Đề tài nghiên cứu khoa học: Phương pháp giải bài tập điện phân

Chia sẻ: Nhung Nhung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

222
lượt xem 41
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu khoa học: Phương pháp giải bài tập điện phân với mục tiêu nhằm để giải nhanh một số bài tập trắc nghiệm hóa học. Thông qua đó tôi muốn giới thiệu với các thầy cô giáo và học sinh một trong những phương pháp giải bài tập hóa học rất có hiệu quả. Vận dụng được phương pháp này sẽ giúp cho quá trình giảng dạy và học tập môn hóa học được thuận lợi hơn rất nhiều, nhanh chóng có kết quả để trả lời câu hỏi trắc nghiệm khách quan.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Phương pháp giải bài tập điện phân

MỤC LỤC Mục lục Trang Đặt vấn đề………………...……………………………………………...………….2 Cơ sở lý thuyết……...…………………………………………………...………….3 Thực trạng, giải pháp …………………………………………………...………….5 Nội dung phương pháp ………………..………………………….………………...6 1. Những vấn đề cần lưu ý khi giải bài tập điện phân.......... ………………...6 2. Các dạng bài tập điện phân .................…………..…………………….…... 7 2.1. Điện phân dung dịch muối.......…………..………………………... 7 2.2. Điện phân dung dịch axit......…………..……………………….... 10 2.3. Điện phân dung dịch bazơ.......…………..……………………….. 10 2.4. Điện phân dung dịch hỗn hợp các chất điện li ….……………... 11 Hiệu quả…..……………………………………………………………...……. ….14 Kết luận…..……………………………………………………………...…………15 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 16 1
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN Nguyễn Việt Hưng – Trường THPT Nguyễn Việt Dũng ĐẶT VẤN ĐỀ Chuyên đề điện phân là một chuyên rất thú vị, mang tính logic, suy luận rất cao…Chính vì thế đa số học sinh rất ngại khi tiếp cận với bài tập điện phân vì đa số các em không nắm rõ bản chất của quá trình điện phân: Bản chất của các quá trình oxi hóa – khử, trình tự ưu tiên xảy ra ở các điện cực, vận dụng các định luật vào quá trình điện phân (đặc biệt là định luật bảo toàn electron)…từ đó các em không hiểu được bản chất của vấn đề nên các em cảm thấy chuyên đề này vô cùng phức tạp và cảm thấy chán nản, không yêu thích môn học. Chính vì vậy nên kết quả học tập chuyên đề này nói riêng cũng như hóa vô cơ nói chung đối với đa số học sinh rất thấp kể cả các học sinh của lớp thuộc ban Khoa học tự nhiên. Trong thực tế, khi gặp các bài toán điện phân dung dịch thì đa số các em học sinh thường lúng túng trong việc tìm ra phương pháp giải phù hợp, thậm chí không tránh được những sai lầm trong quá trình giải bài tập. Qua quá trình giảng dạy nhiều năm và tham khảo nhiều tài liệu, tôi đã tích lũy được một số kinh nghiệm trong việc giảng dạy chuyên đề này một cách ngắn gọn nhất, dễ hiểu nhất… để các em cảm thấy chuyên đề điện phân là một chuyên để dễ hiểu, dễ vận dụng, tránh được những lúng túng, sai lầm, không hề khô khan như các em từng nghĩ. Sau một thời gian nghiên cứu, vận dụng phương pháp trên vào giảng dạy đã chứng minh được phương pháp trên có nhiều ưu điểm, đặc biệt là khi các kỳ thi Đại học, Cao đẳng ngày nay đã chuyển đổi sang phương pháp trắc nghiệm khách quan. Trong trường hợp này, học sinh tiết kiệm được rất nhiều thời gian biện luận, tính toán để có kết quả chính xác. Chính vì vậy, tôi viết đề tài này nhằm khái quát việc vận dụng “phương pháp giải bài tập điện phân” để giải nhanh một số bài tập trắc nghiệm hóa học. Thông qua đó tôi muốn giới thiệu với các thầy cô giáo và học sinh một trong những phương pháp giải bài tập hóa học rất có hiệu quả. Vận dụng được phương pháp này sẽ giúp cho quá trình giảng dạy và học tập môn hóa học được thuận lợi hơn rất nhiều, nhanh chóng có kết quả để trả lời câu hỏi trắc nghiệm khách quan. Về phương pháp nghiên cứu, tôi thực hiện ở hai công đoạn chủ yếu sau: Thứ nhất là đưa ra cơ sở lý luận, đó là các kiến thức cơ bản cần thiết về “lý thuyết điện phân” sau đó phân loại các dạng bài tập có liên quan. Thứ hai, trên cơ sở phân loại các dạng, tôi cho học sinh thực hành giải các ví dụ minh họa, từ đó đưa ra nhận xét đánh giá những ưu điểm, hạn chế của cách giải. Sau cùng là phần thực nghiệm phương pháp này trên cùng một đối tượng là lớp 12A (Năm học 2012-2013) qua hai bài kiểm tra để thẩm định lại hiệu quả của phương pháp này. 2
Phần 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Cơ sở lý thuyết điện phân. Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hay dung dịch chất điện li. - Cơ sở của phương pháp này là dùng dòng điện một chiều để khử các ion kim loại. - Điều chế kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Al,…bằng cách điện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy của chúng. - Điều chế kim loại có tính khử trung bình và kim loại có tính khử yếu như Zn, Cu…bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng. Trong quá trình điện phân (với điện cực trơ): + Ở cực âm catot: Xảy ra sự khử. Chất nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước. Nếu ion kim loại có tính oxi hóa mạnh hơn Al3+ thì xảy ra sự khử ion kim loại. Mn+ + ne→ M Nếu ion kim loại có tính oxi hóa yếu hơn Al3+ thì xảy ra sự khử ion nước. 2H2O + 2e → H2 + 2 OH  + Ở cực dương anot: Xảy ra sự oxi hóa. Chất nào có tính khử mạnh hơn sẽ bị oxi hóa trước theo thứ tự: S2->I- > Br- > Cl- > RCOO-> H2O. Các anion SO 24 , NO3 ,CO32 ,SO32 , PO34 , F …không bị điện phân trong dung dịch. 1.2. Định luật Faraday: Khi biết cường độ dòng điện ( I) và thời gian điện phân (t) ta có thể tính A.I.t theo công thức Faraday: m  n.F Trong đó: m: khối lượng chất (rắn, lỏng, khí) thoát ra ở điện cực (gam). 3
A: Khối lượng nguyên tử (đối với kim loại) hoặc khối lượng phân tử (đối với chất khí). n: số electron trao đổi. I: Cường độ dòng điện ( A). t: Thời gian điện phân (s) F: Hằng số Faraday; F= 96500 (C) I.t - Số mol e trao đổi ở mỗi điện cực : n e  (*) F 1.3. Các bước thông thường khi giải bài toán 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: Viết các PTHH của các bán phản ứng theo đúng thứ tự ưu tiên xảy ra tại hai điện cực (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 điện phân): 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. 4
