SKKN Rèn luyện kỹ năng giải nhanh các bài tập điện phân dung dịch muối cho học sinh lớp 12 ôn thi THPT quốc gia
Trong chương trình phổ thông, Hóa học là môn học cơ bản bao gồm cả lí thuyết và thực nghiệm. Học sinh muốn học tốt môn Hóa học nhất thiết phải làm được bài tập hóa học. Bài tập hoá học là một phương tiện rất cần thiết giúp học sinh nắm vững, nhớ lâu các kiến thức cơ bản; mở rộng và đào sâu những nội dung đã được học. Nhờ đó, học sinh hoàn thiện được kiến thức, đồng thời phát triển trí thông 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 của học sinh chính xác hơn. Từ đó phân loại học sinh và có kế hoạch ôn tập, củng cố kiến 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 thi trung học phổ thông Quốc gia (THPTQG). Trong phương pháp điện phân thì Điện phân dung dịch khá phức tạp, với nhiều trường hợp điện phân, sản phẩm thu được khác 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 sinh vùng 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 cơ bản, các em chưa được nghiên cứu kĩ về phương pháp điện phân; tài liệu viết về điện 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 học sinh chưa được nhiều. Vì vậy, khi gặp các bài toán điện phân đặc biệt là điện phân dung 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.
SỞ 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 Mục lục Tên mục lục Trang 1. Mở đầu 1 1.1. Lí do chọn đề tài 1 1.2. Mục đích nghiên cứu 1 1.3. Đối tượng nghiên cứu 2 1.4. Phương pháp nghiên cứu 2 1.5. Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm 2 2. Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2 2.1. Cơ sở lí luận 2 2.2. Thực trạng của vấn đề 7 2.3. Giải pháp và tổ chức thực hiện 8 2.4. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 18 3. Kết luận và kiến nghị 19 3.1. Kết luận 19 3.2. Kiến nghị 20 Tài liệu tham khảo 21 1. Mở đầu 1.1. Lí do chọn đề tài Trong chương trình phổ thông, Hóa học là môn học cơ bản bao gồm cả lí thuyết và thực nghiệm. Học sinh muốn học tốt môn Hóa học nhất thiết phải làm được bài tập hóa học. Bài tập hoá học là một phương tiện rất cần thiết giúp học sinh nắm vững, nhớ lâu các kiến thức cơ bản; mở rộng và đào sâu những nội dung đã được học. Nhờ đó, học sinh hoàn thiện được kiến thức, đồng thời phát triển trí thông 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 của học sinh chính xác hơn. Từ đó phân loại học sinh và có kế hoạch ôn tập, củng cố kiến 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 thi trung học phổ thông Quốc gia (THPTQG). Trong phương pháp điện phân thì Điện phân dung dịch khá phức tạp, với nhiều trường hợp điện phân, sản phẩm thu được khác 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 sinh vùng 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 cơ bản, các em chưa được nghiên cứu kĩ về phương pháp điện phân; tài liệu viết về điện 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 học sinh chưa được nhiều. Vì vậy, khi gặp các bài toán điện phân đặc biệt là điện phân dung 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 thời 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, đề thi trung học phổ thông Quốc gia có liên quan, tổng hợp và phân loại bài tập theo một trình tự logic, phù hợp với quá trình nghiên cứu. Phương pháp quan sát sư phạm: Nghiên cứu thực tiễn dạy và học của giáo viên và học sinh trường THPT Cẩm Thủy 2 nhằm tìm ra những nhu cầu kiến thức cần thiết trong lĩnh vực hóa học vô cơ. Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Tôi tham khảo ý kiến của các thầy, cô giáo 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 lý kết 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 dung dịch muối theo xu hướng THPT Quốc gia các năm gần đây để các em hình thành kĩ năng 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 * Một số khái niệm về sự điện phân: 1. Sự điện phân: Là quá trình oxi hóa - khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua hợp chất nóng chảy, hoặc dung dịch chất điện li. 2. Trong thiết bị điện phân : Anot (A) được nối với cực dương của nguồn điện một chiều, ở đây xảy ra sự oxi hóa . Catot (K) được nối với cực âm của nguồn điện một chiều, ở đây xảy ra sự khử. * Các trường hợp điện 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, CaCl2... 