Mở rộng bài tập về phản ứng ooxxi hóa khử trong dung dịch chất điện li

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 1 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỞ RỘNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI.. Là giáo viên tham gia giảng dạ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 1

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

MỞ RỘNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ

TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI.

Người thực hiện : Nguyễn Thị Hương

Chức vụ : Giáo viên

SKKN thuộc môn : Hoá học

THANH HÓA NĂM 2018

MỤC LỤC Trang

A MỞ ĐẦU 3

I Lí do chọn đề tài 3

II Mục đích nghiên cứu 3

III Đối tượng nghiên cứu 3

IV Phương pháp nghiên cứu 4

B.NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 4

I Cơ sơ lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 4

II.Thực trạng của vấn đề 4

4 III Giải pháp, biện pháp: 5

1.Mục tiêu của giải pháp, biện pháp 5

2 Nội dung cách thức thực hiện giải pháp, biện pháp 5

IV Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 21

C KẾT LUẬN 22

A – MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong học tập hóa học, việc giải bài tập có một ý nghĩa hết sức quan trọng.Ngoài việc rèn luyện kĩ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cáchsinh động, bài tập hóa học còn được dùng để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng về hóahọc Thông qua việc giải bài tập, giúp học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh,sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú trong học tập

Trong chương trình hóa học phổ thông dung lượng kiến thức phản ứng oxi hóa khử tương đối lớn, khái niệm về phản ứng oxi hóa - khử được củng cố, hoàn thiện vàphát triển qua từng lớp học Ở lớp 10 chúng ta nghiên cứu phản ứng oxi hóa khử trên

-cơ sở lý thuyết chủ đạo về cấu tạo nguyên tử, liên kết hóa học Đến lớp 11 khái niệmphản ứng oxi hóa khử được củng cố và mở rộng trong dung dịch chất điện li quanghiên cứu nhóm nguyên tố IVA, VA Đến lớp 12 khái niệm phản ứng oxi hóa - khửđược phát triển và mở rộng ở phần pin điện hóa và phản ứng điện phân, các nhómnguyên tố sắt, crom, đồng Ta thấy rằng kiến thức về phản ứng oxi hóa - khử đượccủng cố và hoàn thiện qua từng lớp học

Là giáo viên tham gia giảng dạy môn hóa học ở trường trung học phổ thông, tôinhận thấy rằng cần có một hệ thống bài tập tốt nhằm mục đích củng cố, phát triển vàhoàn thiện kiến thức về phản ứng oxi hóa - khử cho học sinh Vì thế, tôi lựa chọn vàtriển khai đề tài: MỞ RỘNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ TRONGDUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Bài tập hóa học là một trong những phần không thể thiếu trong môn hóa học.Làm bài tập giúp các em củng cố khắc sâu thêm kiến thức đồng thời rèn luyện óc tưduy của các em Trong quá trình dạy học, nếu giáo viên xây dựng được hệ thốngphương pháp luận đúng, sử dụng bài tập phù hợp thì có tác dụng phát huy tích cực,phát triển tư duy logic cho học sinh sẽ nâng cao chất lượng của quá trình dạy học hóahọc, đáp ứng yêu cầu chung của xã hội

- Nhiệm vụ của đề tài:

+ Khảo sát các bài tập trên lớp của học sinh trường THPT Triệu Sơn I+ Thực trạng và phân tích thực trạng

+ Đánh giá rút kinh nghiệm+ Đề ra các giải pháp và đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả làm bài tập vềphản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li cho học sinh

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Bài tập oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li.

IV GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Để học sinh học tốt phần bài tập oxi hóa khử trong dung dịch chất điện li tôigiới hạn phạm vi nghiên cứu trong học sinh khối 11,12 trường THPT Triệu Sơn I

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tư liệu và sản phẩm hoạt động sư phạm

Phương pháp quan sát thực tế: quan sát các cách làm bài tập của học sinh.Phương pháp hỏi đáp: trao đổi trực tiếp với giáo viên, học sinh về những vấn đềliên quan đến nội dung đề tài

Phương pháp thống kê, phân tích số liệu

B NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

I CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Ta có thể chia phản ứng hóa học làm hai loại: phản ứng có sự trao đổi electrongiữa các nguyên tử và phản ứng không có sự trao đổi electron giữa các nguyên tử

* Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng trong đó có sự trao đổi electron giữa cácnguyên tử của các chất tham gia phản ứng do đó làm biến đổi số oxi hóa của chúng

* Qui tắc tính số oxi hóa

+ Tổng đại số số oxi hóa của các nguyên tử trong một phân tử bằng 0

+ Tổng đại số số oxi hóa của các nguyên tử trong một ion bằng điện tích củaion đó

+ Trong hợp chất thường số oxi hóa của hidro là +1; của oxi là -2, của kim loại

là điện tích của ion đơn nguyên tử của kim loại đó

Dựa vào sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử trong phản ứng oxi hóa – khử mà

ta xác định được sự cho, nhận electron

II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ

- Thuận lợi

Trong những năm gần đây, vấn đề dạy và học môn hóa học đã và đang đổi mới

và là một trong những môn có chuyển biến mạnh mẽ về đổi mới phương pháp dạyhọc

Chương trình Sách giáo khoa hóa học mới có nhiều đổi mới về mục tiêu, cấutrúc Sự đổi mới này rất thích hợp cho giáo viên giảng dạy bộ môn hóa Thông qua bàihọc, học sinh có thể tự hoạt động tích cực, chủ động sáng tạo tìm tòi phát hiện vàchiếm lĩnh nội dung bài học

Được sự đồng tình của xã hội, nhất là các bậc cha mẹ học sinh tích cực phốihợp cùng với nhà trường trong công tác giáo dục đạo đức cho học sinh

- Khó khăn:

Đối với học sinh trung học thì chương trình học nặng về cả số môn học và với

cả lượng kiến thức khổng lồ Môn hóa học cũng thế, kiến thức nhiều mà đòi hỏi các

em phải học nhớ rất kĩ thì mới có thể làm bất cứ dạng bài tập nào

Nhiều học sinh không thể phân biệt được các dạng bài tập và không nhớ nổi cácphương pháp giải bài toán Nhiều học sinh còn tình trạng lười học, không xác địnhđược mục đích học tập, dẫn đến mất gốc ngay từ đầu nên khi học phần phản ứng oxihóa – khử cảm thấy vô cùng phức tạp.

III GIẢI PHÁP, BIỆN PHÁP

1.Mục tiêu của giải pháp, biện pháp:

Nghiên cứu sử dụng hệ thống bài tập nhằm củng cố và phát triển kiến thức chohọc sinh về phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li

2 Nội dung và cách thức thực hiện giải pháp, biện pháp:

a Các phương pháp lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử

Có bốn phương pháp cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa- khử, nhưngthông thường ta sử dụng chủ yếu hai phương pháp đó là: Phương pháp thăng bằngelectron và phương pháp thăng bằng ion - electron

+ Thông thường lập phương trình oxi hóa - khử ta thực hiện các bước sau:

Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng: Các chất phản ứng  chất tạo thành

Bước 2: Chọn hệ số thích hợp đặc trước công thức hóa học của mỗi chất trong

sơ đồ phản ứng thể hiện sự bảo toàn nguyên tử của mỗi nguyên tố hóa học trong phảnứng hóa học Bước này gọi là cân bằng hóa học

Một số phương pháp lập phương trình oxi hóa - khử hay gặp trong chương trìnhtrung học phổ thông

* Phương pháp thăng bằng electron

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: Tổng sô electron do chất khử nhườngphải đúng bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận ( ne cho=n e nhận)

Ví dụ: Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa - khử sau:

FeO + HNO3  Fe(NO3)3 + NO + H2OBước 1: Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi

 Fe3+ + 1e (1) quá trình oxi hóa

N+5 +3e  N+2 (2) quá trình khử

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho: ne cho=n e nhận

Hệ số của (1) là 3;

Hệ số của (2) là 1

Bước 4: Đặt hệ số vừa chọn vào công thức hóa học tương ứng, hoàn thànhphương trình hóa học

3FeO + 10HNO3   3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O

Nhận xét: Phương pháp thăng bằng electron không những thiết lập được mọi

phương trình hóa học mà còn chỉ ra được chất oxi hóa, chất khử, sự oxi hóa, sự khử

