Phương pháp giải bài tập điện phân giúp học sinh đạt kết quả cao trong kì thi hsg và thi tốt nghiệp thpt

- Mô tả bản chất của sáng kiến: + Hệ thống lại các dạng bài tập về Điện phân giúp học sinh dễ dàng hơn trong việc giải loại bài tập này.. Nhưng dạng bài tập này không thể thiếu trong đề

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO YÊN BÁI

TRƯỜNG THPT TRẦN NHẬT DUẬT

BÁO CÁO SÁNG KIẾN CẤP CƠ SỞ

Lĩnh vực: Hoá học

Phương pháp giải bài tập điện phân giúp học sinh đạt kết quả cao

trong kì thi HSG và thi tốt nghiệp THPT

Tác giả: Hoàng Văn Quang

Trình độ chuyên môn: Thạc sỹ

Chức vụ: Phó hiệu trưởng

Đơn vị công tác: Trường THPT Trần Nhật Duật

Yên Bái, ngày 20 tháng 01 năm 2022

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN CẤP CƠ SỞ

Kính gửi: Hội đồng sáng kiến Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Yên Bái.

Tên tôi là: Hoàng Văn Quang

Ngày, tháng, năm sinh: 13/ 11/ 1980

Nơi công tác: Trường THPT Trần Nhật Duật

Chức danh: Phó hiệu trưởng

Trình độ chuyên môn: Thạc sỹ

Là tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến “Phương pháp giải bài tập điện phân giúp học sinh đạt kết quả cao trong kì thi HSG và thi tốt nghiệp THPT”

- Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giáo dục và Đào tạo

- Mô tả bản chất của sáng kiến:

+ Hệ thống lại các dạng bài tập về Điện phân giúp học sinh dễ dàng hơn trong việc giải loại bài tập này Đồng thời, với những bài tập nâng cao về điện phân thì đề tài này chỉ cho các em thấy có thể đơn giản hoá các phép tính phức tạp đó trong giới hạn cho phép để các em giải nhanh hơn

+ Đối với nhiều học sinh, bài tập điện phân cơ bản tương đối khó hiểu nên bài tập nâng cao về điện phân sẽ rất khó và phức tạp Kiến thức về điện phân là kiến thức khó không được đề cập nhiều trong chương trình phổ thông Nhưng dạng bài tập này không thể thiếu trong đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh và đề thi tốt nghiệp đối với học sinh THPT nên việc hệ thống, phân loại và đưa ra các phương pháp giải cho dạng bài tập này là rất cần thiết

- Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến:

+ Trong chương trình kiến thức hóa học dành rất ít thời lượng cho phần điện phân nên việc tiếp nhận kiến thức này là rất khó cho học sinh Những kiến thức nâng cao so với yêu cầu của sách giáo khoa học sinh rất khó tiếp thu Ngoài ra, một

số nội dung không có trong chương trình học hoặc đề cập rất ít nhưng lại có trong nội dung đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh và đề thi tốt nghiệp THPT Vì vậy, để nâng cao chất lượng giáo dục mũi nhọn và giúp học sinh đỗ Đại học với điểm số cao thì việc ôn luyện về phần điện phân là rất cần thiết

+ Để học sinh hiểu rõ về các bài tập liên quan đến điện phân giáo viên cần bổ sung lí thuyết, giải thích bản chất của vấn đề liên quan Sáng kiến của tôi đã hệ thống được các kiến thức lí thuyết liên quan (kiến thức được chắt lọc từ nhiều nguồn tài liệu và từ kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm của bản thân) và các dạng bài tập

cũng như phương pháp giải các dạng bài tập đó Qua đây có thể giúp học sinh và giáo viên có thể hiểu, rút ngắn thời lượng mà vẫn đáp ứng được yêu cầu đề ra

- Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả: Khi áp dụng sáng kiến này giúp giáo viên và học sinh hiểu sâu hơn về bài tập điện phân và giải thích được nhiều kiến thức liên quan Học sinh

có thể tự tin khi đi thi học sinh giỏi cấp tỉnh hay giải quyết các bài tập vận dụng cao trong đề thi tốt nghiệp THPT khi gặp dạng bài tập này Thông qua sáng kiến giúp cho giáo viên giảng dạy môn hóa học có thể có những định hướng tốt cho học sinh khi dạy phần kiến thức này

Tôi xin cam đoan mọi thông tin nêu trong đơn là trung thực, đúng sự thật và hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