Phần 2 : THỰC TRẠNG – GIẢI PHÁP Hóa học là một môn khoa học thực nghiệm, nội dung tương đối khó và phức tạp, đặc biệt là chuyên đề điện phân của hóa đại cương. Chính vì vậy học sinh khối 12 rất ngại học chuyên đề này dẫn đến kết quả học tập của các em rất thấp, kể cả các em ban khoa học tự nhiên (12A). Là một giáo viên đứng lớp đồng thời là giáo viên chủ nhiệm lớp 12A nên điều trăn trở lớn nhất của tôi là làm thế nào để giúp các em yêu thích chuyên đề này để có kết quả cao hơn trong các kỳ thi quan trọng như: Thi học sinh giỏi cấp Thành phố, thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng…. Từ những lý do đó tôi đã tìm tòi xem lý do tại sao các em còn hạn chế trong môn học và tìm ra phương pháp tốt hơn. Sau một thời gian tìm hiểu tôi thấy nguyên nhân của những hạn chế trên là do: - Đa số các bài tập điện phân thường tính toán theo các bán phản ứng ở các điện cực nhưng học sinh thường chỉ viết phương trình điện phân tổng quát và giải theo nó. - Học sinh ít sử dụng công thức hệ quả của Faraday (ne trao đổi) 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 (khi bắt đầu sủi bọt khí ở catot hoặc khi pH của dung dịch không đổi). - Học sinh nhầm lẫn quá trình xảy ra ở các điện cực. - Học sinh viết sai thứ tự các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực → tính toán sai. - Học sinh thường bỏ qua các phản ứng phụ có thể xảy ra giữa các sản phẩm tạo thành 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. Sau khi tìm hiểu được những suy nghĩ cũng như nắm bắt được điểm yếu của các em, tôi quyết định vận dụng “phương pháp giải bài tập điện phân” để giải thích, vận dụng kiến thức một cách khoa học để các em học sinh cảm thấy chuyên đề điện phân là một môn chuyên đề rất nhẹ nhàng, dễ hiểu. Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện có hiệu quả. Tôi xin giới thiệu đến quý đồng nghiệp, các em học sinh chuyên đề “Phương pháp giải bài tập điện phân”. Đề tài được viết dựa trên cơ sở giải một số ví dụ điển hình bằng phương pháp ngắn gọn, súc tích nhằm giúp học sinh hiểu rõ bản chất của quá trình điện phân. Từ đó các em cảm thấy hiểu rõ vấn đề, yêu thích môn học…và đạt kết quả cao trong học tập. 5
Phần 3: NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN. (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 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 H2O bị điện phân. (2) Khi điện phân các dung dịch: + Hiđroxit của kim loại hoạt động hóa học mạnh (KOH, NaOH, Ba(OH)2,…) + Axit có oxi (HNO3, H2SO4, HClO4,…) + Muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm (KNO3, Na2SO4,…) → Thực tế là điện phân H2O để cho H2 (ở catot) và O2 (ở anot). (3) Khi điện phân dung dịch với anot là một kim loại không trơ (hiện tượng cực dương tan) thì tại anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa điện cực. (4) 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 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 . (5) Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào (Trừ trường hợp kim loại tạo ra tan trong axit vừa tạo ra trong quá trình điện phân). Độ giảm khối lượng của dung dịch: Δm = (mkim loại+ mkhí) (6) Viết bán phản ứng (nhận hoặc nhường electron) xảy ra ở các điện cực theo đúng thứ tự (chỉ nên viết phương trình điện phân dạng phân tử khi thật sự cần thiết) và sử dụng công thức tính số mol electron trao đổi. (7) 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 (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 nhận với ne để biết mức độ điện phân xảy ra. (8) Nếu đề bài cho lượng khí thoát ra ở điện cực hoặc sự thay đổi về khối lượng 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 I hoặc t . (9) Nếu đề bài yêu cầu tính điện lượng cần cho quá trình điện phân thì áp dụng công thức: Q = I.t = ne.F . (10) Có thể tính thời gian t’ cần điện phân hết một lượng ion mà đề bài đã cho rồi so sánh với thời gian t trong đề bài. Nếu t’ < t thì lượng ion đó đã bị điện phân hết còn nếu t’ > t thì lượng ion đó chưa bị điện phân hết. (11) 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 → số mol electron trao đổi ở catot, anot của các bình điện phân là như nhau. 6
