MỞ ĐẦU1.1 – Lí do chọn đề tài Chuyên đề điện phân dung dịch là một chuyên đề hayvà quan trọng của mônHóa học.Đây là dạng bài tập Hóa Học mà học sinh dễ dàng bắt gặp trong các kỳ thiTHPT
Trang 1SỞ 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
0
Trang 2MỤC 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
Trang 31 MỞ ĐẦU
1.1 – Lí do chọn đề tài
Chuyên đề điện phân dung dịch là một chuyên đề hayvà quan trọng của mônHóa học.Đây là dạng bài tập Hóa Học mà học sinh dễ dàng bắt gặp trong các kỳ thiTHPT quốc gia hay thi học sinh giỏi cấp tỉnh Thực tế cho thấy, với học sinh bàitập 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 giảinhanh các bài toán Hóa học là yêu cầu hàng đầu; giúp học sinh tiết kiệm được thờigian làm bài,giúp phát triển tư duy, sáng tạo của học sinh mà còn tạo tâm lí tốt chohọc 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 liệuhướng dẫn còn chưa cụ thể và việc hướng dẫn để học sinh nắm bắt được phươngpháp và vận dụng chúng còn nhiều hạn chế Vì vậy khi xử lí các dạng bài tập nàycòn 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
2
Trang 4Đề 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 vàphương pháp nhanh phù hợp để học sinh thấy việc giải bài tập điện phân dung dịchkhông 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
Trang 52.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 có
Ở anot: Các cation có tính khử càng mạnh, tức khả năng cho electron càng dễ thì bị
cho electron và tạo ion kim loại tan vào dung dịch.[2]
2.1.3 Định luật Faraday
- Định luật Faraday được mô tả dưới dạng công thức:
m A.I.tn.F
4
Trang 6Trong đó:
+ 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= 26,8nếu thời gian tính theo giờ.)[1]
2.2 Thực trạng những thuận lợi và khó khăn khi giải bài tập điện phân
2.2.2.- Khó khăn:
tính toán sai
- Học sinh ít sử dụng công thức hệ quả của Faraday ( ne trao đổi IF.t ) để giảinhanh bài toán điện phân
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 kim 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:
a Ở catot (cực âm)
Các ion kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ và ion Nhôm không bị điện phân vì
Trang 72H2O + 2e → H2 + 2OH–.
b Ở anot (cực dương):
S2->I-> Br-> Cl-> H2O (F- không bị điện phân )
Sau khi hết các ion đó, nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương trình:
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 :
Phương trình điện phân: 2H 2Odpdd 2H 2 +O 2
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.
6
Trang 8 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 :
m A.I.tn.F
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
Ở anot (cực dương): Tương tự ở dạng 1.
S2->I-> Br-> Cl-> H2O (F- không bị điện phân )
Sau khi hết các ion đó, nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương trình:
Trang 92H2O → O2 + 4H+ + 4e
=> 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 :
Trường hợp 2: Khi gốc axit là NO3 -, SO4 2-, CO3 2-, PO4 3-
Bài tập 5 : Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch CuSO 4 :
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.
Trang 108
Trang 11Dạng 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
* 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
Bài tập 8: Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 và 0,16 mol
NaCl bằng dòng điện có cường độ 2A Thể tích khí (đktc) thoát ra ở anot sau 9650
giây điện phân là
Trang 129
Trang 13- Số mol e cho ở anot = số mol e nhận ở catot
- Học sinh cần so sánh tính oxi hóa của các cation để biết thứ tự
bị điện phân, từ đó xử lí số liệu cho các tình huống khác nhau.
đến khi hết Cu 2+ bắt đầu điện phân.
- 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
=>Khối lượng Cu được tạo thành : 2,42 – 1,62 = 0,8 gam
Áp dụng công thức Faraday :
10
Trang 14Điện phân Ag : 0,015 = 3,86.t1 / 96500.1 → t1 = 375s
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 IF.t =n Ag+2 n Cu(bị điện phân)= 0,015 + 2.0,0125 = 0.04
t= 1000 s
Bài tập 10: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl 2
0,1M và NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A trong 3860 giây Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hoà tan
m gam Al Giá trị lớn nhất của m là
Vận dụng : Số mol e cho ở anot = số mol e nhận ở catot
Ở dạng này học sinh cần lưu ý xét các ion có ở mỗi điện cực, so sánh tính
oxi hóa của các cation ở catot và tính khử của các anion ở anot để xét đúng thứ tự điện phân.
Dạng 4: Điện phân các dung dịch axit
*Ở catot: Các ion H+ (axit) dễ bị khử hơn H2O : 2H+ + 2e → H2 Khi
trình:
* Ở anot: Xảy ra tương tự các dạng trên đã trình bày Bài
tập 11: Viết PTHH xảy ra điện phân dung dich HCl:
Trang 15Phương trình điện phân: H2O → H2 + ½ O2
* Ở catot:
- Dung dịch bazơ chứa các bazơ tan nên dung dịch chứa cation của kim loại kiềm
phân :
* Ở anot:
Bài tập 12: Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch NaOH:
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:
78,4 lít
149,3 lítHướng dẫn:
mNaOH (trước điện phân) = 20 gam
Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước
12
Trang 16Phương trình điện phân:: H2O → 1/2 O2 (anot) + H2 (catot)
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
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:
→ Chọn đáp án A
Bài tập 15 : Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,1M và CuSO 4 0,5M
bằng điện cực trơ Khi ở catot có 3,2 gam Cu thì thể tích khí thoát ra ở Anot là
- Tổng thể tích : 0,03.22,4 = 0,672 lít
=> Chọn đáp án C
Trang 17Bài tập 16 : Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl 3 1M , FeCl 2 2M,,
CuCl 2 1M và HCl 3M 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:
Hướng dẫn:
Sắp xếp tính oxi hóa của các ion theo chiều tăng dần :
n e trao đổi IF.t = 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
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.
