Mục lụcSỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT CẨM THỦY 2 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM RÈN LUYỆN KỸ NĂNG GIẢI NHANH CÁC BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH MUỐI CHO HỌC SINH LỚP 12 ÔN THI THPT QU
Trang 1Mục lục
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT CẨM THỦY 2
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
RÈN LUYỆN KỸ NĂNG GIẢI NHANH CÁC BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH MUỐI CHO HỌC SINH
LỚP 12 ÔN THI THPT QUỐC GIA
Người thực hiện: Hà Thị Tâm Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc môn: Hóa học
Trang 2Tên mục lục Trang
1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm 2
2.3 Giải pháp và tổ chức thực hiện 82.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 18
Trang 31 Mở đầu
1.1 Lí do chọn đề tài
Trong chương trình phổ thông, Hóa học là môn học cơ bản bao gồm cả líthuyết và thực nghiệm Học sinh muốn học tốt môn Hóa học nhất thiết phải làmđược bài tập hóa học Bài tập hoá học là một phương tiện rất cần thiết giúp học sinhnắm vững, nhớ lâu các kiến thức cơ bản; mở rộng và đào sâu những nội dung đãđược học Nhờ đó, học sinh hoàn thiện được kiến thức, đồng thời phát triển tríthông minh, sáng tạo, rèn luyện được những kĩ năng, kĩ xảo, năng lực nhận thức và
tư duy phát triển Bài tập hoá học còn giúp giáo viên đánh giá kết quả học tập củahọc sinh chính xác hơn Từ đó phân loại học sinh và có kế hoạch ôn tập, củng cốkiến thức sát với từng đối tượng học sinh
Bài tập hóa học có nhiều dạng, trong đó bài tập về Điện phân là một dạng
hay và khá quan trọng nên các bài tập về điện phân thường có mặt trong đề thi
trung học phổ thông Quốc gia (THPTQG) Trong phương pháp điện phân thì Điệnphân dung dịch khá phức tạp, với nhiều trường hợp điện phân, sản phẩm thu đượckhác nhau nên việc xác định đúng thứ tự điện phân xảy ra trên bề mặt các điện cực
và giải một cách chính xác đối với các em học sinh đặc biệt là các em học sinhvùng trung du miền núi thì cực kì khó khăn
Thực tế, với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay thì việc giải nhanh,chính xác là rất quan trọng; qua nghiên cứu các đề thi THPTQG các năm gần đây,
tôi nhận thấy các bài tập điện phân chủ yếu xoay quanh bài tập Điện phân dung dịch muối Việc áp dụng hình thức thi chung cho tất cả học sinh thì nhiều trường
trung học phổ thông đã chuyển sang học toàn bộ chương trình sách giáo khoa cơbản, các em chưa được nghiên cứu kĩ về phương pháp điện phân; tài liệu viết vềđiện phân dung dịch còn ít nên nguồn tư liệu để giáo viên nghiên cứu còn hạn chế,
do đó nội dung kiến thức và kĩ năng giải các bài tập điện phân cung cấp cho họcsinh chưa được nhiều Vì vậy, khi gặp các bài toán điện phân đặc biệt là điện phândung dịch muối và hỗn hợp muối, các em thường lúng túng trong việc tìm ra
phương pháp giải phù hợp Trên cơ sở đó, tôi mạnh dạn chọn đề tài “ Rèn luyện kỹ năng giải nhanh các bài tập điện phân dung dịch muối cho học sinh lớp 12 ôn thi THPT Quốc gia” làm sáng kiến kinh nghiệm cho mình
1.2 Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu đề tài để giúp học sinh phân tích, giải nhanh, gọn nhất, tiết kiệm
Trang 4thờigian, từ đó gây hứng thú học tập cho học sinh.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Các dạng bài tập điện phân dung dịch muối và hỗn hợp dung dịch muối;phương pháp giải các bài tập đó
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tôi nghiên cứu các tài liệu sách, báo, đềthi trung học phổ thông Quốc gia có liên quan, tổng hợp và phân loại bài tập theomột trình tự logic, phù hợp với quá trình nghiên cứu
Phương pháp quan sát sư phạm: Nghiên cứu thực tiễn dạy và học của giáoviên và học sinh trường THPT Cẩm Thủy 2 nhằm tìm ra những nhu cầu kiến thứccần thiết trong lĩnh vực hóa học vô cơ
Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Tôi tham khảo ý kiến của các thầy, côgiáo trong bộ môn, những người có kinh nghiệm trong lĩnh vực này
