(SKKN 2022) phát triển năng lực tính toán cho học sinh 12 thông qua giải bài tập điện phân dung dịch dạng đồ thị

Mà theo tôi nghĩ, thực chất vấn đề không phải là bài toán về điện phân dung dịch dạng đồ thịkhó mà do các em chưa nắm vững được bản chất phản ứng,chưa hiểu được mấu chốt của bài toán và

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT QUẢNG XƯƠNG II

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÍNH TOÁN CHO HỌC SINH LỚP 12 THÔNG QUA GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH DẠNG ĐỒ THỊ

2 Nội dung của sáng kiến kinh nghiệm 2

2.1.1 Khái niệm năng lực và năng lực tính toán 2

2.1.1.2 Khái niệm về năng lực tính toán 22.1.2 Cơ sở lý thuyết về điện phân 2

2.1.2.2 Sự điện phân các chất điện li 3

2.1.3.1 Phương pháp bảo toàn electron 42.1.3.1 Phương pháp bảo toàn khối lượng 3

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng SKKN 42.3 Các biện pháp đã tiến hành để giải quyết

Danh mục các đề tài SKKN mà tác giả đã được hội

đồng SKKN sở GD và ĐT đánh giá từ loại C trở lên

n(e t.đ) Số mol electron trao

đổi

I MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

Mục tiêu chung của giáo dục phổ thông là “nhằm phát triểntoàn diện con người Việt Nam có đạo đức, tri thức, văn hóa, sứckhỏe, thẩm mỹ và nghề nghiệp; có phẩm chất, năng lực và ýthức công dân; có lòng yêu nước, tinh thần dân tộc, trung thànhvới lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội; phát huy tiềmnăng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân; nâng cao dân trí,phát triển nguồn nhân lực, bồi dưỡng nhân tài, đáp ứng yêu cầucủa sự nghiệp xây dựng, bảo vệ Tổ quốc và hội nhập quốc tế”

Để thực hiện được mục tiêu đó, Ngành Giáo dục và Đào tạođang ra sức thực hiện công cuộc đổi mới giáo dục ở mọi cấp họcvới tinh thần dạy học theo hướng phát triển năng lực và phẩmchất học sinh

Trong chương trình giáo dục phổ thông hiện nay, Hoá học

là môn học thuộc nhóm môn khoa học tự nhiên Môn Hoá họcgiúp học sinh có được những tri thức cốt lõi và ứng dụng nhữngtri thức này vào cuộc sống, đồng thời có mối quan hệ với nhiềulĩnh vực giáo dục khác Hoá học kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết

và thực nghiệm, là cầu nối các ngành khoa học tự nhiên khácnhư vật lý, sinh học, y dược và địa chất học Hoá học đóng vaitrò quan trọng trong cuộc sống, sản xuất, góp phần vào sự pháttriển kinh tế - xã hội

Trong quá trình giảng dạy môn Hóa học ở trường THPT, đặcbiệt trong quá trình ôn thi tốt nghiệp Trung học phổ thông chohọc sinh lớp 12, tôi nhận thấy việc phát triển năng lực tính toáncho học sinh là rất cần thiết Khi các em tìm được kết quả củabài toán một cách nhanh chóng và chính xác thì sẽ tạo đượcniềm đam mê, hứng thú với môn học hơn cho các em, qua đókích thích được trí tò mò muốn chiếm lĩnh tri thức, khám pháthêm năng lực của bản thân trong môn học đó

Với những lý do nêu trên, tôi lựa chọn đề tài:

“Phát triển năng lực tính toán cho học sinh 12 thông qua

giải bài toán điện phân dung dịch dạng đồ thị”

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Các dạng toán về điện phân dung dịch dạng đồ thị

Nâng cao năng lực tính toán cho học sinh lớp 12

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành được đề tài nghiên cứu này tôi đã sử dụng một

số phương pháp sau:

- Phương pháp quan sát sư phạm:

Nghiên cứu tình hình lớp cụ thể để phân loại đối tượng học sinh

- Phương pháp thu thập số liệu:

+ Thu thập số liệu, thông tin qua thực tế giảng dạy, qua thựctrạng xã hội, qua mạng internet…

+ Phân dạng, đưa ra hệ thống bài tập, các phương pháp giải đểtìm được phương pháp thích hợp, hiệu quả nhất

- Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu:

+ Đưa ra hệ thống lý thuyết liên quan đến điện phân và tổnghợp hệ thống lý thuyết thông qua các dạng toán cụ thể

+ Nghiên cứu và xem xét lại kết quả thu được từ việc giảng dạycác khóa trước, rút ra ưu, nhược điểm cần khắc phục của mỗiphương pháp và bổ sung những cái mới

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm:

So sánh kết quả tác động lên nhóm thực nghiệm và nhóm đốichứng

- Phương pháp thống kê toán học:

Từ việc xử lý, phân tích các số liệu thu thập được để rút ra nhậnxét, kết luận khoa học, tính khách quan về đề tài nghiên cứu

2 NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm

2.1.1 Khái niệm năng lực và năng lực tính toán

2.1.1.1 Khái niệm năng lực [12]

Năng lực còn được gọi là khả năng thực hiện như khả nănggiải nhanh các bài tập là một sự kết hợp linh hoạt và độc đáocủa nhiều đặc điểm tâm lý của một người, tạo thành những điềukiện chủ quan, thuận lợi giúp cho người đó tiếp thu dễ dàng, tậpdượt nhanh chóng và hoạt động đạt hiệu quả cao trong lĩnh vựcnào đó

2.1.1.2 Khái niệm năng lực tính toán [12]

Năng lực tính toán là năng lực mà học sinh có thể sử dụngthành thạo phương pháp đại số trong toán học và mối liên hệvới các kiến thức hóa học để giải các bài toán hóa học Đồngthời sử dụng hiệu quả các thuật toán để biện luận và tính toáncác dạng bài toán hóa học

Thông qua các bài tập hóa học sẽ hình thành năng lực tínhtoán cho học sinh Các em có thể vận dụng thành thạo cácphương pháp bảo toàn (bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên

tố, bảo toàn điện tích, bảo toàn electron…) trong việc tính toángiải các bài toán hóa học

2.1.2 Cơ sở lý thuyết về điện phân

2.1.2.1 Khái niệm về điện phân [1], [2]

- Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở các bềmặt điện cực khi có điện một chiều đi qua chất điện li nóngchảy hoặc dung dịch chất điện li

+ Tại Catot (cực âm) xảy ra sự khử

+ Tại Anot (cực dương) xảy ra sự oxi hoá

2.1.2.2 Sự điện phân các chất điện li.

a Điện phân chất điện li nóng chảy

b Điện phân dung dịch chất điện li [1], [2]

*) Điện phân dung dịch với điện cực trơ (graphit)

Chú ý:

+ Thứ tự điện phân: ion kim loại có tính oxi hóa mạnh hơn thamgia điện trước như: Ag+ > Cu2+ > H+ > Fe2+ > H2O > Mn+(M:kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm)

+ Các ion kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ và ion nhôm không bịđiện phân vì chúng có tính oxi hóa yếu hơn H2O; H2O bị điệnphân theo phương trình:

2H2O + 2e → H2 + 2OH–

Chú ý:

+ Nếu là các ion gốc axit chứa oxi như : NO3-, SO42-, CO32-,

PO43- thì chúng không bị điện phân mà H2O bị điện phân

+ Thứ tự điện phân: ion âm có tính khử mạnh hơn tham giađiện trước như:

S2- > I- > Br- > Cl- > H2O (F- không bị điện phân )

S2- → S + 2e;

2X- → X2 + 2e

Sau khi hết các ion đó, nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điệnphân theo phương trình: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e

*) Điện phân dung dịch với anot tan

- Ở catot (cực âm): Tương tự như trong điện phân dung dịch

với điện cực trơ

Chú ý: Do kim loại có tính khử mạnh nên nhường (e), vậy ion

âm hoặc nước không tham gia Người ta thường dùng phươngpháp này trong kĩ thuật mạ điện, tinh chế kim loại…

2.1.2.3 Định luật Faraday: Dùng công thức biểu diễn định

luật faraday để tính khối lượng các chất thu được ở điện cực Tacó:

A: Khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điệncực.

n: Số (e) mà nguyên tử hoặc ion trao đổi

I: Cường độ dòng điện(A)t: thời gian điện phân(s)

F: Hằng số Faraday ( F = 96500 culong/ mol)

