Phân loại bài tập và một số sai lầm khi giải bài tập điện phân trong chương trình hóa học lớp 12 thpt

Vì vậy bài tập điện phân còn ít, là dạng bài tập khó cần yêu cầu cao trong việc vận dụng kiến thức nên dễ mắc nhầm lẫn của học sinh.. Với những lý do trên, tôi mạnh dạn tiến hành triển k

SINH VIÊN: NGUYỄN THỊ NHUNG

“Thực trạng và một số giải pháp hoàn thiện kế toán Nguyên vật liệu tại

Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư Xây dựng Thăng Long”

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

SINH VIÊN: TRỊNH THÚY LIÊN

MÃ SV: 1562010022

PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: SƯ PHẠM HÓA HỌC

GVHD: TS HOÀNG THỊ HƯƠNG THỦY

Thanh Hóa, tháng 05 năm 2019

2

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hóa học là môn khoa học cơ bản trong các trường THCS và THPT Đây

là môn học được đưa vào chương trình giáo dục phổ thông từ năm lớp 8, tuy nhiên đây cũng là môn thường xuyên sử dụng thi tốt nghiệp THPT và là một trong ba môn bắt buộc trong kỳ thi tuyển sinh vào đại học, cao đẳng và trung cấp chuyên nghiệp khối A, B

Bài tập hóa học là phương tiện cơ bản để dạy học sinh học tập, vận dụng kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống sản xuất và tập nghiên cứu khoa học Nó cung cấp cho học sinh kiến thức và con đường giành lấy kiến thức Bài tập hóa học giữ vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu đào tạo Nó vừa là mục đích vừa là nội dung, vừa là phương pháp dạy học thực nghiệm Do vậy cần chú

ý đến việc sử dụng bài tập hóa học sao cho hợp lý đúng mức nhằm nâng cao khả năng học tập của học sinh Đặc biệt việc sử dụng bài tập điện phân trong trường THPT hiện nay Sự điện phân có vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp như sản xuất khí, sản xuất muối, sản xuất bazơ Lý thuyết về sự điện phân mới

có trong chương trình hóa học 12 nâng cao và ứng dụng của điện phân trong điều chế kim loại Vì vậy bài tập điện phân còn ít, là dạng bài tập khó cần yêu cầu cao trong việc vận dụng kiến thức nên dễ mắc nhầm lẫn của học sinh Để có kiến thức vững chắc sâu sắc cần nắm vững cơ sở lý thuyết về sự điện phân đồng thời phải biết vận dụng các kiến thức đó để giải các bài tập điện phân Qua đó phát huy tích cực linh hoạt sáng tạo trong học tập cũng như trong cuộc sống Để giải quyết các vấn đề trên chúng ta cần hướng dẫn học sinh nắm chắc và vận dụng sáng tạo nội dung lý thuyết về điện phân Như vậy đòi hỏi người giáo viên phải có kiến thức vững vàng, phong phú luôn tự học hỏi bổ sung kiến thức cho mình và có phương pháp dạy học sinh thích hợp để hướng dẫn học sinh vận dụng và giải quyết các vấn đề đặt ra Bên cạnh đó, trong quá trình nhận thức của học sinh, các em lại hay mắc những sai lầm nhất định về kiến thức, kỹ năng và

tư duy Những sai lầm này học sinh thường hay dễ mắc phải khi giải bài tập hóa học, điều đó dẫn đến sai lầm không được học sinh nhận thấy kịp thời gây ảnh hưởng đến năng lực giải bài tập hóa học của học sinh Việc tìm ra những nguyên

nhân của sai lầm và khắc phục được những sai lầm này, nhằm rèn luyện năng lực giải bài tập hóa học cho học sinh đồng thời nâng cao hiệu quả dạy học hóa học ở trường THPT là rất cần thiết Với những lý do trên, tôi mạnh dạn tiến

hành triển khai nghiên cứu để tài: Phân loại bài tập và một số sai lầm khi giải

bài tập điện phân trong chương trình hóa học lớp 12 - THPT

2 Mục đích nghiên cứu

Góp phần nâng cao chất lượng dạy và học hóa học ở trường THPT

Giúp giáo viên và học sinh có cái nhìn hệ thống về bài tập điện phân, phương pháp giải cho mỗi dạng bài tập và những sai lầm thường gặp của học sinh khi giải bài tập điện phân

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý luận về bài tập điện phân

Nghiên cứu, phương pháp giải và những sai lầm của học sinh trong quá trình giải bài tập hóa học THPT

4 Đối tượng nghiên cứu

Quá trình dạy và học hóa học ở trường phổ thông

Hệ thống phương pháp giải và những sai lầm thường gặp của học sinh khi giải một số dạng bài tập điện phân

5 Phạm vi nghiên cứu

trong giảng dạy ở trường THPH

6 Giả thuyết khoa học

Nếu giáo viên biết cách khai thác việc sử dụng bài tập điện phân cho học sinh một cách có hiệu quả sẽ góp phần dạy và học hóa học nói chung và bài tập

về điện phân nói riêng

7 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện khóa luận này tôi đã sử dụng các phương pháp:

Phương pháp nghiên cứu lí luận ( nghiên cứu lý thuyết về lý luận dạy học nói chung và lí luận về bài tập nói riêng, nghiên cứu SGK, sách tham khảo về bài tập điện phân)

