, 26 a  0,04 H  : 0,18 � � � �� �� �� �� �� � � 2 71a  32b  12,6  0,13.64 b  0,045 Cu : x  0,13 � � � BTDT ��� � n Mg 2  0,09  x  0,13  x  0,04 BTKL ��� � 24(x  0,04)  64(x  0,13) �� � x  0,184 �� � m  0,184.160  0,08.58,5  34,12(gam) Chọn D Ví dụ 4: Điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dòng điện khơng đổi) V lít dung dịch X chứa đồng thời R(NO 3)2 0,45M (R kim loại hóa trị khơng đổi) NaCl 0,4M thời gian t giây, thu 6,72 lít hỗn hợp khí anot (đktc) Nếu thời gian điện phân 2t giây thu dung dịch Y Dung dịch Y tác dụng vừa đủ với 400 ml dung dịch chứa KOH 0,75M NaOH 0,5M, không sinh kết tủa Biết hiệu suất điện phân 100%, khí sinh khơng tan dung dịch Giá trị V A 0,75 B 1,00 C 0,5 D 2,00 * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: Mặc dù thay đổi hình thức đề để tạo thêm độ khó cho toán học sinh nắm chất nhận dạng thường gặp Ở phản ứng điện phân khơng Cu2+ mà R2+ Cl- sau: R2+ + 2Cl- → Cu + Cl2 Sau dung dịch pư với Fe làm khối lượng giảm chứng tỏ dung dịch có H2SO4 * Phương pháp giải: Ta có: n R  NO   0, 45V; n NaCl  0, 4V Điện phân t giây thu 0,3 mol hỗn hợp khí anot gồm O Cl2 lúc NaCl hết Nếu điện phân 2t giây thu được dung dịch Y Y tác dụng vừa đủ hỗn hợp 0,3 mol KOH 0,2 mol NaOH, không sinh kết tủa, lúc dung dịch kiềm phản ứng với H+ ion R2+ bị điện phân hết Bảo toàn e: n H  0, 45V.2  0, 4V  0,5 � V  lít Chọn B  Ví dụ 5: Cho 50,0 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào dung dịch NaCl thu dung dịch X > Tiến hành điện phân dung dịch X điện cực trơ, màng ngăn xốp với cường độ dòng điện I = 7,5A, sau thời gian t giây dừng điện phân, tổng thể tích hai điện cực 5,6 lít(đktc) Dung dịch sau điện phân 13 hòa tan tối đa 3,74 gam Al2O3 Giả sử khí sinh khơng tan dung dịch Giá trị t là: A 6176 B 6562 C 6948 D 7720 * Hướng dẫn nhận dạng phân tích cách làm tập: CuSO4.5H2O tan vào nước tạo dung dịch CuSO4 Do phản ứng điện phân Cu 2+ Cl- sau: Cu2+ + 2Cl- → Cu + Cl2 Sau dung dịch pư với Al2O3 chứng tỏ dung dịch có OH- H+ Màng ngăn ngăn khí, khơng ngăn ion * Phương pháp giải: Số mol chất là: n CuSO4 5H 2O  50 3, 74 11 5,  0, mol; n Al 2O3   mol; �n   0, 25 mol 250 102 300 22, Dung dịch X gồm ion Cu  : 0,2 mol; Na  ;SO24  ,Cl Chú ý: Khi catot sinh OH-, anot sinh H+ có phản ứng trung hòa: H   OH  � H 2O(*) Dung dịch sau điện phân hòa tan Al2O3 � Dung dịch X chứa H  OH  Trường hợp 1: Dung dịch sau điện phân chứa ion H+ Dung dịch sau điện phân tác dụng với Al2O3 : Al2O3  6H  � 2Al3  3H 2O (**) �n 11 � 0, 22 300 H  (dd sau)  0, 22 mol Các trình xảy điện cực: Catot() Anot( ) : Cu   2e � Cu 0, � 0, 2Cl � Cl2 �2e 2b � e � 2b 2H 2O  2e � H �2OH  2H 2O � O2 �4e  4H  2a � a � 2a Theo (*), (**) ������ �n H  (anot) c � 4c n H  (dd sau) n H  (*) 4c  (0, 22  2b) mol � 2a+0,22=4c (I) n H  n Cl2  n O2  n khi2cuc � a  b  c  0, 25 (II) BT mol e ����� � 0,  2a  2b  4c (III) (I),(II),(III) ����� � a  0, 07 mol; b=0,09 mol; c=0,09 mol n e  0,  2a  0,  2.0, 07  0,54 mol It 7,5.t � p d� ng � � nh lu� t Faraday ���������� � ne  � 0,54  � t  6948 giây 96500 96500 Trường hợp 2: Dung dịch sau điện phân chứa ion OH  Dung dịch sau điện phân phản ứng với Al2O3: Al2 O3  2OH  � 2AlO2  H 2O (***) 11 22 � 300 300 14 �n OH   22 mol 300 Catot() Anot() : Cu   2e � Cu 0, � 0, 2Cl � Cl2 �2e � e � 2b 2b 2H 2O  2e � H �2OH  2H 2O � O2 �4e  4H  2a � a � 2a Theo(*),(***) ������ �n c � 4c  OH (catot) n  OH (dd sau) n 4c  OH (*) � 2a  22  4c (I') 300 n H  nCl2  n O2  n � a  b  c  0, 25 (II') BT mol electron ������� � 0,  2a  2b  4c (III') 19 71 (I'),(II'),(III') ������ a  mol; b= mol; c=mol