SKKN lý thuyết về điện phân và phương pháp giải bài tập điện phân

Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 PHẦN I: MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong chương trình THPT, hố học mơn khoa học tự nhiên có vai trò quan trọng nhà trường phổ thơng Mơn hố học cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức phổ thông, thiết thực,rèn cho học sinh óc tư sáng tạo khả trực quan nhanh nhạy Trong trình giảng dạy mơn Hóa học trường THPT tập điện phân tập hay quan trọng nên thường có mặt kì thi đặc biệt kì thi Quốc gia thực tế tài liệu viết điện phân nên nguồn tư liệu để giáo viên nghiên cứu hạn chế nội dung kiến thức kĩ giải tập điện phân cung cấp cho học sinh chưa nhiều.Vì vậy, gặp tốn điện phân em thường lúng túng việc tìm phương pháp giải phù hợp Qua q trình tìm tòi, nghiên cứu nhiều năm tơi hệ thống hóa dạng tập điện phân phương pháp giải dạng tập cho học sinh cách dễ hiểu, dễ vận dụng, tránh lúng túng, sai lầm nâng cao kết kỳ thi.Trên sở đó, tơi mạnh dạn chọn đề tài “ Lý thuyết điện phân phương pháp giải tập điện phân ” làm sáng kiến kinh nghiệm cho với hy vọng đề tài tài liệu tham khảo, phục vụ cho việc học tập em học sinh 12 cho công tác giảng dạy bạn đồng nghiệp II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Đề tài nhằm mục đích làm rõ chất việc vận dụng phương trình điện phân, định luật Farađây vào giải tập hoá học, cần vận dụng sáng tạo công thức, biết sử dụng linh hoạt góp phần giải nhanh, nhiều tập hố học điện phân qua giúp học sinh hình thành kỹ giải tốn có liên quan đến phản ứng hóa học Đề tài nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo giải tập hóa học điện phân qua việc vận dụng lý thuyết nhuần nhuyễn học sinh III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: Lý thuyết tập phần điện phân nằm chương trình hóa học 12 Chun đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 IV.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Phương pháp chủ yếu Trong trình vận dụng đề tài, áp dụng nhiều biện pháp như: trao đổi giáo viên có kinh nghiệm,trò chuyện HS,kiểm tra, đánh giá so sánh kết Các phương pháp hỗ trợ Ngồi ra, tơi dùng số phương pháp hỗ trợ khác phương pháp nghiên cứu tài liệu, điều tra nghiên cứu… V GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI: Đề tài nghiên cứu áp dụng cho đối tượng học sinh 12 Những câu thuộc mức độ biết mức độ vận dụng thấp thường sử dụng đề thi Quốc Về mặt kiến thức, kỹ năng, đề tài nghiên cứu số phương pháp giải tốn có liên quan đến toán đơn giản toán phức tạp dạng áp dụng định luật, công thức, chuyển đổi cơng thức để giải tốn VI PHẠM VI NGHIÊN CỨU: - Đề tài áp dụng với lớp 12 trường THPT Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 PHẦN II: NỘI DUNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ Chuyên đề điện phân chuyên đề rộng lớn phức tạp, có nhiều dạng khác Để học sinh xác định yêu cầu tập cần: Hướng dẫn học sinh tóm tắt đề bài,yêu cầu đề bài, lý thuyết chủ đạo để vận dụng giải Xác định hướng tốn dựa ẩn số phương trình Từ học sinh chọn phương pháp giải thích hợp sau nắm vững thủ thuật tính tốn Giáo viên cho học sinh nắm thật chất lý thuyết Từ học sinh giải tập tổng hợp để rèn luyện kỹ tính tốn Thơng qua giải tập, giáo viên cho học sinh nắm vững lý thuyết học Lựa chọn phương pháp giải ngắn gọn, khoa học, dể hiểu Giải tình mà học sinh hay mắc phải sai lầm II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Thực trạng điều kiện học tập trình độ học sinh trước thực đề tài: a Thuận lợi - HS viết phương trình điện phân tổng qt tính tốn theo phương trình - HS biết áp dụng cơng thức Farađây vào giải tập điện phân - HS viết bán phản ứng xảy điện cực b Khó khăn: - Học sinh sử dụng công thức hệ Farađây (ne) để giải nhanh toán điện phân - Đa số tập điện phân thường tính tốn theo bán phản ứng điện cực học sinh thường viết phương trình điện phân tổng quát giải theo - Học sinh thường lúng túng xác định trường hợp H2O bắt đầu điện phân điện cực (khi bắt đầu sủi bọt khí catot pH dung dịch không đổi) - Học sinh nhầm lẫn trình xảy điện cực - Học sinh viết sai thứ tự bán phản