Người nộp đơn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Hoàng Văn Quang

MỤC LỤC

2 Nội dung giải pháp đề nghị công nhận sáng kiến 5

- Nội dung giải pháp:

I Cơ sở lí thuyết của điện phân

II Phương pháp giải bài tập về điện phân

5

6

4 Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến 29 III Cam kết không sao chép hoặc vi phạm bản quyền 29

I THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN

1 Tên sáng kiến: “Phương pháp giải bài tập điện phân giúp học sinh đạt kết quả cao trong kì thi HSG và thi tốt nghiệp THPT”

2 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giáo dục và Đào tạo

3 Phạm vi áp dụng sáng kiến: Sáng kiến có thể áp dụng tại các trường THPT

4 Thời gian áp dụng sáng kiến: năm 2019, 2020, 2021

5 Tác giả:

Họ và tên: Hoàng Văn Quang

Năm sinh: 1980

Trình độ chuyên môn: Thạc sỹ

Chức vụ công tác: Phó hiệu trưởng

Nơi làm việc: Trường THPT Trần Nhật Duật

Địa chỉ liên hệ: Hoàng Văn Quang, Trường THPT Trần Nhật Duật

hoạt động rất quan trọng đối với những người làm nghề giáo dục Giáo dục nói

chung và giáo dục trong nhà trường nói riêng là một hoạt động có tính chất lâu dài,

bền vững tiếp nối từ thế hệ này sang thế hệ khác Vì vậy, trong quá trình dạy học,

giáo dục và tự rèn luyện giáo viên cần phải tích luỹ cho mình những kiến thức, kinh nghiệm quý báu để giúp cho hoạt động dạy học và giáo dục học sinh ngày càng đạt kết quả cao hơn

Là một giáo viên trực tiếp đứng trên bục giảng làm nhiệm vụ dạy học và giáo dục học sinh trong nhiều năm tôi cũng rất tích cực trong việc tích luỹ và học hỏi kiến thức và kinh nghiệm của bạn bè, đồng nghiệp Đặc biệt tích luỹ kiến thức chuyên môn về Hoá học cho bản thân Trong quá trình dạy học môn Hoá học có rất nhiều vấn đề đặt ra cho giáo viên cả về mặt lí thuyết lẫn thực nghiệm Trong nội dung ôn luyện học sinh giỏi cấp tỉnh và ôn luyện thi tốt nghiệp THPT qua nhiều năm, tôi quan tâm nhiều đến vấn đề về điện phân Sách giáo khoa viết rất ngắn gọn vấn đề này, tuy nhiên:

- Đối với nhiều học sinh, bài tập điện phân cơ bản tương đối khó hiểu nên bài tập nâng cao về điện phân sẽ rất khó và phức tạp

- Ngoài ra trong hầu hết các đề thi học sinh giỏi tỉnh dành cho học sinh trung học phổ thông đều có câu hỏi liên quan đến vấn đề này Trong đề thi tốt nghiệp THPT nhiều năm dạng bài tập này thường được đưa vào ở mức vận dụng cao

- Sách giáo khoa đề cập đến nội dung này rất ít, thậm chí mang tính chất

“cưỡi ngựa xem hoa” Bên cạnh đó tài liệu tham khảo cho nội dung này không

nhiều, chủ yếu là sách viết cho sinh viên các trường Đại học Những tài liệu trên

internet không được kiểm chứng và có nhiều kiến thức sai Điều này gây khó khăn rất nhiều cho giáo viên giảng dạy, ôn luyện đội tuyển khi dạy cho học sinh tham gia thi học sinh giỏi cấp tỉnh

Vì vậy, tôi chọn đề tài:“Phương pháp giải bài tập điện phân giúp học sinh đạt kết quả cao trong kì thi HSG và thi tốt nghiệp THPT” Với mong muốn nâng

cao hiệu quả dạy học, giúp học sinh:

Hệ thống lại các dạng bài tập về điện phân để dễ dàng hơn trong việc giải loại bài tập này Đồng thời, với những bài tập nâng cao về điện phân thì đề tài này chỉ cho các em thấy có thể đơn giản hoá các phép tính phức tạp đó trong giới hạn cho phép để các em giải nhanh hơn