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): 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: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Sản phẩm của quá trình điện phân là sản phẩm thu được trên hai điệc cực. Môi trường thu được sau điện phân là môi trường bazơ. Thí dụ: Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn xốp NaCl → Na+ + Cl- Catot(-) Anot (+) Na+, H2O Cl-, H2O 2H2O + 2e → 2OH- + H2 2Cl- → Cl2 + 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 + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O 1.2. Điện phân các dung dịch muối của kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm với axit có oxi: Na2SO4 , KNO3, Ca(NO3)2... 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): Các ion: NO3-, SO42-, CO32-, PO43-... không bị điện phân mà H2O bị điện phân. 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Bản chất của quá trình điện phân là H2O bị điện phân 2H2O → 2H2 + O2 Môi trường thu được sau điện phân phụ thuộc vào bản chất của gốc axit: + 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: FeCl2, CuCl2... 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): 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: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Thí dụ : Viết PTHH xảy ra điện phân dung dịch CuCl2 : CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- Catot(-) Anot (+) Cu2+, H2O Cl-, H2O Cu2+ + 2e → Cu Cl- → Cl2 + 2e đpdd → Phương trình điện phân: CuCl2 → Cu + Cl2 1.4. Điện phân các dung dịch muối của các kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa và axit có oxi: FeSO4 , CuSO4, Cu(NO3)2 ... 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): Các ion: NO3-, SO42-, CO32-, PO43-... không bị điện phân mà H2O bị điện phân. 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Môi trường thu được sau điện phân là môi trường axit. Thí dụ: Viết phương trình hóa học xảy ra khi điện phân dung dịch CuSO4 : Sơ đồ điện phân: CuSO4 → Cu2+ + SO42- Catot(-) Anot (+) Cu2+, H2O SO42-, H2O Cu2+ + 2e → Cu 2H2O → 4H+ + O2+ 4e → 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 và Cu(NO3)2 : NaCl → Na+ + Cl- Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3- Catot (-) Anot (+) Cu2+, Na+, H2O NO3-, H2O Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e 2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → 4H+ + O2 + 4e Xét trường hợp 1: NaCl và Cu(NO3)2 vừa đủ (nCu(NO3)2= 2nNaCl) đpdd Phương trình điện phân: 2NaCl + Cu(NO3)2 Cu + Cl2 + 2NaNO3 Môi trường thu được là môi trường trung tính. Xét trường hợp 2: NaCl dư (nCu(NO3)2 <2nNaCl) đpdd Phương trình điện phân: đpdd 2NaCl + Cu(NO3)2 Cu + Cl2 + 2NaNO3 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 Môi trường thu được là môi trường bazơ. Xét trường hợp 3: Cu(NO3)2 dư (nCu(NO3)2 >2nNaCl) đpdd Phương trình điện phân: đpdd 2NaCl + Cu(NO3)2 Cu + Cl2 + 2NaNO3 2Cu(NO3)2 + 2H2O 2Cu + O2 + 4HNO3 Môi 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 oxi hóa. Thí dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với bình điện phân có anot làm bằng kim loại Cu: CuSO4 → Cu2+ +SO42- Catot (-) Anot (+) Cu Cu2+, H2O Cu, SO42- (không bị điện phân) Cu2+ + 2e → Cu Cu → Cu2+ + 2e Phương trình điện phân: Ý nghĩa 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 kin loại 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. Thí dụ: 160(g ) 64(g) →11,2(lit) →1(mol) a(g) x (g) → y (lit) →z(mol) * Khi biết cường độ dòng điện ( I) và thời gian điện phân (t) ta có thể tính theo công thức Faraday: hoặc 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 I: Cường độ dòng điện ( A) t: Thời gian điện phân (s) F: Hằng số Faraday F= 96500C Số mol e trao đổi ở mỗi điện cực: . 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 đồng nghiệp 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 giải quyết được các bài tập về điện phân dung dịch. Trong quá trình làm bài tập của học sinh, 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 cứu kiến thức, học đang còn mang tính đối phó, việc tìm tài liệu tham khảo của học sinh còn 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 bài một cách thụ động, Thứ ba, chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn học sinh cách phát hiện ra điểm mấu 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, trong quá trình làm bài tập về điện phân dung dịch, ít học sinh làm đúng kết quả, thậm chí có học sinh không làm bài. Nguyên nhân: Thực trạng trên có thể được tạo nên từ nhiều nguyên nhân khác nhau như: Từ phía học sinh: Có thể do ý thức tự giác của học sinh chưa cao, do trình độ của học sinh còn hạn chế, chưa được làm nhiều dạng bài tập nên kĩ năng giải bài tập còn hạn chế, Từ phía giáo viên: Do cách hướng dẫn giải bài tập của giáo viên chưa phù hợp, đang còn rườm rà, khó hiểu, không