SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁTRƯỜNG 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 Ng
Trang 1SỞ 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
THANH HOÁ NĂM 2019
Trang 2Tên mục lục Trang
2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2
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 thitrung 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
1
Trang 4thời gian, 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
* Môt sô khai niêm vê sư điên phân:
1 Sư điên phân: La qua trinh oxi hoa - khư xay ra ơ bê măt cac điên cưc khi cho dong điên môt chiêu đi qua hơp chât nong chay, hoăc dung dich chât điên li
2 Trong thiêt bi điên phân :
Anot (A) đươc nôi vơi cưc dương cua nguồn điện môt chiêu, ơ đây xay ra sưoxi hoa
Catot (K) đươc nôi vơi cưc âm cua nguôn điên môt chiêu, ơ đây xay ra sưkhư
* Cac trường hợp điên 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
→ 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
phân 2H2O → 2H2 + O2
Môi trường thu được sau điện phân phụ thuộc vào bản chất của gốc axit:
3
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 khihết các ion đó, nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương trình: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:
b Ở anot (cực dương):
Các ion: NO3 -, SO4 2-, CO3 2-, PO4 3- không bị điện phân mà H2O bị điện
phân 2H2O → O2 + 4H+ + 4eMôi trường thu được sau điện phân là môi trường axit
Trang 7Thí dụ: Viết phương trình hóa học xảy ra khi điện phân dung dịch CuSO 4 :
Sơ đồ điện phân:
CuSO4 → Cu2+ + SO4
Cu2+, H2O SO4 2-, H2O
→ 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)
Môi trường thu được là môi trường trung tính
Xét trường hợp 2: NaCl dư (nCu(NO3)2 ¿2nNaCl)
đpdd
Môi trường thu được là môi trường bazơ
Xét trường hợp 3: Cu(NO3)2 dư (nCu(NO3)2 ¿2nNaCl)
đpdd
5
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 CuSO4với bình điện phân có anot làm bằng kim
loại Cu:CuSO4 → Cu2+ +SO4
Ýnghĩa 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 tinh khiết; điều chế một số phi kim và một số hợp chất; tinh chế một số kinloại hoặc trong lĩnh 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 tính theo phương trình điện phân
dpdd
Thí dụ: 2CuSO 4 + 2H 2 O2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4
* Khi biết cường độ dòng điện ( I) và thời gian điện phân (t) ta có thể tính
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
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
I t F
Trang 107
Trang 11Từ 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 (đặcbiệt 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 pHcủa dung dịch không đổi có nghĩa là các ion âm hoặc dương (hay cả hai loại) 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; Phản ứng giữa axit trong dung dịch với kim loại bám trên catot
8
Trang 124 Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám
dd sau dp
m
dd 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:
n emA I.t
F
Viết phương trình điện phân tổng quát (như những phương trình hóa họcthông thường) để tính toán khi cần thiết
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 điện
cực (n e ) 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 nhận với 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 tínhcường 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 phân
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 molelectron thu được ở catot = số mol electron nhường ở anot) để giải cho nhanh
Các bước giải bài tập điện phân dung dịch:
n e = I F .t
Trang 139
Trang 14Bước 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
e 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 đến
khi 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)
A pH = 0,1 B pH = 0,7 C pH = 2,0 D pH = 1,3
( Trích Bộ đề trắc nghiệm luyện thi THPT Quốc gia năm 2019- tập 1)
Hướng dẫn giải
Mấu chốt:: cần xác định khi vừa bắt đầu sủi bọt khí bên catot thì Cu 2+ vừa
hết, ở anot ion SO 4 2- không bị điện phân mà H 2 O bị điện phân.
Câu 2: Điện phân 100 ml dung dịch gồm CuSO4 aM và NaCl 2M (điện cực trơ,
màn ngăn xốp, hiệu suất điện phân 100%, bỏ qua sự hòa tan của khí trong nước và
Trang 15phút Dung dịch thu được có khối lượng giảm 9,195 gam so với dung dịch ban đầu.Giá trị của a là
(Trích câu 41 mã đề 202 - Đề thi THPTQG năm 2017)
Hướng dẫn giải
Mấu chốt:: điện phân dung dịch hỗn hợp muối, xác định thứ tự điện phân
trên 2 điện cực, khi nào H 2 O tham gia vào quá trình điện phân.
Ta có : nNaCl= 0,2 mol → nCl - = 0,2 mol
Áp dụng định luật Faraday ta tính được : ne= It F = 0,15 mol → Cl- dư
nCl2= 0,075 molTại catot : Nếu H2O chưa bị điện phân thì nCu= nCl2= 0,075 mol
→mgiảm= mCu + mCl2= 10,125 ¿9,195 → Phải có nước điện phân
Đặt x, y lần lượt là số mol của Cu và H2
Câu 3: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2
0,1M và NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòngđiện 5A trong 3860 giây Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hoà tan mgam Al Giá trị lớn nhất của m là:
11