Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu viết về điện phân thì có nhiều tuy nhiên số tài liệu viết về điện phân một cách có hệ thống, có phân dạng các loại bài tập điện phân hợp lý thì không có nhiều vì vậy nguồn tư li[r]
(1)CẤU TRÚC ĐỀ TÀI
Trang
Phần I: Đặt vấn đề
Phần II: Giải vấn đề
II.1 Cở sở lý luận
II.2 Thực trạng
II.3 Giải pháp tổ chức thực
II.3.1 Các bước thông thường giải tập điện phân
II 3.2 Một số lưu ý giải tập trắc nghiệm điện phân
II.3.3 Định nghĩa điện phân
II.3.4 Biểu thức định luật điện phân (công thức Faraday)
II.3.5 Thứ tự xảy phản ứng điện cực
3.5.1 Tại catot (cực âm)
3.5.2 Tại anot (cực dương)
II.3.6 Các trường hợp điện phân
3.6.1 Điện phân dung dịch muối
3.6.2 Điện phân dung dịch axit 11
3.6.3 Điện phân dung dịch bazơ 11
3.6.4 Điện phân dung dịch chứa hỗn hợp chất điện ly 12
II.3.7 Một số tập áp dụng 13
II.4 Kiểm nghiệm đề tài 16
Phần III Kết luận đề xuất 17
III.1 Kết luận 17
III.2 Đề xuất 17
(2)PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong công tác giảng dạy Hố học, nhiệm vụ giáo viên truyền thụ kiến thức cho học sinh, rèn luyện kỹ tư duy, óc sáng tạo cho học sinh, giúp em nắm vững kiến thức, vận dụng kiến thức học vào sống Như Bác mong muốn giáo dục phải đạo tạo người “vừa hồng vừa chuyên” Nghị kì họp thứ 8, Quốc hội khoá X đổi chương trình giáo dục phổ thơng nêu: “Mục tiêu việc đổi chương trình giáo dục phổ thơng xây dựng nội dung chương trình, phương pháp giáo dục, sách giáo khoa phổ thông nhằm nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện hệ trẻ, đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực phục vụ cơng nghiệp hố, đại hố đất nước” Báo cáo trị Ban Chấp hành Trung ương Đại hội lần thứ IX Đảng Cộng sản Việt Nam khẳng định: “Đổi phương pháp dạy học, phát huy tư sáng tạo lực tự đào tạo người học, coi trọng thực hành, làm chủ kiến thức, tránh học vẹt, học chay Đổi thực nghiêm minh chế độ thi cử”
Trong q trình giảng dạy mơn Hóa học trường THPT, đặc biệt q trình ơn luyện cho học sinh thi học sinh giỏi cấp kì thi Đại học, tơi nhận thấy chun đề điện phân dung dịch chuyên đề hay quan trọng nên tập điện phân thường có mặt kì thi lớn quốc gia
Trên thực tế tài liệu viết chuyên đề điện phân dung dịch cách có hệ thống cịn q nên nguồn tư liệu để giáo viên em học sinh nghiên cứu hạn chế, nội dung kiến thức kĩ giải tập điện phân cung cấp cho học sinh chưa nhiều Cách giải tập điện phân khơng tập hố học thơng thường mà trước em hay làm Vì vậy, gặp toán điện phân em thường lúng túng việc tìm phương pháp giải phù hợp
Với hình thức thi trắc nghiệm việc giải nhanh tốn Hóa học yêu cầu hàng đầu người học; yêu cầu tìm phương pháp giải tốn cách nhanh nhất, đường ngắn giúp người học tiết kiệm thời gian làm mà rèn luyện tư lực phát vấn đề người học
Qua trình tìm tịi, nghiên cứu nhiều năm tơi hệ thống hóa dạng tập điện phân dung dịch 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 chọn đề tài “Sưu tầm, phân loại
các dạng tập điện phân dung dịch” làm sáng kiến kinh nghiệm cho
(3)PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN
Thực mục tiêu đào tạo người có đủ khả đáp ứng nhu cầu đòi hỏi nghiệp cơng nghiệp hố – đại hố đất nước, góp phần phát triển kinh tế, xã hội Giáo dục góp phần quan trọng việc đào tạo người có phẩm chất đạo đức lục tư cao chủ động hội nhập Muốn người học phải chủ động nắm bắt kiến thức bản, tự tìm hiểu phát kiến thức liên quan