ứng xảy điện cực → tính tốn sai Chun đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 - Học sinh thường bỏ qua phản ứng phụ xảy sản phẩm tạo thành như: điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo nước Gia–ven có khí H2 catot, phản ứng axit dung dịch với kim loại bám catot Chuẩn bị thực đề tài: Để áp dụng đề tài, thực số khâu quan trọng sau: a Điều tra trình độ HS, tình cảm thái độ HS nội dung đề tài; điều kiện học tập HS Hướng dẫn cách sử dụng sách tham khảo giới thiệu số sách thư viện trường để học sinh mượn đọc b Chọn lọc nhóm toán theo dạng, xây dựng phương pháp giải chung cho dạng, biên soạn tập mẫu; tập vận dụng nâng cao Ngồi phải dự đốn sai lầm mà học sinh mắc phải c Lên kế hoạch thời lượng cho dạng toán.Tham khảo tài liệu, trao đổi với đồng nghiệp; nghiên cứu đề thi HS giỏi tỉnh ta số tỉnh, thành phố khác, viết thành tài liệu riêng để bồi dưỡng học sinh III GIẢI PHÁP TIẾN HÀNH : Lý thuyết điện phân: 1.1 Khái niệm a Sự điện phân: Là trình oxi hóa khử xảy bề mặt điện cực cho dòng điện chiều qua hợp chất nóng chảy, dung dịch chất điện li Sự điện phân trình sử dụng điện để tạo biến đổi hóa học b Trong thiết bị điện phân : - Anot (A) nối với cực dương dòng điện chiều, xảy oxi hóa - Catot (K) nối với cực âm dòng điện chiều, xảy khử Trong trình điện phân, tác dụng điện trường cation di chuyển cực âm (catot) anion di chuyển điện cực dương (anot) xảy bán phản ứng điện cực (sự phóng điện) Tại catot xảy trình khử cation anot xảy q trình oxi hóa anion Người ta phân biệt: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li nước, điện phân dùng anot tan Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 1.2 Sự điện phân chất điện li 1.2.1 Điện phân chất điện li nóng chảy Trong thực tế, người ta thường tiến hành điện phân hợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy kim loại có tính khử mạnh Li, Na, K, Ba, Ca, Mg, Al a Điện phân nóng chảy muối clorua (Chỉ áp dụng để điều chế kim loại kiềm kiềm thổ) Tổng quát: Catot (-): Mn+ + ne → M Anot (+): 2Cl- → Cl2 + 2e Ví dụ 1: Điện phân NaCl nóng chảy nongchay Sơ đồ điện phân: NaCl  → Na+ +Cl- Catot ( – ) Anot ( + ) Na+ + 1e → Na 2Cl- → Cl2 + 2e dpnc Phương trình điện phân : 2NaCl  → 2Na +Cl2 Trong q trình điện phân cần dùng màng ngăn để khơng cho Cl2 tác dụng trở lại với Na trạng thái nóng chảy làm giảm hiệu suất q trình điện phân Bên cạnh cần thêm số chất phụ gia NaF, KCl giúp làm giảm nhiệt độ nóng chảy hệ… b Điện phân nóng chảy hiđroxit (Chỉ áp dụng để điều chế kim loại kiềm: Na, K) Tổng quát: Catot (-): M+ +1e→1M Anot (+): 4OH- → O2 + 2H2O + 4e Ví dụ 2: Điện phân NaOH nóng chảy biểu diễn sơ đồ: nongchay NaOH  → Na+ +OH- Catot ( – ) Na+ + 1e → Na Anot ( + ) 4OH- → O2 + 2H2O + 4e dpnc → 4Na +O2 + 2H2O Phương trình điện phân là: 4NaOH  c Điện phân nóng chảy oxit: (Chỉ dụng điều chế Al) Ví dụ 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy thực tế cần thêm criolit (Na3AlF6) Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 nongchay → Al3+ +O2Sơ đồ điện phân: Al2O3  Catot ( – ) Al3+ + 3e → Al Anot ( + ) 2O2- → O2 + 4e dpnc Phương trình điện phân là: 2Al2O3 → 4Al +3O2 * Vai trò criolit (Na3AlF6): + Criolit (Na3AlF6) 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 * Chú ý anot làm than chì: Nếu điện cực làm graphit (than chì) bị khí sinh anot ăn mòn Khí anot sinh thường hỗn hợp khí CO, CO2 O2 1.2.2 Điện phân dung dịch chất điện li nước Trong trình điện phân dung dịch, ion chất điện li phân li có ion H+ OH- nước Do việc xác định sản phẩm điện phân phức tạp Tùy thuộc vào tính khử tính oxi hóa ion có dung dịch điện phân mà ta thu sản phẩm khác Ví dụ: điện phân dung dịch NaCl, ion Na+, H+ (H2O) di chuyển catot ion Cl-, OH-(H2O) di chuyển anot cần xét xem ion phóng điện điện cực Cơ sở để giải vấn đề dựa vào tính oxi hóa tính khử cặp oxi hóa khử Chú ý thứ tự cho nhận electron: + Cực âm (-): Chất có tính oxi hóa mạnh nhận electron trước + Cực dương (+): Chất có tính khử mạnh cho electron trước a Khả oxi hóa cation catot (cực âm): Ở catot xảy trình khử sau đây: Mn+ + ne → M 2H+(axit) + 2e → H2 Hoặc ion hiđro nước bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH* Khả bị khử ion kim loại sau: Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 + Các cation từ Zn2+ đến cuối dãy Hg2+, Cu2+, Fe3+, Ag+… dễ bị khử thứ tự tăng dần + Từ Al3+ đến ion đầu dãy Na+, Ca2+, K+ không bị khử dung dịch + Các ion H+ axit dễ bị khử ion H+ nước + Ví dụ điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl3, CuCl2 HCl thứ tự ion bị khử là: Fe3+ + 1e → Fe2+ ; Cu2+ + 2e → Cu ; 2H+ + 2e → H2 ; Fe2+ + 2e → Fe b Khả khử anion anot ( cực dương): * Với anot trơ: Ở anot xảy trình khử sau đây: 2Cl- → Cl2 + 2e 4OH- → O2 + 2H2O + 4e Hoặc ion OH- nước bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Khả bị oxi hóa anion sau: + Các anion gốc axit không chứa oxi dễ bị oxi hóa theo thứ tự : S2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH– > H2O + Các anion gốc axit NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4-…khơng bị oxi hóa * Với anot tan: Nếu điện phân dùng kim loại Ni, Cu, Ag… ( trừ Pt) làm anot kim loại dễ bị oxi hóa anion chúng tan vào dung dịch (anot tan) theo sơ đồ: M (anot) → Mn+(dd) + ne c Một số ví dụ: Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CuCl2 với anot trơ PT điện li: CuCl2 (dd) → Cu2+ + 2ClCatot ( – ) Cu2,H2O Cu2+ + 2e → Cu Anot ( + ) Cl-, H2O 2Cl- → Cl2 + 2e ®pdd → Cu +Cl2 Phương trình điện phân : CuCl2  Ví dụ 2: Điện phân dung dịch NaCl bão hòa với điện cực trơ có màng ngăn PT điện li: NaCl(dd) → Na+ + Cl7 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 Catot ( – ) Anot ( + ) H2O, Na+ Cl-, H2O 2H2O + 2e →H2 + 2OH- 2Cl- → Cl2 + 2e ®pdd Phương trình điện phân : 2NaCl +2H2O  → 2NaOH +H2 +Cl Nếu khơng có màng ngăn thì: Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O nên phương trình dpdd → NaClO + H2 điện phân là: NaCl + H2O  Ví dụ 3: Điện phân dung dịch NiSO4 với anot trơ PT điện li: NiSO4 (dd) → Ni2+ + SO42- Catot ( – ) Anot ( + ) Ni2+, H2O H2O, SO42- Ni2+ + 2e → Ni 2H2O→ O2 + 4H+ + 4e ®pdd 2NiSO4 +2H2O → 2Ni +2H2SO4 +O2 Ví dụ 4: Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl3, CuCl2 HCl với anot trơ Catot ( – ) FeCl3, CuCl2, HCl Anot ( + ) Fe3+, Cu2+, H+, H2O Cl-, H2O Fe3+ + 1e → Fe2+ Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e 2H+ + 2e → H2 2H2O→ O2 + 4H+ + 4e Fe2+ + 2e → Fe 2H2O + 2e →H2 + 2OH1.3 Định lượng trình điện phân * Muốn tính khối lượng chất giải phóng điện cực ta tính theo phương trình điện phân Ví dụ: ®pdd 2CuSO4 +2H2O → 2Cu +2H2SO4 +O2 160(g ) 64(g) →11,2(lit) →1(mol) a(g) x (g) → y (lit) →z(mol) • Khi biết cường độ dòng điện ( I) thời gian điện phân (t) ta tính theo cơng thức Faraday: m = AIt nF (*) Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 Trong đó: m : khối lượng chất thu điện cực( gam) A: Khối lượng nguyên tử (đối với kim loại) khối lượng phân tử (đối với chất khí) thu điện cực n: Số electron mà nguyên tử ion cho nhận I : Cường độ dòng điện (ampe) t : Thời gian điện phân (giây) F : Hằng số Faraday (F = 96500) - Số mol electron nhường nhận điện cực : ne = It F 1.4 Ứng dụng điện phân Sự điện phân có nhiều ứng dụng cơng nghiệp Điều chế kim loại + Điện phân nóng chảy điều chế kim loại hoạt động mạnh kim loiạ kiềm(Na,K ), kim loại nhóm IIA( Mg,Ca,Ba ) Al + Điện phân dung dịch điều chế kim loại Al (đứng sau nhôm): Cu, Pb, Zn Fe Ag, Au… Điều chế số phi kim như: H2, O2, F2, Cl2 Điều chế số hợp chất như: NaOH, H2O2, nước Gia – ven Tinh chế kim loại tách riêng kim loại khỏi hợp kim Ứng dụng quan trọng điện phân công nghiệp mạ điện Điện phân với anot tan dùng mạ điện, nhằm bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn tạo vẻ đẹp cho vật mạ Anot kim loại dùng để mạ (như mạ vàng) catot vật cần mạ (cái thìa) Lớp mạ thường mỏng, có độ dày từ 5.10-5 ÷ 1.10-3 cm 1.5 Một số sở để giải tập điện phân 1.5.1 Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: + Khối lượng catot tăng khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào + m (dung dịch sau điện phân) = m (dung dịch trước điện phân) – (m kết tủa + m khí) Vậy độ giảm khối lượng dung dịch: Δm = (m kết tủa + m khí) 1.5.2 Khi điện phân dung dịch: + Hiđroxit