Từ phương pháp thăng bằng electron ta còn ứng dụng trong giải bài tập cónhiều phản ứng oxi hóa - khử trên cơ sở sự bảo toàn electron

Tuy nhiên phương pháp thăng bằng electron không phân tích rõ bản chất củaphản ứng oxi hóa- khử trong dung dịch chất điện li

* Phương pháp thăng bằng ion - electron

Phương pháp này cũng dựa trên nguyên tắc:

Tổng số e chất khử nhường = Tổng số e chất oxi hóa nhận

Ví dụ: Lập phương trình phản ứng hóa học của phản ứng oxi hóa - khử

O H Mn NO H

MnO

3 4

Bước 1:Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi

NO Mn O H NO5 Mn2 H2O

3 4

7 3

Môi trường bazơ hoặc sinh ra bazơ H2O OH

-Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho: ne cho= n e nhận sau đó cộng 2 quá trình oxihóa và quá trình khử vào phương trình ion của phản ứng đã cho

O H Mn NO

H MnO NO

O H Mn

e H MnO

H e O N O

H NO

2

2 3

4 2

7

2

2 4

_ 3

5 2

2

3 2

5 6

2 5

4 5

8

2 2 2

+ Chất oxi hóa - sự khử; chất khử- sự oxi hóa

+ Vai trò của môi trường trong phản ứng oxi hóa - khử

+ Bản chất của phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li

a1 Phát triển kiến thức về phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li chương trình hóa học 11

Ở chương trình lớp 11, trên cơ sở thuyết điện li và sự nghiên cứu các nhómnguyên tố: Nhóm nitơ; Nhóm cacbon khái niệm về phản ứng oxi hóa - khử được củng

cố và phát triển là chỉ ra được bản chất của phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong dungdịch chất điện li Từ các kiến thức đã được mở rộng, đào sâu của khái niệm phản ứngoxi hóa - khử mà học sinh có thể vận dụng giải quyết những vấn đề học tập như:

*Ví dụ 1: Vì sao kim loại Cu không tan trong dung dịch HCl hoặc dung dịchNaNO3, nhưng lại tan trong hỗn hợp dung dịch HCl, NaNO3?

Phân tích

Cu đứng sau H trong dãy hoạt động hoá học của kim loại nên Cu không tantrong HCl hoặc không tác dụng với dd NaNO3 đơn lẻ, nhưng trong hỗn hợp HCl,NaNO3 thì Cu tan ra tạo dung dịch màu xanh và khí không màu bay lên hoá nâu ngoàikhông khí là do: NO3- có tính oxi hoá mạnh trong môi trường axit H+ và Cu có tínhkhử Trong dung dịch các chất điện li đã xảy ra phản ứng oxi hóa - khử sau:

3Cu + 8 HCl + 2NaNO3   3 CuCl2 + 2 NaCl + 2NO + 4 H2O

ra, các thành phần khác như: Na+, Cl- thực chất không tham gia vào phản ứng hoá học.Như vậy có thể khái quát: muối nitrat có khả năng oxi hoá được Cu trong môi trườngaxit

*Ví dụ 2: Thêm dung dịch H2SO4 loãng vào dd Fe(NO3)2 thấy bọt khí khôngmàu thoát ra và dung dịch không màu đổi thành màu vàng Viết phương trình hoá họcdạng ion và xác định vai trò của các chất phản ứng?

Phân tích

3Fe2+ + NO3  + 4 H+   3Fe3+ + NO + 2H2O

Ta có thể trang bị cho học sinh phương pháp cân bằng ion – electron

Vận dụng kiến thức này học sinh có thể hiểu rõ hơn bản chất của quá trình oxihoá- khử xảy ra trong dung dịch chất điện li có ảnh hưởng bởi môi trường, thường gặp

là môi trường axit

a2 Phát triển kiến thức về phản ứng oxi hóa - khử trong phản ứng điện phân hóa học lớp 12

* Một số khái niệm về sự điện phân:

- Sự điện phân: Là quá trình oxi hóa-khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khicho dòng điện một chiều đi qua hợp chất nóng chảy, hoặc dung dịch chất điện li

- Trong thiết bị điện phân :

+ Anot (A) được nối với cực dương của nguồn điện mộtchiều,ở đây xảy ra sự oxi hóa