Đối với mơn hóa học, giáo viên phải sáng tạo phương pháp giảng dạy để học sinh tích cực học, giúp học sinh tháo gỡ khó khăn học tập đặc biệt chuyên đề khó chuyên đề điện phân dung dịch Điều góp phần động viên cổ vũ tinh thần học tập em, tạo hứng thú học tập, say mê nghiên cứu, tìm tịi phát giải vấn đề đặt Từ giúp em học tập tốt hơn, tự tin
II.2 THỰC TRẠNG
Thực trạng chung : Trong q trình giảng dạy mơn hố học trường phổ thông, nhận thấy chuyên đề điện phân chất điện ly dung dịch chuyên đề hay, xuất ngày nhiều đề thi : thi học sinh giỏi cấp, thi tốt nghiệp THPT, thi tuyển sinh vào Đại học, Cao đẳng đại đa số học sinh lại cách giải tập thuộc phần
Tài liệu viết điện phân có nhiều nhiên số tài liệu viết điện phân cách có hệ thống, có phân dạng loại tập điện phân hợp lý khơng có nhiều nguồn tư liệu để giáo viên học sinh nghiên cứu cịn hạn chế để giải tập phần điện phân khó khăn lớn việc dạy học hố học
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
Đối với học sinh : Các em hỏi thường có suy nghĩ chung “bài tập phần khó, đề dễ làm cịn khó q bỏ qua đỡ thời gian”. Quả điều đáng buồn mơn Hố học Vì em né tránh vấn đề khó
Học sinh sử dụng công thức hệ Faraday (ne trao đổi) để giải nhanh
bài toán điện phân
Học sinh thường lúng túng xác định trường hợp H2O bắt đầu điện phân
các điện cực (khi bắt đầu sủi bọt khí catot pH dung dịch không đổi) Học sinh nhầm lẫn trình xảy điện cực
(4)Học sinh thường bỏ qua phản ứng phụ xảy sản phẩm tạo thành : điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo nước Gia–ven có khí H2 catot
Đối với giáo viên : Nhiều giáo viên hỏi có nhận định chung là chuyên đề điện phân dung dịch chuyên đề khó, giáo viên phải nhiều thời gian giải được, q trình làm dễ mắc sai sót dẫn đến kết sai
Vậy để tăng tỉ lệ học sinh giải tốt tốn điện phân dung dịch, qua giúp em có hứng thú học tập, say mê nghiên cứu tài liệu, biết vượt qua khó khăn ban đầu, khơng né tránh vấn đề khó học tập sống Qua tiếp xúc tìm hiểu nhiều hệ học sinh nhận thấy em gặp khó khăn việc xác định thứ tự điện phân điện cực, nước bị điện phân vận dụng định luật bảo tồn, định luật điện phân vào tốn cho hợp lí Xuất phát từ thực tiễn đó, mạnh dạn đề xuất đề tài “Sưu tầm, phân loại dạng tập điện phân dung dịch”
làm sáng kiến kinh nghiệm cho thân Với hy vọng đề tài góp phần nhỏ vào việc dạy học hóa học trường phổ thơng
II.3 GIẢI PHÁP VÀ TỔ CHỨC THỰC HIỆN
II.3.1 CÁC BƯỚC THÔNG THƯỜNG GIẢI MỘT BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN Bước 1: Viết phương trình điện li tất chất điện phân Xác định ion điện cực
Bước 2: Viết PTHH bán phản ứng (Viết phương trình cho, nhận e ion điện cực) Tính số e trao đổi điện cực (Nếu giả thiết cho cường độ dòng điện thời gian điện phân) :
ne (cho anot) = ne (nhận catot)
Bước 3: Biểu diễn đại lượng theo bán phản ứng theo phương trình điện phân chung
Bước 4: Tính theo u cầu toán
+ Trong nhiều trường hợp, dùng định luật bảo tồn mol electron (số mol electron thu catot số mol electron nhường anot) để giải cho nhanh. II.3.2 MỘT SỐ LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ĐIỆN PHÂN
(1) H2O bắt đầu điện phân điện cực khi:
+ Ở catot: bắt đầu xuất bọt khí khối lượng catot khơng 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 tiếp tục điện phân H2O bị điện phân
