Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng dạy ở trường THPT
Phần I:Mở Đầu 1.Lý do chọn đề tài Mục tiêu của giáo dục ngày nay là đào tạo ra những con người tự chủ,năng động sáng tạo,có năng lực giải quyết vấn đề góp phần xây dựng đất nước giàu mạnh.Hiến pháp nước cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam(1992),Luật giáo dục(1998),báo cáo chính trị đại hội Đảng toàn quốc khóa VII,VIII,IX đã khẳng định”Giáo dục là quốc sách hàng đầu phát triển giáo dục là nền tảng đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao,là một những động lực quan trọng thúc đẩy CNH-HĐH,là yếu tố cơ bản để phát triển xã hội,tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững Để thực hiện được những mục tiêu đó đòi hỏi giáo dục luôn có sự đổi mới về nội dung và phương pháp học tập đối với tất cả các môn học.Hiện nay chương trình các môn học đã được cải cách thay đổi tăng dần mức khoa học hiện đại để đảm bảo hòa nhập với sự phát triển của thế giới.Bộ môn hóa học cũng đã được nâng dần mức độ hiện đại nhằm cung cấp đầy đủ cơ sở lý thuyết cho các quá trình hóa học Hóa học là một môn khoa học thực nghiệm việc dạy và học hóa học không chỉ dừng lại ở khả năng truyền đạt và lĩnh hội kiến thức mà phải biết cách phát triển năng lực tư duy,logic sáng tạo,rèn luyện các kĩ năng hóa học cho học sinh biết vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống ,bảo vệ môi trường.Vì vậy việc sủ dụng bài tập hóa học trong dạy học hóa học có ý nghĩa và tầm quan trọng vô cùng to lớn.Nó giúp được học sinh nắm được chính xác các khái niệm ,đào sâu mở rộng kiến thức và các kĩ năng kĩ xảo.Giúp - 1 - cho giáo viên củng cố khắc phục được những nội dung quan trong cho học sinh đồng thời cũng chính là phương tiện kiểm chứng kết quả công việc dạy và học. Do vậy cân chú ý đến việc sử dụng bài tập hóa học sao cho hợp lý đúng mức nhằm nâng cao khả năng học tập của học sinh.Đặc biệt việc sử dụng bài tập điện phân trong trường THPT hiện nay.Sự điện phân có vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp như sản xuất khí ,sản xuất muối,sản xuất bazo .Lý thuyết về sự điện phân mới có trong chương trình hóa học 12 nâng cao và ứng dụng của điện phân trong điều chế kim loại.Vì vậy bài tập điện phân còn ít ,là dạng bài tập khó cần yêu cầu cao trong việc vận dụng kiến thức nên dễ mắc nhầm lẫn của học sinh.Để có kiến thức vững chắc sâu sắc cần nắm vững cơ sở lý thuyết về sự điện phân đồng thời phải biết vận dụng các kiến thức đó để giải các bài tập điện phân.Qua đó phát huy tích cực linh hoạt sáng tạo trong học tập cũng như trong cuộc sống. Để giải quyết các vấn đề trên chúng ta cần hướng dẫn học sinh nắm chắc và vận dụng sáng tạo nội dung lý thuyết về điện phân.Như vậy đòi hỏi người giáo viên phải có kiến thức vững vàng,phong phú luôn tự học hỏi bổ kiến thức cho mình và có phương pháp dạy học sinh thích hợp để hướng dẫn học sinh vận dụng và giải quyết các vấn đề đặt ra. Với những lý do trên,tôi mạnh dạn tiến hành triển khai nghiên cứu để tài:”Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng dạy ở trường THPT” làm khóa luận tốt nghiệp 2.Mục tiêu của đề tài Sử dụng có hiệu quả bài tập điện phân trong giảng dạy để nâng cao chất lượng dạy học 3.Nhiệm vụ cuả đề tài Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng dạy ở trường THPH - 2 - Hoàn thành đề tài đúng tiến độ Thực nghiệm sư phạm 4.