(12) Trong nhiều trường hợp có thể dùng định luật bảo toàn mol electron (số mol electron thu được ở catot = số mol electron nhường ở anot) để giải cho nhanh. (13) Môi trường dung dịch sau điện phân: + Dung dịch sau điện phân có môi trường axit nếu điện phân muối tạo bởi kim loại sau Al (trong dãy điện hóa) và gốc axit có oxi như: CuSO4, FeSO4, Cu(NO3)2..... + Dung dịch sau điện phân có môi trường bazơ nếu điện phân muối tạo bởi kim loại đứng trước Al (Kim loại kiềm, kiềm thổ) và gốc axit không có oxi như: NaCl, BaCl2, KBr.... + Dung dịch sau điện phân có môi trường trung tính: điện phân các dung dịch điện li còn lại như : HCl (điện phân đến hết HCl), KNO3, Na2SO4.... 2. CÁC DẠNG BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN 2.1. ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH MUỐI 2.1.1. Điện phân các dung dịch muối của kim loại kiềm, kiềm thổ. a. Ở catot (cực âm) Các ion kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ và ion Nhôm không bị điện phân vì chúng có tính oxi hóa yếu hơn H2O; H2O bị điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH–. b. Ở anot (cực dương): - Nếu là S2-, Cl-, Br-, I- thì chúng bị điện phân trước H2O theo thứ tự tính khử: (Các ion: NO3 , SO 24 , CO32 , PO34 , F-... không bị điện phân) S2->I- > Br- > Cl- > RCOO-> H2O Phương trình điện phân tổng quát: S2- → S + 2e 2X- → X2 + 2e 2RCOO- → R-R + 2CO2 + 2e Sau khi hết các ion đó, nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương trình: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Ví dụ 1:Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dịch NaCl : NaCl → Na+ + Cl- Catot (-) Anot (+) + Na không bị điện phân 2Cl- → Cl2 + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2 OH  → Phương trình : 2Cl- + 2H2O → Cl2 + H2 + 2 OH  2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2 Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch : NaCl , CaCl2 , MgCl2 , BaCl2 , AlCl3 Không thể điều chế kim loại từ : Na → Al bằng phương pháp điện phân dung dịch . 7
Ví dụ 2 : Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dịch Na2SO4 : Na2SO4 → 2Na+ + SO24 Catot (-) Anot (+) + 2 Na không bị điện phân SO 4 không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2 OH  2H2O → O2 + 4H+ + 4e → Phương trình điện phân: 2H2O → 2H2 + O2 Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch: NaNO3, K2SO4 , Na2CO3 .... 