2 Nội dung giải pháp đề nghị công nhận là sáng kiến

- Mục đích của giải pháp: Thông qua thực tiễn giảng dạy, nhằm giúp học sinh

định hướng tư duy, xử lý nhanh các bài tập về điện phân, đặc biệt là các bài tập điện phân trong đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh và bài tập vận dụng cao trong đề thi tốt nghiệp

dành cho học sinh THPT, tôi đã soạn chuyên đề “Phương pháp giải bài tập điện phân giúp học sinh đạt kết quả cao trong kì thi HSG và thi tốt nghiệp THPT”

- Nội dung giải pháp:

I Cơ sở lý thuyết về điện phân

1 Khái niệm

2 Điện phân nóng chảy

- Điều chế kim loại mạnh

- Tổng quát

- Các vấn đề cần lưu ý khi điện phân nóng chảy

3 Điện phân dung dịch

- Điều chế kim loại hoạt động hoá học trung bình và yếu

3.1 Với muối của axit không chứa oxi (thường là muối halogen)

3.2 Với muối của axit có chứa oxi (thường gặp là muối nitrat, sunfat…)

3.2.1 Với muối của kim loại mạnh: K, Na,…

3.2.2 Với muối của kim loại trung bình, yếu

3.3 Điện phân dung dịch các chất điện li

4 Ứng dụng của phương pháp điện phân

5 Một số lưu ý khi giải bài tập điện phân

6 Định luật Faraday

II Phương pháp giải bài tập về điện phân

1 Điện phân chất điện li nóng chảy:

- Khi đun nóng ở nhiệt độ cao thì chất điện li nóng chảy (hoá lỏng), các ion dương và ion âm trở lên linh động hơn so với ở trạng thái rắn Các ion dương (cation) mang điện tích dương nên di chuyển về cực âm (catot), tại đây xảy ra quá trình khử; còn các ion âm (anion) mang điện tích âm sẽ di chuyển về cực dương (anot), tại đây xảy ra quá trình oxi hoá

- Điều kiện của chất điện phân nóng chảy:

+ Chất điện phân nóng chảy phải bền ở nhiệt độ nóng chảy hoặc cao hơn

Ví dụ: AlCl3 bị thăng hoa khi đun nóng nên không thể điện phân nóng chảy + Chất điện phân nóng chảy có nhiệt độ nóng chảy thấp hoặc có thể hạ thấp (tiêu tốn ít năng lượng)

1.1 Điện phân nóng chảy muối clorua của kim lại mạnh (K, Na, …)

Phương trình điện phân là: 2MCl ndpnc 2MnCl2 (n 1; 2)

Bài 1: (Trích đề ĐHKA 2008): Khi điện phân NaCl nóng chảy (điện cực trơ), tại

catốt xảy ra :

A Sự khử ion Cl B Sự oxi hóa ion Cl

C Sự oxi hóa ion Na + D Sự khử ion Na +

Hướng dẫn:

nc NaClNaCl

Tại catot (-): ion Na+

Na e Na Chất khử Na+ => bị khử, sự khử, quá trình khử => Chọn D

Nhận xét: Với câu hỏi dạng này học sinh thường nhầm lẫn giữa khái niệm chất khử,

chất oxi hoá, sự khử, sự oxi hoá Đây là dạng bài tập giúp củng cố kiến thức lý thuyết bản chất phần điện phân và phản ứng oxi hoá khử

Bài 2: Điện phân hoàn toàn 14,9 gam muối clorua nóng chảy của một kim loại kiềm

người ta thu được 2,24 lít khí Clo (đktc) Kim loại đó là:

=> Chọn B

Bài 3: Điện phân nóng chảy NaCl với I = 1,93A trong thời gian 400 giây, thu được

0,1472 gam Na thì hiệu suất điện phân là

Nhận xét: Đối với các bài tập củng cố lý thuyết điện phân nóng chảy như bài 2 và

bài 3, đây là các bài tập học sinh chỉ cần sử dụng phương trình điện phân và áp dụng định luật Faraday thì dễ dàng tính ngay được kết quả

