Sáng kiến kinh nghiệm: Một số sai lầm học sinh thường gặp khi giải bài tập điện phân

Chia sẻ: Thanhbinh225p Thanhbinh225p | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sáng kiến kinh nghiệm: Một số sai lầm học sinh thường gặp khi giải bài tập điện phân được nghiên cứu với hi vọng tài liệu sẽ là một tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập của các em học sinh 12 và cho công tác giảng dạy của các bạn đồng nghiệp. Để nắm vững hơn nội dung kiến thức đề tài mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm: Một số sai lầm học sinh thường gặp khi giải bài tập điện phân

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Bộ môn Hoá học là môn khoa học tự nhiên có vai trò quan trọng trong chương trình cấp trung học phổ thông. Là bộ môn có nhiều ứng dụng và liên hệ thực tế. Giúp học sinh có thêm kiến thức bổ ích, những hiểu biết sâu và niềm đam mê yêu thích bộ môn là điều mong muốn không chỉ riêng tôi mà là mong muốn của tất các giáo viên dạy môn Hóa học . Vì vậy giáo viên bộ môn hoá học cần tìm ra phương pháp dạy phù hợp với đối tượng học sinh nhằm hình thành ở các em một thói quen học tập và làm việc khoa học làm nền tảng để các em phát triển khả năng nhận thức và năng lực hành động. Trong các phương pháp dạy đó, riêng tôi nhận thấy rằng việc phát hiện ra sai sót và kịp thời sửa sai cho h ọc sinh trong quá trình học là điều rất cần thiết, từ đó rèn luyện cho các em những đức tính như cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, chính xác, yêu thích khoa học. Hóa học là môn khoa học thực nghiệm, do đó dạy và học hóa học không chỉ dừng lại ở việc truyền đạt và lĩnh hội kiến thức khoa học mà còn phải nâng cao tính thực tiễn của môn học: rèn luyện các kỹ năng, kỹ xảo thực hành, nâng cao khả năng vận dụng kiến thức hóa học vào thực tiễn sản xuất. Trong những năm gần đây, các kì thi quan trọng được thi bằng hình thức trắc nghiệm, do đó đa số học sinh THPT hiện nay gặp rất nhiều khó khăn trong việc phân loại và tìm ra phương pháp giải phù hợp, nhanh tìm ra đáp số. Một trong những dạng bài tập khó, học sinh thường mắc sai lầm trong quá trình giải nhưng lại ít có tài liệu viết về phương pháp giải, đó là bài tập điện phân và đặc biệt là dạng bài tập về điện phân dung dịch. Là một giáo viên đang trực tiếp giảng dạy môn Hóa tại trường THPT Yên Định II, rút ra từ thực tiễn giảng dạy tôi nhận thấy có một số sai lầm thường mắc phải khi các em làm bài tập điện phân. Vì vậy để giúp các em học sinh có thể giải đúng dạng bài tập này, tôi đã đi từ những sai lầm của các em. Trên đây là lí do tôi chọn đề tài “ Một số sai lầm học sinh thường gặp khi giải bài tập điện phân” làm sáng kiến kinh nghiệm cho mình. Với hy vọng đề tài này sẽ là một tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập của các em học sinh 12 và cho công tác giảng dạy của các bạn đồng nghiệp. 1
Do thời gian và năng lực có hạn. Tôi chỉ đi sâu giải quyết được một số sai lầm thường gặp để thực hiện đề tài: “ Một số sai lầm học sinh thường gặp khi giải bài tập điện phân”. PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: Tài liệu viết về điện phân còn ít, nên nguồn tư liệu để giáo viên nghiên cứu còn hạn chế. Do đó nội dung phần điện phân cung cấp cho học sinh chưa được nhiều. Qua những sai lầm dễ mắc của học sinh trong ph ạm vi đề tài, tôi mong muốn giáo viên sẽ chủ động hơn khi hướng dẫn học sinh giải các dạng bài tập điện phân, đặc biệt bài tập điện phân dung dịch. Còn đối với học sinh từ những nhận định sai lầm dễ mắc ấy sẽ rút ra được bài học bổ ích cho bản thân để có thể làm tốt các bài tập điện phân kể cả tự luận và trắc nghiệm mà vẫn đảm bảo được thời gian. Từ đó các em không ngừng phát huy tính tích cực chủ động, sáng tạo trong học tập bộ môn Hóa. II THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 1. Thực trạng vấn đề nghiên cứu: Qua công tác giảng dạy và kiểm tra khảo