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng Bài tập điện phân 4.2 Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng giạy ở trường THPH 5.Giả thuyết khoa học Nếu giáo viên biết cách khai thác việc sử dụng bài tập điện phân cho học sinh một cách có hiệu quả sẽ góp phần dạy và học hóa học nói chung và bài tập về điện phân nói riêng 6.Phương pháp nghiên cứu Sưu tầm tài liệu Thực nghiêm đối với học sinh THPT 7.Đóng góp của đề tài Đề tài hoàn thành là tài liệu tham khảo cho giáo viên và học sinh trong dạy và học hóa học theo chương trình sách giáo khoa THPT mới - 3 - Phần II:Nội Dung Chương I:Tổng quan về sự điện phân I.1 Một số khái niệm cơ bản I.1.1 Sự điện phân Khi nhúng hai điện cực trơ làm bằng graphit vào muối NaCl nóng chảy và cho dòng điện một chiều đi qua ở điện cực dương(nối với cực dương của nguồn điện)có khí Clo thoát ra,còn cực âm(nối với trình này người ta gọi là sự điện phân muối NaCl nóng chảy trong đó đã xảy ra phản ứng NaCl nc →Na + + Cl - Dưới tác dụng của điện trường ion âm chuyển về cực dương,ion dương chuyển về cực âm → e → e Ở cực dương(anot)có quá trình oxi hóa: 2 Cl - (l) →Cl 2(k) + 2e Ở cực âm(catot)có quá trình khử: _ _ _ _ _ _ _ 2Na + (l) + 2e→2Na (l) --- ------ ------- Phương trình phản ứng của quá trình điện phân: ---- ---- ------ 2NaCl → đpnc 2Na + Cl 2 ↑ Na + Cl - Khái niệm:Sự điên phân là quá trình oxihóa-khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện ly nóng chảy hoặc dung dịch điện ly. Vậy sự điên phân là quá trình biến đổi điện năng thành hóa năng tức dùng năng lượng dòng điện để thực hiện phản ứng hóa học Quá trình hóc học trong bình điện phân phân phụ thuộc vào bản chất điện ly,bản chất điện cực,nhiệt độ . - 4 - anot catot I.1.2 Chất điện phân Chất điện phân là chất có khả năng phân ly thành các ion trái dấu(cation và anion) trong dung dịch hoặc trong trạng thái nóng chảy Ví dụ: Chất điện phân là NaCl,Al 2 O 3 , . NaCl →Na + + Cl - Al 2 O 3-(nc) → 2Al 3+ + 3O 2- I.1.3 Điện cực Vật dùng làm các điện cực có ảnh hưởng đến sự tiến hành quá trình điện phân.Điện cực dùng trong điện phân gồm các loại sau:điện cực trơ,điện cực khí, điện cực tan, điện cực rắn.Song chủ yếu là hai loại điện cực:điện cực trơ và điện cực tan I.1.3.1.Điện cực trơ Điện cực trơ thường được chế tạo bằng than,platin,graphit chúng là những nguyên tố có giá trị đại số thế điện cực lớn vì vậy khi điện phân chúng không bị biến đổi về mặt hóa học khi sử dụng điện cực trơ có các electron được chuyển ra mạch ngoài nhờ sự oxi hóa các anion và phân tử nước Ví dụ:điện cực graphit nhúng trong dung dịch chứa đồng thời dạng oxi hóa và dạng khử của cặp oxi hóa khử:Pt/Fe 3 ,Fe 2+ ;Pt/Sn 4+ ,Sn 2+ . Phản ứng xảy ra ở điện cực :ox+ne→kh Ta có thế điện cực : E=E 0 + n 059.0 lg[ kh ox ] I.1.3.2.Điện cực tan Điện cực tan được chế tạo từ các thanh kim loại như Cu,Zn,Ag,Ni . Khi sử dụng anot tan,bản thân anot sẽ cho các electron đi qua mạch ngoài còn ion kim loại đi vào trong dung dịch\ Phản ứng xảy ra ở điện cực: M n+ aq + ne – M (r) Thế điện cực: E=E 0 + n 059.0 lg[M n+ ] - 5 - I.1.3.3.Điện cực khí Điện cực khí gồm một thanh kim loại trơ hay graphit đóng vai trò vật dẫn điện đồng thời là vật mang các phân tử khí được nhúng trong dung dịch chứa ion tương ứng và được bão hòa bằng khí tương ứng Ví dụ: điện cực Hiđro H 2 (Pt) Phản ứng ở điện cực: H 3 O + + e → 2 1 H 2(k) + H 2 O Thế điện cực: E=E 0 + 0,059lg 2 ][ 3 H P OH + I.1.3.4.