Bài 4: Một hỗn hợp gồm 23,5 gam muối cacbonat kim loại hoạt động hoá trị II (A)

và 8,4 gam muối cacbonat kim loại hoạt động hoá trị II (B) đem hoà tan hoàn toàn vào HCl dư rồi cô cạn và điện phân nóng chảy hoàn toàn thấy có m gam các kim loại tạo ra ở catot và V lít khí Clo thoát ra ở anot Biết khi trộn m gam các kim loại này với m gam Ni rồi cho tác dụng với H2SO4 dư thì thể tích khí H2 sinh ra nhiều gấp 2,675 lần so với khí sinh ra khi có một mình Ni và biết phân tử lượng của oxit kim loại B bằng nguyên tử lượng của kim loại A

a) Viết phương trình hoá học xảy ra

b) Tính thành phần % về khối lượng của A, B tạo ra ở catot

2, 675 16

Thể tích khí Clo thu được là 22,4.(a + b) = 7,504 lít

Nhận xét: Ngoài củng cố lý thuyết về điện phân nóng chảy, bài tập này còn giúp

học sinh ôn lại các kiến thức đã học về tính chất của kim loại, rèn kĩ năng viết

phương trình hoá học Bài tập này phù hợp với đối tượng học sinh khá, giỏi

Bài 5: Điện phân nóng chảy a gam muối A tạo bởi kim loại M và halogen X thu

được 0,96 gam M ở catot và 0,896 lít khí ở anot Mặt khác, hoá tan a gam muối A vào nước rồi cho dung dịch trên tác dụng với AgNO3 dư được 11,48 gam kết tủa a) X là halogen nào?

b) Trộn 0,96 gam kim loại M với 2,242 gam kim loại M’ cùng hoá trị duy nhất rồi đốt hết hỗn hợp này bằng oxi thì thu được 4,162 gam hỗn hợp hai oxit Để hoà tan hoàn toàn hỗn hợp này cần 500 ml dung dịch H2SO4 nồng độ c mol/l

- Tính % về số mol mỗi oxit trong hỗn hợp của chúng

- Tính tỉ lệ khối lượng nguyên tử giữa M và M’

- Tính c

Hướng dẫn:

a) Gọi công thức của muối A là MXn ta có phản ứng:

0, 06

0,12 0,5

Nhận xét: Đây là dạng bài tập tương đối khó, đòi hỏi học sinh phải có kiến thức

sâu, việc giải bài tập này có tác dụng phát triển tư duy cho học sinh Giáo viên lựa chọn bài tập này cho bồi dưỡng HSG và ôn luyện thi Đại học

1.2 Điện phân nóng chảy hidroxit kim loại mạnh (K, Na,…)

Phương trình điện phân là: 4MOHdpnc 4MO2 2H O2

Ví dụ: Phương trình điện phân nóng chảy NaOH:

2 2

4NaOHdpnc 4Na O  2H O

Bài 1: Điện phân nóng chảy 6,72 gam hidroxit kim loại kiểm thu được 0,672 lít khí

(đktc) ở anot Công thức hidroxit đó là

Nhận xét: Đối với bài tập điện phân nóng chảy hidroxit kim loại mạnh, đây là bài

tập tương đối dễ Học sinh viết được phương trình điện phân là tính ra được kết quả Bài tập này phù hợp với đối tượng học sinh thi tốt nghiệp THPT

Bài 2: Điện phân nóng chảy NaOH Tại catot xảy ra quá trình:

Nhận xét: Đối với các bài tập định tính ta cần nắm rõ các quá trình xảy ra tại các

điện cựctrong quá trình điện phân Bài tập giúp củng cố kiến thức lí thuyết bản chất phần điện phân và phản ứng oxi hoá – khử

1.3 Điện phân nóng chảy nhôm oxit

Phương trình điện phân là: 2Al O2 3dpnc 4Al 3O2

- Khí ở anot sinh ra thường là hỗn hợp khí CO, CO2 và O2

- Các muối có gốc axit chứa oxi không bị điện phân nóng chảy (NO3-; SO42-,…)

Bài 1: Giải thích tại sao để điều chế Al người ta điện Al2O3 nóng chảy mà không điện phân AlCl3 nóng chảy là

A AlCl3 nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn Al2O3

B AlCl3 là hợp chất không nóng chảy mà thăng hoa

C điện phân AlCl3 tạo ra Cl2 rất độc

D điện phân Al2O3 cho ra Al tinh khiết hơn

Hướng dẫn:

AlCl3 là hợp chất có liên kết cộng hoá trị nên ở nhiệt độ cao sẽ không nóng chảy mà

thăng hoA Vì vậy, phản ứng này không xảy ra

=> đáp án B

Nhận xét: Thông qua bài tập cung cấp cho học sinh kiến thức lí thuyết về sản xuất

Al trong công nghiệp, hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của liên kết trong phân tử đến khả năng nóng chảy của các chất