sát chất lượng những năm học gần đây: 20092010; 20102011, 20112012 ở khối 12 tôi thấy đa số các em khi làm dạng bài tập phần điện phân đều gặp phải những sai lầm cơ bản sau: Nhầm lẫn các điện cực dẫn đến nhầm lẫn các quá trình xảy ra ở điện cực I.t Các em chưa biết sử dụng hệ quả của Faraday ( n e trao đổi = ) để giải F nhanh bài tập điện phân . Học sinh xác định nhầm lẫn trường hợp H 2O bắt đầu điện phân ở các điện cực. Nhầm lẫn thứ tự các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực. Không để ý đến những phản ứng phụ có thể xảy ra giữa các sản phẩm trong quá trình điện phân. Nhầm lẫn khi viết phương trình điện phân với điện cực anot hòa tan. Nhầm lẫn khi tính khối lượng chất tạo thành ở điện cực. Với những sai lầm đó dẫn đến các em sẽ giải sai hoặc không giải được các bài tập điện phân. Từ đó các em cho rằng bài tập điện phân rất khó, dẫn đến tình trạng các em ngại và sợ khi gặp những bài tập điện phân. Tôi thiết nghĩ việc tìm ra những hạn chế và khắc phục hạn chế trong qúa trình học của học sinh là điều rất thiết giúp các em học tập tốt hơn các môn học nói chung và môn Hóa học nói riêng. 2
Từ những thực trạng trên học kì I năm học 20122013 tôi đã thực hiện đề tài trên lớp 12B10 . Song song với việc thực hiện đề tài ở 12B10 tôi đã dùng lớp 12B11 làm lớp đối chứng đã cho kết quả thực sự khả quan. 2. Phương pháp nghiên cứu: 2.1. Đối với giáo viên: Phải hệ thống hóa kiến thức trọng tâm một cách logic và khái quát nhất về phần điện phân. Tham khảo các tài liệu có liên quan đến điện phân. Đưa ra những ví dụ cụ thể để chỉ ra những sai lầm học sinh thường gặp. Nắm vững các phương pháp giải bài tập và xây dựng hệ thống bài tập phải thật sự đa dạng, nhưng vẫn đảm bảo trọng tâm của chương trình phù hợp với đối tượng học sinh. Luôn quan tâm và có biện pháp giúp đỡ các em học sinh có học lực yếu, kém. Cung cấp bài tập tương tự phù hợp với đối tượng học sinh. Xây dựng đề kiểm tra đối chứng kết quả ở các lớp thực hiện và không thực hiện đề tài. 2.2. Đối với học sinh: Phải tích cực rèn kỹ năng hệ thống hóa kiến thức sau mỗi bài, mỗi chương, đặc biệt là phần lí thuyết và bài tập có liên quan đến điện phân. Tích cực làm bài tập ở lớp và đặc biệt là ở nhà. Phải rèn cho bản thân năng lực tự học, tự đánh giá. 2.3. Đối tượng nghiên cứu : Thực hiện với học sinh lớp 12 đang chuẩn bị cho kì thi tốt nghiệp THPT và tuyển sinh Đại học, Cao đẳng. Cụ thể ở lớp 12B10 và lớp đối chứng là 12B11 Giáo viên lồng ghép dạy vào các tiết luyện tập bài tập trên lớp cho học sinh hoặc có thể dạy vào các buổi dạy thêm theo quy định. 2.4. Ý nghĩa của đề tài: Giúp học sinh học tập nhanh hơn, hiệu quả hơn. Gây hứng thú học tập đối với bộ môn. Từ đó học sinh say mê học tập và có kết quả học tập tốt hơn với bộ môn Hóa học. III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1. CƠ SỞ LÍ THUYẾT LIÊN QUAN: 1.1. Điện phân nóng chảy: Lưu ý: Chỉ áp dụng để điều chế các kim loại hoạt động rất mạnh, đó là kim loại kiềm (Na, K….), kiềm thổ (Mg, Ca, Ba,…..) và nhôm(Al). a. Điện phân oxit nóng chảy: Al2O3 điều chế Al: Sơ đồ điện phân: Ở cực âm Catot (): Al3+ +3e Al Ở cực dương – Anot (+): 2O2 O2 + 4e 3
PTĐP: 2Al2O3 dpnc 4Al + 3O2 Các phản ứng phụ xảy ra với điện cực dương(anot) bằng grafit( than chì) 2C + O2 → 2CO C + O2 → CO2 Sau một thời gian điện phân cần bổ sung lượng điện cực dương. b. Điện phân hiđroxit nóng chảy: MOH để điều chế M ( kim loại kiềm). Sơ đồ điện phân: Nóng chảy MOH → M+ + OH Catot () Anot (+) 2M+ + 2e → 2M 2OH → 1/2O2↑ + H2O + 2e + PTĐP : 2MOH dpnc 2M + 1/2O2↑ + H2O. c. Điện phân muối halogenua nóng chảy: RX để điều chế R ( R kim loại kiềm, X là halogen). MX2 để điều chế M (M kim loại kiềm thổ, X là halogen). Ví dụ 1: Sơ đồ điện phân: Nóng chảy RX → R+ + X Catot () Anot (+) 2R+ + 2e → 2M 2X → X2↑ + 2e + PTĐP : 2RX dpnc 2R + X2↑ . Ví dụ 2: Sơ đồ điện phân: Nóng chảy MX2 → M2+ + 2X Catot () Anot (+) M2+ + 2e → M 2X → X2↑ + 2e + PTĐP : MX2 dpnc M + X2↑ . 1.2. Điện phân dung dịch: a. Ở catot (cực âm: ) xảy ra quá trình khử: Các ion kim loại kiềm, ion 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–. Các cation kim loại đứng sau nhôm, càng đứng cuối trong dãy thế điện hóa thì càng được ưu tiên khử theo phương trình: Mn+ + ne → M (ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị khử trước). 4