+ Catot (K)được nối với cực âm của nguồn điện một chiều ,

ở đây xảy ra sự khử

* Các quá trình điện phân:

a 2.1 Điện phân dung dịch muối:

a2.1.1 Điện phân các dung dịch muối của Kim loại kiềm, kiềm thổ, Nhôm

- Nếu là S2-, Cl-, Br-, I- thì chúng bị điện phân trước H2O theo thứ tự tính khử:

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

Phương trình điện phân tổng quát: S2- → S + 2e; 2X- → X2 + 2e

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

- Nếu là các ion: NO3-, SO42-, CO32-, PO43- thì chúng không bị điện phân mà

H2O bị điện phân

Ví dụ 1:Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dịch NaCl :

Catot(-):Na+, H2O Anot (+):SO42-, H2O

Na+ không bị điện phân SO42-không bị điện phân

2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → O2 + 4H+ + 4e

→ Phương trình điện phân: 2H2O→ 2H2 + O2

* Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch: NaNO 3 , K 2 SO 4 , Na 2 CO 3 , MgSO 4 , Al 2 (SO 4 ) 3

a2.1.2 Điện phân các dung dịch muối của các kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa

Ở catot (cực âm)

- Các cation kim loại bị khử theo phương trình: Mn+ + ne → M Sau khi hết các ion đó, nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương trình:2H2O + 2e → H2 + 2OH–

Ví dụ 1 : Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch CuSO 4 :

CuSO4 → Cu2+ + SO4

Catot(-):Cu2+ Anot (+):SO42-, H2O

SO42- không bị điện phân

→ Phương trình điện phân: ZnCl2 → Zn + Cl2

a2.1.3 Điện phân hỗn hợp các dung dịch muối

* Ở catot: Các cation kim loại bị khử theo thứ tự trong dãy thế điện cực chuẩn

(ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị khử trước): Mn+ + ne → M

* Ở anot : (Xảy ra tương tự mục a2.1.1)

Ví dụ 1: Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl và Cu(NO 3 ) 2 :

Phương trình điện phân: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2

Cu(NO3)2 + H2O → Cu + ½ O2 + 2HNO3

Phương trình điện phân tổng quát:

2NaCl + Cu(NO3)2 → Cu + Cl2 + 2NaNO3

Ví dụ 2: Điện phân hoàn toàn dung dịch hỗn hợp gồm a mol Cu(NO 3 ) 2 và b mol NaCl với điện cực trơ , màng ngăn xốp Để dung dịch thu được sau khi điện phân có khả năng phản ứng với Al 2 O 3 thì

A.b = 2a B.b > 2a C b <2a D b < 2a hoặc b>2a

Hướng dẫn giải

Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3

a a

NaCl → Na+ + Cl

b b

→ Dung dịch thu được có axit nên có phản ứng với Al2O3

Nếu dư Cl- sau (1) : a < b/2 ( b > 2a) → có phản ứng : 2H2O + 2Cl- → 2OH- + H2 +

Cl2

→ Dung dịch thu được có môi trường bazơ → Có phản ứng với Al2O3 :

NaOH + Al2O3 → NaAlO2 + H2O → Chọn đáp án D

a2.2 Điện phân các dung dịch axit:

*Ở catot: Các ion H+ (axit) dễ bị khử hơn các ion H+ (H2O):

2H+ + 2e → H2

Khi ion H+ (axit) hết , nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương trình:2H2O + 2e → H2 + 2OH–

* Ở anot: (Xảy ra tương tự mục a2.1.1)

Ví dụ 1: Viết PTHH xảy ra điện phân dung dich HCl:

HCl → H+ + Cl

Catot(-) Anot (+)

2H+ + 2e → H2 2Cl- → Cl2 + 2e

Phương trình điện phân: HCl → H2 + Cl2

Ví dụ 2: Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch H 2 SO 4

H2SO4 → 2H+ + SO4

Catot(-) Anot (+)

2H+ + 2e → H2 SO42- Không điện phân

2H2O → 4H+ + O2 + 4e

→ Phương trình điện phân: H2O → H2 + ½ O2

a2.3 Điện phân các dung dịch bazơ:

* Ở catot:

- Nếu tạo bởi các ion kim loại từ Li+ → Al3+ thì H2O sẽ bị điện phân :