Bài 2: Sản xuất Al bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al2O3 Hãy cho biết lượng C (anot) cần dùng để có thể sản xuất được 0,54 tấn Al Cho rằng toàn bộ lượng O2 sinh ra đã đốt cháy cực dương thành khí CO2

khối của X so với hidro bằng 16,7 Cho 1,12 lít X (đktc) phản ứng với dung dịch Ca(OH)2 (dư) thu được 1,5 gam kết tủa Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là

Cho X + Ca(OH)2 dư thu được kết tủa

=> X có khí CO2: nCO2 = 1,2 kmol

Nhận xét: Bài tập này đề cập đến phần điện phân nóng chảy tương đối bản chất và

có tính chiều sâu, trong quá trình giải dựa vào bài ra cần phân tích thành phần của khí tạo ra ở anot, từ đó dùng bảo toàn nguyên tố tính lượng oxi tạo ra trong phản ứng điện phân Giáo viên có thể dùng cho việc ôn thi HSG cấp tỉnh và ôn thi tốt nghiệp THPT

1.4 Điện phân nóng chảy hỗn hợp: Dạng bài tập loại này ít gặp, nếu có ta cần xét

thứ tự phản ứng tại các điện cực

Ví dụ: Điện phân nóng chảy hỗn hợp muối natri clorua và magieclorua

Ta có hỗn hợp NaCl, MgCl2 nóng chảy gồm các ion: Na+; Mg2+; Cl-

Catot (-) (Tính khử Na > Mg nên tính OXH Na + < Mg2+)

Anot (+)

2

2Cl Cl  2e

2 2 1

=> Khi điện phân hỗn hợp muối NaCl, MgCl2 thì thu được Mg, Na ở catot; khí Cl2 ở anot

2 Điện phân dung dịch

Khi điện phân dung dịch chất điện li thì tuỳ trường hợp, dung môi nước của dung dịch có thể tham gia điện phân ở catot hay ở anot

- Vai trò của nước: Trước hết là dung môi hoà tan các chất điện phân, sau đó

có thể tham gia trực tiếp vào quá trình điện phân

+ Tại catot H2O bị khử: 2H O2  2eH2 2OH

+ Tại anot H2O bị oxi hoá: 2H O2 O2 4H 4e

- Cách xác định sản phẩm điện phân dung dịch:

* Catot:

- Thực nghiệm cho thấy khi điện phân dung dịch chứa các ion kim loại đứng sau Al trong dãy điện hoá hoặc H+ của axit thì các ion kim loại này bị khử tạo thành kim loại bám vào điện cực catot Ion nào càng đứng sau thì có tính oxi hoá càng mạnh nên càng bị khử trước ở catot: Kim loại đứng sau nhôm có tính khử yếu, do đó ion các kim loại này (ion dương) có tính oxi hoá mạnh Chúng có tính oxi hoá mạnh hơn nước nên các ion dương này bị khử trước nước

2H O 2eH  2OH

Lưu ý: Dạng oxi hoá của những cặp có thể càng lớn càng dễ bị khử Theo dãy thế

oxi hoá khử thì khả năng bị khử của các ion kim loại như sau:

- Các cation từ Zn2+ đến cuối dãy Cu2+, Fe3+, Ag+,… dễ bị khử nhất và thứ tự

tăng dần

- Từ Al3+ đến các ion đầu dãy Na+, Ca2+, K+,… không bị khử trong dung dịch

- Các ion H+ của axit dễ bị khử hơn các ion H+ của nước

* Anot: Quá trình oxi hoá ở anot phụ thuộc vào bản chất của chất làm điện cực anot

và bản chất của anion đi về phía anot

- Nếu anot tan (không trơ, không bền): Anot được làm bằng các kim loại thông thường (trừ Pt) như Ag, Cu, Fe, Ni, Zn, Al, … thì kim loại dùng làm anot oxi hoá (bị hoà tan) còn các anion đi về anot không bị oxi hoá Có thể hiểu một cách gần đúng là kim loại được dùng làm kim loại có tính khử mạnh hơn các chất khác đi

về anot trong dung dịch, nên kim loại được dùng làm điện cực anot bị oxi hoá trước

Và một khi điện cực anot bị oxi hoá (bị ăn mòn) thì đây cũng là giai đoạn cuối ở anot Bởi vì khi hết điện cực anot, thì sẽ có sự cách điện và sự điện phân sẽ dừng

- Nếu anot không tan (trơ, bền): anot được làm bằng bạch kim (Pt) hay than chì (cacbon graphit)

