Trong chương trình Hóa học THPT các dạng bài toán hóa học rất phongphú, đa dạng, trong đó các bài toán về điện phân dung dịch.. Vì vậy, tôi chọn đề tài‘‘Rèn luyện kỹ năng giải một số bà
Trang 1MỤC LỤC
Trang 21 Mở đầu
1.1 Lí do chọn đề tài
Hóa học là môn học lí thuyết và thực nghiệm Nhưng trong các đề thi thìnhững bài toán hóa học lại chiếm một phần không nhỏ Học sinh muốn có kếtquả tốt trong các kỳ thi thì không thể thiếu việc phải làm tốt các bài toán hóahọc Trong chương trình Hóa học THPT các dạng bài toán hóa học rất phongphú, đa dạng, trong đó các bài toán về điện phân dung dịch
Trong dạy học hóa học, có thể nâng cao chất lượng dạy học và phát triểnnăng lực nhận thức cho học sinh bằng nhiều biện pháp, phương pháp khác nhau.Trong đó, giải bài tập hóa học với tư cách là một phương pháp dạy học có tácdụng rất tích cực đến việc giáo dục, rèn luyện và phát triển học sinh Mặt khác,cũng là thước đo thực chất sự nắm vững kiến thức và kỹ năng hóa học của họcsinh
Bài tập hóa học là nguồn quan trọng để học sinh thu nhận kiến thức, củng
cố khắc sâu những lí thuyết đã học, phát triển tư duy sáng tạo, nâng cao năng lựcnhận thức Trong những năm gần đây, trong các kỳ thi, các bài toán liên về điệnphân dung dịch thường xuất hiện trong các đề thi như đề thi THPTQG của Bộ
GD & ĐT, đề thi thử THPTQG, đề thi thử tốt nghiệp của các trường THPT, của
các sở Vì vậy, tôi chọn đề tài‘‘Rèn luyện kỹ năng giải một số bài toán phức
tạp về điện phân dung dịch cho học sinh lớp 12’’ nhằm giúp học sinh được rèn
luyện nhiều hơn các dạng bài tập hóa học, giúp các em có thêm hành trang vữngchắc, sự tự tin khi bước vào các kỳ thi, đặc biệt là kỳ thi tốt nghiệp sắp tới
1.2 Mục đích nghiên cứu
Giúp học sinh rèn luyện kỹ năng giải một số bài toán phức tạp về điệnphân dung dịch giúp các em đạt kết quả cao hơn trong các kỳ thi
1.3 Đối tượng nghiên cứu
- Học sinh lớp 12 trường tôi
- Các bài toán phức tạp về điện phân dung dịch
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu các tài liệu liên quan
- Nghiên cứu các bài toán phức tạp về điện phân dung dịch trong chương trìnhHóa học THPT
- Đề xuất một số biện pháp giúp học sinh học tốt môn hóa
- Thực nghiệm sư phạm đánh giá hiệu quả của đề tài
2 Nội dung
2.1 Cơ sở lí luận của đề tài
Thực tế ở trường phổ thông đối với bộ môn hóa học, bài tập hóa học giữvai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu đào tạo Bài tập hóa học
- là một trong những phương tiện hiệu nghiệm cơ bản nhất để học sinh củng cố
và khắc sâu kiến thức
- giúp học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phongphú Chỉ có vận dụng kiến thức vào việc giải bài tập mới nắm vững kiến thứcmột cách sâu sắc
- là phương tiện để ôn tập, củng cố, hệ thống hóa kiến thức một cách tốt nhất
Trang 3- rèn luyện kỹ năng hóa học cho học sinh, các kỹ năng thực hành, thí nghiệm.