Phương pháp phân tích tổng hợp

Thực nghiêm đối với học sinh THPT

Đưa ra hệ thống các dạng bài tập điện phân và những sai lầm thường gặp

của học sinh khi giải bài tập điện phân

8.2 Về mặt thực tiễn

Cung cấp hệ thống bài tập theo cách phân loại, đưa ra phương pháp giải cho các dạng bài tập và khắc phục những sai lầm của học sinh khi giải bài tập điện phân

9 Điểm mới của đề tài

Xây dựng được nhiều bài tập hay và lựa chọn những bài tập nhằm vào các lĩnh vực tri thức trọng tâm để đào tạo điều kiện cho học sinh có thể phân loại Sắp xếp và làm sáng tỏ các vấn đề chủ chốt trong quá trình hóa học điện phân Thông qua nhiều dạng bài tập học sinh biết cách vân dụng tri thức và năng lực vào thực tiễn, đồng thời làm quen với các tình huống vận dụng

Hệ thống bài tập theo cách phân loại các dạng bài tập và một số sai lầm của học sinh khi giải bài tập phần điện phân lớp 12 cho giáo viên và học sinh

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN

A Tổng quan về sự điện phân

1.1 Một số khái niệm cơ bản

1.1.1 Sự điện phân [1]

Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li

- Sự điện phân là quá trình sử dụng điện năng để tạo ra sự biến đổi hóa học

- Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của điện trường các cation chạy

về cực âm (catot) còn các anion chạy về cực dương (anot), tại đó xảy ra phản ứng trên các điện cực (sự phóng điện)

- Người ta phân biệt: Điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li trong nước, điện phân dùng điện cực dương tan hay hiện tượng

dương cực tan

1.1.2 Điện cực [3]

Vật dụng làm điện cực có ảnh hưởng tới sự tiến hành quá trình điện phân Điện cực dùng trong điện phân gồm các loại sau: điện cực trơ, điện cực khí, điện cực tan, điện cực rắn Xong chủ yếu là 2 loại điện cực: điện cực trơ và điện cực tan

1.1.2.1 Điện cực trơ

Điện cực trơ thường được chế tạo bằng than, platin, graphit chúng là những nguyên tố có giá trị đại số thế điện cực lớn, vì vậy khi điện phân chúng không bị biến đổi về mặt hóa học khi sử dụng điện cực trơ có các electron được chuyển ra mạch ngoài nhờ sự oxi hoá anion và phân tử nước

Ví dụ: Điện cực graphit nhúng trong dung dịch chứa đồng thời dạng oxi hóa và dạng khử của cặp oxi hóa – khử: Pt/Fe3+, Fe2+: Pt/Sn4+, Sn2+…

Ta có thế điện cực: E = E0 + [ ]

6

1.1.2.2 Điện cực tan

Điện cực tan được chế tạo từ các thanh kim loại như Cu, Zn, Ag, Ni…

Khi sử dụng anot tan, bản thân anot sẽ cho các electron đi qua mạch ngoài

còn ion đi vào trong dung dịch

Phản ứng xảy ra ở điện cực: Mn+ aq +ne  M(r)

Thế điện cực: E = E0 + [ ]

Điện cực khí gồm một thanh kim loại trơ hay graphit đóng vai trò vật dẫn điện

đồng thời là vật mang các phân tử khí được nhúng trong dung dịch chứa ion

tương ứng và được bão hòa bằng khí tương ứng

Điện cự rắn là điện cực kim loại tiếp xúc với muối ít tan của nó trong

dung dịch của muối khác có cùng anion

Ví dụ: Điện cực bạc – bạc clorua: Ag/AgCl, KCl

Calomen: Hg/Hg2Cl2, KCl

Phản ứng xảy ra trên điện cực calomen:

Hg2Cl2 + 2e  2Hg +2Cl

-Thế điện cực: E = E0 + [ ]

của anion tương ứng

[ ]

1.2 Khảo sát sự điện phân [3]

1.2.1 Quá trình điện phân

1.2.1.1 Quá trình phân li của các chất

Viết quá trình phân li của các chất

Ví dụ: NaCl  Na+ + Cl-

Cần chú ý điều kiện điện phân là điện phân nóng chảy hay điện phân dung dịch mà xét quá trình điện li của nước

và thu gọn

1.2.1.2 Quá trình cho và nhận eletron ở điện cực

Trước hết cần nắm rõ sự di chuyển của các ion trong quá trình điện phân Các cation di chuyển trong dung dịch theo chiều của dòng điện quy ước có nghĩa là chúng di chuyển về catot (âm) các anion thì ngược lại chúng di chuyển

1.2.1.3 Phương trình điện phân

Đây là phương trình điện phân chính khi điện phân và là việc thu gọn của phương trình điện li, các quá trình xảy ra ở điện cực

8

1.2.1.4 Một số phản ứng phụ trong quá trình điên phân

Xét các phản ứng phụ có thể xảy ra giữa từng cặp sau:

A: kim loại mol của chất X I: cường độ dòng điện I (A) T: thời gian điện phân (s)