2.1.2. Điện phân các dung dịch muối của các kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa 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 phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH–. b. Ở anot (cực dương): (Xảy ra tương tụ mục 2.1.1b) Ví dụ 1 : Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dịch CuSO4. CuSO4 → Cu2+ + SO24 Catot (-) Anot (+) 2+ 2 Cu + 2e → Cu SO 4 không bị điện phân 2H2O → 4H+ + O2 + 4e 1 → Phương trình điện phân : Cu2+ + H2O → Cu + 2H+ + O2 2 1 CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + O2 2 Xảy ra tương tự khi điện phân các dung dịch muối của kim loại từ Zn → 1 Hg với các gốc axit NO3- , SO42- : Cu(NO3)2 + H2O → Cu + 2HNO3 + O2 2 Ví dụ 2 : Viết PTHH xảy ra khi điện phân khi dung dịch ZnCl2. ZnCl2 → Zn2+ + 2Cl- Catot (-) Anot (+) 2+ - Zn + 2e → Zn 2Cl → Cl2 + 2e → Phương trình điện phân: ZnCl2 → Zn + Cl2 2.1.3. Điện phân hỗn hợp các dung dịch muối * Ở catot: Các cation kim loại có tính oxi hóa mạnh bị khử trước (ion kim loại đứng sau trong dãy điện hóa sẽ bị khử trước): Mn+ + ne → M 8
* Ở anot : (Xảy ra tương tự mục 2.1.1b) Ví dụ 1: Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dịch hỗn hợp NaCl và Cu(NO3)2. NaCl → Na+ + Cl- Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2 NO3 Thứ tự ưu tiên ở hai bên điện cực xảy ra như sau: Catot (-) Anot (+) +  Na không bị điện phân NO3 không bị điện phân Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2 OH  2H2O → 4H+ + O2 + 4e Sản phẩm điện phân thu được trong trường hợp này còn tùy thuộc vào tỉ lệ số mol của NaCl và Cu(NO3)2. Chính vì vậy khi giải bài tập này học sinh giải bài tập bằng cách viết các bán phản ứng sẽ thuận lợi và dễ hiểu hơn. Ví dụ 2: Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 và 0,12 mol NaCl bằng dòng điện có cường độ 2A. Thể tích khí (đktc) thoát ra ở hai điện cực sau 9650 giây điện phân là A. 2,240 lít. B. 2,912 lít. C. 1,792 lít. D. 1,344 lít. Gợi ý NaCl → Na+ + Cl- CuSO4 → Cu2+ + SO24 Catot (-) Anot (+) 2+ + (Cu ; Na , H2O) ( SO 24 , Cl-, H2O) Na+ không điện phân SO 24 không điện phân Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e n e (trao đổi) = 0,2 mol 0,12 0,06 2+ + → Cu điện phân chưa 2H2O → 4H + O2 + 4e hết nên ở catot chưa thu 0,02 ← 0,08 được khí. Vkhí = (0,06 + 0,02). 22,4 = 1,792 lít → Đáp án C Ví dụ 3: 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: A. Zn B. Cu C. Ni D. Pb Gợi ý Do hai bình mắc nối tiếp nên ta có số mol electron trao đổi ở hai điện cực là như nhau. 9
MCl2 → M2+ + 2 Cl AgNO3 → Ag+ + NO3 Bình 1: Catot (-) Bình 2: Catot (-) 2+ M + 2e → M Ag+ + e → Ag 0,05 → 0,05 mol 0,05 ← 0,05 mol 3, 2 M= = 64 → Cu → Chọn đáp án B 0,05 2.2. 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 mục 2.1.1b) Ví dụ 1: Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dich HCl. HCl → H+ + Cl- Catot(-) Anot (+) + 2H + 2e → H2 2Cl- → Cl2 + 2e Phương trình điện phân: 2HCl → H2 + Cl2 Ví dụ 2: Viết PTHH xảy ra điện khi phân dung dịch H2SO4. H2SO4 → 2H+ + SO 24 Catot(-) Anot (+) 2H+ + 2e → H2 SO 24 Không điện phân 2H2O → 4H+ + O2 + 4e 1 → Phương trình điện phân: H2O → H2 + O2 2 2.3. ĐIỆN PHÂN CÁC DUNG DỊCH BAZƠ * Ở catot: - Nếu tạo bởi các ion kim loại từ Li+ → Al3+ thì H2O sẽ bị điện phân : 2H2O + 2e → H2 + 2OH– - Nếu tạo bởi các ion kim loại sau Al trong dãy điện hóa : đó là các bazơ không tan → điện li yếu → không xét quá trình điện phân. * 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 Như vậy, thực tế điện phân các dung dịch bazơ là quá trình điện phân nước. 1 H2O → H2 + O2 2 10