logic nên chưa khơi gợi sự hứng thú, tích cực cho học sinh. Đôi khi cách hướng dẫn giải bài tập của giáo viên quá khó khiến học sinh lúng túng, không tự tin khi làm các bài tập khác tương tự. Từ phía xã hội: Do xu thế xã hội hiện nay có nhiều vấn đề khiến học sinh bận tâm như: việc yêu sớm, sự quan tâm của gia đình, các trang mạng xã hội (đặc biệt là facebook), các tệ nạn xã hội, thị trường việc làm ... Từ xu thế đó khiến học sinh 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 thống bài 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 thành nhiều đối tượng khác nhau, không phải nơi nào, lớp nào cũng như nhau. 2.3. Giải pháp và tổ chức thực hiện Đề tài chú trọng vào phản ứng điện phân dung dịch một muối và hỗn hợp muối. 2.3.1. Cơ sở lý thuyết Trong những năm gần đây, trong đề thi trung học phổ thông Quốc gia bao giờ cũng có câu hỏi về điện phân. Các đề thi từ năm 2015 trở lại đây, mức độ đề phân hóa ngày càng cao, bài tập điện phân dung dịch thường ở mức độ vận dụng cao nên rất khó khăn trong cách giải. Hầu hết các đề bài tập điện phân dung dịch muối đều xoay quanh điện phân dung dịch muối sunfat, nitrat, clorua hoặc hỗn hợp chúng nên cần tập trung vào các quá 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 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 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. 3. 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 . 4. Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào. 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 theo đúng thứ tự, không cần viết phương trình điện phân tổng quát và sử dụng CT: . Viết phương trình điện phân tổng quát (như những phương trình hóa học thông 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 (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. 7. 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 cường 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 cho rồi so sánh với thời gian t trong đề bài. Nếu t’ t thì lượng ion đó chưa bị điện phân hết. 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 nhường electron 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 mol electron thu được ở catot = số mol electron nhường ở anot) để giải cho nhanh. Các bước giải bài tập 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: 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 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 + 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 khi dừng điện phân với hiệu suất là 100%. Thể tích dung dịch được xem như không đổi. (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 Cu2+ vừa hết, ở anot ion SO42- không bị điện phân mà H2O bị điện phân. Giải Sơ đồ điện phân dung dịch CuSO4 : CuSO4 → Cu2+ + SO42- Catot(-) Anot (+) Cu2+, H2O SO42-, H2O Cu2+ + 2e → Cu 2H2O → 4H+ + O2 + 4e 0,01→ 0,02 0,02 f 0,02 → Số mol e cho ở anot = số mol e nhận ở catot → n H+ = 0,02 mol → [H+] = 0,02/0,1 = 0,2 → pH = -lg0,2 = 0,7 → Chọn đáp án B 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 sự bay hơi của nước) với cường độ dòng điện không đổi 1,25A trong thời gian 193 phút. Dung dịch thu được có khối lượng giảm 9,195 gam so với dung dịch ban đầu. Giá trị của a là A. 0,40. B. 0,50. C. 0,45 D. 0,60. (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 H2O tham gia vào quá trình điện phân. Giải Sơ đồ điện phân : NaCl → Na+ + Cl- CuSO4 → Cu2+ + SO42- Catot(-) Anot (+) Cu2+, Na+, H2O SO42-, Cl-, H2O Cu2+ + 2e → Cu 2Cl- → Cl2 + 2e. (Na+ không bị điện phân; (SO42- không bị điện phân ; nếu hết Cl- thì nếu hết Cu2+ thì H2O bị điện phân) H2O bị điện phân. Ta có : nNaCl= 0,2 mol → nCl- = 0,2 mol Áp dụng định luật Faraday ta tính được : ne= ItF = 0,15 mol → Cl- dư. nCl2= 0,075 mol Tại 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 → ne= 2x + 2y = 0,15 mgiảm= 64x + 2y + 0,075.71 = 9,195 → x = 0,06 ; y = 0,015 → a = 0,060,1 = 0,6M → Chọn đáp án D. 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 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. 1,35 D. 5,40 (Trích đề thi đại học khối B– 2009) Hướng dẫn giải Mấu chốt:: điện phân dung dịch hỗn hợp muối, xác định thứ tự điện phân, dung dịch sau điện phân hòa tan kim loại khác (Al). Giải Số mol e trao đổi khi điện phân : mol n CuCl2 = 0,1.0,5 = 0,05 mol; n NaCl = 0,5.0,5 = 0,25 mol → n Cu2+ = 0,05 mol , n Cl- = 0,25 + 0,05.2 = 0,35 mol → Vậy Cl- dư , Cu2+ hết , nên tại catot sẽ có phản ứng điện phân nước (sao cho đủ
Tài liệu đính kèm:
- skkn_ren_luyen_ky_nang_giai_nhanh_cac_bai_tap_dien_phan_dung.docx