Điện cực rắn Điện cực rắn là điện cực kim loại tiếp xúc với muối ít tan của nó trong dung dịch của muối khác có cùng anion Ví dụ:Điện cực Bạc-Bạc Clorua: Ag/AgCl,KCl Calomen : Hg/Hg 2 Cl 2 ,KCl Phản ứng xảy ra ở điện cực calomen: Hg 2 Cl 2 + 2e → 2Hg + 2Cl - Thế điện cực: E=E 0 + n 059.0 lg[M n+ ] Vì [Mn n+ ] tồn tại trong dung dịch anion có thể tạo thành với muối ít tan cho nên [Mn n+ ] được xác định bởi tích số tan (T) của muối khó tan và nồng độ của anion tương ứng Chẳng hạn với điện cực calomen thì: [Hg 2 2+ ] = 2 ][ .22 − Cl T ClH Thế điện cực calomen: E=E 0 + 2 059.0 lg 2 ][ .22 − Cl T ClH 2 I.2 Khảo sát sự điện phân I.2.1.Quá trình điện phân 1.Quá trình phân ly của các chất Viết quá trình phân li của các chất - 6 - Ví dụ: NaCl →Na + + Cl - Cần chú ý điều kiện điện phân là điện phân nóng chảy hay điện phân dung dịch mà xét quá trình điện li của H 2 O Nếu chất điện phân trong dung dịch (dung môi H 2 O) thì vẫn viết phương trình điện ly của H 2 O nhưng điện ly không đáng kể nên không xét trong khảo sát và thu gọn. 2.Quá trình cho và nhận electron ở điện cực Trước hết cần nắm rõ sự di chuyển của các ion trong quá trình điện phân. Các cation di chuyển trong dung dịch theo chiều của dòng điện quy ước có nghĩa là chúng di chuyển về catot (cực âm) các anion thì ngược lại chúng di chuyển về anot(cực dương). Trên bề mặt các điện cực(phần ngâm trong dung dịch điện ly) xảy ra phản ứng giữa các ion và electron được gọi là phản ứng oxi hóa-khử ở bề mặt các điện cực Chẳng hạn điện phân dung dịch CuBr 2 Ở catot: xảy ra khử ion Cu 2+ thành Cu: Cu 2+ + 2e→ Cu Ở anot: xảy ra sự oxi hóa ion Br - thành Br 2 : 2Br _ → Br 2 +2e Đây là giai đoạn quan trọng nhất cần xác định rõ ion nào được ưu tiên nhận hoặc nhường electron và sản phẩm được tạo ra là gì 3.Phương trình điện phân Đây là phương trình điện phân chính khi điện phân và là việc thu gọn của phương trình điện li,các quá trình xảy ra ở điện cực lưu ý đơn giản các chất đồng thời có mặt ở hai vế của phương trình Ví dụ: NaCl nc → Na + + Cl - Na + + 1e → Na 2Cl - →Cl 2 + 2e - 7 - Phương trình điện phân: 2NaCl → đpnc 2Na + Cl 2 4.Một số phản ứng phụ trong quá trình điện phân Xét các phản ứng phụ có thể xảy ra giữa từng cặp sau: +Chất tạo thành ở điện cực +Chất tan trong dung dịch +Chất dùng làm điện cực Do vậy để tránh phản các phản ứng phụ xảy ra phải có các màng ngăn xốp,có thêm các chất phụ gia khác hay biện pháp cụ thể để khắc phục các hao hụt tốn kém. *Lưu ý:Trong khảo sát sự điện phân,làm các bài tập điện phân cần chú ý đến các trường hợp điện phân có phản ứng phụ I.2.2 Định luật Faraday Lượng chất thoát ra ở điện cực trong quá trình điện phân được xác định bằng biểu thức Fraday M x = nF AIt ⇒ n x = nF It Trong đó: M x :là khối lượng chất X thoát ra ở điện cực(g/mol) A:kim loại mol(nguyên tử hoặc phân tử) của chất X I:cường độ dòng điện I(A) t:thời gian điện phân(s) Q=It là điện lượng(C) n: số electron trao đổi trong phản ướng ở điện cực F:hằng số Faraday phụ thuộc vào đơn vị của thời gian F=96500 với thời gian tính bằng giây(s) F=26,8 với thời gian tính bằng giờ(h) Giá trị n A tính ra gam gọi là đương lượng gam của chất X - 8 - Kí hiệu Đ x *Lưu ý :+Tổng số đương lượng các chất thoát ra ở catot phải bằng ở catot +Khối lượng các chất thoát ra ở điên cực tỷ lệ thuận với đuơng lượng của chúng: My Mx = Đy Đx +Số mol của các chất thu được ở các điện cực tỷ lệ nghịch với hóa trị của chúng: Y X n n = Xtrihóa Ytrihóa Định luật Faraday có ý nghĩa rất lớn khi tiến hành những phép tính có liên quan đến điện phân I.3.Các trường hợp điện phân I.3.1.