(2) Khi điện phân dung dịch:
+ Hiđroxit kim loại hoạt động hóa học mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH)2,
…)
(5)+ Muối tạo axit có oxi bazơ kiềm (KNO3, Na2SO4,…) Thực tế điện phân H2O H2 (ở catot) O2 (ở anot)
(3) Khi điện phân dung dịch với anot kim loại khơng trơ (khơng phải Pt hay điện cực than chì) anot xảy q trình oxi hóa điện cực (4) Có thể có phản ứng phụ xảy cặp: chất tạo thành điện cực, chất tan dung dịch, chất dùng làm điện cực như: Điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo nước Gia–ven có khí H2 thoát catot; Phản
ứng axit dung dịch với kim loại bám catot
(5) Khối lượng catot tăng khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào Độ giảm khối lượng dung dịch: Δm = (mkết tủa + mkhí)
(6) Viết bán phản ứng (thu nhường electron) xảy điện cực theo thứ tự, khơng cần viết phương trình điện phân tổng quát sử dụng công thức :
số mol trao đổi hai điện cực : ne = F
t I
(*) (nếu đề cho I t) (7) Từ công thức Faraday → số mol chất thu điện cực Nếu đề cho I t trước hết tính số mol electron trao đổi điện cực (ne)
theo công thức: (*) (với F = 96500 t = giây F = 26,8 t = giờ) Sau dựa vào thứ tự điện phân, so sánh tổng số mol electron nhường nhận với ne để biết
mức độ điện phân xảy
(8) Nếu đề cho lượng khí điện cực thay đổi khối lượng dung dịch, khối lượng điện cực, pH,…thì dựa vào bán phản ứng để tính số mol electron thu nhường điện cực thay vào công thức (*) để tính I t
(9) Nếu đề yêu cầu tính điện lượng cần cho trình điện phân áp dụng cơng thức: Q = I.t = ne.F
(10) Có thể tính thời gian t’ cần điện phân hết lượng ion mà đề cho so sánh với thời gian t đề Nếu t’ < t lượng ion bị điện phân hết cịn t’ > t lượng ion chưa bị điện phân hết
(11) Khi điện phân dung dịch bình điện phân mắc nối tiếp cường độ dịng điện thời gian điện phân bình thu nhường electron điện cực tên phải chất sinh điện cực tên tỉ lệ mol với
(12) Trong nhiều trường hợp dùng định luật bảo toàn mol electron (số mol electron thu catot = số mol electron nhường anot) để giải cho nhanh
II.3.3 ĐỊNH NGHĨA VỀ ĐIỆN PHÂN
Điện phân dùng lượng điện để thực phản ứng oxi hóa - khử xảy catot anot
(6)+ Tại Anot (cực dương) xảy trình oxi hoá (cho e) : M0 n e + M+n
Khác với phản ứng oxi hố khử thơng thường, phản ứng điện phân tác dụng điện chất môi trường điện phân không trực tiếp cho e mà phải truyền qua dây dẫn
II.3.4 BIỂU THỨC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN PHÂN (CÔNG THỨC FARADAY)
A Q A It
m= × =
n F n 96500
Trong :
+ m : số gam dạng sản phẩm sinh điện cực + n : Số electron trao đổi
+ Q = I.t : điện lượng qua dung dịch với cường độ dòng điện I (A) khoảng thời gian t (giây)
+ F: số Faraday; 1F = 96487 C 96500C
+ A
n : gọi đương lượng điện hố, gọi tắt đương lượng, kí hiệu Đ II.3.5 THỨ TỰ XẢY RA CÁC PHẢN ỨNG TẠI CÁC ĐIỆN CỰC
3.5.1 Ở catot (cực âm)
Các ion kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ ion nhơm khơng bị điện phân chúng có tính oxi hóa yếu
Các cation kim loại sau nhơm 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–
Các cation kim loại bị khử theo thứ tự dãy điện cực chuẩn (ion có tính oxi hóa mạnh bị khử trước): Mn+ + ne → M
Thực người ta dựa vào giá trị điện cực chuẩn E0, giá trị E0
càng lớn ưu tiên xảy trước.
