Trong chương trình phân ban hiện nay nội dung điện phân được đề cập cụ thể theo yêu cầu về nội dung kiến thức của chương trình trong sách giáo khoa hóa học lớp 12, bao gồm một bài cụ thể
Trang 1PHẦN I : MỞ ĐẦU
I/ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Xuất phát từ thực tế hàng năm sau khi tốt nghiệp THPT phần lớn học sinh tiếp tục
dự thi vào các trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp Do đó trong quá trình
ôn luyện học sinh phải được chuẩn bị kĩ càng về nội dung kiến thức và phương pháp giải bài tập Vấn đề về điện phân được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực lí thuyết lẫn bài tập ở nhiều mức độ khác nhau Kiến thức phần này sách giáo khoa đề cập còn ít, đề cập một cách chung chung, khái quát Tuy nhiên điện phân ở trong các đề thi lại đề cập đến nhiều phần kiến thức mà học sinh rất khó có khả năng suy luận trực tiếp đựơc từ bài học sách giáo khoa Vậy yêu cầu học sinh phải biết tự tham khảo thêm ở các sách tham khảo Công việc này không phải học sinh nào cũng làm được.vì lí do trên tôi chọn đề tài : "Giúp học sinh có kĩ năng giải bài tập về điện phân "
II/ MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI
Đề tài này nhằm mục đích:
1 Hệ thống hóa lí thuyết căn bản về vấn đề điện phân Nêu ra cách vận dụng lí thuyết để
giải quyết bài tập
2.Phân dạng bài tập điện phân, giúp học sinh có phương pháp giải phù hợp, có kĩ năng giải
tốt các bài tập điện phân trong các đề thi vào đại học và cao đẳng
III/ ĐÔI TƯƠNG NGHIÊN CƯU
- Phần lí thuyết cơ bản về điện phân lớp 12 trong chương trình hóa học THPT
- Bài tập lí thuyết, bài toán về điện phân
IV/ Phạm vi nghiên cứu
- Về thời gian nghiên cứu trong năm học 2010-2011
- Học sinh lớp 12C3 và 12C13 trường THPT Lê Văn Hưu , Huyện Thiệu Hóa
V/ Phương pháp nghiên cứu
- Trên cơ sở thực trạng của việc dạy và học về nội dung kiến thức phần điện phân của giáo viên và học sinh trong nhà trường, bằng phương pháp phân tích, thống kê để rút ra những tồn tại , những khó khăn trong dạy và học phần nội dung này
- Nghiên cứu kĩ phần lí thuyết điện phân, tổng hợp rút ra kiến thức cần nắm , hệ thống phân dạng các bài tập
- Áp dụng phương pháp thực nghiệm, so sánh để rút ra kinh nghiệm
Trang 2PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI
A/ THỰC TRẠNG VỀ DẠY VÀ HỌC PHẦN ĐIỆN PHÂN Ở TRƯỜNG THPT
Trong hệ thống chương trình hóa học THPT trước đây ( chương trình không phân ban) không đề cập cụ thể nội dung điện phân, mà trong bài điều chế kim loại có đề cập đến phương pháp điện phân để điều chế kim loại ở chương trình hóa học lớp 12
Trong chương trình phân ban hiện nay nội dung điện phân được đề cập cụ thể theo yêu cầu về nội dung kiến thức của chương trình trong sách giáo khoa hóa học lớp 12, bao gồm một bài cụ thể " Sự điện phân " thời lượng 1 tiết và một mục trong bài điều chế kim loại( mục III định luật FARADAY) Trong nội dung cụ thể chỉ đề cập về khái niệm điện phân, phân loại, định luật FARADAY và ứng dụng