+ Nếu anion đi về anot là các anion không chứa oxi như Cl-, Br-, I-, S2-,… thì các anion này bị oxi hoá ở anot

+ Nếu anion đi về anot là anion có chứa oxi như NO3-, SO42-, PO43-, CO32-,… thì các anion này không bị oxi hoá ở anot mà là H2O của dung dịch bị oxi hoá tạo O2 thoát ra, đồng thời phóng thích ion H+ ra dung dịch (ion H+ kết hợp với anion tạo thành axit tương ứng) Và khi hết H2O đã bị oxi hoá ở anot thì đây cũng là giai đoạn chót ở anot Vì khi hết nước mới đến các chất khử khác bị oxi hoá, lúc này không còn là dung dịch nữa, nên sự điện phân dừng

- Khi đầu bài cho điện phân mà không cho biết dùng điện cực gì thì hiểu là điện cực không tan (trơ, bền)

- Các ion OH-, RCOO- tuy là các anion có chứa oxi, nhưng chúng vẫn bị oxi hoá ở anot khi điện phân dung dịch chứa các anion này với điện cực trơ

2 2

+ Bước 1: Viết phương trình điện li các chất

+ Bước 2: Xác định các chất, ion có tại các điện cực

+ Bước 3: Viết quá trình nhường electron ở anot, nhận electron ở catot Xác định các sản phẩm tạo thành (chất hoặc ion) ở 2 điện cực

+ Bước 4: Viết phương trình điện phân

2.1 Điện phân dung dịch axit

- Đối với axit không có oxi:

Ví dụ: Điện phân dung dịch HCl:

Phương trình điện phân là: 2HCldpncH2Cl2

- Đối với axit có oxi:

Ví dụ: Điện phân dung dịch H2SO4:

Phương trình điện phân là: 2H O2  2H2O2

Như vậy, điện phân dung dịch axit vô cơ có oxi thực chất là điện phân nước

Bài 1: Điện phân 25 gam dung dịch H2SO4 12% khi thể tích khí thu được ở catot là

6,72 lít (đktc) Xác định nồng độ % của dung dịch sau điện phân?

Nhận xét: Thông qua dạng bài tập này củng cố kiến thức lý thuyết về điện phân

dung dịch axit vô cơ có oxi và vận dụng định luật bảo toàn khối lượng để giải Bài

này phù hợp với đối tượng học sinh ôn thi tốt nghiệp THPT

Bài 2: (Trích đề thi HSGQG năm 2004) Điện phân 50 ml dung dịch HNO3 có pH = 5

với điện cực than chì trong 30 giờ, dòng điện không đổi là 1A

a Viết nửa phản ứng tại các điện cực và phương trình phản ứng chung

b Tính pH của dung dịch sau điện phân

c Tính thể tích dung dịch NaOH 0,0001M cần để trung hoà dung dịch sau điện phân

d Hãy cho biết nên dùng chất chỉ thị nào để xác định điểm dừng của phản ứng

trung hoà Coi khối lượng riêng của HNO3 loãng là 1g/ml

Khối lượng dung dịch trước khi điện phân là 50

Khối lượng dung dịch sau khi điện phân là 50 – 10,0728 = 39,9272 = 40 gam

C Tính theo phương trình có VNaOH = 5 ml

D Phản ứng xảy ra giữa axit mạnh và bazơ mạnh nên có thể dùng chất chỉ thị là

phenolphtalein có khoảng chuyển màu 8 – 10

Nhận xét: Bài này đòi hỏi học sinh phải có khả năng tư duy, phân tích và tính toán

Đây là một dạng bài tập có vai trò quan trọng trong việc khắc sâu kiến thức cho học

sinh, ôn tập lại kiến thức phần điện li thuộc chương trình hoá học lớp 11 Bài này

phù hợp cho ôn thi học sinh giỏi

2.2 Điện phân dung dịch bazơ

Phương trình điện phân: 2H O2  2H2O2

Như vậy điện phân dung dịch bazơ mạnh xem như là điện phân nước

2H O 2H O

1 giờ 20 phút Thể tích khí thu được ở đktc là

5, 79.4800

0,144 2.96500

Bài 2: Điện phân dung dịch NaOH với cường độ dòng điện là 10A trong thời gian

268 giờ Sau khi điện phân còn lại 100 gam dung dịch NaOH có nồng độ 24% Nồng độ % của dung dịch NaOH trước khi điện phân là