Ví dụ 1 : Viết PTHH xảy ra khi điện phân dung dịch NaOH. NaOH → Na+ + OH  Catot(-) Anot (+) + Na không bị điện phân 4 OH  → 2H2O + O2 + 4e 2H2O + 2e → H2 + 2 OH  1 → Phương trình điện phân: H2O → H2 + O2 2 Ví dụ 2: 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 lít Gợi ý: mNaOH (trước điện phân) = 20 gam Điện phân dung dịch NaOH thực chất là điện phân nước 1 Phương trình điện phân: H2O → O2 (anot) + H2 (catot) 2 → mNaOH không đổi → mdd sau điện phân = 80 gam → mH2O bị điện phân = 200 – 80 = 120 gam 20 → n H O điện phân = mol → VO2 = 74,7 lít và VH2 = 149,3 lít → Chọn đáp án D 2 3 2.4. ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH HỖN HỢP CÁC CHẤT ĐIỆN LI (dung dịch 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 + 2e 2X- → X2 + 2e 4 OH  → 2H2O + O2 + 4e 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Ví dụ 1: Điện phân hỗn hợp các dung dịch: HCl, CuCl2, 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 → Chọn đáp án A 11
Ví dụ 2 : Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,1M và CuSO4 0,5M bằng điện cực trơ . Khi ở catot có 3,2 gam Cu thì thể tích khí thoát ra ở Anot là A.0,56 lít. B.0,84 lít. C.0,672 lít. D.0,448 lít. Gợi ý HCl → H+ + Cl- CuSO4 → Cu2+ + SO 24 Catot (-) Anot (+) 2+ + (Cu ; H , H2O) ( SO 4 , Cl-, H2O) 2 Na+ không điện phân SO 24 không điện phân Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e 0,1 ← 0,05 0,02 → 0,01 + 2H2O → 4H + O2 + 4e 0,02 ← 0,08 mol Khi ở catot thoát ra 3,2 gam Cu tức là 0,05 mol → Số mol Cu2+ nhận 0,1 mol, mà Cl- cho tối đa 0,02 mol → 0,08 mol còn lại là H2O cho → Từ sơ đồ điện phân khí thoát ra tại anot là: Cl2 0,01mol; O2 0,02 mol → Tổng thể tích: 0,03.22,4 = 0,672 lít → Chọn đáp án C. Ví dụ 3: Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl3 1M , FeCl2 2M , CuCl2 1M và HCl 2M 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 là A. 5,6 g Fe. B. 2,8 g Fe. C. 6,4 g Cu. D. 4,6 g Cu. Gợi ý 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 2H+ + 2e → H2 (3) 0,2→ 0,2 Fe2+ + 2e → Fe (4) Theo công thức Faraday số mol e trao đổi ở hai điện cực : n = It/96500 = 5.9650/96500 = 0,5 mol Vì số mol e trao đổi chỉ là 0,5 mol → Không có phản ứng (4) , kim loại thu được chỉ ở phản ứng (2) → Khối lượng kim loại thu được ở catot là : 0,1.64 = 6,4 gam → Chọn đáp án C. 12
Ví dụ 4: Hòa tan 50 gam CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6M thu được dung dịch A. Tiến hành điện phân dung dịch A với dòng điện có cường độ 1,34 ampe trong vòng 4 giờ. Tính khối lượng kim loại thoát ra ở catot và thể tích khí (đkc) thoát ra ở anot. Biết hiệu suất điện phân là 100%. Gợi ý Số mol CuSO4 = 50  0,2 mol 250 Số mol HCl = 0,2  0,6 = 0,12 mol Trong dung dịch A có các ion : Cu2+, H+, Cl-, SO 24 . Theo phương trình điện li: CuSO4 → Cu2+ + SO 24 (1) HCl → H+ + Cl- (2) Trong dung dịch A số mol Cu = 0,2 mol, số mol Cl- = 0,12 mol, số mol H+ = 0,12 2+ mol, số mol SO42 = 0,2 mol Khi điện phân thì tại Catot (-) Cu2+, H+ Khi điện phân thì Cu2+ bị khử trước Cu2+ + 2e → Cu (3) 2+ + khi hết Cu nếu tiếp tục điện phân thì H bị khử : 2H+ + 2e- → H2 (4) 2 - - Anot (+) SO4 , Cl Khi điện phân thì Cl bị oxi hóa 2Cl- → Cl2 + 2e (5) 0,06 0,12 - khi hết Cl nếu tiếp tục điện phân thì nước bị oxi hóa. 2H2O → O2 + 4H+ + 4e (6) y 4y Theo đề bài ta có số mol electron điện phân = It  1,34  4  3600  0,2 mol F 96500 2+ Gọi x là số mol Cu bị điện phân thì theo (3) ta có : 2x = 0,2  x = 0,1 mol < 0,2 vậy Cu2+ còn lại Khối lượng Cu sinh ra tại catot = 0,1  64 = 9,4 gam Theo (5) ta thấy khi điện phân hết Cl- số mol electron = 0,12 mol < 0,2 nên xảy ra tiếp quá trình (6). Gọi y là số mol O2 sinh ra. Theo đề bài ta có: 0,12 + 4y = 0,2  y = 0,02 mol Thể tích khí thoát ra tại anot = (0,06 + 0,02)  22,4 = 1,792 lít 13