Kiến thức về điện phân là một mảng kiến thức rất rộng và khó, bài tập về điện phân rất phong phú và đa dạng Trong nội dung thi đặc biệt thi đại học và cao đẳng thường xuyên gặp bài tập về điện phân Vì vậy trong thực tế giảng dạy và học tập giáo viên và học sinh gạp rất nhiều khó khăn
Với thời gian dạy chính khóa về điện phân có hơn một tiết không thể đủ để truyền tải một cách đầy đủ và chi tiến những nội dung kiến thức cần nắm Để học sinh có thể nắm được phần kiến thức giáo viên thường tăng thời gian dạy bồi dưỡng có thể lên đến vài buổi Nhưng vấn đề trở ngại nhất là việc biên soạn hệ thống lí thuyết cần nắm và phân dạng bài tập sao cho đầy đủ, chính xác, khoa học để truyền thụ cho học sinh, với thực tế là nội dung sách giáo khoa đề cập ít, còn chung chung, các tài liệu tham khảo đề cập cũng không cụ thể đôi khi nội dung của sách tham khảo này lại không đồng nhất về kiến thức với sách tham khảo khác( Thí dụ như thứ tự điện phân trên catot và anot khi điện phân dung dịch)
Với học sinh đây là một nội dung khó trong hệ thông chương trình hóa học, mặc dù các
em cũng đã được học trong chương trình môn vật lí Số học sinh sau khi học chính khóa nắm được kiến thức và vận dụng giải bài tập là rất ít Số học sinh không nắm được nội dung và vận dụng giải bài tập kể cả khi đã qua học bồi dưỡng còn nhiều Kết quả điều tra
về học sinh lớp 12C10 (ban khoa học tự nhiên) một số nội dung sau khi học phần điện phân năm học 2008-2009 cụ thể là:
* Hệ thống kiến thức lí thuyết: - Số HS nhớ , hiểu 3/50 chiếm tỉ lệ 6%
- Số HS nhớ và không hiểu 32/50 chiếm tỉ lệ 64%
- Số HS không nhớ đầy đủ 15/50 chiếm tỉ lệ 30%
* Hệ thống bài tập : - Số HS nắm đầy đủ các dạng và biết vận dụng 0
- Số HS nắm được một số dạng 30/50 chiếm tỉ lệ 60%
- Số HS không giải được bài tập 20/50 chiếm tỉ lệ 40 %
B.NỘI DUNG LÍ THUYẾT ĐIỆN PHÂN
I/ KHÁI NIỆM ĐIỆN PHÂN.
1 hiện tượng điện phân:
Trước hết phải làm cho học sinh hiểu rõ hiện tượng điện phân là gì? Đây cũng là một hiện tượng hóa học chứ không phải hiện tượng vật lí vì có sự biến đổi về chất (kèm theo quá trình biến đổi hóa học) Có những quá trình hóa học lại chỉ xảy ra khi có nhiệt độ, ánh sáng… nhưng cũng có những quá trình hóa học chỉ xảy ra khi có tác động của dòng điện Điện phân là một trong những quá trình hóa học phải sử dụng năng lượng của nguồn điện ngoài, đây là quá trình tiêu thụ năng lượng trong đó điện năng của nguồn điện ngoài biến thành hóa năng trong các sản phẩm điện phân Ví dụ khi điện phân nóng chảy NaCl nếu chỉ tác động nhiệt độc cao thì NaCl chỉ bị nóng chảy, nó chỉ chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng chứ chưa có sự biến đổi về chất (mới chỉ xảy ra quá trình biến đổi vật lí) Nhưng nếu cho dòng điện một chiều chạy qua NaCl nóng chảy thì thấy có sự mất đi
Trang 3của chất cũ và hình thành sản phẩm mới (đã diễn ra quá trình hóa học) Đến đây học sinh hiểu ngay quá trình hóa học trên xảy ra khi có tác động của dòng điện và hiện tượng hóa học trên gọi là hiện tượng điện phân