kim loại hoạt động hóa học mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH)2,…) Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 + Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…) + Muối tạo axit có oxi bazơ kiềm (KNO3, Na2SO4,…) → Thực tế điện phân H2O H2 (ở catot) O2 (ở anot) * H2O bắt đầu điện phân điện cực khi: + 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 + Khi pH dung dịch khơng đổi có nghĩa ion âm dương (hay hai loại) bị điện phân bị điện phân hết Khi chất tiếp tục điện phân H2O 1.5.3 Khi điện phân dung dịch với anot kim loại Ni, Cu, Ag…thì anot xảy trình oxi hóa điện cực 1.5.4 Trong q trình điện phân có phản ứng phụ xảy cặp chất tạo thành điện cực, chất tan dung dịch, chất dùng làm điện cực Ví dụ: + Điện phân nóng chảy Al2O3 (có Na3AlF6) với anot làm than chì điện cực bị ăn mòn dần chúng cháy oxi sinh + Điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo nước Gia–ven có khí H2 catot + Phản ứng axit dung dịch với kim loại bám catot 1.5.5 Viết phương trình điện phân tổng qt (như phương trình hóa học thơng thường) để tính tốn cần thiết (thường tốn khơng liên quan tới I,t ) 1.5.6 Có thể tính tốn hay biện luận theo số mol e nhường nhân.Bài toán điện phân thường xoay quanh yếu tố: cường độ dòng điện I, thời gian điện phân t lượng đơn chất thoát điện cực Đề cho kiện yêu cầu xác định kiện lại Trong tốn này,có thể cần tính số mol e nhường nhận mà khơng cần viết phương trình phản ứng điện phân Từ cơng thức Farađây: (*) + ne số mol e mà nguyên tử ion cho nhận + F = 96500 t tính theo giây 26,8 t tính theo 10 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 * Xảy tương tự điện phân dung dịch: NaNO3, K2SO4 , Na2CO3 , MgSO4 , Al2(SO4)3 Ví dụ 3: Điện phân 100ml dung dịch chứa NaCl với điện cực trơ, có màng ngăn, cường độ dòng điện I = 1.93A Tính thời gian điện phân để dung dịch pH = 12, thể tích dung dịch xem khơng thay đổi, hiệu suất điện phân 100% A 50s B 100s C 150s D 200s Hướng dẫn giải Vì dung dịch có pH = 12 → Mơi trường kiềm pH = 12 → [H+] = 10-12 → [OH-] = 0,01 → Số mol OH- = 0,001 mol NaCl → Na+ + ClCatot (-) Anot (+) Na+ không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH- Cl- → Cl2 + 2e 0,001 ← 0,001 → Số mol e nhường nhận : n = 0,001 mol Áp dụng công thức Faraday : n = It / F → t= n F /I → Chọn đáp án A 4.1.2 Điện phân dung dịch muối kim loại đứng sau Al dãy điện hóa a Ở catot (cực âm): - Các cation kim loại bị khử theo phương trình: Mn+ + ne → M Sau hết ion đó, tiếp tục điện phân H2O điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH– b Ở anot (cực dương): (Xảy tương tự mục 4.1.1b) Ví dụ : Viết PTHH xảy điện phân dung dịch CuSO4 : CuSO4 → Cu2+ + SO42Catot(-) Cu2+ , H2O Anot (+) SO42-, H2O SO42- không bị điện phân Cu2+ + 2e → Cu 2H2O → 4H+ + O2+ 4e ®pdd → Phương trình điện phân : 2CuSO4 +2H2O  → 2Cu +2H2SO4 +O2 18 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 * Xảy tương tự điện phân dung dịch muối kim loại từ Zn → Hg với gốc axit NO3- , SO42- : Cu(NO3)2 + H2O → Cu + 2HNO3 + ½ O2 Ví dụ : Viết PTHH xảy điện phân dung dịch ZnCl2 : ZnCl2 → Zn2+ + 2ClCatot (-) Anot (+) Zn2+,H2O Cl-,H2O Zn2+ + 2e → Zn 2Cl- → Cl2 + 2e dpdd → Zn + Cl2 Phương trình điện phân: ZnCl2  Ví dụ 3: Điện phân 100ml dung dịch CuSO4 0,1M 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 Lấy lg2 = 0,3 A pH = 0,1 B.pH = 0,7 C.pH = 2,0 D pH = 1,3 Hướng dẫn giải Đến vừa bắt đầu sủi bọt khí bên catot Cu2+ vừa hết Điện phân dung dịch CuSO4 : CuSO4 → Cu2+ + SO42Catot(-) Anot (+) Cu2+, H2O SO42-, H2O SO42- không bị điện phân Cu2+ + 2e → 0,01→ 0,02 Cu 2H2O → 4H+ + O2 + 4e 0,02 ← 0,02 → Số mol e nhường anot = số mol e nhận catot → n H+ = 0,02 mol → [H+] = 0,02/0,1 = 0,2 → pH = -lg0,2 = 0,7 → Chọn đáp án B 4.1.3 Điện phân hỗn hợp dung dịch muối * Ở catot: Các cation kim loại bị khử theo thứ tự dãy điện hóa kim loại (ion có tính oxi hóa mạnh bị khử trước): Mn+ + ne → M 19 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 * Ở anot : (Xảy tương tự mục 4.1.1b) Ví dụ 1: Viết PTHH xảy điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl Cu(NO3)2 : → Na+ + Cl- NaCl Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3Catot(-) Anot(+) Na+, Cu2+, H2O NO3-, Cl-, H2O Na+ không bị điện phân NO3- không bị điện phân Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → 4H+ + O2 + 4e dpdd → Cu + Cl2 + 2NaNO3 Phương trình điện phân tổng quát: 2NaCl + Cu(NO3)2  Ví dụ 2: Điện phân hồn tồn dung dịch hỗn hợp gồm a mol Cu(NO 3)2 b mol NaCl với điện cực trơ, màng ngăn xốp Để dung dịch thu sau điện phân có khả phản ứng với Al2O3 A.b = 2a B.b > 2a C b 2a Hướng dẫn giải Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3a a NaCl → Na+ + Cl- b b Catot(-) Anot (+) Na+ không bị điện phân Cu2+ + 2e → Cu NO3- không bị điện phân 2Cl- → Cl2 + 2e → Phương trình : Cu2+ + 2Cl- → Cu + Cl2 (1) a b Nếu dư Cu2+ sau (1) : a > b/2 ( 2a > b ) có phản ứng : Cu2+ + 2H2O→ Cu + 4H+ + O2 → Dung dịch thu có axit nên có phản ứng với Al2O3 Nếu dư Cl- sau (1) : a < b/2 ( b > 2a) → có phản ứng : 2H2O + 2Cl- → 2OH- + H2 + Cl2 → Dung dịch thu có mơi trường bazơ 20 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 → Có phản ứng với Al2O3 : 2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + H2O → Chọn đáp án D Ví dụ 3: Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO 0,12 mol NaCl dòng điện có cường độ 2A Thể tích khí (đktc) anot sau 9650 giây điện phân A.2,240 lít B.2,912 lít C.1,792 lít D.1,344 lít Hướng dẫn giải NaCl → Na+ + Cl- CuSO4 → Cu2+ + SO42n e = It/F= 0,2 mol Catot (-) Anot (+) Cu2+, Na+, H2O SO42-, Cl-, H2O Na+ không điện phân Cu2+ + 2e → SO42- không điện phân 2Cl- → Cl2 + Cu 0,02 0,12 2e 0,06 ← 0,12 2H2O → 4H+ +O2 + 4e 0,02 ←0,08 Vkhí = (0,06 + 0,02) 22,4 = 1,792 lít → Đáp án C Ví dụ 4: Điện phân (điện cực trơ)100 ml dung dịch CuSO4 0,2M AgNO3 0,1M với cường độ dòng điện I = 3,86A Tính thời gian điện phân để khối lượng kim loại bám bên catot 1,72g ? A 250s B.1000s C.500s D 750s Hướng dẫn giải Số gam kim loại Ag tối đa tạo thành : 0,01.108 = 1,08 gam Số gam Cu tối đa tạo thành : 0,02.64 = 1,28 gam Vì 1,08 < 1,72 < 1,08 + 1,28 → Điện phân hết AgNO3 , dư phần CuSO4 → Khối lượng Cu tạo thành : 1,72 – 1,08 = 0,64 gam → n Cu = 0,01 mol Áp dụng công thức Farađây : 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 21 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 4.2 Điện phân dung dịch axit *Ở catot: Các ion H+ (axit) dễ bị khử ion H+ (H2O): 2H+ + 2e → H2 Khi ion H+ (axit) hết , tiếp tục điện phân H2O điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH– * Ở anot: (Xảy tương tự mục 4.1.1b) Ví dụ 1: Viết PTHH xảy điện phân dung dich HCl: PT điện li: HCl → H+ + Cl- Catot(-) Anot (+) H+,H2O Cl-,H2O 2H+ + 2e → H2 Phương trình điện phân: 2Cl- → Cl2 + 2e 2HCl dpdd  → H2 + Cl2 Ví dụ 2: Viết PTHH xảy điện phân dung dịch H2SO4 H2SO4 → 2H+ + SO42Catot(-) Anot (+) H+,H2O SO42-,H2O 2H+ + 2e → H2 SO42- Không điện phân 2H2O → 4H+ + O2 + 4e dpdd → H2 + ½ O2 Phương trình điện phân: H2O  4.3 Điện phân dung dịch bazơ * Ở catot: - Nếu tạo ion kim loại từ Li+ → Al3+ H2O bị điện phân : 2H2O + 2e → H2 + 2OH– - Nếu tạo ion kim loại sau Al dãy điện hóa : bazơ khơng tan → điện li yếu → khơng xét q trình điện phân * Ở anot: ion OH- điện phân theo phương trình sau: 4OH- → 2H2O + O2 + 4e Nếu tiếp tục điện phân H2O điện phân: 2H2O → 4H+ + O2 + 4e 22 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 Ví dụ : Viết PTHH xảy điện phân dung dịch NaOH: NaOH Na+ + OH- → Catot(-) Anot (+) Na+,H2O OH-,H2O Na+ không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH– 4OH- → 2H2O + O2 + 4e dpdd → H2 + ½ O2 Phương trình điện phân: H2O  Ví dụ 2: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến dung dịch NaOH bình có nồng độ 25 % ngừng điện phân Thể tích khí (ở đktc) anot catot là: A.149,3 lít 74,7 lít B 156,8 lít 78,4 lít C 78,4 lít 156,8 lít D 74,7 lít 149,3 lít Hướng dẫn giải: mNaOH (trước điện phân) = 20 gam Điện phân dung dịch NaOH thực chất điện phân nước dpdd Phương trình điện phân: : H2O  → H2(catot) + ½ O2 (anot) → mNaOH không đổi → mdd sau điện phân = 80 gam → mH O bị điện phân = 200 – 80 = 120 gam → nH O điện phân = 20/3 mol → VO = 74,7 lít VH = 149,3 lít → Chọn đáp án D 2 4.4 