- còn được sử dụng như là phương tiện để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bịkiến thức mới, giúp học sinh tích cực linh hội kiến thức một cách sâu sắc và bềnvững
- là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh một cách chính xác
- còn có tác dụng giáo dục đạo đức, tác phong, rèn tính kiên nhẫn, trung thực,chính xác, khoa học
- phát huy khả năng tư duy độc lập, sáng tạo của học sinh
2.2 Thực trạng của đề tài trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
Qua thực tế giảng dạy hóa học tôi thấy:
- Môn hóa học là môn học mà ở cấp THCS chưa được chú trọng quantâm, nhiều HS, phụ huynh, thậm cả giáo viên chỉ quan tâm đến một số môn thivào lớp 10 như toán, văn, tiếng anh mà chưa quan tâm đúng mức đến môn hóa,đặc biệt ở các vùng nông thôn, miền núi Do đó, mặc dù nhiều em có năng lựctốt về các môn như toán, vật lí nhưng kiến thức môn hóa học khi bước vào lớp
10 còn rất mơ hồ, thậm chí không biết gì Điều đó làm cho chất lượng môn hóavào cấp THPT nhìn chung còn thấp
- Do thời gian giảng dạy trên lớp còn hạn chế, một số giáo viên chưa đềcập hết các dạng bài tập hóa học, đặc biệt các dạng bài toán phức tạp
- Một số học sinh học yếu môn hóa đã ảnh hưởng đáng kể đến việc giảngdạy chung trên lớp của giáo viên
- Trong những năm gần đây, bộ môn Hóa học ở cả cấp THCS và THPTkhông còn được coi trọng như những năm trước, điều này cũng ảnh hưởng đếntâm lí của học sinh, phụ huynh và giáo viên giảng dạy môn hóa
2.3 Các giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề
2.3.1 Cơ sở lí thuyết
Khi điện phân dung dịch các chất cần chú ý:
- Ở catot (cực âm): xảy ra quá trình khử cation theo thứ tự cation có tính oxi hóamạnh hơn bị khử trước
* Chẳng hạn: Fe3+ + 1e → Fe2+
Cu2+ + 2e → Cu2H+ + 2e → H2
Fe2+ + 2e → Fe
H2O + 2e → H2 + 2OH
-* Các cation kim loại hoạt động mạnh như Al3+, Mg2+, Na+, K+, Ca2+, Ba2+,
Li+… không bị khử (không bị điện phân)
- Ở anot (cực dương): xảy ra quá trình oxi hóa anion theo thứ tự anion có tínhkhử mạnh hơn bị oxi hóa trước
* Chẳng hạn: 2Cl- - 2e → Cl2 (hay 2Cl- → Cl2 + 2e)
H2O - 2e → 2H+ + 1/2O2 (nH+ =4nO 2 )
* Các anion gốc axit có oxi như :NO , SO , CO , SO3 − 24 − 23 − 23 −
… không bịđiện phân
Trang 4- Số mol electron trao đổi ở các điện cực là: e
ItnF
=
(I là cường độ dòng điện(A), t là thời gian điện phân (giây), F = 96500 là hằng số Faraday)
- Khối lượng dung dịch điện phân giảm là tổng khối lượng kim loại tạo thànhbám vào catot + khối lượng các chất kết tủa tạo thành + khối lượng các khí thoát
ra khỏi dung dịch
- Đối với các bài toán có đồ thị thì cần chú ý các đoạn đồ thị khác nhau sẽ kếtthúc một quá trình oxi hóa hay khử một chất nào đó
2.3.2 Một số ví dụ các bài toán phức tạp về điện phân:
2.3.2.1: Các ví dụ điện phân dung dịch thuần túy:
Ví dụ 1 [4] Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp Cu(NO3)2 và KCl vào H2O thu
được dung dịch X Điện phân dung dịch X (với điện cực trơ, màng ngăn xốp,
cường độ dòng điện không đổi) trong thời gian t giờ thu được 1,12 lít (đktc) khí
ở anot Nếu điện phân trong thời gian 3,5t giờ thì thu được 2,8 lít (đktc) khí ở
anot và thu được dung dịch Y Cho 20 gam bột Fe vào Y, sau khi các phản ứng
xảy ra hoàn toàn, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) và 16,4gam hỗn hợp kim loại Biết hiệu suất điện phân là 100%, các khí không tantrong dung dịch Giá trị của m là