- Môi trường dung dịch sau điện phân:
+ Dung dịch sau điện phân có môi trường axit nếu điện phân muối tạo bởi
+ Dung dịch sau điện phân có môi trường bazơ nếu điện phân muối tạo bởi kim loại đứng trước Al (Al, Kim loại kiềm, kiềm thổ) và gốc axit không có oxi
+ Dung dịch sau điện phân có môi trường trung tính: điện phân các dung
+Khi điện phân dung dịch bazơ, dung dịch axit có gốc axit chứa oxi như
cũng vẫn là dung dịch axit nhưng có pH giảm
- Các loại điện cực:
+ Điện cực trơ: (ví dụ : platin )
14
Trang 18+ 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 oxi hóa
- H 2 O bắt đầu điện phân tại các điện cực khi
+ Ở catot: bắt đầu xuất hiện bọt khí hoặc khối lượng catot không đổi nghĩa
là các 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 hai loại) có thể bị điện phân đã bị điện phân hết Khi đó tiếp tục điện phân sẽ là H 2 O bị điện phân.
- Khi điện phân các dung dịch:
…)
=>Thực tế là điện phân H 2 O tạo H 2 (ở catot) và O 2 (ở anot).
- Khi điện phân với hệ nhiều bình điện phân nối tiếp nhau:
Ở các bài tập này học sinh chỉ cần lưu ý, do các bình điện phân nối tiếp nhau, cùng
dòng điện và cùng thời gian điện phân nên số mol electron trao đổi ở các bình điện
phân là bằng nhau.Từ đó học sinh vận dụng ở mỗi bình điện phân tương ứng với
các dạng bài toán trên
- Khi điện phân dung dịch với anot là một kim loại không trơ (không phải Pt
hay điện cực than chì):
Thì tại anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa điện cực.
- Có thể có các phản ứng phụ xảy ra giữa từng cặp: chất tạo thành ở điện cực,
chất tan trong dung dịch, chất dùng làm điện cực
BÀI TẬP ÁP DỤNG Bài 1 Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 và b mol KCl ( với điện cực trơ , có
là
Bài 2.Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 và b mol NaCl (với điện cực trơ có màng ngăn xốp) Để dung dịch sau khi địên phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng thì điều kiện của a và b là:
Bài 3 Khi điện phân hỗn hợp dung dịch b mol NaCl và a mol CuSO4 , nếu dung dịch sau khi điện phân phản ứng đợc Al thì sẽ xảy trờng hợp nào sau đây
Bài 4.Điện phân dung dịch AgNO3 với điện cực trơ một thời gian thu được dung
dịch X chứa 2 chất tan có cùng nồng độ mol, đồng thời thấy khối lượng dung dịchgiảm 9,28 gam so với ban đầu Cho tiếp 2,8 gam Fe vào dung dịch X đun nóng,khuấy đều thu được khí NO là sản phẩm khử duy nhất, dung dịch Y và chất rắn Z.Khối lượng muối có trong dung dịch Y?
Trang 19A 11,48 B 15,08 C 10,24 D 13,64.
Bài5.Điều nào là không đúng trong các điều sau:
A Điện phân dung dịch NaCl thấy pH dung dịch tăng dần.
B Điện phân dung dịch CuSO4 thấy pH dung dịch giảm dần.
D Điện phân dung dịch NaCl + HCl thấy pH dung dịch tăng dần.
(coi thể tích dung dịch khi điện phân là không đổi, khi có mặt NaCl thì dùng thêm
màng ngăn)
điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm 8 gam Để làm kết tủa
s Biết hiệu suất điện phân là 100 %
Bài 8.Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M và Cu(NO3)2 0,2 M với
điện cực trơ và cường độ dòng điện bằng 5A Sau 19 phút 18 giây dừng điện
phân, lấy catot sấy khô thấy tăng m gam Giá trị của m là:
A 5,16 gam B 1,72 gam C 2,58 gam D 3,44 gam Bài 9 Hòa tan 50 gam tinh thể
thu được dung dịch X Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độdòng điện 1,34A trong 4 giờ Khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí thoát ra ở anot (ở đktc) lần lượt là (Biết hiệu suất điện phân là 100 %):
Bài 10.Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl2 và
bình (2) chứa dung dịch AgNO3 Sau 3 phút 13 giây thì ở catot bình (1)thu được 1,6 gam kim loại còn ở catot bình (2) thu được 5,4 gam kim
loại Cả hai bình đều không thấy khí
ở catot thoát ra Kim loại M là:
2.4.Kết quả khảo sát thực nghiệm của đề tài
- Phát và thu phiếu điều tra trước và sau khi tiến hành thực nghiệm ở hai lớp
12C1 và 12C6 trường THPT HOẰNG HÓA 3
- Thực nghiệm ở hai lớp12C1 và 12C6 trường THPT HOẰNG HÓA 3
- Tiến hành kiểm tra trước và sau thực nghiệm đề tài ở hai lớp 12C1 và 12C6
trường THPT HOẰNG HÓA 3
- lấy ý kiến từ các giáo viên tổ Hóa Học trường THPT HOẰNG HÓA 3