Q = It là điện lượng ( C ) n: số electron trao đổi trong phản ứng ở điện cực

F: hằng số Faraday phụ thuộc đơn vị thời gian

F = 96500 với thời gian tính bằng giây (s)

*Lưu ý: + Tổng số đương lượng các chất thoát ra ở catot

+ Khối lượng các chất thoát ra ở điện cực tỉ lệ thuận với đương lượng của chúng

=

+ Số mol của các chất thu được ở các điện cực tỉ lệ nghịch với hóa trị của chúng: =

Định luật Faraday có ý nghĩa rất lớn khi tiến hành những phép tính có liên quan đến điện phân

1.2.3 Các trường hợp điện phân

Áp dụng đối với MCln , M(OH)n và Al2O3 (M là kim loại nhóm IA và IIA) là các kim loại có tính khử mạnh như K, Na, Mg, Al

a Điện phân nóng chảy oxit:

Nhôm là kim loại được sản xuất bằng cách điện phân Al2O3 nóng chảy

thành công để sản xuất nhôm là tạo một dung dịch dẫn điện có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn 20000C bằng cách hòa tan Al2O3 vào criolit nóng chảy (Na3AlF6) Phương trình sự điện phân: 2Al2O3 → 4Al + 3O2

Sơ đồ phản ứng:

• Tác dụng của Na3AlF6 (criolit)

- Hạ nhiệt độ nóng chảy cho hỗn hợp phản ứng Al2O3 từ 2050oC xuống

C

- Tăng khả năng dẫn điện cho hệ phản ứng

- Ngăn chặn sự tiếp xúc của oxi không khí với Al

- Chú ý: Do điện cực làm bằng graphit (than chì) nên bị khí sinh ra ở anot

b Điện phân nóng chảy hydroxit kim loại kiềm:

Ví dụ: Điện phân NaOH nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

4| Na+ + 1e → Na 4OH- → O2 + 2H2O + 4e

10

c Điện phân muối clorua (thường dùng điều chế KL kiềm và kiềm thổ)

2MClx → 2M + xCl2 (x = 1, 2)

Ví dụ: Điện phân NaCl nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

2 / Na+ + e → Na 2Cl- → Cl2 + 2e Phương trình điện phân là:

chảy làm giảm hiệu suất của quá trình điện phân Một số chất phụ gia như NaF, KCl giúp làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hệ…

1.2.3.2 Điện phân dung dịch

Trong điện phân dung dịch luôn tuân theo các quy tắc chung (quy tắc A, quy tắc K) Các trường hợp trong dung dịch điện phân thực chất chỉ là sự vận dụng các quy tắc ấy vào các ví dụ cụ thể

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

đó có thể tham gia trực tiếp vào quá trình điện phân Trong sự điện phân dung dịch, ngoài các ion do chất điện li phân li ra còn có các ion H+

và OH- của nước

Do đó việc xác định sản phẩm của sự điện phân phức tạp hơn Tùy thuộc vào tính khử và tính oxi hóa của các ion có trong bình điện phân mà ta thu được những sản phẩm khác nhau

Ví dụ: khi điện phân dung dịch NaCl, các ion Na+, H+ (H2O) chạy về catot

ở các điện cực?

Cơ sở để giải quyết vẫn đề này là dựa vào các giá trị thế oxi hóa – khử của các cặp Trong quá trình điện phân, trên catot diễn ra sự khử Vì vậy khi có nhiều dạng oxi hóa thì trước hết dạng oxi hóa của cặp có thế lớn hơn sẽ bị khử trước

Ngược lại trên anot sẽ diễn ra sự oxi hóa dạng khử của cặp có thế oxi hóa – khử nhỏ nhất trước

m-, OH- (do nước hoặc bazơ điện li)

- Trường hợp anot trơ (C, Fe, Pt)

do bazơ điện li:

- Trường hợp anot hoạt động: Bản thân các kim loại này có tính khử vượt

trội hơn hẳn so với các anion có mặt trong dung dịch, vì vậy chúng sẽ tham gia vào quá trình oxi hóa Được gọi là hiện tượng dương cực tan: Nếu anot làm bằng kim loại mà ion của nó có mặt trong dung dịch thì khi điện phân: Anot sẽ bị hòa

sung cho số ion dương bị giảm

* Quy tắc catot:

+ Tại catot (cực âm) H2O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH–

+ Tại anot (cực dương) H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e

- Tại catot (cực âm) xảy ra quá trình khử M+, H+ (axit), H2O theo quy tắc:

+ Các ion H+ (axit) và cation kim loại khác bị khử theo thứ tự trong dãy thế

2

1

2 2

OH  O H e

12

điện cực chuẩn (ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị khử trước): Mn+

+ ne → M + Các ion H+ (axit) dễ bị khử hơn các ion H+ (H2O)

Trường hợp này bao gồm muối của kim loại với gốc axit chứa oxi các hiđroxit và axit có gốc axit chứa oxi

Phương trình điện phân: CuSO4 + H2O  Cu + H2SO4 + O2

K(-)  NaNO3dd  A(+)