3.5.2 Ở anot (cực dương)
- Nếu S2-, Cl-, Br-, I- OH- chúng bị điện phân trước H
2O theo thứ tự tính
khử:
S2->I- > Br- > Cl- > OH- > H
2O (F- không bị điện phân )
Phương trình điện phân tổng quát: S2- → S + 2e
2X- → X + 2e
4OH- → O
(7)Sau hết ion đó, tiếp tục điện phân H2O điện phân theo phương
trình:
2H2O → O2 + 4H+ + 4e
Nếu ion: NO3-, SO42-, CO32-, PO43-, chúng khơng bị điện phân mà
H2O bị điện phân
II.3.6 CÁC TRƯỜNG HỢP ĐIỆN PHÂN 3.6.1 Điện phân dung dịch muối
Ví dụ 1:Viết PTHH xảy điện phân dung dịch NaCl :
NaCl → Na+ + Cl
Catot (-) : Na+, H
2O Anot (+) : Cl- , H2O
Na+ không bị điện phân 2Cl- → Cl + 2e
2H2O + 2e → H2 + 2OH- Phương trình : 2Cl- + 2H2O → Cl2 + H2 + 2OH
hay : 2NaCl + 2H2O đpdd 2NaOH + Cl2 + H2
* Dung dịch sau điện phân có pH > (mơi trường bazơ)
* Xảy tương tự điện phân dung dịch : KCl, NaBr, CaCl2,
MgCl2, BaCl2, AlCl3
Ví dụ 2 : Viết PTHH xảy điện phân dung dịch Na2SO4 :
Na2SO4 → 2Na+ + SO4
Catot (-) : Na+, H
2O Anot (+) : SO42-, H2O
Na+ không bị điện phân SO
42- không bị điện phân
2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Phương trình điện phân: 2H2O 2H2 + O2
Thực chất điện phân nước.
* Xảy tương tự điện phân dung dịch: NaNO3, K2SO4 , Na2CO3 ,
MgSO4 , Al2(SO4)3
Ví dụ : Viết PTHH xảy điện phân dung dịch CuCl2 :
CuCl2 → Cu2+ + 2Cl
Catot (-) : Cu2+, H
2O Anot (+) : Cl-, H2O
Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl + 2e Phương trình điện phân: CuCl2 đpdd Cu + Cl2
* Xảy tương tự với điện phân dung dịch : FeCl2, ZnCl2, NiCl2, CuBr2,
Ví dụ : Viết PTHH xảy điện phân dung dịch FeSO4 :
(8)Catot (-) : Fe2+, H
2O Anot (+) : SO42-, H2O
SO42- không bị điện phân
Fe2+ + 2e → Fe 2H
2O → 4H+ + O2+ 4e Phương trình điện phân : 2Fe2+ + 2H
2O → 2Fe + 4H+ + O2
hay 2FeSO4 + 2H2O đpdd 2Fe + 2H2SO4 + O2
* Dung dịch sau điện phân có pH < (mơi trường axit)
* Xảy tương tự điện phân dung dịch muối kim loại từ Zn → Hg với gốc axit NO3- , SO42- : 2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu + 4HNO3 + O2
Ví dụ 5: Điện phân 100ml dung dịch CuSO4 0,1M với điện cực trơ cho
đến vừa bắt đầu sủi bọt bên catot ngừng điện phân Tính pH dung dịch ngay với hiệu suất 100% Thể tích dung dịch xem không đổi.
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+ + SO4
Catot(-) : Cu2+, H
2O Anot (+) : SO42-, H2O
SO42- không bị điện phân
Cu2+ + 2e → Cu 2H
2O → 4H+ + O2 + 4e
0,01→ 0,02 0,02 0,02
Số mol e cho anot = số mol e nhận catot = 0,02 mol n H+ = 0,02 mol [H+] = 0,02/0,1 = 0,2 pH = -lg0,2 = 0,7 → Chọn đáp án B
* Áp dụng tương tự để giải tập: 7.3, 7.4, 7.5
Ví dụ 6: Viết PTHH xảy điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl và Cu(NO3)2:
NaCl → Na+ + Cl
Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3
Catot (-) : Na+, Cu2+, H
2O Anot (+) : Cl-, NO3-, H2O
Na+ không bị điện phân NO
3- không bị điện phân
Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl + 2e
2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → 4H+ + O2 + 4e
Phương trình điện phân: 2NaCl + 2H2O đpdd 2NaOH + H2 + Cl2 (1)
2Cu(NO3)2 + 2H2O đpdd 2Cu + O2 + 4HNO3 (2) Phương trình điện phân tổng quát:
2NaCl + Cu(NO3)2 đpdd Cu + Cl2 + 2NaNO3
Ví dụ 7: Điện phân hồn toàn dung dịch hỗn hợp gồm a mol Cu(NO3)2 b
mol NaCl với điện cực trơ, màng ngăn xốp Để dung dịch thu sau điện phân có khả phản ứng với Al2O3 :
(9)Hướng dẫn giải Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3
a a
NaCl → Na+ + Cl
b b Catot (-) : Na+, Cu2+, H
2O Anot (+) : NO3-, Cl-, H2O
Na+ không bị điện phân NO
3- không bị điện phân
Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl + 2e
2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → 4H+ + O2 + 4e Phương trình điện phân: 2NaCl + 2H2O đpdd 2NaOH + H2 + Cl2 (1)
2Cu(NO3)2 + 2H2O đpdd 2Cu + O2 + 4HNO3 (2) Phương trình điện phân tổng quát:
2NaCl + Cu(NO3)2 đpdd Cu + Cl2 + 2NaNO3
b a + Nếu : b = 2a : Điện phân vừa đủ
Dung dịch thu có mơi trường trung tính Khơng hồ tan Al2O3
+ Nếu : b >2a : NaCl dư Xảy (1) Dung dịch thu có mơi trường bazơ
Hoà tan Al2O3 : 2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + H2O + Nếu : b < 2a : Cu(NO3)2 dư Xảy (2)
Dung dịch thu có mơi trường axit
Hoà tan Al2O3 : Al2O3 + 6HNO3 → 2Al(NO3)3 + 3H2O Chọn đáp án D
* Áp dụng tương tự để giải tập 7.6
Ví dụ 8: (Trích Đề thi tuyển sinh vào ĐH-CĐ khối A- 2010)
Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 0,12 mol NaCl bằng
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+ + SO4
Catot (-) : Cu2+; Na+, H
2O Anot (+) : SO42-, Cl-, H2O
Na+ không điện phân SO
42- không điện phân
Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl
2 + 2e
0,2 0,1 0,12 → 0,06 → 0,12 2H2O → 4H+ + O2 + 4e
0,02 0,08 Áp dụng công thức điện phân : mCu = 64.2.9650/(2.96500) = 6,4 gam
nCu = 6,4/64 = 0,1 mol n e (trao đổi)= 0,2 mol
Mà : Số mol eletron Cl- nhường = 0,12 mol nước phải nhường e số mol
(10) Vkhí = (0,06 + 0,02) 22,4 = 1,792 lít Đáp án C
* Áp dụng tương tự để giải tập 7.7.
Ví dụ 9:Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2M AgNO3 0.1M với
cường độ dịng 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 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
* Áp dụng tương tự để giải tập 7.8
Ví dụ 10: (Trích Đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ khối B– 2009)
Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M
và NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A 3860 giây Dung dịch thu sau điện phân có khả hồ tan m gam Al Giá trị lớn m :
A 4,05 B 2,70 C 1,35 D 5,40 Hướng dẫn giải
Ta có : nCuCl2 = 0,1.0,5 = 0,05 mol ; n NaCl = 0,5.0,5 = 0,25 mol
nCu2 = 0,05 mol , nCl = 0,25 + 0,05.2 = 0,35 mol
Thời gian điện phân hết Cu2+ : t
1 = 64.5 1930
96500 , I A F n m (s) Thời giân để điện phân H2O : t2 = 3860 – 1930 = 1930 (s)
Áp dụng công thức Faraday : mH2 = 2.96500 0,1
1930
gam nH2 = 0,05 mol
Tại catot : Tại anot :
Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl
2 + 2e
0,05→0,1 0,2 0,2
2H2O + 2e → H2 + 2OH
0,1 0,05→ 0,1
Tổng số mol e trao đổi = 0,2 mol số mol Cl- bị điện phân = 0,2 mol Cl- dư Dung dịch sau điện phân có 0,1 mol OH- có khả phản ứng với Al theo
phương trình : 2Al + 2OH- + 2H