Phương pháp toán học: Sử dụng các phương pháp thống kê toán học để xử lýkết quả thu được
1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm
Sáng kiến kinh nghiệm xoáy vào phương pháp giải bài tập điện phân dungdịch muối theo xu hướng THPT Quốc gia các năm gần đây để các em hình thành kĩnăng giải bài tập một cách nhanh nhất
2 Nội dung của sáng kiến kinh nghiệm
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
* Một số khái niệm về sự điện phân:
1 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
2 Trong thiết bị điện phân :
Anot (A) được nối với cực dương của nguồn điện một chiều, ở đây xảy ra sựoxi hóa
Catot (K) được nối với cực âm của nguồn điện một chiều, ở đây xảy ra sựkhử
* Các trường hợp điện phân:
1 Điện phân dung dịch một muối:
1.1 Điện phân các dung dịch muối của kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm với axit không có oxi: NaCl, KCl, CaCl 2
Trang 5Các ion S2-, Cl-, Br-, I- bị điện phân trước H2O theo thứ tự tính khử:
S2->I- > Br- > Cl- > H2O (F- không bị điện phân )
Quá trình OXH 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:
→ Phương trình điện phân : 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2
Lưu ý: Nếu quá trình điện phân không có màng ngăn thì dung dịch thu được là nước Giaven.Vì có phương trình:
NaOH + Cl 2 NaCl + NaClO + H 2 O
1.2 Điện phân các dung dịch muối của kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm với axit
có oxi: Na 2 SO 4 , KNO 3 , Ca(NO 3 ) 2
2H2O → 2H2 + O2
Môi trường thu được sau điện phân phụ thuộc vào bản chất của gốc axit:
Trang 6+ Nếu gốc axit là NO3-, SO42- thì sau điện phân thu được là môi trường trung tính+ Nếu gốc axit là CO32-, PO43- thì sau điện phân thu được là môi trường bazơ.
(Do sự thủy phân trong nước)
1.3 Điện phân các dung dịch muối của các kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa và axit không có oxi: FeCl 2 , CuCl 2
a 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 phươngtrình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH–
b Ở anot (cực dương):
Các ion S2-, Cl-, Br-, I- bị điện phân trước H2O theo thứ tự tính khử:
S2->I- > Br- > Cl- > H2O (F- không bị điện phân )
Quá trình OXH 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:
→ Phương trình điện phân: CuCl2 → Cu + Cl2
1.4 Điện phân các dung dịch muối của các kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa và axit có oxi: FeSO 4 , CuSO 4 , Cu(NO 3 ) 2 .
a 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 phươngtrình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH–
b Ở anot (cực dương):
Các ion: NO3-, SO42-, CO32-, PO43- không bị điện phân mà H2O bị điện phân
2H2O → O2 + 4H+ + 4eMôi trường thu được sau điện phân là môi trường axit
đpdd
Trang 7Thí dụ: Viết phương trình hóa học xảy ra khi điện phân dung dịch CuSO 4 :
Sơ đồ điện phân:
CuSO4 → Cu2+ + SO4
Catot(-) Anot (+)
Cu2+, H2O SO42-, H2O
Cu2+ + 2e → Cu 2H2O → 4H+ + O2+ 4e
→ Phương trình điện phân : 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu +2H2SO4 + O2
2 Điện phân hỗn hợp các dung dịch muối
a 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
b Ở anot: (Xảy ra tương tụ mục 1.1b và 1.2b)
Thí dụ : Viết phương trình hóa học xảy ra khi điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl
Xét trường hợp 1: NaCl và Cu(NO3)2 vừa đủ (nCu(NO3)2= 2nNaCl)
Phương trình điện phân:
2NaCl + Cu(NO3)2 Cu + Cl2 + 2NaNO3
Môi trường thu được là môi trường trung tính
Xét trường hợp 2: NaCl dư (nCu(NO3)2 2nNaCl)
Phương trình điện phân:
2NaCl + Cu(NO3)2 Cu + Cl2 + 2NaNO3
2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2
Môi trường thu được là môi trường bazơ
Xét trường hợp 3: Cu(NO3)2 dư (nCu(NO3)2 2nNaCl)
Phương trình điện phân:
2NaCl + Cu(NO3)2 Cu + Cl2 + 2NaNO3
2Cu(NO3)2 + 2H2O 2Cu + O2 + 4HNO3
đpdd
đpdd
đpdd đpdd
đpdd
Trang 8Môi trường thu được là môi trường axit.