Điện phân hỗn hợp dung dịch điện li (dd muối, axit, bazơ) * Ở catot: Thứ tự điện phân: ion có tính oxi hóa mạnh bị điện phân trước: * Ở anot: Thứ tự điện phân: S2-> I- > Br- > Cl- > OH- > H2O theo phương trình sau: S2- → S + 2e 2X- → X2 + 2e 4OH- → 2H2O + O2 + 4e 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 23 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 Ví dụ : Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,1M CuSO4 0,5M điện cực trơ Khi catot có 3,2 gam Cu thể tích khí anot A.0,56 lít B.0,84 lít C.0,672 lít D.0,448 lít Hướng dẫn giải CuSO4 → Cu2+ + SO42- 0,1 HCl 0,1 → H+ + 0,02 Cl0,02 Catot(-) Anot (+) Cu2+, H+, H2O SO42-,Cl- , H2O SO42- không bị điện phân Cu2+ + 2e → Cu 0,1 ← 0,05 2Cl- → Cl2 0,02 → 0,01 → 0,02 + 2e 2H2O → 4H++ O2 + 4e 0,02 ←0,08 mol Khi catot thoát 3,2 gam Cu tức 0,05 mol → Số mol electron Cu2+ nhận 0,1 mol , mà số mol electron Cl- nhường tối đa 0,02 mol → 0,08 mol lại H2O nhường → Từ sơ đồ điện phân khí anot : Cl2 0,01mol ; O2 0,02 mol → Tổng thể tích : 0,03.22,4 = 0,672 lít → Chọn đáp án C Ví dụ 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 Ở catot thu kim loại nào, khối lượng bao nhiêu? A.5,6 g Fe B.2,8 g Fe C.6,4 g Cu D.4,6 g Cu Hướng dẫn giải Theo : n Fe 3+ = 0,1 mol ; n Fe2+ = 0,2 mol ; n Cu2+ = 0,1 mol ; n HCl = 0,2 mol Sắp xếp tính oxi hóa ion theo chiều tăng dần : Fe2+ < H+ < Cu2+ < Fe3+ → Thứ tự bị điện phân catot (-) : Fe3+ + 1e → Fe2+ (1) 24 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 0,1 → 0,1→ 0,1 Cu2+ + 2e → Cu (2) 0,1 → 0,2→ 0,1 H+ + 1e → Ho (3) 0,2→ 0,2 Fe2+ + 2e → Fe (4) Theo công thức Farađây số mol electron hai điện cực : ne = It/96500 = 5.9650/96500 = 0,5 mol Vì ne 0,5 mol → Khơng có phản ứng (4) , kim loại thu phản ứng (2) → Kim loại thu catot Cu có khối lượng là: mCu = 0,1.64 = 6,4 gam → Chọn đáp án C * Lưu ý: - Môi trường dung dịch sau điện phân: + Dung dịch sau điện phân có mơi trường axit điện phân muối tạo kim loại sau Al (trong dãy điện hóa) gốc axit có oxi như: CuSO4, FeSO4, Cu(NO3)2 + Dung dịch sau điện phân có môi trường bazơ điện phân muối tạo kim loại đứng trước Al (Al, Kim loại kiềm, kiềm thổ) gốc axit khơng có oxi như: NaCl, KBr + Dung dịch sau điện phân có mơi trường trung tính: điện phân dung dịch điện li lại : HCl, Na2SO4 - Các loại điện cực: * Điện cực trơ: (ví dụ : platin ) * Điện cực tan: ( ví dụ: bạc, đồng ) 4.5 Điện phân với điện cực anot tan: ( ví dụ: bạc, đồng ) anot bị oxi hóa, ăn mòn dần (tan dần) Các ion khác có mặt dung dịch ngun vẹn, khơng bị oxi hóa Ví dụ : Điện phân dung dịch NiSO4 với anot Cu PT điện li: NiSO4 (dd) → Ni2+ + SO42- Catot ( – ) Anot Cu ( + ) Ni2+, H2O H2O, SO42- Ni2+ + 2e →Ni Cu → Cu2+ + 2e 25 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 ®pdd Phương trình điện phân: NiSO4 +Cu  → CuSO4 +Ni Ví dụ 2: Điện phân dung dịch CuSO4 với anot làm kim loại Cu PT điện li: CuSO4 (dd) → Cu2+ + SO42- Catot ( – ) Anot Cu (+) Cu2+, H2O H2O, SO42- Cu2+ + 2e →Ni Phương trình điện phân: Cu → Cu2+ + 2e dpdd → Cu(r) + Cu2+ Cu2+ + Cu  Như catot Cu sinh anot Cu bị tan nhiêu Trước sau điện phân lượng CuSO4 dung dịch không đổi Quá trình dùng để mạ tinh chế kim loại tạo kim loại nguyên chất - Ý nghĩa sự điện phân: phương pháp điện phân ứng dụng rộng rãi thực tế sản xuất phòng thí nghiệm nghiên cứu dùng để điều chế kim loại tinh khiết; điều chế số phi kim số hợp chất; tinh chế số kim loại lĩnh vực mạ điện IV HIỆU QUẢ CỦA SKKN Kết đạt được: Đề tài giúp em học sinh tích cực tự tin hoạt động tìm kiếm hướng giải cho tập điện phân từ đơn giản đến phức tạp Với việc áp dụng bước giải dạng tập điện phân giúp em có phương pháp tư hoàn toàn Từ chỗ lúng túng gặp toán điện phân chưa biết phân dạng, phần lớn em biết vận dụng kỹ bồi dưỡng để giải thành thạo nhiều toán phức tạp Điều đáng mừng có nhiều em biết sáng tạo giải tốn hóa học, có nhiều cách giải nhanh thông minh Đa số em hiểu vận dụng tốt kiến thức truyền thụ kiểm tra học sinh giỏi, đề thi đại học em biết cách giải tập điện phân đạt kết cao Qua đề tài này, kiến thức, kỹ HS củng cố cách vững chắc, sâu sắc, kết học tập học sinh nâng cao 26 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 ĐỀ KHẢO SÁT Khi điện phân dung dịch: NaCl, KNO3, AgNO3, CuSO4 với điện cực trơ, màng ngăn xốp Dung dịch có pH tăng q trình điện phân là: A NaCl B KNO3 C AgNO3 D CuSO4 Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 b mol NaCl ( với điện cực trơ, có màng ngăn xốp) Để dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng điều kiện a b là: A b = 2a B 2b = a C b > 2a D b < 2a Điện phân 100ml dung dịch CuSO4 0.2M với cường độ I = 9.65 A.