2O → 2AlO2- + 3H2
0,1 0,1
(11)Ví dụ 11:: Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl2
và bình (2) chứa dung dịch AgNO3 Sau phút 13 giây catot bình (1) thu
được 1,6 gam kim loại catot bình (2) thu 5,4 gam kim loại Cả hai bình đều khơng thấy khí catot Kim loại M là:
A Zn B Cu C Ni D Pb Hướng dẫn giải
Do hai bình mắc nối tiếp nên ta có:
Q = I.t = 4825
108 96500 , A F n m 32 4825 96500 , Q F m n A Kim loại M Cu Chọn đáp án B
* Áp dụng tương tự để giải tập 7.9, 7.10
3.6.2 Điện phân dung dịch axit
Ví dụ 1: Viết PTHH xảy điện phân dung dich HCl:
HCl → H+ + Cl
Catot(-) : H+, H
2O Anot (+) : Cl-, H2O
2H+ + 2e → H
2 2Cl- → Cl2 + 2e Phương trình điện phân: 2HCl đpdd H2 + Cl2
Ví dụ 2: Viết PTHH xảy điện phân dung dịch H2SO4
H2SO4 → 2H+ + SO4
Catot(-) : H+, H
2O Anot (+) : SO42-, H2O
2H+ + 2e → H
2 SO42- Không điện phân
2H2O → 4H+ + O2 + 4e Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2
3.6.3 Điện phân dung dịch bazơ
Ví dụ : Viết PTHH xảy điện phân dung dịch NaOH:
NaOH → Na+ + OH
Catot (-) : Na+, H
2O Anot (+) : OH-, H2O
Na+ không bị điện phân
2H2O + 2e → H2 + 2OH– 4OH- → 2H2O + O2 + 4e Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2
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) thoát anot catot :
(12)Hướng dẫn giải: mNaOH (trước điện phân) = 20 gam
Điện phân dung dịch NaOH thực chất điện phân nước
Phương trình điện phân: : 2H2O → O2 (anot) + 2H2 (catot) mNaOH không đổi mdd sau điện phân = 80 gam
mH2O bị điện phân = 200 – 80 = 120 gam
nH2O bị điện phân = 20/3 mol VO2 = 74,7 lít VH2 = 149,3 lít Chọn đáp án
D
3.6.4 Điện phân dung dịch chứa hỗn hợp chất điện ly (muối, axit, bazơ)
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 là :
A.0,56 lít B.0,84 lít C.0,672 lít D.0,448 lít Hướng dẫn giải
CuSO4 → Cu2+ + SO42-
0,1 0,1
HCl → H+ + Cl-
0,02 0,02
Catot (-) Anot (+)
SO42- không bị điện phân
Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl
2 + 2e
0,1 ← 0,05 0,02 → 0,01 2H2O → 4H+ + O2 + 4e
0,02 ← 0,08 mol
Khi catot thoát 3,2 gam Cu tức 0,05 mol Số mol e Cu2+ nhận 0,1 mol, mà Cl- cho tối đa 0,02 mol 0,08 mol eletron lại H
2O cho Từ sơ đồ điện phân khí thoát 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 là
5A 40 phút 50 giây catot thu :
A.5,6 g Fe B.2,8 g Fe C.6,4 g Cu D.4,6 g Cu
Hướng dẫn giải
Theo : nFe3 = 0,1 mol ; nFe2 = 0,2 mol ; nCu2 = 0,1 mol ; nHCl = 0,2 mol
(13)Fe3+ + 1e → Fe2+ (1)
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 Faraday số mol e trao đổi hai điện cực : n = It/96500 = 5.9650/96500 = 0,5 mol
Vì số mol e trao đổi 0,5 mol Khơng có phản ứng (4), kim loại thu được phản ứng (2) Khối lượng kim loại thu catot : 0,1.64 = 6,4 gam Chọn đáp án C.
* Áp dụng tương tự để giải tập 7.11, 7.12
* Lưu ý:
Nếu điện cực điện cực trơ (ví dụ: bạc, đồng ) Chính anot bị oxi hóa, bị ăn mịn dần (tan dần)
Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với bình điện phân có anot làm bằng
kim loại Cu:
Phương trình điện phân:
Catot (-) Anot (+) Cu2+, H
2O SO42-, H2O, Cu
Cu2+ + 2e
Cu Cu 2e + Cu2+
Nồng độ Cu2+ dung dịch không thay đổi.