Hướng dẫn giải :
Trang 5Ban đầu: R(NO3)2: 0,45Vmol; NaCl: 0,4Vmol
+ Tại t giây thu được 0,3 mol hỗn hợp khí ở anot:
mol 2
mol 2
Ví dụ 3 [4] Điện phân dung dịch X chứa Cu(NO3)2 và 0,36 mol NaCl (điện cực
NO và một lượng chất rắn không tan Biết hiệu suất phản ứng điện phân là
Trang 6Ví dụ 4 [5] Điện phân dung dịch AgNO3 với điện cực trơ, cường độ dòng điện I
= 2A Sau thời gian t giây, khối lượng dung dịch giảm a gam và catot chỉ thuđược kim loại Sau thời gian 2t giây khối lượng dung dịch giảm (a+5,36) gam
(biết a > 5,36) và thu được dung dịch X Biết dung dịch X hòa tan tối đa được
3,36 gam Fe (Sản phẩm khử của N+5 chỉ là NO) Coi lượng nước bay hơi trongquá trình điện phân không đáng kể, bỏ qua sự hòa tan của khí trong nước Giá trịcủa t là
Hướng dẫn giải :
Vì sau thời gian 2t giây thì khối lượng dung dịch giảm không gấp đôi t giây (a +
Sau t giây: nAg = 4y; nO2 = y
⇒ mdd giảm = a = 108.4y + 32y = 464y
Sau 2t giây: nAg = 0,16; nO2 = 2y; nH2 = z
⇒ mdd giảm = 108.0,16 + 32.2y + 2z ⇒ a + 5,36 = 64y + 2z + 17,28
Hay 464y + 5,36 = 64y +2z + 17,28 ⇔ 400y – 2z = 11,92 (1)
Bảo toàn e có: nAg + 2nH2 = 4nO2⇔ 0,16 + 2z = 4.2y ⇔ 8y – 2z = 0,16 (2)
0,168 lít khí (đktc) Giá trị của a gần nhất là
Hướng dẫn giải :
Trang 7Sau t giây: M
an
mdd giảm = mkim loại + mO2⇒ 5,22 = a + 8xa (1)
Sau 2t giây thì ne2 = 2ne1 = 2xa
Ở catot: nH2 = 0,0075 ⇒ Bảo toàn e có: 2nH2 + n.nM = 2xa ⇒ M
2xa 0,015n
⇔ 2a– 0,015/x + 16xa = 8,82 ⇔ a – 0,0075/x + 8xa = 4,41 (2)
Thế (1) vào (2) được: 5,22 – 0,0075/x = 4,41 ⇒ x = 1/108
Thế vào (1) được a = 5,22/(1 + 8x) = 4,86 gần nhất với 4,9 ⇒ Chọn B
Nhận xét: Với cách giải trên HS phải có kỹ năng biến đổi, ghép ẩn hợp lí mới cho kết quả nhanh.
Ví dụ 6 [4] Điện phân 600 gam dung dịch chứa AgNO3 17% trong thời gian tgiây với điện cực trơ Giữ nguyên các điện cực trong bình điện phân đến khi khí
NO (sản phẩm khử duy nhất) ngừng thoát ra thì số mol NO thu được là 0,1 mol.Tiếp tục điện phân với thời gian 2t giây rồi lấy ngay điện cực ra thì thu đượcdung dịch X Biết cường độ dòng điện không đổi, các phản ứng xảy ra hoàntoàn Khối lượng dung dịch X là
A 522,3 gam B 533,2 gam C 529,5 gam D 553,1 gam
Sau đó Ag bị hòa tan trở lại: 3Ag + 4HNO3 → 3AgNO3 + NO+ 2H2O
nAg tan = 3nNO = 0,3 ⇒ nAg còn lại ở catot = 0,1; dung dịch AgNO3 (0,5 mol)
Tiếp tục điện phân thêm thời gian 2t giây: ne2 thêm = 2ne1 = 0,8
Trang 8Vậy các chất tách khỏi dung dịch gồm : 0,6 mol Ag ; 0,3 mol O2 ; 0,15 mol H2 ;0,1 mol NO.
mdd X sau pư = 600 – (108.0,6 + 32.0,3 + 2.0,15 + 30.0,1) = 522,3 gam ⇒ Chọn A.
Nhận xét: Ở bài toán trên HS dễ nhầm từ ‘‘tiếp tục’’ và từ ‘‘sau khi’’ sẽ dẫn đến kết quả bị sai.
Ví dụ 7 [2] Điện phân dung dịch X gồm Cu(NO3)2 và NaCl với điện cực trơ,màng ngăn xốp, cường độ dòng điện không đổi I = 2,5A Sau t giây, thu được7,68 gam kim loại ở catot, dung dịch Y (vẫn còn màu xanh) và hỗn hợp khí ởanot có tỉ khối so với H2 bằng 25,75 Mặt khác, nếu điện phân X trong thời gian
12352 giây thì tổng số mol khí thu được ở hai điện cực là 0,11 mol Giả thiếthiệu suất điện phân là 100%, các khí sinh ra không tan trong nước và nướckhông bay hơi trong quá trình điện phân Số mol Cu2+ trong Y là
Bảo toàn mol e bên anot có: 2nCu +2nH 2 =0,32 ⇒ nCu =0,15
⇒ Số mol Cu2+ trong Y còn lại là: 0,15 - 0,12 = 0,03 ⇒ Chọn C.