Ví dụ 1: điện phân NaCl nóng chảy
NaCl ⇔ Cl- + Na+
(+) (-)
2Cl- → Cl2 + 2e Na+ + 1e → Na
PTĐP: 2NaCl → 2Na + Cl2
Vậy: Hiện tượng điện phân là quá trình biến đổi hóa học xảy ra do tác dụng của dòng điện ngoài, khi đó điện năng của nguồn điện ngoài biến thành hóa năng tiềm tàng trong các chất thu được sau phản ứng
2/ Quá trình điện phân
Như phân tích ở trên học sinh sẽ hiểu được quá trình điện phân xảy ra qua 2 giai đoạn
- Giai đoạn 1: Thực hiện quá trình điện li các chất:
Ở giai đoạn này chưa sử dụng năng lượng điện năng, chưa có sản phẩm hình thành, người ta có thể thực hiện quá trình điện li một chất bằng nhiệt độ cao hoặc hòa tan vào nước tức là hình thức điện li nóng chảy hoặc điện li dung dịch Khi đó các ion dương và ion âm được tách ra khỏi mạng tinh thể và chuyển động tự do trong dung dịch Giai đoạn này tuy không tạo sản phẩm nhưng rất cần thiết vì nếu không tạo ra điện tích tự do thì cho dòng điện chạy qua sẽ chẳng có tác dụng gì và thế học sinh nhận thức được tầm quan trọng của giai đoạn 1 Chính 2 kiểu điện li trên dẫn tới hai kiểu điện phân (nóng chảy và dung dịch) mà học sinh sẽ gặp trong các bài tập
- Giai đoạn 2: Cho dòng điện một chiều chạy qua dung dịch chất điện li hoặc chất điện li nóng chảy thì xảy ra quá trình oxihoa-khử các chất tại hai bề mặt điện cực Ở giai đoạn này người ta sử dụng năng lượng nguồn điện để gây ra phản ứng hóa học tạo ra sản phẩm mới Các ion trong dung dịch đang chuyển động tự do khi gặp dòng điện, dưới tác dụng của điện trường chúng bị hút về các điện cực trái dấu, ở đó diễn ra các quá trình khử và oxihoa Tuy nhiên 2 quá trình này diễn ra tại hai nơi khác nhau đó là hai bề mặt của hai điện cực
đầu am của nguồn điện), vì vậy quá trình cho - nhận electron giữa các chất không phải là trực tiếp như quá trình oxihoa - khử trong phản ứng oxihoa - khử mà học sinh vẫn thường gặp Như vậy học sinh hiểu được bản chất quá trình điện phân nằm ở giai đoạn 2, đó là một quá trình oxihoa - khử gián tiếp Tổ hợp cả 2 giai đoạn trên tạo ra toàn bộ quá trình điện phân Vậy:
Quá trình điện phân là quá trình oxihoa - khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua dung dịch điện li, hoặc chất điện li nóng chảy
II/ PHÂN LOẠI ĐIỆN PHÂN
Sau khi học sinh hiểu rõ khái niệm điện phân và các quá trình xảy ra trên các điện cực, thì vấn đề các em phải nắm được cơ sở phân loại điện phân, các loại cụ thể, quá trình xảy ra Từ đó mới xác định được sản phẩm điện phân , viết được các quá trình xảy ra trên điện cực và phương trình điện phân Giúp các em giải quyết tốt phần câu hỏi lí thuyết và bài tập định tính
Dựa vào trạng thái chất tham gia điện phân và bản chất của các điện cực tôi phân chia thành các loại điện phân cụ thể sau :
1 Điện phân nóng chảy