Anot (làm Cu) tan dần (Hiện tượng dương cực tan) Catot : Có Cu bám vào
Ứng dụng mạ điện
* Áp dụng tương tự để giải tập 7.20
II.3.7 MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP DỤNG
7.1 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
7.2 Điện phân dung dịch NaCl (D=1,2g/ml) thu chất khí ở điện cực Cơ cạn dung dịch sau điện phân, cịn lại 125g cặn khô Nhiệt phân cặn thấy giảm 8g Hiệu suất trình điện phân là:
A 25% B 30% C 50% D.60% 7.3
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%)
(14)7 Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l,
sau thời gian thu dung dịch Y cịn 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 7.5
Hòa tan 4,5 gam tinh thể MSO4.5H2O vào nước dung dịch X Điện
phân dung dịch X với điện cực trơ cường độ dòng điện 1,93A Nếu thời gian điện phân t (s) thu kim loại M catot 156,8 ml khí anot Nếu thời gian điện phân 2t (s) thu 537,6 ml khí Biết thể tích khí đo đktc Kim loại M thời gian t là:
A Ni 1400 s B Cu 2800 s C Ni 2800 s D Cu 1400 s 7.6 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 7.7 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 anôt thu 0,336 lít khí (ở điều kiện chuẩn) Coi thể tích dung dịch khơng đổi pH dung dịch thu bằng:
A B 13 C 12 D
7.8 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 7 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 7.10 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 133s C 28 193s D 55 965s 7.11 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 7.12 Hoà tan a mol Fe3O4 dung dịch H2SO4 vừa đủ, thu dung
dịch X Điện phân X với điện cực trơ dịng điện cường độ 9,65A Sau 1000 giây kết thúc điện phân catot bắt đầu bọt khí Giá trị a :
(15)7.13 Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau thời gian thu
được 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 (thể tích dung dịch khơng thay đổi) Nồng độ ban đầu dung dịch NaOH
A 0,15M B 0,2M C 0,1M D 0,05M
7.14 Một bình điện phân đựng dung dịch AgNO3 với anot Ag Điện
trở bình điện phân R= 2 Hiệu điện đặt vào hai cực U = 10V
Lượng bạc bám vào cực âm sau :
A 10,8g B 29,6g C 32,4g D 40,3g
7.15 Sau thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 (D=1,25 g/ml)
với điện cực trơ, thấy khối lượng dung dịch giảm gam Để làm kết tủa hết ion Cu2+ lại dung dịch sau điện phâncần dùng 100 ml dung dịch H
2S 0,5M
Nồng độ % dung dịch CuSO4 ban đầu :
A 12,8% B 9,6% C 10,6% D 11,8% 7.16 Hoà tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6M
thu dung dịch X Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cờng độ dòng điện 1,34A Khối lượng kim loại thoát catot thể tích khí anot (đktc) : (Biết hiệu suất điện phân 100%)
A 6,4g 1,792 lít B 10,8g 1,344 lít C 6,4g 2,016 lít D 9,6g 1,792 lít
7.17 Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ cường độ dòng
điện I = 1A Khi thấy catot bắt đầu có bọt khí dừng điện phân Để trung hoà dung dịch thu sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,1M Thời gian điện phân nồng độ mol/l dung dịch CuSO4 ban đầu :
A 965s 0,025M B 1930s 0,05M C 965s 0,05M D 1930s 0,025M
7.18 Điện phân 100ml dung dịch chứa NaCl với điện cực trơ, có màng ngăn, cường độ dịng điện I 1,93A Tính thời gian điện phân để dung dịch có pH = 12, thể tích dung dịch xem khơng thay đổi, hiệu suất điện phân 100%
A 50s B 100s C 150s D 200s
7.19 Cho dòng điện có cường độ I khong đổi qua bình điện phân mắc nối tiếp,bình chứa 100ml dung dịch CuSO4 0,01M, bình chứa 100 ml
dung dịch AgNO3 0,01M Biết sau thời gian điện phân 500s bên bình
xuất khí bên catot, tính cường độ I khối lượng Cu bám bên catot bình thể tích khí (đktc) xuất bên anot bình 1:
A 0,193A; 0,032g Cu; 5,6 ml O2 B 0,193A; 0,032g Cu; 11,2 ml O2
C 0,386A; 0,64g Cu; 22,4 ml O2 D 0,193A; 0,032g Cu; 22,4 ml O2
(16)a Anot Pt b Anot Cu c Anot Zn