Lưu ý:
Các loại điện cực:
* Điện cực trơ: (ví dụ : platin )
* Điện cực tan: ( ví dụ: bạc, đồng ) Chính anot bị oxi hóa, ăn mòn dần (tan
dần) Các ion khác có mặt trong dung dịch hầu như còn nguyên vẹn, không bị oxihóa
Thí dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với bình điện phân có anot làm bằng kim loại Cu:
CuSO4 → Cu2+ +SO4
Catot (-) Anot (+) Cu
Cu2+, H2O Cu, SO42- (không bị điện phân)
Cu2+ + 2e → Cu Cu → Cu2+ + 2e Phương trình điện phân:
dpdd ( àm anot)tanl uSO4 uSO4 ( ám catot)b
Ý nghĩa sự điện phân: phương pháp điện phân được ứng dụng rộng rãi trong thực
tế sản xuất và trong phòng thí nghiệm nghiên cứu như dùng để điều chế kim loại tinhkhiết; điều chế một số phi kim và một số hợp chất; tinh chế một số kin loại hoặc tronglĩnh vực mạ điện
3 Định lượng trong quá trình điện phân dung dịch muối
* Muốn tính khối lượng các chất giải phóng ở các điện cực ta có thể tínhtheo phương trình điện phân
Thí dụ: 2CuSO + 2H O 4 2 ���dpdd� 2Cu + O + 2H SO 2 2 4
160(g ) 64(g) →11,2(lit) →1(mol)
a(g) x (g) → y (lit) →z(mol)
* Khi biết cường độ dòng điện ( I) và thời gian điện phân (t) ta có thể tínhtheo công thức Faraday:
A Q A I t m
hoặc
x
n
A n F
Trong đó: m: khối lượng chất (rắn, lỏng, khí) thoát ra ở điện cực (gam)
A: Khối lượng mol nguyên tử (đối với kim loại) hoặc khối lượng mol phân
tử (đối với chất khí)
n: số electron trao đổi
Trang 9I: Cường độ dòng điện ( A)
t: Thời gian điện phân (s)
F: Hằng số Faraday F= 96500C
Số mol e trao đổi ở mỗi điện cực:
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
Qua theo dõi trong thực tế giảng dạy nhiều năm ở trường THPT Cẩm Thủy
2, trên nhiều đối tượng học sinh, kết hợp với việc tham khảo ý kiến của đồngnghiệp giảng dạy cùng bộ môn Tôi nhận thấy, hiện nay đa số học sinh đang còn dễ
bị nhầm lẫn và thường bị lúng túng khi phân tích đề hoặc không có hướng giảiquyết được các bài tập về điện phân dung dịch Trong quá trình làm bài tập của họcsinh, các biểu hiện có thể dễ dàng nhận thấy như:
Thứ nhất, học sinh chưa tự giác, chưa tích cực trong việc đào sâu nghiên cứukiến thức, học đang còn mang tính đối phó, việc tìm tài liệu tham khảo của học sinhcòn hạn chế nên chưa hiểu sâu sắc kiến thức đã được học
Thứ hai, học sinh không tích cực trong các giờ học trên lớp với các biểu hiện
cụ thể như: ít đóng góp ý kiến xây dựng bài, việc tham gia hoạt động học và ghi bàimột cách thụ động, …
Thứ ba, chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn học sinh cách phát hiện ra điểmmấu chốt của bài tập để có hướng giải quyết bài tập phù hợp
Từ những hiện trạng trên dẫn tới kết quả là: Khi ôn thi THPT Quốc gia, trongquá trình làm bài tập về điện phân dung dịch, ít học sinh làm đúng kết quả, thậmchí có học sinh không làm bài
Nguyên nhân: Thực trạng trên có thể được tạo nên từ nhiều nguyên nhânkhác nhau như:
Từ phía học sinh: Có thể do ý thức tự giác của học sinh chưa cao, do trình độcủa học sinh còn hạn chế, chưa được làm nhiều dạng bài tập nên kĩ năng giải bàitập còn hạn chế, …
Từ phía giáo viên: Do cách hướng dẫn giải bài tập của giáo viên chưa phùhợp, đang còn rườm rà, khó hiểu, không logic nên chưa khơi gợi sự hứng thú, tíchcực cho học sinh Đôi khi cách hướng dẫn giải bài tập của giáo viên quá khó khiếnhọc sinh lúng túng, không tự tin khi làm các bài tập khác tương tự
Từ phía xã hội: Do xu thế xã hội hiện nay có nhiều vấn đề khiến học sinhbận tâm như: việc yêu sớm, sự quan tâm của gia đình, các trang mạng xã hội (đặc
Trang 10biệt là facebook), các tệ nạn xã hội, thị trường việc làm Từ xu thế đó khiến họcsinh giảm bớt hứng thú, động lực học tập.