2.1.3 Các phương pháp áp dụng

2.1.3.1 Phương pháp bảo toàn electron [3]

Nguyên tắc: Trong các phản ứng oxi hoá khử: Tổng số

electron nhường bằng tổng số electron nhận

n e(nhận) = n e(nhường) = n (electron trao đổi)

2.1.3.2 Phương pháp bảo toàn khối lượng [3]

Nguyên tắc: Trong một phản ứng hóa học, tổng khối

lượng của các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng củacác sản phẩm:

2.1.3.3 Phương pháp bảo toàn nguyên tố [3]

Bảo toàn nguyên tố: Khi chuyển đổi hỗn hợp này thành

hỗn hợp khác thì nguyên tố cũng được bảo toàn

n nguyên tố trước phản ứng = n nguyên tố sau phản ứng

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

Trong quá trình giảng dạy ở trường THPT tôi nhận thấy khigặp bài toán điện phân dung dịch, đặc biệt dạng đồ thị thì đa sốcác em bỏ qua vì nghĩ nó khó Mà theo tôi nghĩ, thực chất vấn

đề không phải là bài toán về điện phân dung dịch dạng đồ thịkhó mà do các em chưa nắm vững được bản chất phản ứng,chưa hiểu được mấu chốt của bài toán và chưa biết cách xâuchuỗi được các mắt xích của đề Vì vậy, cần trang bị cho họcsinh các phương pháp giải và kĩ năng cần thiết, khi đã nắmđược thì các em sẽ tự tin hơn, linh hoạt hơn trong quá trình làmbài tập và năng lực tính toán của các em sẽ được nâng lên

Trong khi đó, bài toán về điện phân rất hay gặp trong các

đề minh họa và đề chính thức của Bộ Giáo dục và Đào tạonhững năm gần đây, kể cả mới đây đề minh hoạ tham khảo tốtnghiệp năm 2022 của Bộ Giáo dục công bố vào tối 31/3 vừa qua

thì đều có bài toán về điện phân Đây cũng là câu hỏi mức độvận dụng, vận dụng cao để phân loại đối tượng học sinh

Để giúp các em hiểu rõ hơn và tìm ra được hướng giải

nhanh các bài tập về điện phân mà đặc biệt là “toán điện phân dung dịch dạng đồ thị ” tôi cố gắng tìm tòi tài liệu

tham khảo, trao đổi kinh nghiệm cùng bạn bè đồng nghiệp đểtìm ra những giải pháp tốt nhất giúp các em học sinh hoànthành tốt nhiệm vụ học tập của mình Trong khuôn khổ bài viếtnày tôi chỉ xin nêu một số thí dụ cụ thể mà tôi đã sử dụng trongquá trình giảng dạy để giúp học sinh làm tốt các bài tập về điện

phân mà chủ yếu trong phạm vi điện phân dung dịch dạng

Sở Giáo dục và đề thi thử THPT Quốc gia của các trường để họcsinh làm, sau đó đưa ra một số bài tập vận dụng để các em tựnghiên cứu thêm ở nhà

- Phân loại đối tượng học sinh, tạo sự tương trợ lẫn nhautrong học tập để các em có thể cùng chiếm lĩnh tri thức, pháthuy hết những năng lực đang còn tiềm ẩn của bản thân

2.3.2 Tổ chức thực hiện

- Lớp thực hiện: Áp dụng đề tài vào hai lớp 12B2 và 12B4

- Lớp đối chứng: Lớp 12B1 và 12B3 dạy học theo phương pháptruyền thống

2.3.3 Nội dung thực hiện

* Lưu ý: Bài toán về điện phân rất đa dạng, trong đề tài

này tôi chỉ đề cập đến các dạng điện phân dung dịch dạng đồ thị Để học sinh không bị lúng túng khi không biết chọn cách nào để giải thì ở mỗi ví dụ đưa ra tôi chỉ giới thiệu một phương pháp thích hợp cho các em dễ hiểu và dễ vận dụng khi giải các bài tập liên quan.

a Các bước giải quyết bài toán điện phân dung dịch:

Bước 1: Xác định ion mỗi điện cực, xác định thứ tự nhường,

nhận (e)

theo phương trình điện phân chung

*) Một số chú ý khi giải bài toán điện phân dung dịch:

+ Ở catot: bắt đầu xuất hiện bọt khí hoặc khối lượng

catot không đổi nghĩa là các ion kim loại bị điện phân trong dung dịch đã bị điện phân hết

+ Ở cả 2 cực: Khi điện phân dung dịch muối tạo bởi từ

kim loại Al trở về trước với anion gốc axit có oxi hoặc điện phân dung dịch axit có oxi

+ Khi pH của dung dịch không đổi: có nghĩa là các ion

âm hoặc ion dương (hay cả hai loại) có thể bị điện phân đã bị điện phân hết Khi đó tiếp tục điện phân sẽ là H2O bị điện phân

(2) Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào Độ giảm m(dung dịch) =

m

 = m Kết tủa + m Khí

(3) Từ CT:

.

A I t m

(4) Nếu đề bài yêu cầu tính điện lượng cần cho quá trình điện phân thì áp dụng công thức: Q = I.t = n e F

(5) Khi các bình điện phân mắc nối tiếp thì:

Do I = const q (điện lượng, đơn vị C) = const (q = I.t)

 n (e) trao đổi như nhau trong cùng một đơn vị thời gian.

b Các dạng toán về điện phân dung dịch dạng đồ thị

Phương pháp điện phân dung dịch dùng điều chế kim loạihoạt động trung bình, đi kèm sản phẩm kim loại thu được cósản phẩm khí như đơn chất halogen(X2); H2; O2 Để liên hệnhanh giữa đồ thị và diễn biến điện phân học sinh cần quan tâmđến độ dốc đồ thị, ngoài ra việc xác định độ dốc phụ thuộc vàotừng bài toán cụ thể

Dạng 1: Đồ thị biểu diễn thể tích khí trong quá trình điện phân

Nếu Cl- dư: 2Cl- + 2H2O  Cl2 + H2 +2OH- (3) nCl2

=nH2

Nếu cả Cu2+, Cl- đều hết: 2H2O  2H2+ O2 (4) nH2

=2nO2

- Xác định thứ tự khí tạo thành

+ Giai đoạn 1: Khí đầu tiên X2 (Cl2)

+ Giai đoạn 2: Khí O2 hoặc khí H2 hoặc cả O2, H2

Đoạn NP: độ dốc cao nhất (H2,

O2)

Chú ý: Trong tình huống cụ thể này không thể suy luận NP độ

dốc cao nhất nhất là H2, X2 (phải xem lại thứ tự điện phân)

Hình 2

Đoạn OM: Độ dốc thấp nhất(X2)

Đoạn MN: độ dốc cao nhất(X2, H2)

Đoạn NP: độ dốc thứ 2 (H2,

O2)

Chú ý: Trong tình huống cụ thể này không thể suy luận OM độ

dốc thấp nhất là O2 (phải xem lại thứ tự điện phân

Đoạn MN: độ dốc cao nhất(X2, H2)

Đoạn NP: độ dốc thứ 2 (O2)Đoạn PQ: độ dốc thứ 2 (O2,

Đoạn MN: độ dốc thấpnhất (O2)

Đoạn NP: (H2, O2)Đoạn PQ: O2

Đoạn OM: X2

Đoạn MN: độ dốc cao nhất (X2,

H2)Đoạn NP: X2

Ví dụ 1 [6]: Hoà tan hoàn m

gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl vào

nước thu dung dịch X Tiến hành

điện phân dung dịch X với điện

cực trơ, màng ngăn xốp, cường

độ dòng điện không đổi Tổng số

mol khí thoát ra ở hai điện cực

(n) phụ thuộc vào thời gian điện

phân (t) được mô tả như đồ thị

bên (gấp khúc tại M, N) Biết

hiệu suất của phản ứng điện

phân là 100%, các khí sinh ra

không tan trong nước và nước

không bay hơi trong quá trình

điện phân

Giá trị của m là:

A 17,48 B 15,76 C 13,42 D 11,08 Hướng dẫn giải:

Cu: 0,04mol OM: Clmol 2: 0,04

H2: x mol MN: Cl2: x mol

H2: 2y mol N : O2: y molTại t=a(s): nCl2=0,04 mol ne trao đổi =0,08

Tại t=3,5a ne trao đổi = 0,08.3,5 =0,28

Ta có: nkhí = 0,21 = nCl2 + nH2 +

nO2

0,04+x+y+x+2y=0,212x+3y

=0,17(1)Bảo toàn (e): 2nCl2+4nO2 = 0,28

Ví dụ 2 [5]: Hoà tan hoàn m

gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl

vào nước thu dung dịch X

Tiến hành điện phân dung dịch

X với điện cực trơ, màng ngăn

xốp, cường độ dòng điện

không đổi Tổng số mol khí

thoát ra ở hai điện cực (n) phụ

thuộc vào thời gian điện phân

(t) được mô tả như đồ thị bên

(gấp khúc tại M, N) Biết hiệu

suất của phản ứng điện phân

là 100%, các khí sinh ra không

tan trong nước và nước không

bay hơi trong quá trình điện

OM: Cl2: 0,04mol

Cu: 2x MN: O2: x mol

H2: 2y mol N : O2: y molTại t = a (s): nCl2 = 0,01 mol

n(e t.đ)=0,02Tại t = 6a n(e t.đ) =0,12

không đổi Tổng số mol khí

thoát ra ở hai điện cực phụ

thuộc vào thời gian điện

phân theo sơ đồ sau Biết

hiệu suất của phản ứng điện

phân là 100%, các khí sinh

ra không tan trong nước và

nước không bay hơi trong

quá trình điện phân

n(e t.đ tại t)= 2x + 4y

n(e t.đ tại 1,5t)= 2x + 4y+ 4z=1,5.(2x +4y)(3)

Từ (1), (2), (3) x=0,3; y=0,15;z= 0,15

m = mCuSO4 + mKCl

m= 0,6.160 + 0,6.74,5 = 140,7gam

Ví dụ 4 [12]: Điện phân dung

dịch X chứa hỗn hợp CuSO4 và

NaCl với điện cực trơ, màng

ngăn xốp, cường độ dòng điện

không đổi I=2A Tổng số mol

khí thoát ra ở hai điện cực phụ

thuộc vào thời gian điện phân

theo sơ đồ sau Biết hiệu suất

của phản ứng điện phân là

100%, các khí sinh ra không

tan trong nước và nước không

bay hơi trong quá trình điện

n(e t.đ tại t) = 2.0,03 + 4.0,015 = 0,12 =

.

I t

F t = 5790sChọn B

Ví dụ 5 [12]: Điện phân dung dịch

X chứa m gam hỗn hợp CuSO4 và

KCl với điện cực trơ, màng ngăn

xốp, cường độ dòng điện không đổi

I=5A trong thời gian t(s) Tổng thể

tích khí (V ml) thoát ra ở hai điện

cực phụ thuộc vào thời gian điện

phân theo sơ đồ sau Biết hiệu suất

của phản ứng điện phân là 100%,

các khí sinh ra không tan trong

nước và nước không bay hơi trong

quá trình điện phân

Bài 1 [12]: Điện phân dung dịch

X chứa hỗn hợp CuSO4 và KCl với

điện cực trơ, màng ngăn xốp,

cường độ dòng điện không đổi

I=5A Tổng số mol khí thoát ra ở

hai điện cực phụ thuộc vào thời

gian điện phân theo đồ thị bên

Biết hiệu suất của phản ứng điện

phân là 100%, các khí sinh ra

không tan trong nước và nước

không bay hơi trong quá trình

NaCl với điện cực trơ, màng ngăn

xốp, cường độ dòng điện không

đổi Tổng số mol khí thoát ra ở

hai điện cực phụ thuộc vào thời

gian điện phân theo đồ thị bên

Biết hiệu suất của phản ứng điện

phân là 100%, các khí sinh ra

không tan trong nước và nước

không bay hơi trong quá trình

điện phân

Giá trị của x là

A.24125 B 48250 C 14475

D 28950

Bài 3 [7]: Hoà tan hoàn m

gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl

vào nước thu dung dịch X

Tiến hành điện phân dung

dịch X với điện cực trơ, màng

ngăn xốp, cường độ dòng

điện không đổi Tổng số mol

khí thoát ra ở hai điện cực (n)

phụ thuộc vào thời gian điện

phân (t) được mô tả như đồ

thị bên (gấp khúc tại M, N)

Biết hiệu suất của phản ứng

điện phân là 100%, các khí

sinh ra không tan trong nước

và nước không bay hơi trong

quá trình điện phân

Giá trị của m là