2 2

100 50 50

 Khối lượng nước bị điện phân là 900 gam

 Khối lượng dung dịch ban đầu là 1000 gam

 Khối lượng NaOH trong dung dịch là 100.24% = 24 gam

 C% (dung dịch ban đầu) = 24.100/1000 = 2,4%

 Chọn đáp án B

Nhận xét: Thông qua bài tập 1, 2 này giúp học sinh củng cố kiến thức lý thuyết và

vận dụng định luật Faraday để giải Bài tập này phù hợp cho ôn luyện thi tốt nghiệp THPT

2.3 Điện phân dung dịch muối halogenua của kim loại mạnh

- Tại catot, cation kim loại không nhận e mà nước nhận e; còn tại anot, anion

X- nhường e Vì vậy, điện phân dung dịch muối halogenua của kim loại mạnh thu được khí H2 ở catot và X2 ở anot

2MX n 2nH Odpdd cmn 2M OH( )nnX nH

- Nếu không có màng ngăn thì X2 tiếp tục phản ứng với dung dịch kiềm

Bài 1: Đem điện phân 200 ml dung dịch NaCl 2M (d=1,1g/ml) với điện cực bằng

than có màng ngăn xốp và dung dịch luôn luôn được khuấy đều đến khi ở catot thoát

ra 22,4 lít khí (ở 20oC, 1atm) thì ngừng điện phân Nồng độ phần trăm của dung

dịch NaOH sau điện phân là

A 8% B 54,42% C 16,64% D 8,32%

Hướng dẫn:

mddNaCl = 1,1.200 = 200 gam

nNaCl = 0,4 mol

Khí thoát ra ở catot là H2 => nH2 = 0,933 mol

2NaCl 2H Odpdd cmn 2NaOHCl H (1) 0,4 0,2 0,2

nH2 < 0,93 nên H2O điện phân ở cả 2 điện cực

Nhận xét: Điểm học sinh thường sai lầm khi giải là tính sai khối lượng dung dịch

sau điện phân Đối với bài này chúng ta áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để

tính khối lượng dung dịch: mdd sau pư = mdd trước điện phân – mkhí Thông qua dạng bài tập

này củng cố kiến thức lý thuyết về điện phân dung dịch, rèn luyện kĩ năng tính toán,

phân tích lượng hết, lượng dư Bài này phù hợp cho ôn luyện thi tốt nghiệp THPT

Bài 2: Mức tối thiểu cho phép của H2S trong không khí là 0,01 mg/l Để đánh giá sự

nhiễm bẩn trong không khí tại một nhà máy người ta làm như sau: Điện phân dung

dịch KI trong 2 phút bằng dòng điện 2 mA Sau đó cho 2 lít không khí đi từ từ qua

dung dịch điện phân trên cho đến khi iot mất màu hoàn toàn Thêm hồ tinh bột bắt

đầu xuất hiện màu xanh Giải thích hiện tượng và cho biết sự nhiễm bẩn của nhà

máy đó là trên hay dưới mức cho phép?

Hướng dẫn:

Các phương trình phản ứng: 2KI + 2H2O → 2KOH + I2 + H2

H2S + I2 → S + 2HI H2S → S + H2 Khi H2S bị điện phân hết, I- bị điện phân tạo ra I2 làm xanh hồ tinh bột

Số mol I2 được giải phóng khi điện phân dung dịch KI (với I = 0,002A, t = 120s)

5 127.

0,124.10 1.96500

Vậy trong 2 lít không khí có chứa: 0,124.10-5 + 0,36.10-6 = 54,4.10-6 gam

Hàm lượng H2S trong không khí của nhà máy là 27,2 10-3 mg/l

Mức độ ô nhiễm của nhà máy đã vượt mức cho phép (≤ 0,01 mg/l)

Vậy không khí của nhà máy đó đã bị ô nhiễm

Nhận xét: Đây là bài tập liên quan đến thực tiễn, ngoài củng cố kiến thức về điện

phân còn giáo dục học sinh ý thức bảo vệ môi trường

Bài 3: (Trích đề thi HSG tỉnh Vĩnh Phúc năm 2014) Điện phân dung dịch NaCl

một thời gian được dung dịch A và khí thoát ra chỉ có V lít H2 (đktc) Cho dung dịch

A vào dung dịch H2S, lắc kĩ để dung dịch A phản ứng vừa đủ với H2S được 0,16 gam chất rắn màu vàng và dung dịch B (không có khí thoát ra) Cho từ từ dung dịch Br2 0,1M vào dung dịch B đến khi thôi mất màu brom thấy hết 50 ml dung dịch và

