Hướng dẫn học sinh giải nhanh bài tập điện phân dung dich

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT HOẰNG HÓA 3 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI NHANH BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH Người thực hiện: Trương Thị Tuyến Chức vụ: Giáo v

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT HOẰNG HÓA 3

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI NHANH BÀI TẬP ĐIỆN

PHÂN DUNG DỊCH

Người thực hiện: Trương Thị Tuyến Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc môn: Hóa Học

THANH HOÁ NĂM 2018

MỤC LỤC

1.MỞ ĐẦU 2

1.1.Lí do chọn đề tài 2

1.2.Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 3

1.5.Những điểm mới của đề tài 3

2.Nội dung 4

2.1.Cơ sở lí luận của đề tài 4

2.2.Thực trạng những thuận lợi và khó khăn 5

2.3.Các dạng bài tập điện phân và phương pháp giải nhanh 5

Dạng 1.Điện phân các dung dịch muối của kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm 5

Dạng 2.Điện phân các dung dịch muối của các kim loại sau Al 7

Dạng 3.Điện phân dung dịch hỗn hợp các muối 9

Dạng 4.Điện phân các dung dịch axit 12

Dạng 5.Điện phân các dung dịch bazơ 12

Dạng 6.Điện phân các dung dịch hỗn hợp các chất điện li(muối,axit,bazơ) 13

Một số lưu ý cần thiết ghi nhớ để xử lí các dạng bài tập điện phân dung dịch 14

Bài tập áp dụng 15

2.4.Kết quả khảo sát thực nghiệm của đề tài 17

3.Kết luận và kiến nghị 18

1 MỞ ĐẦU

1.1 – Lí do chọn đề tài

Chuyên đề điện phân dung dịch là một chuyên đề hayvà quan trọng của môn

Hóa học.Đây là dạng bài tập Hóa Học mà học sinh dễ dàng bắt gặp trong các kỳ thi

THPT quốc gia hay thi học sinh giỏi cấp tỉnh Thực tế cho thấy, với học sinh bài tập

về điện phân dung dịch còn là dạng bài tập khó và dễ nhầm lẫn

Việc thi trắc nghiệm và Hóa học nằm trong bài thi tổ hợp KHTN thì việc giải

nhanh các bài toán Hóa học là yêu cầu hàng đầu; giúp học sinh tiết kiệm được thời

gian làm bài,giúp phát triển tư duy, sáng tạo của học sinh mà còn tạo tâm lí tốt cho

học sinh để tham gia tốt các môn khác trong tổ hợp KHTN

Hiện nay tài liệu về giải nhanh bài tập điện phân dung dịch còn ít, các tài liệu

hướng dẫn còn chưa cụ thể và việc hướng dẫn để học sinh nắm bắt được phương

pháp và vận dụng chúng còn nhiều hạn chế Vì vậy khi xử lí các dạng bài tập này

còn nhiều học sinh lúng túng và nhầm lẫn; ở không ít học sinh còn tự mặc định đây

là dạng bài khó ngay khi chưa đọc chi tiết đề bài

Bằng việc tìm tòi, đúc rút kinh nghiệm trong những năm giảng dạy tôi chọn

đề tài “ Hướng dẫn học sinh giải nhanh bài tập điện phân dung dịch” làm đề tài

sáng kiến kinh nghiệm cho mình trong năm học 2017-2018

1.2- Mục đích nghiên cứu

Đề tài sáng kiến kinh nghiệm “ Hướng dẫn học sinh giải nhanh bài tập

điện phân dung dịch” cung cấp cho học sinh các phương pháp giải nhanh bài tập

điện phân dung dịch và giúp học sinh tự tin khi tiếp cận với các bài tập dạng này trong các đề thi

1.3 – Đối tượng nghiên cứu

Đề tài “ Hướng dẫn học sinh giải nhanh bài tập điện phân dung dịch”

nghiên cứu về bài tập điện phân dung dịch và phương pháp hướng dẫn học sinh giảinhanh dạng bài tập này

1.4 – Phương pháp nghiên cứu

Trong đề tài phương pháp chủ yếu tôi sử dụng nghiên cứu đề tài là : phân tích cơ sở lí thuyết,chia các dạng bài tập thường gặp, tìm các phương pháp nhanh phù hợp để áp dụng cho từng dạng bài tập cụ thể