2H2O+2e→H2+2OH–

- Nếu tạo bởi các ion kim loại sau Al trong dãy điện hóa : đó là các bazơ không tan

→ điện li yếu → không xét quá trình điện phân

* Ở anot: ion OH- điện phân theo phương trình sau:

4OH- → 2H2O + O2 + 4e

Nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân: 2H2O → 4H+ + O2 + 4e

Ví dụ 1 : Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch NaOH:

NaOH → Na+ + OH

Catot(-) Anot (+)

Na+ không bị điện phân

2H2O + 2e → H2 + 2OH– 4OH- → 2H2O + O2 + 4e

→ Phương trình điện phân: H2O → H2 + ½ O2

Ví dụ 2: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 %

đến khi dung dịch NaOH trong bình có nồng độ 25 % thì ngừng điện phân Thể tích khí (ở đktc) thoát ra ở anot và catot lần lượt là:

A.149,3lít và 74,7lít B.156,8lít và 78,4lít

C 78,4 lít và 156,8 lít D 74,7 lít và 149,3 lít

Hướng dẫn giải:

mNaOH (trước điện phân) = 20 gam

Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước

Phương trình điện phân: : H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot)

→ mNaOH không đổi → mdd sau điện phân = 80 gam → mH2O bị điện phân = 200 – 80 = 120 gam

→ nH2O điện phân = 20/3 mol → VO2 = 74,7 lít và VH2 = 149,3 lít → Chọn đáp án D

a2.4 Điện phân hỗn hợp các dung dịch điện li ( dd muối, axit, bazơ)

* Ở catot: Thứ tự điện phân: ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị điện phân trước:

* Ở anot: Thứ tự điện phân: S2-> I- > Br- > Cl- > OH- > H2O theo các phươngtrình sau:

S2- → S + 2e 2X- → X2 + 2e

4OH- → 2H2O + O2 + 4e 2H2O → O2 + 4H+ + 4e

Ví dụ 1: Điện phân hỗn hợp các dung dịch: HCl, CuCl 2 , NaCl với điện cực trơ,

có màng ngăn Giá trị pH của dung dịch thay đổi như thế nào trong quá trình điện phân:

A Tăng B.Giảm C.Tăng rồi giảm D.Giảm rồi tăng

→ Chọn đáp án A

bằng điện cực trơ Khi ở catot có 3,2 gam Cu thì thể tích khí thoát ra ở Anot là:

A.0,56 lít B.0,84 lít C.0,672 lít D.0,448 lít

Hướng dẫn giải

CuSO4 → Cu2+ + SO42- 0,1 0,1

Khi ở catot thoát ra 3,2 gam Cu tức là 0,05 mol → Số mol Cu2+ nhận 0,1 mol ,

mà Cl- cho tối đa 0,02 mol → 0,08 mol còn lại là H2O cho

→ Từ sơ đồ điện phân khí thoát ra tại anot là : Cl2 0,01mol ; O2 0,02 mol

→ Tổng thể tích : 0,03.22,4 = 0,672 lít

→ Chọn đáp án C

Ví dụ 3: Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl 3 1M , FeCl 2 2M , CuCl 2 1M và HCl 2M với điện cực trơ có màng ngăn xốp cường độ dòng điện là 5A trong 2 giờ 40 phút 50 giây ở catot thu được:

A.5,6 g Fe B.2,8 g Fe C.6,4 g Cu D.4,6 g Cu

Hướng dẫn giải

Theo : n Fe3+ = 0,1 mol ; n Fe2+ = 0,2 mol ; n Cu2+ = 0,1 mol ;

n HCl = 0,2 mol Sắp xếp tính oxi hóa của các ion theo chiều tăng dần :

Fe2+ < H+ < Cu2+ < Fe3+

→ Thứ tự bị điện phân ở catot (-) :

Fe3+ + 1e → Fe2+ (1)0,1 → 0,1→ 0,1

Cu2+ + 2e → Cu (2)0,1 → 0,2→ 0,1

H+ + 1e → Ho (3)0,2→ 0,2

Fe2+ + 2e → Fe (4) Theo công thức Faraday số mol e trao đổi ở hai điện cực :

b1 Hệ thống bài tập oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li

b.1.1 Bài tập trắc nghiệm khách quan có lời giải