Na+, H2O NO3- , H2O

Ở catot: 2H2O +2e →H2 + 2OH-

Ở anot: H2O→O2 + 2H+ +2e

4

NO SO PO CO ClO

Phương trình điện phân: H2O H2 + O2

Trường hợp này bao gồm muối, axit của gốc axit không chứa oxi

Ví dụ 3: Điện phân dung dịch CuCl2

Phương trình ion: 2Cl- + 2H2O  H2 + Cl2 + 2OH-

*Lưu ý:

dụng mà người ta thực hiện các biện pháp khác nhau

Trong trường hợp này cũng dùng điều chế kim loại, khí, bazơ, và cả nước Javen

14

K(-)  CuSO4dd  A(+)

Cu2+, H2O SO4

2-, H2O a,Với điện cực Zn

-Phương pháp này dùng để mạ kim loại (ví dụ mạ vàng, đồng ) -Để tinh chế kim loại (tinh chế đồng thô )

K(-)  KBr , CuCl2 , HCl  A(+)

Cu2+, K+, Fe3+ FeCl3 , H2O Br-, Cl-, H2O H+, H2O

Thế khử: Fe3+/Fe2+ > Cu2+/Cu > 2H+/H2 > Fe2+/Fe

Do đó thứ tự điện phân ở catot là: Fe3+ + 1e Fe2+

H2O → O2 + 2H+ +2e

*Lưu ý:

-Dựa vào thế khử và dãy hoạt động hóa học của kim loại

Trong dung dịch điện phân để xác định phản ứng nào xảy ra ở các điện cực cần phải cần phải xét thế phân cực, quá thế và thế và thế phân hủy của tất cả các quá trình xảy ra.Trong các quá trình đó, quá trình nào đòi hỏi thế phân hủy

bé nhất sẽ dễ dàng xảy ra nhất

Cực âm(K): Ni2+ + 2e Ni

Cực dương(A): Cl- Cl2 + 1e

Các sản phẩm tạo thành sẽ bao phủ điện cực và kết quả là:

là tạo thành điện cực Ni/Ni2+

điện cực Ni/Ni2+

+ Điện cực dương trở thành tấm Pt bão hòa Clo và nhúng trong dung dịch chứa Cl- nghĩa là tạo thành điện cực Pt/Cl2

+ Sự hình thành hai điện cực này sẽ tạo nên pin Ganvani với sức điện động: E = 1,36 - (-0,023) = 1,59 (V) và dòng điện ở trong mạch của pin ngược chiều với dòng điện ở ngoài

Đại lượng quá thế phụ thuộc vào:

+ Bản chất của chất thoát ra ở điện cực: thông thường các khí thế phụ thuộc vào:

+ Bản chất của chất thoát ra ở điện cực: thông thường các khí có quá thế lớn,

quá thế của các sản phẩm rắn hầu như rất nhỏ có thề bỏ qua trừ Fe (0,24V) , Ni (0,23V)

16

còn trên các điện cực khác như Pt, Ni, Fe quá thế bé hơn nhiều

+ Trạng tháí bề mặt điện cực: Khi bề mặt nhẵn bóng thì quá thế cao, bề mặt xốp quá thế thấp

+ Mật độ dòng (là tỷ số giữa cường dòng điện ( A , mA ) với điện tích bề

được ghi dưới đây: Điện cực kim loại: Pt Au Fe Cu Zn Hg

Quá thế (V): -0,07 -0,39 -0,56 -0,58 -0,75 -1,04

Như vậy thế phân hủy trong mỗi trường hợp bằng tổng số của thế phân cực

điện phân dung dịch của một chất nào đó cần thực hiện các bước sau:

1, Tính thế phân cực của tất cả các trường hợp có thể xảy ra

2, Từ kết quả thu được chọn trường hợp có thể phân hủy bé nhất, đó sẽ là quá trình xảy ra dễ dàng nhất (thường để so sánh trong điện phân hỗn hợp)

Ý nghĩa:

Nhờ có quá thế mà người ta có thể sử dụng các điện cực khác nhau trong điện phân nhằm tạo ra các sản phẩm như ý muốn chẳng hạn: Muốn sản xuất Clo trong công nghiệp thì điện phân dung dịch NaCl đâm đặc với catot bằng Fe và anot bằng than chì

-Bằng cách thực hiện các bước xây dựng sản phẩm của quá trình điện phân nhờ thế phân hủy mà ta xác định được phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân

+Ở catot (cực (-) là Fe) : Na+ + 1e → Na E0

= - 2,71V 2H2O + 2e → H2 + 2OH- (aq) E0 = - 0,42V

Điện phân có nhiều ứng dụng quan trọng trong sản xuất công nghiệp

1.3.1 Sản xuất kim loại

Dùng phương pháp điện phân nóng chảy để sản xuất các kim loại có thế điện cực chuẩn rất âm như kim loại kiềm, kiềm thổ và nhôm Các kim loại từ trung

bình đến yếu (sau Al) dùng phương pháp điện phân dung dịch muối của nó kể cả các kim loại có thế điện cực chuẩn rất âm chẳng hạn:

E0Zn2+/Zn = - 0,77 (v) với hơn 50% sản lượng Zn của thế giới được sản xuất

1.3.2 Sản xuất khí trong công nghiệp

điện phân H2O để sản xuất H2 và O2

1.3.3 Sản xuất một số hợp chất

1.3.4 Dùng để tinh chế một số kim loại

Như Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au… Phương pháp điện phân với anot hoạt động được dùng để tinh chế kim loại chẳng hạn tinh chế đồng thô thành đồng dòng người ta dùng anot tan là đồng thô Hay tinh chế vàng người ta cũng dùng anot tan là thu vàng thô thu được vàng dòng ở catot với độ tinh khiết 99,99%