Điện phân nóng chảy Khái niệm:Là quá trình oxi hóa-khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện ly nóng chảy Thường dùng để điện phân một số muối(chủ yêu là muối halogen),oxit,hiđroxit của kim loại kiềm,kiềm thổ,nhôm nhằm điều chế một số kim loại đó và một số phi kim như Br 2 ,Cl 2 … 1.Điện phân muối nóng chảy (chủ yếu là muối halogen) MX n → nc M n+ + nX - Ở catot(K): M n+ + ne → M (quá trình khử) Ở anot(A): 2X - → X 2 + 2e (quá trình oxi hóa) Phương trình điện phân: 2MX n → đpnc 2M + nX ↑ (K) (A) Ví dụ điện phân muối NaCl K(-) ← NaCl nc → A(+) Na + Cl - Ở catot: Na + +1e →Na - 9 - Ở anot: 2Cl - → 2Cl + 2e Phương trình điện phân: 2NaCl → đpnc 2Na + Cl 2 (K) (A) 2.Điện phân oxit kim loại nóng chảy M x O y → nc xM +2y/x + yO 2- Ở catot: M +2y/x + x y2 e → M(quá trình khử) Ở anot: 2O 2- → O 2 + 4e(quá trình khử) Phương trình điện phân: M x O y → đpnc xM + 2 y O 2 ↑ (K) (A) Như vậy tại điện cực(catot hoặc anot) chỉ có một quá trình oxi hóa hoặc khử của ion chất điện phân Hay ở mỗi điện cực chỉ xảy ra một phản ứng duy nhất do đó các sản phẩm của quá trình điện phân nóng chảy là hoàn toàn xác định. I.3.2 Điện phân dung dịch Khái niệm:là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện đi qua dung dịch chất điện li. I.3.2.1 Các quy tắc Khi điện phân dung dịch ngoài các ion tham gia vào quá trình oxi hóa-khử ở các điện cực còn có H + và OH - cuả nước và bản thân kim loại làm điện cực.Do đó trong điện phân dung dịch theo các quy tắc sau Quy tắc chung:ở catot cation nào có tính oxi hóa cao càng mạnh càng dễ bị khử và ở anot nào có tính khử càng mạnh càng dễ bị oxi hóa 1.Quy tắc ở catot Ỏ catot có mặt các cotion kim loại M 2+ và H + (do nước hoặc axit điện ly) +Nếu ở catot có mặt các cation từ Al 3+ trở về trước thì thực tế các cation kim loại này không bị khử mà chỉ có ion H + bị khử - 10 - [...]... lời hoặc tính toán) .Tìm ra kết quả Trong khuân khổ của khóa luận tôi đã trình bày một mảng bài tập nhỏ trong rất nhiều mảng của bài tập hóa học đó là bài tập điện phân và bài tập điên phân được chia thành 6 dạng nhỏ Dạng 1 :Điện phân nóng chảy • Đặc điểm :Điện phân nóng chảy thường có sản phẩm xác định do ở mỗi điện cực chỉ xảy ra một phản ứng duy nhất • Cách làm: +Xem chất điện phân là chất nào(muối,axit... Ag bằng điện cực than chì cũng điện phân với dòng điện có cường độ và thời gian như trên.Tính nồng độ % của dung dịch sau điện phân Bài 4:a,Viết sơ đồ điện phân CuSO4 với điện cực graphit - 32 - b,Cho biết dung dịch sau điện phân có PH = 2 hiệu suất của quá trình bằng 80% Thể tích dung dịch sau điện phân không đổi bằng 1lít.hãy tìm nồng độ mol của các chất sau điện phân và khối lượng CuSO4 trong dung... dòng ở catot với độ tinh khiết 99,99% 5,Mạ điện Điện phân với anot hoạt động cũng dùng trong kĩ thuật mạ điện nhằm bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn và tạo vẻ đẹp cho các vật mạ .Trong mạ điện anot là kim loại dùng để mạ như:Cu,Ag,Au,Cr,Ni Catot là vật cần mạ.Lớp mạ thường rất mỏng độ dầy