Phần 4: HIỆU QUẢ Trong quá trình giảng dạy chuyên đề điện phân. Bản thân luôn tìm tòi nghiên cứu và đã giải quyết được một vấn đề sau: - Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của điện phân; các quá trình xảy ra trong đó. - Rút ra các bước cần để giải một bài toán điện phân. - Sắp xếp một cách có hệ thống các dạng bài tập điện phân. - Đưa ra được các dạng bài tập cơ bản nhất và hướng dẫn giải chi tiết, ngắn gọn các dạng bài tập đó. Sau khi áp dụng “phương pháp giải bài tập điện phân” vào giảng dạy, tôi thấy các em học sinh hiểu rõ được nền tảng về lý thuyết điện phân, vận dụng kiến thức để giải bài tập rất tốt, ngày càng hứng thú trong học tập chuyên đề này. Trên cở sở nắm vững căn bản, cơ sở lý thuyết của chuyên đề, các em dần phát huy kỹ năng của mình trong học tập. Dần dần các em có hướng đào sâu cả về mặt lý thuyết lẫn bài tập vận dụng. Các em luôn tìm ra những phương pháp giải hay nhất khi giải bài tập, từ đó các em thi đua nhau trong việc “ai tìm ra cách giải nhanh hơn, hay hơn”. Chính vì vậy kết quả bộ môn của các em đạt được rất cao. Bằng kết quả thực nghiệm cho thấy, hiệu quả sau khi tác động bằng phương pháp này kết quả học tập của các em tăng lên rõ rệt; điểm trung bình của cả lớp tăng lên đáng kể. Qua hai lần kiểm tra (trước và sau khi tác động) đối với các em, tôi thấy phương pháp này có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả học tập của các em (Kết quả thống kê ở phụ lục, bảng điểm 2). 14
KẾT LUẬN Với phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ là một mảng kiến thức tương đối hẹp đối với môn Hóa Học ở chương trình phổ thông. Nhưng vì hiệu quả thiết thực của đề tài, Tôi hy vọng rằng nó góp phần giúp quý đồng nghiệp và các em học sinh có cách nhìn tổng quát hơn về phương pháp này và từ đó có thể hổ trợ công tác bồi dưỡng học sinh giỏi và luyện thi Đại học cho giáo viên và học sinh. Đề tài có phân chia một số dạng bài tập thường gặp trong các đề thi, từ đó giúp học sinh nhận dạng và giải được nhiều dạng bài tập hơn, góp phần tạo hứng thú trong học tập. Mặc dù đã rất cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót, đồng thời các ví dụ được đưa ra trong đề tài có thể chưa thực sự điển hình nhưng vì lợi ích thiết thực của phương pháp trong công tác giảng dạy của giáo viên và học tập của học sinh nên tôi mạnh dạn giới thiệu với các thầy cô và học sinh đề tài “ Phương pháp giải bài tập điện phân”. Rất mong quý đồng nghiệp góp ý chân thành để đề tài được hoàn thiện hơn đồng thời giúp tôi ngày càng hoàn thiện hơn về chuyên môn của mình và đề tài thực sự giúp ích cho giáo viên và học sinh một cách tốt nhất. Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, tháng 04 năm 2014 Tác giả. 15