Trong trường hợp nhận xét độ tăng giảm khối lượng điện cực nồng độ mol/l iôn dung dịch sau điện phân
II.4 KIỂM NGHIỆM ĐỀ TÀI
Năm học 2011- 2012 áp dụng đề tài vào thực tế giảng dạy Đối tượng em trường THPT Nguyễn Trãi trực tiếp giảng dạy Khi em nghiên cứu kỹ lý thuyết, làm tập điện phân nhiều với nhiều dạng tập phân loại đề tài này, kết nhiều học sinh toả hứng thú với tập điện phân, khơng cịn tình trạng né tránh, ngại tập điện phân trước Số khảo sát đạt điểm trung bình trở lên tăng rõ rệt Sau bảng đối chiếu kết hai năm học 2010- 2011 2011- 2012
Năm học 2010 – 2011 :
Lớ p
Tổng số HS
Kết quả
Giỏi Khá TB Yếu Kém TB trở
lên
SL % SL % SL % SL % SL % SL %
12A5 51 0,0 0,0 7,84 37 72,55 10 19,61 7,84
12A6 50 0,0 4,0 10,00 38 76,00 10,00 14,00
Cộng 101 0,0 1,98 8,91 75 74,26 15 14,85 11 10,89 Năm học 2011 – 2012 :
Lớp
Tổng số HS
Kết quả
Giỏi Khá TB Yếu Kém TB trở
lên
SL % SL % SL % SL % SL % SL %
12A4 48 8,33 18,75 18 37,50 11 22,92 12,50 31 64,58
12A8 48 12,50 11 22,92 17 35,42 10 20,83 8,33 34 70,83
Cộng 96 10 10,42 20 20,83 35 36,46 21 21,87 10 10,42 65 67,71
(17)Trên phân loại số kỹ phương pháp giải số dạng toán điện phân dung dịch Q trình tìm tịi nghiên cứu tơi giải vấn đề sau:
- Nghiên cứu sở lí thuyết điện phân dung dịch; q trình xảy Từ rút bước thơng thường để giải tốn 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
Trong năm giảng dạy ôn luyện thi với việc áp dụng phương pháp thấy khả giải tập điện phân dung dịch học sinh nâng cao; em có hứng thú học tập Ở lớp luyện thi với đối tượng học sinh trung bình số học sinh hiểu có kỹ giải dạng tập tương đối Đặc biệt đồng nghiệp xem tài liệu bổ ích dùng để bổ trợ ơn thi học sinh giỏi ôn thi vào Đại học-Cao đẳng Mặc dù tơi cố gắng tìm tịi, nghiên cứu song chắn không tránh khỏi hạn chế thiếu sót Rất mong nhận quan tâm, đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp toàn tỉnh
III.2 ĐỀ XUẤT
Qua thực tế giảng dạy nhiều năm áp dụng phương pháp trên, tơi thấy để giúp học sinh chủ động trình lĩnh hội kiến thức giải nhanh tập điện phân dung dịch vai trị chủ yếu thuộc giáo viên giảng dạy Muốn làm điều giáo viên cần:
- Nghiên cứu, tìm tịi tài liệu liên quan đến tập điện phân dung dịch, hệ thống hoá nội dung phân loại dạng tập, đặc biệt tìm phương pháp giải phù hợp để truyền thụ cho học sinh cách có hiệu - Trong q trình giảng dạy tiết liên quan đến kim loại cần lồng ghép tập điện phân dung dịch để rèn luyện kỹ giải tập điện phân cho học sinh
* Đối với học sinh:
- Cần nắm chất trình điện phân
- Có kỹ nhận dạng tập, biết cách vận dụng linh hoạt phương pháp giải, công thức tính phù hợp
* Đối với nhà trường:
- Nhà trường cần tổ chức buổi hội giảng nhiều để thúc đẩy đổi phương pháp giảng dạy, nâng cao hiệu nghiên cứu cho giáo viên; có tủ sách lưu lại chuyên đề bồi dưỡng học tập giáo viên hàng năm để làm sở nghiên cứu phát triển thành đề tài Đặc biệt tài liệu liên quan đến chuyên đề khó
(18)Điện phân dung dịch mảng chuyên đề điện phân, mong các đồng nghiệp mở rộng đề tài góp phần vào việc nâng cao chất lượng học tập học sinh
Xin chân thành cảm ơn!
(19)1 Lê Xuân Trọng (chủ biên), Sgk Hóa học 12 (nâng cao)- NXB giáo dục, Hà nội 2008
2 Đề thi Đại học – Cao đẳng năm 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 Hồng Nhâm, Hóa học vơ – Tập – NXB giáo dục, 2003
4 Ngô Ngọc An, Phản ứng oxi hóa- khử điện phân- NXB giáo dục, Hà nội 2006
5 Nguyễn Xuân Trường, Bài tập Hóa học trường phổ thơng - NXB sư phạm, 2003
6 Nguyễn Xuân Trường, Ôn luyện kiến thức hóa học đại cương vơ trung học phổ thông – NXB Giáo dục, Hà Nội 2008.
7 Nguyễn Thế Khơi (tổng chủ biên), Sgk Vật lí 11(nâng cao)- NXB Giáo dục Nguyễn Văn Thoại-Đào Hữu Vinh, Tuyển chọn ôn luyện thi vào ĐH-CĐ môn hoá học – NXB Giáo dục 2002.
9 Cao Cự Giác, Hướng dẫn giải nhanh tập hoá học tập – NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội 2002