Ngoài ra, việc thi theo hình thức trắc nghiệm đối với môn Hóa học cũng là lí
do của phần đông học sinh ngại giải các bài tập đề dài và khó Hơn nữa, hệ thốngbài tập trong sách giáo khoa chỉ là định hướng chung cho việc khai thác kiến thức
cơ bản, trong khi đó trình độ của học sinh lại hết sức đa dạng, được phân chia thànhnhiều đối tượng khác nhau, không phải nơi nào, lớp nào cũng như nhau
Hầu hết các đề bài tập điện phân dung dịch muối đều xoay quanh điện phândung dịch muối sunfat, nitrat, clorua hoặc hỗn hợp chúng nên cần tập trung vào cácquá trình điện phân các muối này, thứ tự điện phân xảy ra trên bề mặt các điện cực
Một số lưu ý khi giải bài tập điện phân dung dịch:
1 H2O bắt đầu điện phân tại các điện cực khi:
Ở catot: bắt đầu xuất hiện bọt khí hoặc khối lượng catot không đổi nghĩa làcác ion kim loại bị điện phân trong dung dịch đã bị điện phân hết Khi pH của dung dịch không đổi có nghĩa là các ion âm hoặc dương (hay cả hailoại) có thể bị điện phân đã bị điện phân hết Khi đó tiếp tục điện phân sẽ là H2O bị điệnphân
2 Khi điện phân dung dịch với anot là một kim loại không trơ (không phải Pthay điện cực than chì) thì tại anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa điện cực
3 Có thể có các phản ứng phụ xảy ra giữa từng cặp: chất tạo thành ở điệncực, chất tan trong dung dịch, chất dùng làm điện cực như: Điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo ra nước Gia–ven và có khí H2 thoát ra ở catot; Phảnứng giữa axit trong dung dịch với kim loại bám trên catot
Trang 114 Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám
vào mdd sau dp mdd truoc dp m � m �
Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (mkết tủa + mkhí)
5 Viết bán phản ứng (thu hoặc nhường electron) xảy ra ở các điện cực theođúng thứ tự, không cần viết phương trình điện phân tổng quát và sử dụng CT:
6 Từ công thức Faraday → số mol chất thu được ở điện cực
Nếu đề bài cho I và t thì trước hết tính số mol electron trao đổi ở từng điệncực (ne) theo công thức: (*) (với F = 96500 khi t = giây và F = 26,8 khi t = giờ).Sau đó dựa vào thứ tự điện phân, so sánh tổng số mol electron nhường hoặc nhậnvới ne để biết mức độ điện phân xảy ra
7 Nếu đề bài cho lượng khí thoát ra ở điện cực hoặc sự thay đổi về khốilượng dung dịch, khối lượng điện cực, pH,…thì dựa vào các bán phản ứng để tính
số mol electron thu hoặc nhường ở mỗi điện cực rồi thay vào công thức (*) để tính cường độ dòng điện (I) hoặc thời gian điện phân (t)
8 Có thể tính thời gian t’ cần điện phân hết một lượng ion mà đề bài đã chorồi so sánh với thời gian t trong đề bài Nếu t’ < t thì lượng ion đó đã bị điện phânhết còn nếu t’ > t thì lượng ion đó chưa bị điện phân hết
9 Khi điện phân các dung dịch trong các bình điện phân mắc nối tiếp thì cường
độ dòng điện và thời gian điện phân ở mỗi bình là như nhau → sự thu hoặc nhườngelectron ở các điện cực cùng tên phải như nhau và các chất sinh ra ở các điện
cực cùng tên tỉ lệ mol với nhau
10 Trong nhiều trường hợp có thể dùng định luật bảo toàn electron (số mol electron thu được ở catot = số mol electron nhường ở anot) để giải cho nhanh
Các bước giải bài tập điện phân dung dịch:
Bước 1: Viết phương trình điện li của tất cả các chất điện phân; xác định các
ion ở mỗi điện cực
Bước 2: Xác định thứ tự điện phân tại mỗi điện cực, viết phương trình các
bán phản ứng (Viết phương trình cho, nhận e của các ion tại các điện cực); Tính số
Trang 12e trao đổi ở mỗi điện cực (Nếu giả thiết cho cường độ dòng điện và thời gian điệnphân) : ne (cho ở anot) = ne (nhận ở catot).
Bước 3: Biểu diễn các đại lượng theo các bán phản ứng hoặc theo phương trình điện phân
chung
Bước 4: Tính theo yêu cầu của bài toán
+ Trong nhiều trường hợp, có thể dùng định luật bảo toàn electron (số mol electron thu được ở catot bằng số mol electron nhường ở anot) để giải cho nhanh.
2.3.2 Bài tập minh họa
Câu 1: Điện phân 100ml dung dịch CuSO4 0,1M với các điện cực trơ cho đếnkhi vừa bắt đầu sủi bọt bên catot thì ngừng điện phân Tính pH dung dịch ngay khidừng điện phân với hiệu suất là 100% Thể tích dung dịch được xem như khôngđổi (Lấy lg2 = 0,3)