Sau khi hết các ion đó, nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH–. Riêng hiđro, tuy đứng sau Ni, Fe, … nhưng ion H+ (H2O) khó bị khử hơn Ni2+, Fe3+, Fe2+ …. b. Ở anot (cực dương): ( + ) xảy ra quá trình oxi hóa: * Với anot hoạt động: Dễ bị oxi hóa nhất là Zn, Fe, Ni, Cu,… làm anot. Khi điện phân các kim loại này (trừ Pt) bị oxi hóa tan vào dung dịch: M(anot) → Mn+ + ne ( dung dịch) Do đó anot bị mòn dần, gọi là anot hoạt động. Với anot hoạt động thì các anion trong dung dịch không được điện phân. * Với anot trơ: Chỉ anion không có oxi (trừ F) và ion OH mới tham gia điện phân theo thứ tự : S2> I > Br > Cl > OH ˃ H2O (F không bị điện phân ) Phương trình điện phân tổng quát: S2 → S + 2e; 2X → X2 + 2e 4OH → 2H2O + O2 + 4e 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Sau khi hết các ion đó, nếu tiếp tục điện phân thì H 2O sẽ điện phân theo phương trình: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Các ion: F, NO3, ClO4, SO42, CO32, PO43... không bị điện phân mà H2O bị điện phân. 1.3. Biểu thức điện phân: * Khi biết cường độ dòng điện ( I) và thời gian điện phân (t) ta có thể tính A.Q A.I .t m I .t theo công thức Faraday: m = = hoặc = nx = n.F n.F A n.F Trong đó: m khối lượng chất (rắn, lỏng, khí) thoát ra ở điện cực (gam). 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= 96500C I.t Số mol e trao đổi ở mỗi điện cực : n . F 5
2. MỘT SỐ SAI LẦM CỦA HỌC SINH KHI GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN, NGUYÊN NHÂN VÀ CÁCH KHẮC PHỤC: 2.1. Sai lầm khi xác định điện cực và các quá trình xảy ra ở điện cực: Ví dụ 1: Viết sơ đồ và phương trình điện phân muối NaCl, MgCl2 nóng chảy để điều chế các kim loại tương ứng? * Lời giải sai lầm: Học sinh cho rằng: ion () nằm ở điện cực () còn ion dương (+) nằm ở điện cực (+) do vậy sẽ có cách viết: Sơ đồ điện phân: NaCl → Na+ + Cl Catot () Anot (+) 2Cl → Cl2↑ + 2e 2Na+ + 2e → 2Na + PTĐP : 2NaCl dpnc 2Na + Cl2↑ . Sơ đồ điện phân: MgCl2 → Mg2+ + 2Cl Catot () Anot (+) 2Cl → Cl2↑ + 2e Mg2+ + 2e → Mg + PTĐP : MgCl2 dpnc Mg + Cl2↑ . * Nguyên nhân dẫn đến sai lầm: Đây là câu hỏi dễ, đối với học sinh khá, giỏi ít bị mắc sai lầm này, bị mắc chỉ do các em chủ quan trong khi làm. Việc nhầm lẫm này chủ yếu xảy ra đối với các em học sinh có lực học trung bình và yếu do hạn chế về mặt tư duy, cũng như trí nhớ. * Cách khắc phục: Giáo viên cần nhắc lại kiến thức điện phân nóng chảy, đồng thời cho các em luyện tập nhiều thông qua bài tập tương tự. Sơ đồ điện phân nóng chảy muối kim loại kiềm. RX → R+ + X Catot () Anot (+) 2R+ + 2e → 2M 2X → X2↑ + 2e + PTĐP : 2RX dpnc 2R + X2↑ . Sơ đồ điện phân nóng chảy muối kim loại kiềm thổ: Nóng chảy MX2 → M2+ + 2X Catot () Anot (+) 6
M2+ + 2e → M 2X → X2↑ + 2e + PTĐP : MX2 dpnc M + X2↑ . * Lời giải đúng: Sơ đồ điện phân: NaCl → Na+ + Cl Catot () Anot (+) 2Na+ + 2e → 2Na 2Cl → Cl2↑ + 2e + PTĐP : 2NaCl dpnc 2Na + Cl2↑ . Sơ đồ điện phân: MgCl2 → Mg2+ + 2Cl Catot () Anot (+) Mg2+ + 2e → Mg 2Cl → Cl2↑ + 2e + PTĐP : MgCl2 dpnc Mg + Cl2↑ . * Bài tập vận dụng: Viết PTHH xảy ra khi điện phân nóng chảy các chất: KCl, CaCl 2 và các dung dịch : CaCl2 , MgCl2 , BaCl2 , AlCl3. Lưu ý: Catot () có mặt ion dương: ở đây xảy ra quá trình khử Aanot (+) có mặt ion âm: ở đây xảy ra quá trình oxi hóa. Các kim loại từ : Na → Al chỉ có thể điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy , không thể điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch . 2.2. Sai lầm khi xác định thứ tự các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực: Ví dụ 2: Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl 3 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 . Tính khối lượng kim loại thu được ở catot? * Lời giải sai lầm: Theo : n Fe3+ = 0,1 mol ; n Fe2+ = 0,2 mol ; n Cu2+ = 0,1 mol ; n HCl = 0,2 mol Sắp xếp tính oxi hóa của các ion theo chiều tăng dần : Fe2+