Khi điện phân nóng chảy người ta thường điện phân các hợp chất ion như muối, hiđroxit kim loại, các oxit kim loại ở trạng thái nóng chảy và thường dùng điện cực trơ (không tham gia vào quá trình)
Trang 4Trường hợp điện phân này thường diễn ra đơn giản hơn vì không có mặt nước Khi điện phân một chất thì tại khu vực mỗi điện cực chỉ xảy ra một quá trình duy nhất nhường hoặc nhận e của các ion để tạo ra dạng oxihoa, dạng khử tương ứng, do đó sản phẩm là hoàn toàn xác định Do vậy với điện phân nóng chảy tôi chỉ hướng dẫn học sinh viết ptđp (phương trình điện phân)
1.1 Điện phân các muối:
*Của axit không có oxi (Halozen, sunfua )
đpnc
Ví dụ: MgCl2 Mg + Cl2
* Của axit có oxi:
Ở dương cực (anot) xảy ra quá trình oxihoa của ion âm gốc axit có oxi tạo ra các oxit tương ứng và oxi: 2CO32- - 4e → 2CO2 + O2
Do muối nitrat kém bền đối với nhiệt, muối sunfat khó nóng chảy nên không xét điện phân
2 loại muối này ở trạng thái nóng chảy
2.1 Điện phân hiđroxit kim loại :
Không điện phân nóng chảy các hiđroxit kém bền với nhiệt
- Ở dương cực (anot) xảy ra quá trình oxihoa của ion âm OH- tạo ra H2o và O2=
4OH- → 2H2O + O2 + 4e
đpnc
Ví dụ: 4KOH(rắn) 4K + 2H2O + O2
3.1 Điện phân oxit kim loại:
đpnc
Ví dụ: Al2O3 2Al + O2
cryolit
Chú ý: Do điện phân nóng chảy thực hiện ở nhiệt độ cao nên có thể xảy ra phản ứng phụ
trong quá trình sản xuất nhôm: 2C + O2 → 2CO
Ứng dụng: Phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy được dùng để điều chế các kim loại hoạt động hóa học mạnh:
- Kim loại kiềm: Điện phân muối clorua hoặc hiđroxit nóng chảy
- Kim loại kiềm thổ và Mg, Ca : Điện phân muối clorua nóng chảy
- Al: Điện phân Al2O3 nóng chảy
2 Quá trình điện phân dung dịch với điện cực trơ
Trước hết phải làm rõ khái niệm điện cực trơ là những điện cực không tham gia vào quá trình điện phân, có thể làm bằngnhững chất liệu như : than chì (grafit), Platin, vàng,
phân dung dịch muối, axit hay bazơ
nhất một chất trong dung dịch thì tại mỗi khu vực của các điện cực cũng luôn có mặt ít nhất từ hai chất trở lên, do đó quá trình khử và oxihoa tại các điện cực không còn đơn giản như điện phân nóng chảy mà phải tuân theo chiều của phản ứng oxihoa - khử Đến đây học sinh thấy cần thiết phải biết được trật tự khử và oxihoa của các chất tại điện cực Trật tự đó gọi là qui tắc anot và qui tắc catot
* Qui tắc anot (cực dương)
phân, hay nhường electron
- Trong dd các anion gốc axit có oxi CO32-, SO42- … và F- coi như không điện phân vì tính khử rất yếu, yếu hơn cả H2O
- Các thành phần còn lại nhường e theo thứ tự sau:
S2- > I- > Br- > Cl- > RCOO -> OH
-( của bazơ) > H2O
Trang 5Giáo viên làm rõ vai trò của H2O khi tham gia nhường e tại dương cực, khi đó thành phần
2H2O - 4e → O2 + 4H+
* Qui tắc catot (cực âm)
tham gia nhận electron
- Trong dd các catrion kim loại từ nhôm trở về trước (của dãy điện hóa) Li+, K+, Na+,…
Al3+ coi như không điện phân vì tính oxihoa rất yếu, yếu hơn cả H2O
- Các thành phần còn lại nhận e theo thứ tự :
Au3+ > Pt2+ > Hg2+ > Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > H+