được dung dịch C Cho dung dịch BaCl2 dư vào dung dịch C được 2,33 gam kết tủa

a Viết các phương trình phản ứng, xác định thành phần của A, B, C

Thành phần của: A: NaCl, NaClO

B: H2SO4, H2SO3, NaCl

C: NaCl, HBr, H2SO4

B Số mol của S là: nS = 0,16/32 = 0,005 mol; nBaSO4 = 0,01 mol

Số mol của brom là 0,1.0,05 = 0,005 mol

0, 005.2 0, 005.6 0, 005.8

0, 0042

Nhận xét: Ngoài củng cố kiến thức lý thuyết về điện phân dung dịch, bài tập này

còn ôn lại tính chất thuộc kiến thức hoá học lớp 10, thông qua bài tập rèn luyện kỹ

năng viết phương trình hoá học, tính toán Bài tập này phù hợp với thi HSG

2.4 Điện phân dung dịch muối gốc axit có oxi với kim loại mạnh

Ví dụ: Điện phân dung dịch KNO3

Phương trình điện phân: 2H O2 dp 2H2O2

Bài 1: Khi điện phân dung dịch Na2SO4 trong bình chữ U với điện cực trơ có pha

vài giọt phenolphtalein thì hiện tượng quan sát được trong quá trình điện phân là

A có khí H2 thoát ra ở catot B có khí O2 thoát ra ở catot

C dung dịch có màu hồng ở catot D dung dịch có màu xanh ở anot

Nhận xét: Do sau khi tan vào nước muối này phân li hoàn toàn thành cation kim

loại và anion gốc axit Các ion này không có khả năng nhường hay nhận e tại các

điện cực Vì vậy, điện phân dung dịch các muối của kim loại mạnh với gốc axit có

oxi thực chất là điện phân nước

Bài 2: Một dung dịch chứa 160 gam nước và 100 gam Ca(NO3)2 với điện cực than

chì được điện phân trong 10 giờ với cường độ dòng điện 5A Kết thúc điện phân

khối lượng dung dịch giảm 40,43 gam Tính khối lượng Ca(NO3)2.4H2O tối đa có

thể hoà tan được trong 100 gam nước ở nhiệt độ này?

Phương trình điện phân: 4M A x n 2xH O2 dpdd 4xM 4nH A x 2nxO2

Khi ion kim loại điện phân hết, nước điện phân ở cả 2 điện cực:

2H Odp 2H O

Để giải bài tập này chúng ta có thể dùng 1 trong 2 cách sau:

Cách 1: Sử dụng phương trình điện phân, dựa vào giữ kiện bài ra và phương trình để

tính kết quả

Cách 2: Sử dụng phương pháp bảo toàn electron:

Viết quá trình nhường e tại anot và nhận e tại catot, ta có số mol e nhường bằng số

mol e nhận

Thông thường muốn được kết quả nhanh chóng, chúng ta thường vận dụng phương

pháp bảo toàn electron

Ví dụ: điện phân dung dịch CuSO4

2

dpdd

Bài 1: (Trích đề thi ĐHKA năm 2011) Hoà tan 13,68 gam MSO4 vào nước được

dung dịch X Điện phân X (với điện cực trơ, cường độ dòng điện không đổi) trong

thời gian t giây, được y gam kim loại M duy nhất ở catot và 0,035 mol khí ở anot

Còn nếu thời gian điện phân là 2t giây thì tổng số mol khí thu được ở cả 2 điện cực

là 0,1245 mol Giá trị của y là

A 4,788 B 3,920 C 1,680 D 4,480

Bài 2: (Trích đề thi ĐHKA năm 2012) Điện phân 150 ml dung dịch AgNO3 1M

với điện cực trơ trong thời gian t giờ, cường độ dòng điện không đổi 2,68A (hiệu

suất điện phân là 100%) thu được chất rắn X, dung dịch Y và khí Z Cho 12,6 gam

Fe vào Y, sau khi các phản ứng kết thúc thu được 14,5 gam hỗn hợp kim loại và khí

NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) Giá trị của t là

Nhận xét: Đối với các dạng bài tập này học sinh chỉ cần xác định các quá trình xảy

ra tại các điện cực, vận dụng phương trình Faraday và bảo toàn electron thì có thể

giải ra kết quả một cách nhanh chóng Giáo viên có thể lựa chọn dạng bài tập này để