2H+ + 2e → H2 (3) 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 (3) , (4) kim loại thu được ở phản ứng (1), (2)→ Khối lượng kim loại thu được ở catot là : 0,3.56 gam Fe + 0,1.64 gam Cu = 16,8 g + 6,4 gam = 23,2 g. * Nguyên nhân dẫn đến sai lầm: Đây là dạng bài khó, với học sinh có lực học trung bình và yếu hầu như không làm được bài này, còn với học sinh có lực học khá, giỏi biết vận dụng hệ quả của định luật Faraday nhưng lại sai lầm khi xác định : Fe3+ + 3e → Fe. Do các em quên thứ tự dãy điện hóa hoặc nhầm lẫn do chủ quan. * Cách khắc phục: Giáo viên cần nhấn mạnh quá trình khử : Fe3+ + 1e → Fe2+. Đồng thời cung cấp lại kiến thức cần nhớ: Kiến thức cần nhớ: Các cation kim loại đứng sau nhôm, càng đứng cuối trong dãy thế điện hóa thì càng được ưu tiên khử theo phương trình: Mn+ + ne → M (ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị khử trước). Sau khi hết các ion đó, nếu tiếp tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương trình: 2H2O + 2e → H2 + 2OH–. * Lời giải đúng: Theo : n Fe3+ = 0,1 mol ; n Fe2+ = 0,2 mol ; n Cu2+ = 0,1 mol ; n HCl = 0,2 mol Sắp xếp tính oxi hóa của các ion theo chiều tăng dần : → 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 8
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 Ví dụ 3 : 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.0,784 lít C.0,672 lít D.0,448 lít * Lời giải sai lầm: nCuSO4 = 0,5.0,2 = 0,1 mol = nCu mCu = 0,1.64 = 6,4 gam nHCl = 0,2.0,1 = 0,02 mol. Ở catot có 3,2 gam Cu chứng tỏ Cu chưa điện phân hết. Vậy HCl chưa điện phân. Sơ đồ điện phân: CuSO4 → Cu2+ + SO42 Catot() Anot (+) 2+ Cu + 2e → Cu SO4 không bị điện phân . 2 2H2O → 4H++ O2 + 4e 0,1 ← 0,05 0,025←0,1 → Từ sơ đồ điện phân thấy khí thoát ra tại anot là :O2 0,025 mol → Thể tích = 0,025.22,4 = 0,56lít. → Chọn đáp án A . * Nguyên nhân dẫn đến sai lầm: Khả năng tư duy và những hiểu biết về quá trình điện phân xảy ra ở các điện cực còn hạn chế. Học sinh cho rằng quá trình điện phân xảy ra lần lượt, hết CuSO4 mới đến HCl nên đã xác định sai chất khí sinh ra và thể tích của khí. * Cách khắc phục: Giáo viên lưu ý học sinh quá trình điện phân được diễn ra đồng thời. Điện cực () là Cu2+ điện phân còn ở điện cực (+) là ion Cl điện phân. * Lời giải đúng: CuSO4 → Cu2+ + SO42 0,1 0,1 HCl → H+ + Cl 0,02 0,02 9
Catot() Anot (+) 2+ Cu + 2e → Cu SO không bị điện phân . 4 2 2Cl → Cl2 + 2e 0,1 ← 0,05 0,02→ 0,01 0,02 2H2O → 4H++ O2 + 4e 0,02←0,08 Khi ở K() thoát ra 3,2 gam Cu = 0,05 mol → n(e)Cu2+ nhận là 0,1 mol. Cl nhường 0,02 mol e → 0,08 mol e 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 4. 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 A. khí Cl2 và O2. B. Chỉ có khí O2. C. Chỉ có khí Cl2. D. khí Cl2 và H2. * Lời giải sai lầm: CuSO4 điện phân hết thì dừng điện phân còn NaCl chưa điện phân: CuSO4 → Cu2+ + SO42 Catot() Anot (+) 2+ Cu + 2e → Cu SO4 không bị điện phân . 2 2H2O → 4H++ O2 + 4e → Từ sơ đồ điện phân thấy khí thoát ra tại anot là :O2 → Chọn đáp án B. Một số khác lại lập luận rằng NaCl điện phân trước CuSO4 nên: NaCl → Na+ + Cl Catot() Anot (+) Na không điện phân + 2Cl → Cl2 + 2e 2H2O + 2e → 2OH+ H2 → Từ sơ đồ điện phân thấy khí thoát ra tại anot là :H2 và Cl2 → Chọn đáp án D. * Nguyên nhân dẫn đến sai lầm: Khả năng tư duy và những hiểu biết về quá trình điện phân xảy ra ở các điện cực còn hạn chế. Học sinh cho rằng quá trình điện phân xảy ra lần lượt, 10