1.3.5 Mạ điện

Điện phân với anot hoạt động cũng dùng trong kĩ thuật mạ điện nhằm bảo

vệ kim loại khỏi bị ăn mòn và tạo vẻ đẹp cho các vật mạ Trong mạ điện anot là kim loại dùng để mạ như: Cu, Ag, Au, Cr, Ni Catot là vật cần mạ Lớp mạ

kẽm

B Tổng quan về bài tập hóa học

1.4 Khái niệm và phân loại bài tập hóa học

1.4.1 Khái niệm

Bài tập hóa học là một hoặc nhiều vấn đề (câu hỏi hoặc bài toán) mà người giải quyết phải trả lời được thông qua các hoạt động tư duy Mỗi dạng bài tập có tính chất, tác dụng riêng, tuy nhiên trong khuôn khổ có hạn, luận văn chỉ trình bày loại bài tập định lượng tức bài toán hóa học

Bài tập định lượng hay bài toán hóa học là loại bài tập vừa có tính hóa học (cần dùng đến kiến thức hóa học ngôn ngữ hóa học mới giải được) và vừa có

18

tính toán học (cần dùng các kỹ năng toán học mới giải được) Đối với học sinh, giải bài tập là phương pháp học tích cực Để giải bài toán hóa học cho học sinh cần phải hiểu rõ các dữ kiện, các yêu cầu cần thiết Do đó khi giải các bài toán hóa học, những kiến thức học sinh lĩnh hội trong quá trình học tập củng cố, đào sâu, vận dụng Việc hoàn thành và phát triển kỹ năng giải các bài toán hóa học cho phép thực hiện những mối liên hệ qua lại mới giữa các tri thức thuộc cùng một trình độ của cùng một năm học và thuộc những trình độ khác nhau Thông qua bài tập, giáo viên có thể kiểm tra được khả năng tiếp thu kiến thức của học sinh, đồng thời phát hiện những sai sót, yếu kém của học sinh mà qua đó có kế hoạch rèn luyện kịp thời

Bài tập hóa học là một phương tiện cơ bản để truyền đạt kiến thức cũng như học sinh vận dụng kiến thức đã học nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình dạy và học Để làm tốt một bài tập tự luận cần phải làm theo phương pháp chung sau:

+ Đọc và tóm tắt đề tài

+ Chuyển dữ kiện trong đề về số mol

+ Viết phương trình phản ứng và tính số mol

+ Lập phương trình đại số và giải phương trình

+ Từ n chất thì biện luận (bằng lời hoặc tính toán) để tìm ra kết quả

1.4.2 Phân loại

a Phân loại dựa vào nội dung kiến thức hóa học

+ Bài tập định tính (không có tính toán)

+ Bài tập định lượng (có tính toán)

b Phân loại dựa vào hoạt động của học sinh khi giải bài tập

+ Bài tập lý thuyết (không có tiến hành thí nghiệm)

+ Bài tập thực nghiệm (có tiến hành thí nghiệm)

c Phân loại dựa vào trạng thái của chất điện phân

+ Bài tập điện phân dung dịch

+ Bài tập điện phân nóng chảy

d Dựa vào sự có mặt của màng ngăn

Điện phân có màng ngăn

Điện phân không màng ngăn

e Dựa vào tính chất của điện cực

Điện phân điện cực trơ

Điện phân cực dương tan ( cực dương tan tham gia quá trình điện phân )

f Dựa vào dạng bài tập

Dạng 1:Điện phân nóng chảy

Dạng 2 : Điện phân dung dịch chỉ chứa một ion kim loại hoặc chỉ có một Ion kim loại bị khử

Dạng 3: Điện phân dung dịch chứa nhiều chất điện phân

Dạng 4: Điện phân dung dịch chỉ có nước điện phân ở catot

Dạng 5 : Điện phân dung dịch có bình mắc nối tiếp hoặc song song

Dạng 6 : Biện luận vế các trường hợp có thể xảy ra trong quá trình điện phân tùy thuộc chất tham gia hay lượng sản phẩm tạo thành

g Dựa vào khối lượng kiến thức, mức độ đơn giản, phức tạp của bài tập

+ Bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi

+ Bài tập luyện ôn thi đại học

Mỗi cách phân loại có những trường hợp cụ thể mà giáo viên sử dụng hệ thống phân loại này hay hệ thống phân loại khác hay kết hợp các phân loại khác hay kết hơp các cách phân loại nhằm phát huy tính ưu điểm của nó

20

1.5 Tác dụng của bài tập hóa học

Học sinh có thể học thuộc lòng các khái niệm, các định luật nhưng nếu không qua việc giải bài tập học sinh chưa thể nào nắm vững được kiến thức mà học sinh đã học thuộc lòng Bài tập hóa học sẽ rèn luyện kỹ năng vận dụng được những kiến thức đã học, biến những kiến thức tiếp thu được qua các bài giảng của thầy cô thành kiến thức của mình