1.5- Những điểm mới của đề tài

- Hướng dẫn để học sinh nhận ra từng dạng bài tập, nêu những lưu ý riêng và

phương pháp nhanh phù hợp để học sinh thấy việc giải bài tập điện phân dung dịch không còn gây khó cho học sinh

- Kết hợp đặc trưng của dạng bài tập với nhiều phương pháp giải nhanh khác nhau phù hợp để làm bài tập trở nên đơn giản

2.NỘI DUNG 2.1- Cơ sở lí luận của đề tài

2.1.1.Định nghĩa

“Quá trình phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trên bề mặt các điện cực nhờ tác dụng của dòng điện được gọi là quá trình điện phân hay sự điện phân”.[2]

2.1.2 Điện phân dung dịch chất điện li trong nước

Do sự có mặt của nước, sự điện phân xảy ra trong dung dịch phức tạp hơn sovới điện phân nóng chảy Dựa vào dãy thế điện hóa của các cặp oxi hóa khử của các ion km loại, của kim loại và của các anion gốc axit ta có thể có được thứ tự điện phân ở các điện cực

 Ở catot : - Các ion có tính oxi hóa càng cao, tức khả năng thu electron càng mạnh

thì càng dễ điện phân trước

- Các cation của kim loại kiềm, kiềm thổ và nhôm không bị điện phân vì chúng cótính oxi hóa yếu hơn H2O; H2O bị điện phân theo phương trình:

2H2O + 2e → H2 + 2OH–

 Ở anot: Các cation có tính khử càng mạnh, tức khả năng cho electron càng dễ thì bị

điện phân trước.Cụ thể thứ tự điện phân: S2-, I-, Br-, Cl-, sau đó đến ion OH- của bazơ và H2O Các anion gốc axit chứa oxi như NO3-, SO42-, CO32-, PO43- …coi như không bị điện phân (đối với học sinh thpt) Nước cho electron tạo khí O2 và

H+.Trường hợp anot làm bằng kim loại, hợp kim thì anot bị tan do kim loại dễ cho electron và tạo ion kim loại tan vào dung dịch.[2]

+ m: Khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam)

+ A: Khối lượng mol của chất thu được ở điện cực

+ n: Số electron trao đổi ở điện cực

+ I: Cường độ dòng điện (A)

+ t: Thời gian điện phân

+ F: Hằng số Faraday (F = 96500 nếu thời gian tính theo giây hoặc F= 26,8 nếu thời gian tính theo giờ.)[1]

2.2 Thực trạng những thuận lợi và khó khăn khi giải bài tập điện phân trong dung dịch.

 ) để giải các bài tập điện phân

- Học sinh viết được các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực

2.2.2.- Khó khăn:

- Học sinh hay viết sai thứ tự các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực nên tính toán sai

- Học sinh nhầm lẫn quá trình xảy ra ở các điện cực

- Học sinh ít sử dụng công thức hệ quả của Faraday ( ne trao đổi I.t

F

 ) để giải nhanh bài toán điện phân

- Học sinh thường lúng túng khi xác định trường hợp H2O bắt đầu điện phân

ở các điện cực

- Học sinh thường bỏ qua các phản ứng phụ có thể xảy ra giữa các sản phẩm tạo thành

Các yếu tố trên đều do học sinh chưa biết cách phân loại và nắm đặc điểm riêngcủa mỗi trường hợp điện phân dung dịch Từ đó đây cũng là nguyên nhân học sinh lúng túng và thấy khó khi gặp các bài tập điện phân dung dịch Từ các phân tích trên

đề tài sẽ lưu ý và nhấn mạnh ,làm rõ các nội dung kiến thức và phương pháp đang làmkhó cho học sinh Vì vậy giúp học sinh tháo gỡ hết các khó khăn nêu trên

2.3 Các dạng bài tập điện phân và phương pháp giải nhanh

Dạng 1: Điện phân các dung dịch muối của k im loại kiềm, kiềm thổ, Nhôm

-Học sinh dựa trên lí thuyết đã học và phân tích được đặc điểm cụ thể của dạng bài

điện phân dung dịch muối của kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ và nhôm như sau:

- 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.[4]

Vậy tương ứng ta sẽ có 2 trường hợp xảy ra cho dạng bài này:

 Trường hợp 1: điện phân dung dịch muối của kim loại kiềm, kiềm thổ, Nhôm và có gốc axit không chứa oxi như S2-, Cl-, Br-, I-

Bài tập 1:Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dịch NaCl :