hết CuSO4 mới đến NaCl nên đã xác định sai chất khí sinh ra và thể tích của khí. * Cách khắc phục: Giáo viên lưu ý học sinh quá trình điện phân được diễn ra đồng thời. Điện cực () là Cu2+ điện phân còn ở điện cực (+) là ion Cl điện phân. * Lời giải đúng: CuSO4 → Cu2+ + SO42 x x NaCl → Na+ + Cl x x Catot() Anot (+) 2+ Cu + 2e → Cu 2Cl → Cl2 + 2e x → 2x x x 2H2O → 4H++ O2 + 4e x/4←x → Từ sơ đồ điện phân thấy khí thoát ra tại anot là : Cl2 và O2 → Chọn đáp án A . * Bài tập vận dụng: 1. Điện phân hỗn hợp các chất trong 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 2. Viết PTHH xảy ra trên 2 điện cực và phương trình điện phân tổng quát khi điện phân các dung dịch ( có màng ngăn, điện cực trơ) Cu(NO3)2 + NiCl2 + KBr có tỉ lệ nồng độ mol 2:1:2. Đáp án: Phương trình điện phân tổng quát: đpdd Mới đầu: Cu(NO3)2 + 2KBr Cu + Br2 + 2KNO3 (1) đpdd Cu(NO3)2 + NiCl2 Cu + Cl2 + Ni(NO3)2 (2) đpdd Ni (NO3)2 + 2H2O Ni + 1/2O2 + HNO3 (3) đpdd 2H2O O2 + 2H2 (4) 3. A là dung dịch hỗn hợp gồm KBr + Ni(NO3)2 + NaCl + HCl có tỉ lệ mol tương ứng là 1:1:1:2. Điện phân dung dịch A ( điện cực trơ, có màng ngăn) đến khi nước bắt đầu được điện phân trên cả 2 điện cực thì ngừng. Viết các phương trình phản ứng theo quá trình điện phân. Tính pH dung dịch sau điện phân? Đáp án: pH = 7 11
2.3. Sai lầm khi tính lượng chất tạo trên điện cực: Ví dụ 5: Điện phân 100 ml dung dịch CuCl2 2 M và AgNO3 2M với điện cực trơ có màng ngăn xốp cường độ dòng điện là 5A trong 2 giờ 40 phút 50 giây . Tính khối lượng kim loại thu được ở catot? * Lời giải sai lầm 1: Sơ đồ điện phân: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl AgNO3 → Ag+ + NO3 Catot () Anot (+) Ag+ + 1e → Ag 2Cl → Cl2 + 2e Cu2+ + 2e → Cu 4H2O → 4H+ + O2 + 4e Áp dụng định luật Faraday ta có : mCu = 64.5.9650/2.96500 = 16 gam. mAg = 108.5.9650/1.96500 = 54 gam. Vậy: m ở catot là = 70 gam. Lời giải sai lầm 2: Sơ đồ điện phân: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl AgNO3 → Ag+ + NO3 Catot () Anot (+) Ag+ + 1e → Ag 2Cl → Cl2 + 2e 0,2→ 0,2→ 0,2 4H2O → 4H+ + O2 + 4e Cu2+ + 2e → Cu 0,2 → 0,4 → 0,2 Quá trình điện phân hết nên mcatot = 0,2.108 + 0,2.64 = 34,4g * Nguyên nhân dẫn đến sai lầm: Học sinh chủ quan, nóng vội khi giải bài tập này. Một số suy nghĩ rằng đã là điện phân thì phải áp dụng định luật Faraday và thời gian điện phân bài cho là để tiến hành điện phân cả 2 kim loại như nhau. Số khác cho rằng có cố mol kim loại là có khối lượng rồi, áp dụng công thức Faraday chỉ khi không cho số mol. * Cách khắc phục: 12
Chỉnh sửa những suy nghĩ lệch lạc của học sinh bằng cách dùng sơ đồ điện phân thực tế để giải thích. Giáo viên cần hướng dẫn học sinh áp dụng hệ quả của định luật Faraday để tính nhanh, đồng thời lại chính xác. * Lời giải đúng: Theo : n Cu2+ = 0,2 mol; n AgNO3 = 0,2 mol → Thứ tự bị điện phân ở catot (): CuCl2 → Cu2+ + 2Cl AgNO3 → Ag+ + NO3 Catot () Anot (+) Ag+ + 1e → Ag 2Cl → Cl2 + 2e 0,2→ 0,2→ 0,2 4H2O → 4H+ + O2 + 4e Cu2+ + 2e → Cu 0,15 → 0,3 → 0,15 Theo công thức Faraday n(e) trao đổi ở hai điện cực : n = It/96500 = 5.9650/96500 = 0,5 mol → Ag+, điện phân hết còn Cu2+ chưa điện phân hết → mK = 0,2.108 + 0,15.64 = 31,2 gam. Ví dụ 6: Điện phân 100ml dung dịch chứa NaCl 0,05M với điện cực trơ ,có màng ngăn, cường độ dòng điện I là 1.93A. Tính thời gian điện phân để được dung dịch pH = 12, thể tích dung dịch được xem như không thay đổi, hiệu suất điện phân là 100%. * Lời giải sai lầm: nNaCl = 0,005 mol = nNa+ NaCl → Na+ + Cl Catot () Anot (+) 2H2O + 2e → H2 + 2OH 2Cl → Cl2 + 2e 0,005→ 0,0025 0,005 → 0,005 Áp dụng công thức Faraday : m.n.F 0,0025.2.96500 Thời gian điện phân được H2 là: t2 = = = 125 s A.I 2. 1,93 Tổng thời gian điện phân là: t = 125s. * Nguyên nhân dẫn đến sai lầm: Học sinh sai lầm khi căn cứ vào số mol chất tham gia điện phân mà không dựa vào giá trị pH của dung dịch sau điện phân. * Cách khắc phục: 13