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 0.32g ; 1.28g Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l, sau thời gian thu dung dịch Y 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 Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau thời gian thu 0,32 gam Cu catơt lượng khí X anơt Hấp thụ hồn tồn 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 khơng thay đổi) Nồng độ ban đầu dung dịch NaOH (cho Cu = 64) A 0,15M B 0,2M C 0,1M D 0,05M Điện phân dung dịch NaCl (d=1,2g/ml) thu chất khí điện cực Cơ cạn dung dịch sau điện phân, lại 125g cặn khơ Nhiệt phân cặn thấy giảm 8g Hiệu suất trình điện phân là: A 25% B 30% C 50% D.60% Điện phân lít dung dịch hỗn hợp gồm NaCl CuSO4 đến H2O bị điện phân hai cực dừng lại, catốt thu 1.28 gam kim loại anơt thu 0.336 lít khí (ở điều kiện chuẩn) Coi thể tích dung dịch khơng đổi pH dung dịch thu A B 13 C 12 D 27 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ cường độ dòng điện 5A Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khô thấy tăng m gam Giá trị m là: A 5,16 gam B 1,72 gam C 2,58 gam D 3,44 gam Có hai bình điện phân mắc nối tiếp Bình chứa dung dịch CuCl2, bình chứa dung dịch AgNO3 Tiến hành điện phân điện cực trơ, kết thúc điện phân thấy catot bình tăng 1,6 gam Khối lượng catot bình tăng: A 2,52 gam B 3,24 gam C 5,40 gam D 10,8 gam 10 Mắc nối tiếp bình điện phân A, B, C đựng dung dịch tương ứng CuCl2, XSO4, Ag2SO4 tiến hành điện phân với điện cực trơ cường độ dòng điện 5A Sau thời gian điện phân t thấy khối lượng kim loại catot bình A bình C 0,76g, catot bình C nhiều catot bình B bình A 0,485g Khối lượng nguyên tử X thời gian t là: A 55 193s B.30 và133s C 28 193s D 55 965s 11 Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa 0,15 mol FeCl3; 0,3 mol CuCl2; 0,1mol NaCl đến catot bắt đầu sủi bọt khí ngừng điện phân Tại thời điểm này, catot tăng: A 27,6 gam B 8,4 gam C 19,2 gam D 29,9 gam 12 Hoà tan a mol Fe3O4 dung dịch H2SO4 vừa đủ, thu dung dịch X Điện phân X với điện cực trơ dòng điện cường độ 9,65A Sau 1000 giây kết thúc điện phân catot bắt đầu bọt khí Giá trị a A 0,025 B 0,050 C 0,0125 D 0,075 13 Điện phân hòa tồn 2,22g muối clorua kim loại trạng thái nóng chảy thu 448 ml khí (ở đktc) anot Kim loại muối là: A Na B Ca C K D Mg 14 Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2 M với cường độ dòng điện 9,65A Tính khối lượng Cu bám vào catot thời gian điện phân t1 = 200 s t2 = 500 s Biết hiệu suất điện phân 100 % A 0,32 gam 0,64 gam B 0,64 gam 1,28 gam C 0,64 gam 1,60 gam D 0,64 gam 1,32 gam 28 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 15 Sau thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 (d = 1,25 g/ml) với điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm gam Để làm kết tủa hết ion Cu2+ lại dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M Nồng độ phần trăm dung dịch CuSO4 ban đầu là: A 12,8 % B 9,6 % C 10,6 % D 11,8 % Bài học kinh nghiệm Trong trình vận dụng đề tài, rút số kinh nghiệm sau: * Giáo viên phải chuẩn bị thật kỹ nội dung cho dạng tập cần bồi dưỡng cho học sinh, xây dựng phương pháp giải dạng tốn * Nghiên cứu sở lí thuyết điện phân, trình xảy đó, từ rút bước thơng thường để giải toán điện phân * Sắp xếp cách có hệ thống dạng tập điện phân dung dịch * Đưa dạng tập hướng dẫn giải chi tiết, ngắn gọn dạng tập * Việc hình thành kỹ giải dạng toán nêu đề tài phải thực theo hướng đảm bảo tính kế thừa phát triển Tơi thường bắt đầu phân tích sở lý thuyết sau đưa tập mẫu, hướng dẫn phân tích đề để học sinh xác định hướng giải tự giải, từ em rút phương pháp chung để giải