1.5.1 Bài tập hóa học có tác dụng làm cho học sinh hiểu sâu hơn và làm chính xác hóa các khái niệm đã học

Ví dụ: Điện phân (với điện cực Pt) 200ml dung dịch Cu(NO3)2 đến khi bắt đầu có khí thoát ra ở catot thì ngừng lại Để yên dung dịch cho đến khi khối lượng catot không đổi, lúc đó khối lượng catot tăng thêm 3,2g so với lúc chưa

A 0,5M B 0,9M C 1M D 1,5M

Để giải được bài tập này học sinh phải rà soát, nhớ lại các sản phẩm, lựa chọn khí thích hợp và viết phương trình phản ứng, cách cân bằng phương trình Vận dụng kiến thức và công thức tính nồng độ mol để giải quyết bài tập

1.5.2 Các bài tập hóa học đào sâu mở rộng sự hiểu biết một cách sinh động phong phú mà không làm nặng nề khối lượng kiến thức của học sinh

thức một cách sâu sắc Hơn nữa, một số bài tập với các tình huống có vấn đề sẽ tạo hứng thú cho học sinh tiếp thu kiến thức được mở rộng hơn từ lý thuyết phản ứng đã học

là 5A trong 2giờ 40 phút 50 giây Tính khối lượng kim loại thu được ở catot?

Với bài này học sinh không nên viết vội vàng phương trình, cần phải xác định được dãy điện hóa học, khi các em biết vận dụng hệ quả của định luật

+3e → Fe Các em cần nhớ kiến

thực tế hơn

1.5.3 Bài tập hóa học củng cố kiến thức cũ một cách thường xuyên và hệ thống các kiến thức đã học

Kiến thức cũ nếu chỉ đơn thuần nhắc lại sẽ làm cho học sinh nhàm chán vì không có gì mới và hấp dẫn Bài tập hóa học sẽ được ôn tập, củng cố và hệ thống hóa kiến thức một cách thuận lợi nhất, một số đáng kể bài tập hóa học đòi hỏi học sinh vận dụng tổng hợp kiến thức của nhiền nội dung, nhiều chương, học sinh sẽ tìm ra mối liên hệ giữa các nội dung của nhiều bài, chương khác nhau từ đó sẽ hệ thống hóa kiến thức đã học

1.5.4 Bài tập hóa học giúp rèn luyện các kỹ năng về hóa học

Các kỹ năng hóa học như:

- Kỹ năng sử dụng ngôn ngữ hóa học

- Lập công thức, cân bằng phương trình

- Tính theo phương trình hóa học

- Các tính toán đại số: Giải phương trình và hệ phương trình, kỹ năng nhận biết các hóa chất

- Kỹ năng giải từng loại bài tập khác nhau

Qua việc thường thường xuyên giải các bài tập hỗn hợp, lâu dần học sinh sẽ thuộc hết các ký hiệu hóa học, hóa trị, số oxh của các nguyên tố

1.5.5 Bài tập hóa học tạo điều kiện để tư duy học sinh phát triển

Bài tập hóa học phát triển năng lực nhận thức, rèn luyện trí thông minh cho học sinh Khi giải một bài tập, học sinh được rèn luyện các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh diễn dịch, quy nạp Học sinh buộc phải nhớ lại các kiến thức đã học mà có liên quan đến bài tập, xác định mối liên hệ giữa những điều kiện đã cho và yêu cầu của đề để tìm ra cách giải quyết tối ưu nhất Qua đó tư duy học sinh được phát triển, tính tích cực, độc lập cuả học sinh được nâng cao

1.5.6 Tác dụng giáo dục tư tưởng

Khi giải bài tập hóa học, học sinh rèn luyện về tính kiên nhẫn, tính trung thực trong lao động học tập, tính độc lập, sáng tạo, khi xử lý các vấn đề xảy ra Mặt khác việc tự mình giải các bài tập hóa học còn giúp cho học sinh rèn luyện

1.6.1 Cơ sở phân loại bài tập điện phân

a) Dựa vào các dạng bài tâp

Dạng 1: Điện phân nóng chảy

Dạng 2: Điện phân dung dịch chỉ chứa một ion kim loại hoặc chỉ có một Ion kim loại bị khử

Dạng 3: Điện phân dung dịch chứa nhiều chất điện phân

Dạng 4: Điện phân dung dịch chỉ có nước điện phân ở catot

Dạng 5: Điện phân dung dịch có bình mắc nối tiếp hoặc song song

Dạng 6: Biện luận vế các trường hợp có thể xảy ra trong quá trình điện phân tùy thuộc chất tham gia hay lượng sản phẩm tạo thành

b) Dựa vào tính chất

Điện phân nóng chảy oxit:

Điện phân nóng chảy hydroxit kim loại kiềm

Điện phân muối clorua

Điện phân dung dịch chất điện li trong nước

Điện phân dung dịch của hợp chất chứa oxi

Điên phân dung dịch của hợp chất không chứa oxi

Điện phân dung dịch bằng điện cực hoạt động

1.6.2 Một số lưu ý khi giải bài tập điện phân

electron theo nguyên tắc sau:

Giai đọan 1: Fe3+ + 1e Fe2+

Giai đọan 2: Fe2+ trở về đúng vị trí của nó: Fe2+ + 2e Fe

Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào

Độ giảm khối lượng của dung dịch: m = (m kết tủa + m khí)





Khi catot bắt đầu xuất hiện bọt khí hoặc khối lượng catot không đổi nghĩa là

bắt đầu bị điện phân

- Khi pH của dung dịch không đổi có nghĩa là các ion âm hoặc dương (hay

cả hai loại) có thể bị điện phân đã bị điện phân hết Khi đó tiếp tục điện phân sẽ

- Với quá trình điện phân có sinh ra kết tủa hay giải phóng khí thì:

mdung dịch sau điện phân = mdung dịch trước điện phân – mkết tủa - mkhí

- Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (m kết tủa + m khí)

- Nếu điện phân các bình nối tiếp nhau thì Q = I.t qua mỗi bình bằng nhau

Sự thu hoặc nhường electron ở các cực cùng tên phải như nhau và các chất sinh

ra ở các cực cùng tên tỉ lệ mol với nhau

, )

+ Axit có oxi (HNO3 , H2SO4 , HClO4 ,…)

 Thực tế là điện phân H2O bị phân tách thành H2 (ở catot) và O2 (ở anot)

- Khi điện phân dung dịch với anot là một kim loại không trơ (không phải

Pt hay điện cực than chì) thì tại anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa điện cực

- Có thể có các phản ứng phụ xảy ra giữa từng cặp: Chất tạo thành ở điện cực, chất tan trong dung dịch, chất dùng làm điện cực Ví dụ:

+ Điện phân nóng chảy Al2O3 (có Na3AlF6) với anot làm bằng than chì thì

24

+ Điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo ra nước Gia–ven và có khí H2 thoát ra ở catot

+ Phản ứng giữa axit trong dung dịch với kim loại bám trên catot

- Viết phản ứng (thu hoặc nhường electron) xảy ra ở các điện cực theo đúng thứ tự, không cần viết phương trình điện phân tổng quát

- Nếu đề bài cho I và t thì trước hết tính số mol electron trao đổi ở từng điện

Sau đó dựa vào thứ tự điện phân, so sánh tổng số mol electron nhường hoặc

thì ở điện cực nào…

+ Trong nhiều trường hợp, có thể dùng định luật bảo toàn mol electron (số mol electron thu được ở catot bằng số mol electron nhường ở anot) để giải nhanh bài toán

- 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

e

It n F



CHƯƠNG 2

PHÂN LOẠI BÀI TẬP VÀ MỘT SỐ SAI LẦM KHI GIẢI BÀI TẬP

ĐIỆN PHÂN 2.1 Phân loại bài tập

Trong khuôn khổ của khóa luận tôi đã trình bày một mảng bài tập nhỏ trong rất nhiều mảng của bài tập hóa học đó là bài tập điện phân được chia thành

6 dạng nhỏ

điện cực chỉ xảy ra một phản ứng duy nhất

 Cách làm:

+ Xem chất điện phân là chất nào ( muối, axit hay hiđroxit )

+ Để viết phương trình điện phân cần xét riêng rẽ các quá trình xảy ra ở anot và catot

Ở catot ion dương kết luận nhận electron

+ Dựa vào định luật Faraday tính lượng sản phẩm

Chú ý: Khi đun nóng ở nhiệt độ cao thì chất điện li nóng chảy ( hóa lỏng ),

các ion dương và ion âm bay giờ linh hoạt hơn so với khi ở trạng thái rắn Các ion dương mang điện tích dương nên sẽ di chuyển về cực âm (catot ), tại đây có quá trình khử xảy ra; còn iom âm mang điện tích âm nên sẽ di chuyển về cực dương ( anot), tại đây quá trình oxi hóa xảy ra

Bài tập 1:

Điện phân hoàn toàn 2,22g muối clorua kim loại ở trạng thái nóng chảy thu được 0,448l khí ở anot(đktc)

Giải thích: Khi ở trạng thái nóng chảy MCln bị điện phân thành Mn+ và anion

Cl- Dưới tác dụng của lực điện trường hay hiệu điện thế Mn+

Vậy khối lượng kim loại M là: 2.22 – 1.42 = 0,8 (g)

Theo định luật bảo toàn số mol electron: ne (nhường) = ne (nhận) = 0,04 (mol)

 Cường độ dòng điện I =

= 1 (A)

Bài tập 2:

dụng vừa đủ với HCl 0,4M thấy thoát ra 1,467(l) khí ở (đktc) Cô cạn dung dịch thu được hỗn hợp muối B Điện phân B nóng chảy đến khi ở anot không còn khí thoát ra thì thu được 2 kim loại ở catot Cho hỗn hợp 2 kim loại hòa tan trong

Đem điện phân nóng chảy hỗn hợp muối B (hoàn toàn)

Bài tập 3: [2] (Đề thi đại hoc khối A năm 2008) Điện phân lượng dư Al2O3

nóng chảy trong thời gian 2 giờ 40 phút 50 giây, cường độ dòng điện 5A thu được 3,6 g nhôm kim loại ở catot Hiệu suất của quá trình điện phân này là: A,70% B.80% C 90% D 100%

a,Viết phương trình điện phân Al2O3(nc) với điện cực bằng than

b,Viết phương trình điện phân NaOHnc , MgCl2(nc) với điện cực trơ

Bài 3:

Bài 4:

Hòa tan 10,65 gam hỗn hợp A gồm một oxit kim loại kiềm và một oxit kim loại kiềm thổ bằng dung dịch HCl thu được dung dịch Cô cạn dung dịch và điện phân nóng chảy hoàn toàn hỗn hợp muối thì thu được ở anot 3,696 lit khí C (ở 27,30C và 1atm) và hỗn hợp kim loại D ở catot Tính khối lượng của D

1, Viết phương trình phản ứng hóa học và điện phân

30

2, Tính % khối lượng A, B trong hỗn hợp của chúng ở catot 3 Tính thể tích V Cho C = 12 , O =16,Be=9,Mg=24,Ca=40,Sr=88,Ba=137,Ni=59,Zn=65,Cu=64

Dạng 2: Điện phân dung dịch chỉ chứa một ion kim loại hoặc chỉ có

 Đặc điểm: Chỉ có một ion kim loại bị khử nên xem phương trình điện

phân như một phản ứng vô cơ bình thường

- Viết phương trình cho nhận electron ở hai điện cực của kim loại đứng sau

+ Bước 2: Viết phương trình điện phân chung (bằng cách cộng hai phương trình cho nhận electron ở hai cực,sau khi đã cân bằng hệ số, cho hệ số electron cho và nhận bằng nhau)

+Bước 3: Dùng phương trình điện phân chung như một phương trình phản ứng hóa học thông thường tính số mol các chất chưa biết theo số mol các chất đã biết

Nếu cần áp dụng định luật Faraday để tính số nguyên tử gam, khối lượng, thời gian hoặc cường độ dòng điện

*Đặc điểm lưu ý:

+ Khi điện phân dung dịch muối của kim loại M (trung bình hoặc yếu), sau điện phân sinh ra axit, không xảy ra phản ứng axit trong dung dịch với kim loại bám trên catot khi đang điện phân Nhưng khi ngừng điện phân thì phản ứng xảy

ra bình thường

+ Số mol trong chất tạo thành tỷ lệ thuận với thời gian t

phân đã hết)

Bài tập 1:

hành điện phân hoàn toàn dung dịch B với điện cực trơ Nếu thời gian điện phân

là t (s) thì thu được kim loại catot và 0,007 mol khí tại anot Nếu thời gian điện phân là 2t (s) thì thu được 0,024 mol khí

a, Hãy tìm tên kim loại A

b, Có I = 1,93A Tính thời gian t điện phân

Sau t (s) thì được 0,07 mol khí O2 ở anot

Sau 2t (s) giả sử chưa có phương trình (2) thì số mol khí thu được là

nO2 = 2 x 0,007 = 0,014 < 0,024  tại thời điểm 2t (s) đã có phản ứng (2) Vậy khí thu được là O2 và H2

Sau 2t (s) thì nO2 (A)= 0,014 (mol) nH2 (K) = 0,024 – 0,014 = 0,01 (mol)

ne nhường (A) = 4nO2 = 0,056 (mol)

Theo định luật bảo toàn electron :  ne nhận(k) =  ne nhường(A)

 2nA2+ + 0,02 = 0,056  nA2+ = 0,018 (mol)

Mặt khác nASO4.5H 2O = nASO4 = nA2+ = 0,018(mol)

Hòa tan hỗn hợp A gồm kim loại M và oxit MO của kim loại ấy (M chỉ có

Để trung hòa lượng axit dư trong dung dịch B thu được 2 lit dung dịch NaOH 0,5M.Khi đó ta thu được dung dịch C

a, Tính số mol M và MO trong hỗn hợp A

b, Điện phân dung dịch C với điện cực trơ trong 48phút 15giây ta thu được 11,52gam kim loại M bên catot và 2,016(l) khí ở đktc bên anot Xác định kim loại M và cường độ dòng điện

c, Tính thời gian để điện phân hết M2+ trong dung dịch, Cường độ dòng điện vẫn như câu b

 n HNO3 dư = n NaOH = 1 mol

 n HNO3 = 8/3a + 2b = 2-1 =1(mol)

a= 0,3 mol b= 0,1 mol

b, t = 48phút 15giây = 2895giây

Sau khi trung hòa dung dịch B bằng NaOH, dung dịch C thu được chứa M(NO3)2 a + b = 0.4 mol và NaNO3 1mol

khi bắt đầu có khí thoát ra ở catot thì dừng lại Để yên dung dịch cho đến khi kim loại của catot không đổi, thấy khối lượng catot tăng 3,2g so với lúc chưa

Lời giải:

Phương trình điện phân:

2 Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu + O2 + 4HNO3

mol a a 2a

34

điện phân hết Cu↓ bám vào catot và nước bắt đầu điện phân Khi để yên dung

Khối lượng catot tăng 3,2g so với lúc chưa điện phân chứng tỏ Cu không tan hết trong HNO3 tức HNO3 hết

độ mol và nồng độ % của dung dịch CuSO4 trước điện phân Biết dung dịch

2, Cho biết tên kim loại trong muối sunfat

3, Hãy tính thể tích của khối khí tạo thành tại anot ở 25oC và 770 mlHg