GV lưu ý để làm được bài toán này, cần xác định nhanh số mol e trao đổi để so sánh với Cl trong quá trình điện phân, từ đó xác định xem tính thời gian dựa vào giá trị nào cho phù hợp. * Lời giải đúng: Vì pH = 12 → Môi trường kiềm → [H+] = 1012 → [OH] = 0,01 → nOH = 0,001 mol NaCl → Na+ + Cl Catot () Anot (+) Na+ không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH Cl → Cl2 + 2e 0,001  0,001 → Số mol e trao đổi là : n = 0,001 mol I.t n.F 0, 001.96500 Áp dụng công thức hệ quả Faraday : n = t= = = 50s F I 1,93 Đáp số: 50s * Bài tập vận dụng: 1. Điện phân 100 ml dung dịch CuSO 4 0,2M và AgNO3 0.1M với cường độ dòng điện I = 3.86A. Tính thời gian điện phân để được một khối lượng kim loại bám bên catot là 1.72g ? Đáp án: 750s 2. 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. Tính giá trị của m? Đáp án: 3,44 gam 2.4. Sai lầm khi xác định trường hợp H2O điện phân các điện cực: Đáp án. 750 Ví dụ 7: Điện phân 2 lít dung dịch hỗn hợp gồm NaCl và CuSO 4 đến khi H2O bị điện phân ở hai cực thì dừng lại, tại catốt thu 1,28 gam kim loại và anôt thu 0.336 lít khí (ở điều kiện chuẩn). Coi thể tích dung dịch không đổi. Tính pH của dung dịch thu được? * Lời giải có sai lầm: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm :NaCl, CuSO4 + NaCl → Na + Cl Catot () Anot (+) Na+ không bị điện phân 2Cl → Cl2 + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2OH CuSO4 → Cu2+ + SO42 Catot() Anot (+) Cu2+ + 2e → Cu SO42 không bị điện phân 2H2O → 4H+ + O2 + 4e Kim loại thu được ở K() là Cu có nCu = 0,02 mol → ne nhường = 0,04 mol Khí thu được ở A(+) là Cl2 có nCl2 = 0,015 mol → ne nhận = 0,03 mol 14
Nhận thấy số mol e nhường không bằng số mol e nhận → ở A(+) còn sự điện phân tiếp của nước là: 2H2O → 4H+ + O2 + 4e 0,01 ← 0,01 → [H+] = 0,01/2 = 0,005 → pH = lg0,005= 2,3 * Nguyên nhân dẫn đến sai lầm: Xác định có sự điện phân của H 2O nhưng lại xác định sai về số mol e trao đổi do không xác định được thời điểm nước bắt đầu điện phân ở điện cực. * Cách khắc phục: GV lưu ý cho học sinh về thể tích khí sinh ra trong đó có cả khí oxi do nước điện phân.Giáo viên củng cố lại kiến thức điện phân dung dịch của các ion, yêu cầu học sinh phải nhớ. * Lời giải đúng: Khi H2O bị điện phân ở hai cực thì dừng lại , chứng tỏ ở catot Cu2+ vừa hết, còn ở anot Cl có thể hết trước hoặc hết cùng lúc. Mặt khác: Kim loại thu được ở K() là Cu có nCu = 0,02 mol. Khí thu được ở A(+) là có n = 0,015 mol. Nếu khí đó chỉ là Cl2 là không thỏa mãn. Vì vậy ta có quá trình điện phân dung dịch hỗn hợp gồm : NaCl, CuSO4 như sau: + NaCl → Na + Cl Catot () Anot (+) Na+ không bị điện phân SO42 không bị điện phân Cu2+ + 2e → Cu 2Cl → Cl2 + 2e 0,04 ← 0,02 x → 2x + 2H2O → 4H + O2 + 4e y → 4y Áp dụng ĐLBTE và theo bài ra ta có hệ pt: x+ y = 0,015 2x + 4y = 0,04 Giải hệ ta có x = 0,01; y = 0,005 →nH+ = 4. 0,005 = 0,02mol → [H+] = 0,02/2 = 0,01 → pH = lg0,01= 2. * Bài tập vận dụng: Hoà tan a mol Fe3O4 bằng dung dịch H2SO4 vừa đủ, thu được dung dịch X. Điện phân X với 2 điện cực trơ bằng dòng điện cường độ 9,65A. Sau 1000 giây thì kết thúc điện phân và khi đó trên catot bắt đầu thoát ra bọt khí. Tính giá trị của a? Đáp án: 0,0125. 2. Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO 4 và 0,12 mol NaCl bằng dòng điện có cường độ 2A. Thể tích khí (đktc) thoát ra ở anot sau 9650 giây điện phân là 15
A. 2,240 lít. B. 2,912 lít. √C. 1,792 lít. D. 1,344 lít 2.5. Không để ý đến những phản ứng phụ có thể xảy ra giữa các sản phẩm trong quá trình điện phân: Ví dụ 8: Tiến hành điện phân dung dịch NaCl ( điện cực trơ, không màng ngăn) sau thời gian. Hãy xác định các chất tan trong dung dịch sau điện phân? * Lời giải có sai lầm: Sơ đồ điện phân: NaCl → Na+ + Cl Catot () Anot (+) Na+ không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH 2Cl → Cl2 + 2e + Phương trình điện phân: đpdd NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + NaOH Vậy dung dịch sau điện phân chỉ chứa NaOH * Nguyên nhân dẫn đến sai lầm: Học sinh không lường được sẽ có phản ứng