toán loại Sau phân tích cụ thể tơi tổ chức cho HS giải tập tương tự mẫu; phát triển vượt mẫu cuối nêu tập tổng hợp Cách làm giúp cho giáo viên dễ dàng phát sai lầm nhận thức học sinh, giúp học sinh hiểu lý thuyết sâu sắc * Mỗi dạng tốn tơi xây dựng phương pháp giải, nhằm giúp em dễ dàng nhận dạng vận dụng kiến thức, kỹ cách xác, hạn chế nhầm lẫn xảy cách nghĩ cách làm học sinh Sau dạng trọng đến việc kiểm tra, đánh giá kết quả, sửa chữa rút kinh nghiệm nhấn mạnh sai sót mà học sinh thường mắc phải 29 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Những kinh nghiệm nêu đề tài nhằm mục đích bồi dưỡng phát triển kiến thức kỹ cho học sinh vừa bền vững, vừa sâu sắc phát huy tối đa tham gia tích cực người học phù hợp với chương trình, SGK Học sinh có khả tự tìm kiến thức, tự tham gia hoạt động để vừa làm vững kiến thức, vừa rèn luyện kỹ Học sinh có hứng thú học tập hơn, tích cực chủ động sáng tạo để mở rộng vốn hiểu biết, đồng thời linh hoạt việc thực nhiệm vụ lĩnh hội kiến thức phát triển kỹ năng, khơng lúng túng lo ngại gặp tập điện phân Đề tài tác động lớn đến việc phát triển tiềm lực trí tuệ, nâng cao lực tư độc lập khả tìm tòi sáng tạo cho học sinh giỏi Tuy nhiên cần biết vận dụng kỹ cách hợp lý biết kết hợp kiến thức lý thuyết cho tập cụ thể đạt kết cao Để phát huy hết hiệu tốn điện phân q trình dạy học giáo viên cần phải trọng cho học sinh phương pháp học tập sáng tạo, đồng thời giáo viên cần có kiến thức sở vững sở lý thuyết phân dạng tập điện phân từ biết phát huy tinh thần tự học học sinh.Với sáng kiến này, hi vọng tạo thêm tư liệu cho đồng nghiệp công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, tạo tiền đề vững cho việc bồi dưỡng nhân tài đất nước sau Vì thời gian có hạn nên chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong đồng nghiệp đóng góp ý kiến để sáng kiến hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn ! KrôngPăk, ngày 15 tháng 02 năm 2017 Người viết đề tài Bùi Thị Thu Hương 30 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 MỤC LỤC Đề tài Phần I- Mở đầu I Lý chọn đề tài ……………………………………………………… II Mục đích nghiên cứu ………………………………………………… III Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………… IV Phương pháp nghiên cứu ………………………………………… V Giới hạn đề tài …………………………………………………… VI Phạm vi nghiên cứu…………………………………… Phần II- Nội dung I Cơ sở lý luận vấn đề…………………………………………………… II Thực trạng vấn đề nghiên cứu…………………………………… Thực trạng điều kiện học tập trình độ học sinh trước thực đề tài Chuẩn bị thực đề tài III Giải pháp tiến hành III.1 Lý thuyết điện phân III2: Phương pháp chung giải tập điện phân III 3: Phân loại số dạng tập điện phân III 4: Phương pháp cụ thể giải tập điện phân dung dịch IV Hiệu SKKN…………………………… Kết đạt được……………………………………………………… Bài học kinh nghiệm…………………………………………………… Phần III- Kết luận đề xuất…………………………………………… Trang 1 2 3 4 12 12 17 26 26 39 30 PHỤ LỤC Tài liệu tham khảo: • Ngơ Ngọc An : Phản ứng oxi hóa- khử điện phân- NXB giáo dục, Hà nội 2006 • Cao Thị Thặng : Hình thành kỹ giải BTHH - NXB GD • Nguyễn Xuân Trường :Bài tập Hóa học trường phổ thơng - NXB sư phạm, 2003 Ơn luyện kiến thức hóa học đại cương vô trung học phổ thông – NXB Giáo dục, Hà Nội 2008 31 Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 • Hồng Nhâm, Hóa học vơ – Tập – NXB giáo dục, 2003 • Lê Xuân Trọng (chủ biên), Sgk Hóa học 12 (nâng cao)- NXB giáo dục, Hà nội 2008 • Đề thi Đại học – Cao đẳng năm 2007, 2008, 2009, 2010, 2011,2012,2013 • Đào Hữu Vinh : 250 BTHH lớp 12 - NXBGD 32 ... tiến hành III.1 Lý thuyết điện phân III2: Phương pháp chung giải tập điện phân III 3: Phân loại số dạng tập điện phân III 4: Phương pháp cụ thể giải tập điện phân dung dịch IV Hiệu SKKN …………………………... ta phân biệt: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li nước, điện phân dùng anot tan Chuyên đề Sáng kiến kinh nghiêm 2018 1.2 Sự điện phân chất điện li 1.2.1 Điện phân. .. GIẢI PHÁP TIẾN HÀNH : Lý thuyết điện phân: 1.1 Khái niệm a Sự điện phân: Là trình oxi hóa khử xảy bề mặt điện cực cho dòng điện chiều qua hợp chất nóng chảy, dung dịch chất điện li Sự điện phân