Ví dụ 8 [2] Điện phân dung dịch X gồm CuSO4 và KCl với điện cực trơ, màngngăn xốp, cường độ dòng điện không đổi I = 2A Sau 4825 giây, thu được dungdịch Y (vẫn còn màu xanh) và 0,04 mol hỗn hợp khí ở anot Biết Y tác dụng tối
đa với 0,06 mol KOH trong dung dịch Mặt khác, nếu điện phân X trong thờigian t giây thì thu được 0,09 mol hỗn hợp khí ở hai điện cực Giả thiết hiệu suấtđiện phân là 100%, các khí sinh ra không tan trong nước và nước không bay hơitrong quá trình điện phân Giá trị của t là
Trang 9Bảo toàn mol e có: 2a + 4b = 0,1 Suy ra: a = 0,03; b = 0,01.
Ở anot có quá trình: 2H2O – 4e → O2 + 4H+ ⇒ nH+ =4nO 2 =0,04
KOH tham gia phản ứng với H+ và Cu2+: 0,06 = 0,04 + 2nCu2+ dư
⇒ nCu2+ dư = 0,01 ⇒ nCu2+ ban đầu = 0,05 + 0,01 = 0,06 mol
+ Với thời gian t giây:
1930 giây, thu được dung dịch Y và hỗn hợp khí gồm H2 và Cl2 (có tỉ khối so với
H2 là 24) Mặt khác, nếu điện phân X trong thời gian t giây thì khối lượng dungdịch giảm 2,715 gam Giả thiết hiệu suất điện phân là 100%, các khí sinh rakhông tan trong nước và nước không bay hơi trong quá trình điện phân Giá trịcủa t là
Hướng dẫn giải :
+ Với t = 1930 giây : ne = It/F= 0,04 mol ⇒ nCl2 = 0,02 mol
Từ giá trị tỉ khối dê dàng có: nCl2 = 2nH2⇒ nH2 = 0,01 mol
Bảo toàn mol e có: 2nCu + 2nH2 = 0,04 ⇒ nCu = 0,01
⇒ Số mol CuSO4 ban đầu = 0,01
Số mol KCl ban đầu = 0,05
+ Với thời gian t giây:
Khi Cl- vừa điện phân vừa hết thì nCl2 = 0,025 mol ; 2nCu + 2nH2 = 0,05
⇒ nH2 = 0,015 mol
mdd giảm = mCu + mCl2 + mH2 = 64.0,01 + 71.0,025 + 2.0,015 = 2,445 < 2,715 Vậy ở anot có thêm khí O2 (a mol) ; Ở catot khí H2 (b mol)
Trang 10Ví dụ 10 [6] Điện phân 600ml dung dịch X chứa NaCl 0,5M và CuSO4 a mol/l
(điện cực trơ, màng ngăn xốp) thu được dung dịch Y có khối lượng giảm 24,25 gam so với khối lượng dung dịch X thì ngừng điện phân Nhúng thanh sắt nặng
150 gam vào dung dịch Y đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, lấy thanh kim
loại ra, rửa sạch, làm khô cân được 150,4 gam (giả thiết toàn bộ kim loại tạothành đều bám hết vào thanh sắt và không có sản phẩm khử của S+6 sinh ra).Biết hiệu suất điện phân 100%, bỏ qua sự hòa tan của khí trong nước Giá trị của
a là
Hướng dẫn giải :
Dung dịch X ban đầu gồm NaCl (0,3 mol) và và CuSO4 (0,6a mol)
Dễ thấy Fe + Y thì khối lượng thanh sắt tăng ⇒ Y chứa Cu2+
Gọi x, y lần lượt là số mol của Cu và O2 tạo thành khi điện phân X
Ta có: nCl 2 =0,15 mol
mdd giảm = mCu + mCl2 + mO2 = 24,25 ⇒ 64x + 71.0,15 + 32y = 24,25
Bảo toàn mol e có: 2x = 2.0,15 + 4y
Fe vào Y đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch Z, khí NO(sản phẩm khử duy nhất của N+5) và (m - 0,5) gam hỗn hợp kim loại Giả thiếthiệu suất điện phân là 100%, nước bay hơi không đáng kể Giá trị của a là
Hướng dẫn giải :
Fe + Y thu được hỗn hợp kim loại ⇒ Cu2+ dư sau điện phân
Do có khí NO nên Y chứa H+⇒ anot tạo O2 (x mol) và Cl2 (0,1 mol)
Trang 11Ví dụ 12 [1] Điện phân dung dịch X chứa 3a mol Cu(NO3)2 và a mol KCl (vớiđiện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khi khối lượng catot tăng 12,8 gam thì dừngđiện phân, thu được dung dịch Y Cho 22,4 gam bột Fe vào Y, sau khi các phảnứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) và 16gam hỗn hợp kim loại Giả thiết hiệu suất điện phân là 100% Giá trị của a là
Hướng dẫn giải :
Y + Fe thu được hỗn hợp kim loại nên Y còn Cu2+ dư