từ 5.10-5 ÷ 1.10-3.Chẳng hạn như mạ vàng mạ bạc mạ kẽm Chương II :Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng ,dạy. .. thế phân hủy trong mỗi trường hợp bằng tổng số của thế phân cực và quá thế của các sản phẩm: Eph = Epc + η Để xác định sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch của một chất nào đó cần thực hiện các bước sau: 1,Tính thế phân cực của tất cả các trường hợp có thể xảy ra 2,Từ kết quả thu được chọn trường hợp có thể phân hủy bé nhất,đó sẽ là quá trình xảy ra dễ dàng nhất(Thường để so sánh trong điện phân. .. 78,8% Một số bài tập tự giải: Bài 1:a,Hãy giải thích:khi điện phân nóng chảy KCl và khi điện phân dung dịch KCl thì sản phẩm thu được là khác nhau b ,Điện phân hoàn toàn 33,3g muối Clorua của kim loại nhóm IIA thu được 6,72(l) khí Clo ở (đktc).Xác định muối clorua,kim loại Bài 2:a,Viết phương trình điện phân Al2O3(nc) với điện cực bằng than b,Viết phương trình điện phân NaOHnc , MgCl2(nc) với điện cực trơ... Phương trình điện phân: CuSO4 + H2O đpdd → Cu + H2SO4 + (K) 1 2 O2 (A) Ví dụ 2 :Điện phân dung dịch NaNO3 K(-) ← NaNO3dd → Na+,H2O A(+) NO3-, H2O Ở catot : 2H2O +2e →H2 + 2OH1 Ở anot : H2O→ 2 O2 +2 H+ +2e 1 Phương trình điện phân: H2O đpdd → H2 ↑+ 2 O2 ↑ (K) (A) Như vậy trong trường hợp này luôn có sự tham gia điện phân của H2O tương ứng với điện phân của axit và hiđroxit *Lưu ý: Trường hợp... các ion khác trong dung dịch điện li xem như không đổi 4.Quy tắc anpha(α) :(Thường dùng trong trường hợp điện phân hỗn hợp) Dựa theo nguyên tắc :Khi điện phân một hỗn hợp nhiều còn thu cation nào dễ bị khử và anion nào dễ bị oxi hóa sẽ được điện phân trước hay thế khử của cặp nào lớn sẽ điện phân trước 1 .Ở catot cation nhận electron theo thứ tự lần lượt như sau: +ion của kim loại điện phân trước(kim... điểm lưu ý: - 31 - + Khi điện phân dung dịch muối của kim loại M(trung bình hoặc yếu),sau điện phân sinh ra axit ,không xảy ra phản ứng axit trong dung dịch với kim loại bám trên catot khi đang điện phân. Nhưng khi ngừng điện phân thì phản ứng xảy ra bình thường + Số mol trong chất tạo thành tỷ lệ thuận với thời gian t + Trong quá trình điện phân sau cùng vẫn luôn là H2O(khi các chất điện phân đã hết)... Một số bài tập tự giải: Bài 1:Sau một thời gian điện phân 200ml dung dịch CuSO4 với điện cực graphit khối lượng dung dịch giảm 8g.Để làm kết tủa hết ion Cu2+ còn lại trong dung dịch sau điện phân, càn dùng 100ml dung dịch H2SO4 0,5M.Hãy xác đinh nồng độ mol và nồng độ % của dung dịch CuSO4 trước điện phân. Biết dung dịch CuSO4 ban đầu có khối lượng riêng là 1,25g/ml Bài 2 :Điện phân( dùng điện cực trở)dung... tại mỗi điện cực và phương trình điện phân 2,Cho biết tên kim loại trong muối sunfat 3,Hãy tính thể tích của khối khí tạo thành tại anot ở 25oC và 770mlHg Bài 3 :Điện phân dung dịch AgNO3 với điện cực bằng Ag lúc đầu 2 điện cực có khối lượng bằng nhau.Sau một thời giann điện phân đem hai điện cực ra cân lại thấy kém nhau 27g a,tính thời gian điện phân biết I =2,68A b,Nếu thay dung dịch AgNO3 ở trên bằng . tài: Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng dạy ở trường THPT làm khóa luận tốt nghiệp 2.Mục tiêu của đề tài Sử dụng có hiệu quả bài tập điện. tập điện phân trong giảng dạy để nâng cao chất lượng dạy học 3.Nhiệm vụ cuả đề tài Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng dạy ở trường THPH