(của axit) Fe2+ > Zn2+ > Al3+ > H2O
2H2O + 2e → H2 + 2OH
-(Cần lưu ý khi ion Fe3+ tham gia điện phân thì đầu tiên xảy ra quá trình Fe3+ + 1e →Fe2+)
Để bước đầu vận dụng 2 qui tắc trên giáo viên cho học sinh viết quá trình điện phân dd một số chất
Ví dụ 1: Đp dd KCl :
KCl ⇔ Cl- + K+
(+) (-)
Cl-, H2O K+, H2O
2Cl- → Cl2 +2e H2O + 2e → H2 + 2OH
M.N
Ptđp : 2KCl + 2H2O 2KOH + Cl2 + H2
Ví dụ 2: Đp dd CuSO4 :
CuSO4 ⇔ Cu2+ + SO4
(+) (-)
SO42-, H2O Cu2+, H2O
2H2O → O2 + 4H+ +4e Cu2+ + 2e → Cu
Ptđp :2 CuSO4 +2 H2O →2 Cu + O2 + 2H2SO4
Ví dụ 3: Đp dd FeCl2 :
FeCl2⇔ 2Cl- + Fe2+
(+) (-)
Cl-, H2O Fe2+, H2O
2Cl- → Cl2 + 2e Fe2+ + 2e → Fe
Ptđp: FeCl2 → Fe + Cl2
Trang 6Ví dụ 4: Đp dd HCl :
HCl⇔ Cl- + H+
(+) (-)
Cl-, H2O H+, H2O
2Cl- → Cl2 +2e 2H+ + 2e → H2
Ptđp: 2 HCl → H2 + Cl2
Ví dụ 5: Đp dd Na2SO4 :
Na2SO4 ⇔ Na+ + SO4
(+) (-)
SO42-, H2O Na+, H2O
2H2O → O2 + 4H+ + 4e H2O + 2e → H2 + 2OH-
Na2SO4
Ptđp : 2H2O O2 + 2H2
Ví dụ 6: Đp dd H2SO4 :
Na2SO4 ⇔ Na+ + SO4
(+) (-)
SO42-, H2O Na+, H2O
2H2O - 4e → O2 + 4H+ 2H+ + 2e → H2
Ptđp : H2SO4
2H2O O2 + 2H2
H+ ở catot mất đến đâu thì ở anot tạo ra H+ đến đó Coi như dd H2SO4 không bị điện phân
mà là quá trình điện phân H2O
Ví dụ 7: Đp dd KOH :
KOH ⇔ OH- + K+
(+) (-)
OH-, H2O K+, H2O
4OH- → O2 + 2H2O + 4e H2O + 2e → H2 + 2OH
KOH
Ptđp : 2H2O O2 + 2H2
Do vì mỗi chi tiết của vấn đề, mỗi đơn vị của kiến thức đều có thể trở thành một câu hỏi trắc nghiệm nên khi dạy giáo viên nên đặt ra nhiều câu hỏi cho học sinh suy nghĩ, khai thác kiến thức đã học để hiểu đúng, hiểu sâu và đi đến mức độ cao hơn là phải rút ra một số nhận xét giúp các em sau khi hiểu vấn đề còn phải dễ nhớ để rút ngắn khoảng cách vận dụng kiến thức vào bài làm
Nhận xét:
* Các ion có mặt tại điện cực trái dấu với mình
* Đối với phân tử nước :
- khi nào chúng sẽ tham gia điện phân nước? Dựa vào trật tự trên học sinh sẽ thấy ngay, chỉ
Trang 7khi tại các điện cực nước có mặt cùng với các anion gốc axit có oxi hoặc các catrion kim loại từ nhôm trở về trước ở cực dương xảy ra điện phân H2O theo quá trình 2H2O → O2
+ 4H+ + 4e
Ở cực âm xảy ra điện phân H2O theo quá trình H2O + 2e → H2 + 2OH
Còn khi cả hai thành phần của muối không điện phân, hoặc điên phân dung dịch các axit
có oxi, các dung dịch bazơ của kim loại hoạt động hóa học mạnh thì đó chính là quá trình
điện phân nhanh hơn
các chất đó
* Môi trường của dd trong quá trình điện phân :
pH < 7 và giảm dần trong thời gian điện phân
- Catrion kim loại không điện phân, H2O bị điện phân ở catot tạo bazơ nên dd có pH > 7
và tăng dần theo thời gian điện phân
- Khi gặp trường hợp chất tan không điện phân, tức nước điện phân thì sau phản ứng môi trường của dd sẽ là môi trường của chính muối đó Tuy nhiên không phải vì thế mà nhầm
* Khi thiết lập ptđp của quá trình điện phân dd hỗn hợp nhiều chất cần căn cứ vào thứ tự xảy ra điện phân ở các điện cực và kết hợp quá trình oxihoa và quá trình khử tương ứng ( quá trình xảy ra cùng thời điểm )