phụ xảy ra trong quá trình điện phân. * Cách khắc phục: Giáo viên giới thiệu một số trường hợp xảy ra phản ứng phụ giữa các chất trong phản ứng. Lưu ý học sinh viết phản ứng điện phân cần chú ý các phản ứng phụ xảy ra giữa các sản phẩm đó. Yêu cầu học sinh phải nhớ. * Lời giải đúng: Sơ đồ điện phân: NaCl → Na+ + Cl Catot () Anot (+) Na+ không bị điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH 2Cl → Cl2 + 2e + Phương trình điện phân: đpdd 2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH Phản ứng phụ: Cl2 + 2NaOH → NaClO + NaCl + H2O Vậy dd sau điện phân chứa NaClO, NaCl * Bài tập vận dụng: Tiến hành điện phân nóng chảy Al2O3 ( điện cực graphit – than chì) sau thời gian thu được hỗn hợp khí. Hãy xác định thành phần định tính khí thoát ra? Đsố: các khí có thể có là: CO, CO2, O2 2.6. Sai lầm trong điện phân dung dịch với điện cực anot hòa tan: Ví dụ 9: Viết sơ đồ và phương trình điện phân dung dịch CuSO4 ( với anot Cu anot tan)? * Lời giải sai lầm: Sơ đồ điện phân: CuSO4 → Cu2+ + SO42 Catot() Anot (+) Cu2+ + 2e → Cu SO42 không bị điện phân 16
đpdd 2H2O → 4H+ + O2 + 4e 2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2 + 2H2SO4 * Nguyên nhân dẫn đến sai lầm: Ít được tiếp xúc với các dạng viết sơ đồ điện phân điện cực anot hòa tan, mà chỉ là điện cực trơ. Do đó học sinh nhầm lẫn theo thói quen là rất dễ. * Cách khắc phục: Học sinh viết theo thói quen sự điện phân của dung dịch CuSO4 mà quên không để ý đến sự điện phân dùng điện cực anot hòa tan. Giáo viên cần nhấn mạnh và cho thêm ví dụ để học sinh dễ nhớ. Cần đặc biệt lưu ý học sinh ở điểm này. * Lời giải đúng: Sơ đồ điện phân: CuSO4 → Cu2+ + SO42 Catot() Anot (+) Cu2+ + 2e → Cu SO42 không bị điện phân Cu → Cu2+ + 2e đpdd Cu2+ + Cu Cu + Cu2+ A(+) K () *Bài tập vận dụng: Viết sơ đồ và phương trình điện phân dung dịch Cu(NO3)2 ( với anot Cu anot tan)? đpdd Đáp án: Cu2+ + Cu Cu + Cu2+ A(+) K () I.t 2.7. Chưa biết sử dụng hệ quả của Faraday ( n e trao đổi = ) để giải F nhanh bài tập điện phân: Ví dụ 10: 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 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 A. 4,05 B. 2,70 C. 6,75 D. 5,40 * Hướng giải thông thường có sai lầm: n CuCl2 = 0,1.0,5 = 0,05 mol → n Cu2+ = 0,05 mol. n NaCl = 0,5.0,5 = 0,25 mol → ∑n Cl = 0,25 + 0,05.2 = 0,35 mol → Vậy Cl dư , Cu2+ điện phân hết , nên tại catot sẽ có phản ứng điện phân nước K () : A (+) : 2+ Cu + 2e → Cu 2Cl → Cl2 + 2e 0,05→0,1 0,35 → 0,35 2H2O + 2e → H2 + 2OH 0,25  0,25 → 0,25 17
Dung dịch sau khi điện phân có 0,25 mol OH có khả năng phản ứng với Al theo phương trình : Al + OH + H2O → AlO2 + 3/2 H2 0,250,25 mAl max = 0,25.27= 6,75 (g) → Chọn đáp án C * Hướng giải thông thường đúng: Thời gian cần để điện phân hết Cu là t = 0,05.64.2.96500/64.5 = 1930s → thời gian nước điện phân ở catot là: t = 3860 – 1930 = 1930 s Vậy ở catot Cu điện phân hết rồi đến H2O nH2 thu được là: n = 2.5.1930/2.2.96500 = 0,05 mol Sơ đồ điện phân: K () : A (+) : 2+ Cu + 2e → Cu 2Cl → Cl2 + 2e 0,05 →0,05 2H2O + 2e → H2 + 2OH 0,05 → 0,1 Dung dịch sau khi điện phân có 0,1 mol OH có khả năng phản ứng với Al theo phương trình : Al + OH + H2O → AlO2 + 3/2 H2 0,10,1 mAl max = 0,1.27= 2,7 (g) → Chọn đáp án B * Nguyên nhân dẫn đến sai lầm: Tính thông thường nhưng không so sánh với kết quả tính theo định luật Faraday. Học sinh cho rằng qúa trình điện phân là hết Cl * Cách khắc phục: Lưu ý thời gian điện phân, học sinh cần biết thời gian đó điện phân được những chất nào để có thể làm đúng bài toán này. * Hướng giải áp dụng hệ quả để giải nhanh: I.t 5.3860 Số mol e trao đổi khi điện phân : n 0,2 mol F 96500 K () : A (+) : 2+ Cu + 2e → Cu 2Cl → Cl2 + 2e 0,05→0,1 0,20,2 2H2O + 2e → H2 + 2OH 0,1 (0,20,1) → 0,1 Dung dịch sau khi điện phân có 0,1 mol OH có khả năng phản ứng với Al theo phương trình : Al + OH + H2O → AlO2 + 3/2 H2 0,10,1 mAl max = 0,1.27= 2,7 (g) → Chọn đáp án C. Ưu điểm: Làm bài tập điện phân theo số mol e trao đổi giúp học sinh tính nhanh và chính xác bài toán điện phân. 18