S 2- , Br - , I -

 Trường hợp 2: điện phân dung dịch muối của kim loại kiềm, kiềm thổ, Nhôm và có gốc axit chứa oxi như NO3-, SO42-, CO32-, PO43-

Bài tập 2: Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dịch Na 2 SO 4 :

Na2SO4 → 2Na+ + SO4

2-Catot (-) Anot (+)

Na+ không bị điện phân SO42- không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → O2 + 4H+ + 4e

Phương trình điện phân:2H O2 ���dpdd�2H +O2 2

(Chỉ có H2O đã điện phân ở cả 2 điện cực)

 Học sinh tư duy để khái quát phương trình điện phân 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 thực ra chỉ

có H 2 O đã điện phân ở cả 2 điện cực.

 Học sinh cũng liên hệ được không thể điều chế kim loại kiềm, kiềm thổ, Nhôm bằng phương pháp điện phân dung dịch

- Áp dụng vào bài tập định lượng của dạng này:

Học sinh sử dụng công thức Faraday và công thức tính số mol electron trao đổi ở các điện cực để giải nhanh dạng bài tập này :

A.I.tm

Bài tập 3:Điện phân 200ml dung dịch chứa NaCl với điện cực trơ ,có màng ngăn,

cường độ dòng điện I là 1.93A Tính thời gian điện phân để được dung dịch có pH =

12, thể tích dung dịch được xem như không thay đổi, hiệu suất điện phân là 100%.A.

Số mol e trao đổi là : n = 0,002 mol

Áp dụng công thức : ne trao đổi I.t

F



- 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–

Ở anot (cực dương): Tương tự ở dạng 1.

- 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

=> như vậy một cách tương tự như đã suy luận ở dạng 1, đến đây học sinh

sẽ tư duy được xảy ra hai trường hợp theo đặc điểm của gốc axit

 Trường hợp 1: Khi gốc axit là S 2- , Cl - , Br - , I

-Bài tập 4 : Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch ZnCl 2 :

ZnCl2 → Zn2+ + 2Cl

-Catot (-) Anot (+)

Zn2+ + 2e → Zn 2Cl- → Cl2 + 2e

Phương trình điện phân: ZnCl2 ���dpdd�Zn+Cl2 �

 Học sinh tư duy và khái quát cho bài tập điện phân các muối tương tự.Ở trường hợp này ta thu được kim loại ở catot và đơn chất phi kim tương ứng

ở anot.

 Trường hợp 2: Khi gốc axit là NO3-, SO42-, CO32-, PO43-

Bài tập 5 : Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch CuSO 4 :

CuSO4 → Cu2+ + SO4

2-Catot(-) Anot (+)

SO42- không bị điện phân

Cu2+ + 2e → Cu 2H2O → 4H+ + O2+ 4e

Phương trình điện phân : Cu2+ + H2O → Cu + 2H+ + ½ O2

CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + ½ O2

 Học sinh tư duy và khái quát cho bài tập điện phân các muối tương

tự Ở trường hợp này ta thu được kim loại ở catot, khí O 2 ở anot và dung dịch chứa axit có gốc tương ứng của muối ban đầu.

- Áp dụng vào bài tập định lượng của dạng này:

Bài tập 6: Điện phân 100ml dung dịch CuSO 4 0,05M với các điện cực trơ cho đến khi vừa bắt đầu sủi bọt bên catot thì ngừng điện phân Tính pH dung

dịch Biết hiệu suất điện phân là 100% Thể tích dung dịch được xem như không đổi

 Dạng 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 : Tương tự ở dạng 1 và dạng 2.

Bài tập 7: Điện phân (với điện cực trơ) một dung dịch gồm NaCl và CuSO 4 có cùng số mol, đến khi ở catot xuất hiện bọt khí thì dừng điện phân Trong cả quá trình điện phân trên, sản phẩm thu được ở anot là

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

Bài tập 9: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO 4 0,25M và AgNO 3 0.15M với cường

độ dòng điện I = 3.86A.Tính thời gian điện phân để được một khối lượng kim loại bám bên catot là :

- Số gam kim loại Ag tối đa được tạo thành : 0,015.108 = 1,62 gam

- Số gam Cu tối đa tạo thành : 0,025.64 = 1,6 gam

a) Do khối lượng kim loại là 1,296 < 1,62 nên mới chỉ Ag+bị điện phân và còn dư

n Ag(bị điện phân)= 1,296: 108 = 0,012 mol

Ag+ + e → Ag 0,012 0,012

n e trao đổi I.t

F

 = 0,012.1= 0,012 mol

 t= 300s => chọn đáp án C.