Ví dụ: Điện phân dung dịch hỗn hợp HCl, NaCl, ZnCl2, CuCl2 các ptđp lần lượt là:
CuCl2 → Cu + Cl2
HCl → H2 + Cl2
ZnCl2 → Zn + Cl2
M.N
2KCl + 2H2O 2KOH + Cl2 + H2
tién hành điện phân, tức 2 chất điện phân đồnh thời do đó phương trình đầu tiên phải là một ptđp chung
CuSO4 + 2NaCl → Cu + Cl2 + Na2SO4
Nếu NaCl và CuSO4 cùng hết thì ptđp tiếp theo sẽ là điện phân H2O
Na2SO4
2H2O O2 + 2H2
Nếu NaCl hết và CuSO4 dư thì ptđp tiếp theo sẽ là điện phân CuSO4 dư với H2O
2CuSO4 +2 H2O → 2Cu + O2 +2 H2SO4
Khi CuSO4 dư hết thì đến lượt H2O sẽ điện phân tại cả hai điện cực
Na2SO4
2H2O O2 + 2H2
H2SO4
Nếu NaCl dư thì CuSO4 hết thì ptđp tiếp theo sẽ là điện phân NaCl dư với H2O
2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2 + H2
Và khi NaCl dư hết thì đến lượt H2O sẽ điện phân tại cả hai điện cực
Na2SO4
2H2O O2 + 2H2
H2SO4
Trang 8Hết nước các chất chuyển về thể khan sự điện li dd dừng lại, muốn điện phân tiếp phải chuyển vê thể nóng chảy
Dựa vào các nhận xét trên khi làm bài học sinh không còn phải máy móc viết sơ đồ điện phân mà thay vào đó học sinh có thể nhẩm, nhận xét để tìm nhanh kết quả
3 quá trình điện phȨn dung dịch với điện cực không trơ
Điện cực không trơ là những điện cực tham gia trực tiếp vào quá trình điện phân Đáng chú
ý nhất là chất liệu điện cực làm bằng kim loại, vì kim loại có tính khử đặc trưng tức là tính nhường e, giống tính chất của các thành phần có mặt anot Vì vậy chỉ có anot mới bị điện phân, trong vật lí gọi đây là hiện tượng điện phân dương cực tan Nhấn mạnh cho học sinh
rõ chỉ lưu tâm đến chất liệu làm dương cực chứ không phải quan tâm đến âm cực
Trong trường hợp dương cực không trơ thì quá trình oxihoa ở anot xảy ra đầu tiên và duy nhất diễn ra với chính dương cực, và lúc này không cần dùng tới qui tắc anot, nhưng ở cực
âm vẫn diễn ra bình thường đúng theo trật tự của quy tắc catot Phần này tôi chỉ xét và hướng dẫn cụ thể học sinh một số trường hợp quen thuộc
a Điện phân dung dịch muối của kim loại trùng với kim loại làm dương cực
Ví dụ 1: Điện phân dd Cu(NO3)2 với anot bằng Cu:
Cu(NO3)2 ⇔ Cu2+ + 2NO3
(+) (-)
Cu, NO3-, H2O Cu2+, H2O
Cu → Cu2+ + 2e Cu2+ + 2e → Cu
Ptđp Cu( anot) + Cu2+ → Cu2+ + Cu ( catot )
chuyển sang catot
b Điện phân dung dịch muối của kim loại mạnh hơn kim loại làm dương cực
Ví dụ 2: Điện phân dd Cu(NO3)2 với anot bằng Ag
Cu(NO3)2 ⇔ Cu2+ + 2NO3
(+) (-)
Ag, NO3-, H2O Ag+, Cu2+, H2O
Ag → Ag+ +1e Ag+ + e → Ag
Ptđp Ag ( anot ) + Ag+ → Ag+ + Ag ( catot)
c Điện phân dung dịch muối của kim loại yếu hơn kim loại làm dương cực
AgNO3 ⇔ Ag+ + NO3
(+) (-)
Cu, NO3-, H2O Ag+, Cu2+, H2O
Cu → Cu2+ + 2e Ag+ + e → Ag
Ptđp: Cu + 2AgNO3 →2Ag + Cu(NO3)2
Ứng dụng của điện phân dung dịch:
- Điều chế kim loại đứng sau nhôm trong dãy điện hóa
- Tinh chế kim loại, mà và đúc kim loại bằng điện
- Điều chế một số hóa chất H2, Cl2, O2 hiđroxit kim loại kiềm…
Trang 9- Tách riêng một số kim loại khỏi hỗn hợp dung dịch.