TÀI LIỆU THAM KHẢO    1. Lê Xuân Trọng (chủ biên), Sgk Hóa học 12 (nâng cao)- NXB giáo dục, Hà nội 2008. 2. Đào Hữu Vinh ( chủ biên), Bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học 12-NXB Tổng hợp TPHCM, 2012. 3. Huỳnh Văn Út, Đề thi học sinh giỏi Hóa 12-NXB ĐHQG Hà Nội, 2011. 4. Đề thi Đại học – Cao đẳng các năm 2007-2012. 5. Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ – Tập 1 – NXB giáo dục, 2003. 6. Ngô Ngọc An, Phản ứng oxi hóa- khử và điện phân- NXB giáo dục, Hà nội 2006. 7. Nguyễn Xuân Trường, Bài tập Hóa học ở trường phổ thông - NXB sư phạm, 2003. 8. Nguyễn Xuân Trường, Ôn luyện kiến thức hóa học đại cương và vô cơ trung học phổ thông – NXB Giáo dục, Hà Nội 2008. 16
PHỤ LỤC 1 KẾT QUẢ KIỂM TRA 1 TIẾT CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN PHÂN LỚP 12A STT HỌ VÀ TÊN ĐIỂM 1 Nguyễn Thu Thùy Anh 4.5 2 Trang Công Bắc 7.8 3 Phan Thị Ngọc Dung 6.5 4 Huỳnh Thanh Duy 8.0 5 Nguyễn Trí Đại 3.5 6 Đỗ Trường Giang 6.5 7 Nguyễn Ngọc Giang 6.0 8 Nguyễn Thị Ngọc Giàu 4.5 9 Liêu Anh Hào 9.0 10 Trần Thị Nhật Hồng 8.0 11 Trần Ngọc Huyền 2.5 12 Nguyễn Duy Khang 5.0 13 Nguyễn Duy Khanh 6.0 14 Tăng Như Khanh 4.0 15 Trần Tăng Quốc Khanh 2.0 16 Nguyễn Thị Tuyết Lan 6.5 17 Trần Thị Mỹ Linh 6.0 18 Văn Việt Phương Linh 5.0 19 Nguyễn Hoàng Minh 5.0 20 Phạm Văn Mới 3.0 21 Phạm Thị Kim Ngân 4.0 22 Ngô Khôi Ngô 6.0 23 Phùng Quốc Nguyên 5.0 24 Huỳnh Tuyết Nhi 7.0 25 Lê Hồng Phong 6.0 26 Nguyễn Hồng Phúc 8.0 27 Trương Phạm Hoàng Phúc 6.0 28 Đường Ngọc Quí 6.0 29 Nguyễn Phát Tài 10.0 30 Võ Thị Thanh Tâm 4.5 31 Đỗ Thị Thiên Thanh 8.0 32 Nguyễn Ngọc Thuất 7.0 33 Huỳnh Minh Tiến 6.0 34 Mai Quốc Tuy 3.5 35 Đoàn Minh Vương 4.5 17
PHỤ LỤC 2 - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM KIỂM TRA 1 TIẾT CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN PHÂN TRÊN LỚP 12A (2012-2013) STT HỌ VÀ TÊN TRƯỚC TÁC ĐỘNG SAU TÁC ĐỘNG 1 Nguyễn Thu Thùy Anh 7.3 9.5 2 Trang Công Bắc 6.8 6.5 3 Phan Thị Ngọc Dung 7.0 9.0 4 Huỳnh Thanh Duy 8.0 10 5 Nguyễn Trí Đại 8.5 8.0 6 Đỗ Trường Giang 7.3 9.5 7 Nguyễn Ngọc Giang 6.8 9.5 8 Nguyễn Thị Ngọc Giàu 9.5 10 9 Liêu Anh Hào 10.0 10.0 10 Trần Thị Nhật Hồng 9.3 9.8 11 Trần Ngọc Huyền 5.0 6.8 12 Nguyễn Duy Khang 7.0 8.0 13 Nguyễn Duy Khanh 6.5 9.0 14 Tăng Như Khanh 4.0 7.0 15 Trần Tăng Quốc Khanh 3 5.5 16 Nguyễn Thị Tuyết Lan 5.0 6.5 17 Trần Thị Mỹ Linh 8.0 7.0 18 Văn Việt Phương Linh 7.0 10.0 19 Nguyễn Hoàng Minh 6.3 8.5 20 Phạm Văn Mới 7.5 9.3 21 Phạm Thị Kim Ngân 9 5 22 Ngô Khôi Ngô 5.5 6.3 23 Phùng Quốc Nguyên 9.0 9.0 24 Huỳnh Tuyết Nhi 7.0 6.5 25 Lê Hồng Phong 5.3 8 26 Nguyễn Hồng Phúc 8.8 10 27 Trương P. Hoàng Phúc 9.3 9.8 28 Đường Ngọc Quí 6.0 7.5 29 Nguyễn Phát Tài 10.0 10.0 30 Võ Thị Thanh Tâm 4.5 7.8 31 Đỗ Thị Thiên Thanh 8.3 9.5 32 Nguyễn Ngọc Thuất 7.8 9.5 33 Huỳnh Minh Tiến 6.3 8.5 34 Mai Quốc Tuy 7.7 8.3 35 Đoàn Minh Vương 8.0 9.5 18
HỆ SỐ TƯƠNG QUAN : rhh = 0.59 ĐỘ TIN CẬY: RSB = 0.74 MỐT 7 9.5 TRUNG VỊ: 7.3 9 GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH: 7.21 8.42 ĐỘ LỆCH CHUẨN: 1.71 1.45 GIÁ TRỊ p = 2.12E-05 Từ kết quả xử lý số liệu cho thấy: + Độ tin cậy của dữ liệu là khá cao ( RSB= 0,74 > 0,7), tức là dữ liệu này đáng tin, không phải là ngẫu nhiên và có độ tập trung cao. + Giá trị trung bình sau khi tác động có tăng lên đáng kể. + Qua kiểm chứng bằng phép kiểm chứng T-TEST phụ thuộc, thì giá trị của p = 2.12E-05 < 0,05 nên sự thay đổi giá trị trung bình này là có ý nghĩa. Kết luận: Phương pháp này khi tác động vào nhóm học sinh lớp 12A đã làm thay đổi kết quả học tập của các em theo hướng tích cực. 19