b) Do 1,62 <2,42< 1,62 + 1,6

=>Điện phân hết Ag+, Cu2+đã điện phân nhưng còn dư

=>Khối lượng Cu được tạo thành : 2,42 – 1,62 = 0,8 gam

=> n Cu(bị điện phân) = 0,0125 mol

Áp dụng công thức Faraday : Điện phân Ag : 0,015 = 3,86.t1 / 96500.1 → t1 = 375s Điện phân Cu : 0,0125.2 = 3,86.t2 / 96500 → t2 = 625 s

 Tổng thời gian : 375 + 625 = 1000 s

Hoặc : Tính theo số mol electron trao đổi ở điện cực trong thời gian điện phân

n e trao đổi I.t

Số mol CuCl 2= 0,1.0,5 = 0,05 mol ; n NaCl = 0,5.0,5 = 0,25 mol

Số mol Cu 2+ = 0,05 mol ; n Cl- = 0,25 + 0,05.2 = 0,35 mol

Vận dụng : Số mol e cho ở anot = số mol e nhận ở catot

 Cl- dư , Cu2+ hết , tại catot sẽ có phản ứng điện phân nước (sao cho đủ số mol e nhận ở catot là 0,2)

Ở catot : Ở anot :

Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e

2H2O + 2e → H2 + 2OH

 Dạng 4: Điện phân các dung dịch axit

*Ở catot: Các ion H+ (axit) dễ bị khử hơn 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 các dạng trên đã trình bày.

Bài tập 11: Viết PTHH xảy ra điện phân dung dich HCl:

HCl → H+ + Cl

-Catot(-) Anot (+)

2H+ + 2e → H2 2Cl- → Cl2 + 2e

Phương trình điện phân: 2HCl H2 + Cl2

Bài tập 12: Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch H 2 SO 4

H2SO4→ 2H+ + SO4

2-Catot(-) Anot (+)

2H+ + 2e → H2 SO42- Không điện phân

2H2O → 4H+ + O2 + 4e

Phương trình điện phân: H2O → H2 + ½ O2

 Dạng 5: Điện phân các dung dịch bazơ

* Ở catot:

- Dung dịch bazơ chứa các bazơ tan nên dung dịch chứa cation của kim loại kiềm hoặc kiềm thổ, do các cation này không điện phân nên tại catot chỉ có H2O bị điện phân :

2H2O + 2e → H2 + 2OH–

* 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

Bài tập 12: Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch NaOH:

NaOH → Na+ + OH

-đpdd

Catot(-) Anot (+)

Na+ không bị điện phân

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

Phương trình điện phân: H2 O → H 2 + ½ O 2

Bài tập 13: 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 149,3 lít và 74,7 lít B 156,8 lít và 78,4 lít

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

lítHướng dẫn:

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)

Do mNaOH không đổi → mdd sau điện phân = 80 gam

=>khối lượng H2O bị điện phân = 200 – 80 = 120 gam

=>số mol H2O bị điện phân= 20/3 mol

→ Thể tích O2 = 74,7 lít và Thể tíchH2 = 149,3 lít

=> Chọnđáp án D.

 Học sinh cần khái quát và ghi nhớ được khi điện phân các dung dịch axit mạnh gốc axit chứa oxi và các dung dịch bazơ thực chất trong phương trình điện phân chỉ H 2 O bị điện phân.

 Dạng 6: Điện phân các dung dịch hỗn hợp các chất điện li (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 phương trình sau:

S2- → S + 2e2X- → X2 + 2e

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

Bài tập 14: 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

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

Hướng dẫn:

Ta có: 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 → 1/2H2 (3)0,2→ 0,2

Fe2+ + 2e → Fe (4)

n e trao đổi I.t

F

 = It/96500 = 5.9650/96500 = 0,5 mol

Vậy với số mol e trao đổi chỉ là 0,5 mol, tính số mol electron trao đổi là tổng

số e ở các bán phản ứng theo thứ tự ưu tiên trên thì: H+vẫn còn dư và phản ứng (4) chưa xảy ra

Chỉ có kim loại Cu thu được ở phản ứng (2)

=> Khối lượng kim loại thu được ở catot là : 0,1.64 = 6,4 gam

=> Chọn đáp án C.

Một số lưu ý cần thiết ghi nhớ để xử lí các dạng bài tập điện phân dung dịch.