III ĐỊNH LƯỢNG TRONG BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN
Ngoài yếu tố định tính trong điện phân để làm nhanh các bài tập có liên quan đến định lượng thì cần phải bổ sung định luật Faraday và phương pháp làm bài tập
1 Biểu thức định luật - faraday
1 Biểu thức : m =
nF
AIt
hay ne =
F
It
m là khối lượng chất được giải phóng ở điện cực khi điện phân (tính bằng gam)
A là khối lượng mol chất đó I là cường độ dòng điện (Ampe)
t là thời gian điện phân tương ứng thoát ra m gam chất, n là số e trao đổi F là hằng số Faraday có giá trị bằng 96500 (c/mol) nếu t tính bằng giây, còn nếu t tính bằng giờ thì F = 26,8 (A.h/mol)
ne số mol e nhường hoặc nhận trên điện cực
2 Nội dung định luật
Khối lượng chất thoát ra tại điện cực tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua chất đó và tỉ lệ nghịch với số e trao đổi
2 Hiệu suất điện phân:
Lượng chất thực tế giải phóng trên điện cực
H = - 100
Lượng chất tính theo lí thuyết
C PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN PHÂN
I MỘT SỐ CƠ SỞ CHUNG KHI GIẢI BÀI TOÁN ĐỊÊN PHÂN:
- Dựa vào sự điện phân, thứ tự xảy ra trên các điện cực (qui tắc catot, anot) để viết các quá trình xảy ra trên điện cực hoặc ptđp
- Phải làm rõ được thời điểm đề bài dừng điện phân, có thể đề cho dưới rất nhiều hình thức như thời gian điện phân, hoặc điện phân đến khi catot bắt đầu có khí thoát ra hoặc khi nước điện phân cả hai cực… Tức là xét xem khi dường điện phân thì những chất nào đã bị điện phân, chất nào chưa và không bị điện phân để biết dung dịch sau điện phân có những chất gì?
- Bài toán chưa cho rõ trường hợp điện phân xảy ra như thế nào, thì cần làm rõ trường hợp điện phân căn cứ vào hiện tượng xảy ra trên điện cực, tính chất dd sau điện phân, dựa vào quan hệ giữa lượng chất giải phóng trên điện cực với thời gian điện phân : Nếu trong khoảng thời gian điện phân mà trên một điện cực chỉ xảy ra điện phân một chất , thì lượng chất giải phóng trên điện cực tỉ lệ thuận với thời gian điện phân…
- Bài toán cho các đại lượng cường độ dòng điện, thời gian điện phân, … áp dụng biểu thức của định luật FARADAY , thuận lợi nhất là áp dụng công thức tính số mol e nhường hoặc nhận để tính toán đưa ra yêu cầu của bài toán
- Bài toán cho khối lượng dd giảm là tổng khối lượng các chất thoát ra khỏi dd : khối lượng kim loại tạo thành, khối lượng chất kết tủa, khối lượng chất khí
- Hiệu suất điện phân được áp dụng bình thường như hiệu suất một phản ứng hóa học theo ptđp đã viết Nếu điện phân cùng một lúc nhiều bình thì tập trung chủ yếu vào cách mắc bình điện phân nối tiếp, với cách mắc này cần lưu ý sử dụng yếu tố điện lượng Q = I.t chạy qua các bình là như nhau để làm bài tập ( Hay số mol e nhường, nhận trên mỗi điện cực là như nhau)
II MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐỊNH LƯỢNG
Câu 1: Điện phân muối clorua của một kim loại kiềm nóng chảy, tạo thành 0,896 lit khí ở anot và 3,12 gam kim loại Xác định ct của muối?