* Bài tập vận dụng: 1. 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 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 Trên đây là một số sai lầm mà học sinh mắc phải khi làm bài tập điện phân, đó là những sai lầm khó phát hiện đối với các em học sinh. Những sai lầm này phần lớn xuất phát từ sự thiếu chắc chắn về kiến thức cộng với thói quen làm bài thường gặp những “tình huống thuận lợi” dẫn tới tư tưởng chủ quan, nóng vội, cẩu thả. Đôi khi cũng gặp phải ở tình huống các em bị áp lực tâm lí khi làm bài dẫn tới trạng thái không kiểm soát nổi hành vi của bản thân. Để khắc phục những sai lầm đó, ngoài những biện pháp đã nêu, người giáo viên vẫn cần phải giúp các em học sinh rèn luyện các đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, kiên trì và đặc biệt là khắc phục những điểm yếu tâm lí khi làm bài. Giáo viên cũng nên tạo cho học sinh thói quen “tự vấn”, “tự phản biện” khi làm bài để phát hiện và hạn chế tối đa các sai lầm mắc phải. IV. KIỂM NGHIỆM: Từ thực tế giảng dạy tôi rút ra được một số sai lầm mà học sinh thường vấp trong quá trình làm bài tập điện phân , đặc biệt là điện phân dung dịch giúp các em có được hướng đi đúng trong quá trình làm bài tập để đạt kết quả cao hơn. Bằng chứng cụ thể đã chứng minh khi tôi thực hiện đề tài ở lớp 12 B10 mặc dù lớp học khối C nhưng nhìn chung các em học tích cực, hứng thú làm bài tập hơn so với lớp không thực hiện đề tài. Tôi đã ra cùng đề kiểm tra cho 2 lớp để đánh giá chất lượng. Kết quả là: Ở lớp đối chứng: Lớp Sĩ Giỏi Khá Tbình Yếu Kém số SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ % % % % % 12B11 35 0 0 8 22,9 20 57,1 5 14,3 2 5,7 Ở lớp tiến hành đề tài: Lớp Sĩ Giỏi Khá Tbình Yếu Kém số SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ 19
% % % % % 12B10 39 6 15,4 18 46,1 15 38,5 0 0 0 0 Kết quả này đã khẳng định hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm tôi đang thực hiện. PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT I Kiến nghị và đề xuất: Từ thực tế giảng dạy tôi nhận thấy để học sinh học tập tốt hơn môn học và bài học, giáo viên cần tìm ra những sai lầm của học sinh để từ đó khắc phục sai lầm giúp học sinh có định hướng đúng trong quá trình lĩnh hội kiến thức. Tuy nhiên để làm được điều này: * Đối với giáo viên cần: Nghiên cứu, tìm tòi các tài liệu liên quan đến bài tập điện phân, hệ thống các nội dung cơ bản và phân loại các dạng bài tập, đặc biệt tìm ra được phương pháp giải phù hợp nhất để truyền thụ cho học sinh một cách có hiệu quả. Trong quá trình giảng dạy cần lồng ghép các bài tập điện phân dung dịch để rèn luyện kỹ năng giải bài tập điện phân cho học sinh. * Đối với học sinh: Cần nắm được bản chất của các quá trình điện phân. Cần ôn tập kỹ kiến thức đã học, tích cực rèn luyện bài tập có liên quan để khắc phục sai lầm. * Đối với các khối lớp của hệ THPT: (cả chương trình cơ bản và nâng cao) cần tăng cường thêm các dạng bài tập cho mỗi phần, đặc biệt cần đa dạng hóa các bài tập cụ thể về điện phân . * Với lớp 12 nên đưa thêm các dạng bài tập về hỗn hợp kim loại để học sinh có điều kiện làm nhiều các dạng bài tập. Đây là đề tài phù hợp với mọi đối tượng học sinh: yếu, trung bình, khá, giỏi. Đề tài đã đóng góp tích cực cho học sinh khi làm bài tập điện phân đồng thời góp phần gây hứng thú học tập bộ môn hơn. II Lời kết: Trên đây là một số kinh nghiệm của bản thân tôi đã được đúc rút ra trong quá trình giảng dạy và học tập những thầy cô có nhiều kinh nghiệm, những nhà giáo dục có nhiều uy tín và bạn bè đồng nghiệp. Xong kiến thức hóa học thì rộng, còn tài liệu viết về điện phân lại ít và sơ sài, thời gian có hạn nên trong phạm vi sáng kiến kinh nghiệm tôi chỉ có thể nêu được một số sai lầm thường gặp khi học sinh giải bài tập điện phân. 20