Mặt khác, khí NO thoát ra nên Y chứa H+, vậy Cl- bị điện phân hết
Catot: nCu = 0,2 ⇒ nCu2+ dư = 3a – 0,2
so với H2 bằng 25,75 Mặt khác, nếu điện phân X trong thời gian t giây thì thuđược tổng số mol khí ở hai điện cực là 0,11 mol (số mol khí thoát ra ở điện cựcnày gấp 10 lần số mol khí thoát ra ở điện cực kia) Giả thiết hiệu suất điện phân
là 100%, các khí sinh ra không tan trong nước và nước không bay hơi trong quátrình điện phân Giá trị của m là:
Câu 2 [4] Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm CuSO4 và FeCl3 vào nước thuđược dung dịch X Điện phân dung dịch X (với các điện cực trơ) đến khi ở anotthoát ra 0,2 mol hỗn hợp khí có tỉ khối so với H2 bằng 30,625 thì dừng lại Dungdịch thu được sau điện phân có chứa 2 muối có nồng độ mol bằng nhau Giả sử
hiệu suất điện phân là 100%, khí sinh ra không tan trong nước Giá trị của m là
Trang 12A 48,25 B 64,25 C 62,25 D 56,25 Câu 3 [4] Điện phân (với điện cực trơ, cường độ dòng điện không đổi) dung dịchmuối nitrat của một kim loại M (có hóa trị không đổi) Sau thời gian t giây, khốilượng dung dịch giảm 6,96 gam và tại catot chỉ thu được (a) gam kim loại M.Sau thời gian 2t giây, khối lượng dung dịch giảm 11,78 gam và tại catot thoát ra0,224 lít khí (đktc) Giá trị của (a) là
Câu 4 [4] Điện phân dung dịch chứa đồng thời NaCl và CuSO4 (điện cực trơ,màng ngăn xốp, hiệu suất điện phân 100%, bỏ qua sự hòa tan của các khí trongnước và sự bay hơi của nước) với cường độ dòng điện không đổi Kết quả củathí nghiệm được ghi ở bảng sau:
Thời gian
điện phân (s)
Khối lượngcatot tăng (g)
Khí thoát ra ở anot Khối lượng dung
Câu 5 [5] Điện phân (điện cực trơ, màng ngăn xốp) dung dịch chứa a mol NaCl
và 2a mol Cu(NO3)2 bằng điện một chiều có cường độ ổn định cho đến khi khốilượng dung dịch giảm m gam thì dừng điện phân, thu được dung dịch X Cho9,5 gam bột Fe vào X, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 1,12 lítkhí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) và còn lại 5,7 gam hỗn hợp kim loại
Bỏ qua sự hòa tan của các khí trong nước Giá trị của mlà
Câu 6 [4] Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm CuSO4 và KCl vào H2O, thu được
dung dịch Y Điện phân Y (có màng ngăn, điện cực trơ) đến khi H2O bắt đầuđiện phân ở cả hai điện cực thì dừng điện phân Số mol khí thoát ra ở anot bằng
4 lần số mol khí thoát ra từ catot Phần trăm khối lượng của CuSO4 trong X là
Câu 7 [6] Điện phân (với các điện cực trơ, màng ngăn) dung dịch chứa m gamhỗn hợp gồm Cu(NO3)2 và NaCl bằng dòng điện có cường độ 2,68A Sau thờigian 6h, tại anot thoát ra 4,48 lít khí (đktc) Thêm 20 gam bột sắt vào dungdịch sau điện phân, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất của NO3-) và12,4 gam chất rắn gồm hai kim loại Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giátrị của m là
Câu 8 [4] Điện phân V lít dung dịch X (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độdòng điện không đổi) chứa đồng thời R(NO3)2 0,45M (R là kim loại hóa trịkhông đổi) và NaCl 0,4M trong thời gian t giây, thu được 5,376 lít hỗn hợp khí ởanot (đktc) Nếu thời gian điện phân là 2t giây thì thu được dung dịch Y Dungdịch Y tác dụng vừa đủ với 320 ml dung dịch chứa KOH 0,75M và NaOH 0,5M,không sinh ra kết tủa Biểt hiệu suất điện phân 100%, các khí sinh ra không tantrong dung dịch, Giá trị của V là