Hướng dẫn giải: ptđp 2MCl → 2 M + Cl2
Trang 10Câu 2: Có 2 bình điện phân mắc nối tiếp: Bình 1 chứa CuCl2, bình 2 chứ AgNO3 Khi ở anot của bình 1 thoát ra 22,4 lít một khí duy nhất thì ở anot của bình 2 thoát ra bao nhiêu lít khí (thể tích khí đo ở đktc)
A 11,2 lít B 22,4 lít C 33,6 lít D 44,8 lít
thức: nCl2 2 F = nO2 4 F ⇒ nO2 = 0,5 mol ⇒V = 11,2 lít →chọn A
độ 1,34A trong 2 giờ, các điện cực trơ, hiệu suất 100% Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (đktc) là:
A 3,2g và 0,896 lít B 3,2g và 0,672 lít
C 6,4g và 8,96 lít D 6,4g và 0,896 lít
Gợi ý: ptđp Cu(NO3)2 + 2HCl → Cu + Cl2 + 2HNO3 (1)
Kim loại thoát ra ở catot là Cu Từ thời gian điện phân ⇒ số mol Cu tạo thành là:
nCu=
8
,
26
2
2
34
,
1
Cu Vậy khi HCl hết thì Cu(NO3)2 sẽ tiếp tục điện phân với H2O để tiếp tục Cu Cu(NO3)2 + 2H2O → Cu + O2 + 2HNO3 (2)
nCu(2) = 0,05 - 0,03 = 0,02 mol ⇒ tại anot có Cl2 và O2 thoát ra có tổng mol là: 0,03 + 0,01 = 0,04 mol hay 0,896 lít, chọn A
dòng điện I = 5A đến thời điểm t tại 2 điện cực nước cũng điện phân thì ta ngắt dòng điện Sau điện phân dd hòa tan vừa đủ 1,6g CuO và anot của bình điện phân có 448 ml khí bay
ra (đktc)
*A 5,97g B 3,785g C 4,8g D 4,95g
2 Thời gian điện phân là :
A 19'6" B 9'8" C 18'6" D 19'18"
Gợi ý: Nhận xét thấy dd sau điện phân hòa tan CuO (0,02mol) nên dd có chứa axit, vậy sau khi hai chất điẹn phân chung thì NaCl hết và CuSO4 tiếp tục điện phân với H2O để tạo axit đpdd
2NaCl + CuSO4 Cu + Cl2 + Na2SO4 (1)
đpdd
CuSO4 + H2O Cu +
2
1
O2 + H2SO4 (2) CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O (3)
n
H2SO4 = nCuO = nCuSO4 dư = 0,02 mol
O2 = 0,01 mol ⇒ n
Cl2 = 0,02 - 0,01 = 0,01 mol
2 Thời gian điện phân tính theo 0,03 mol Cu ⇒t = 19'18"
I = 10A Anot bằng Pt Sau thời gian t ta ngắt dòng điện, cân lại catot thấy tăng m (g) trong
đó có 1,28g Cu
1 Nếu hiệu suất điện phân là 100% thì thời gian điện phân t là :
A 1158" B 772" C 193" D.19,3"
2 Nếu anot làm bằng Cu đến khi Ag+ hết thì ta ngắt điện, khối lượng anot giảm là:
A 1,28g B 3,56g C 8,64g D 2,56g
1 mol Cu, nên thời gian làm thoát ra 0,o8 mol Ag bằng thời gian cho 0,04 mol Cu, vậy