Đang tải... (xem toàn văn)
I. Định luật bảo toàn electron Trong các quá trình oxi hóa khử thì tổng số mol electron do các chất khử nhường bằng tổng số mol electron do các chất oxi hóa nhận. II. Điện phân 1. Khái niệm Sự điện phân là một quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt hai điện cực của bình điện phân khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện phân ở trạng thái dung dịch hoặc nóng chảy. Chất điện phân là oxit kim loại, axit, bazơ hoặc muối. Cực âm bình điện phân gọi là cực catot, ở đây xảy ra sự khử. Cực dương bình điện phân gọi là cực anot, ở đây xảy ra sự oxi hóa. 2. Phân loại Sự điện phân chia làm 2 trường hợp: điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch. 2.1. Điện phân nóng chảy Thường dùng để điện phân một số muối ( chủ yếu muối halogenua), oxit, hiđroxit của kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm nhằm mục đích điều chế các kim loại đó và một số phi kim như F2, Cl2, O2… 2.1.1. Điện phân nóng chảy muối halogenua Phương trình điện ly MXn Mn+ + nX Sơ đồ điện phân Catot () Mn+ Anot (+) X Mn+ + ne M 2X X2 + 2e Phương trình điện phân 2MXn 2M + nX2 Ví dụ: Điện phân nóng chảy muối KCl Phương trình điện ly KCl K+ + Cl Sơ đồ điện phân Catot () K+ Anot (+) Cl K+ + 1e K 2Cl Cl2 + 2e Phương trình điện phân 2KCl 2K + Cl2 2.1. 2. Điện phân nóng chảy hiđroxit kim loại. Phương trình điện ly M(OH)n Mn+ + nOH Sơ đồ điện phân Catot () Mn+ Anot (+) OH Mn+ + ne M 4OH O2 + 4e + 2H2O Phương trình điện phân 4M(OH)n 4M + nO2 + 2nH2O Thông thường là điện phân nóng chảy hiđroxit kim loại kiềm. Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaOH. Phương trình điện ly NaOH Na+ + OH Sơ đồ điện phân Catot () Na+ Anot (+) OH Na+ + 1e Na 4OH O2 + 4e + 2H2O Phương trình điện phân 4NaOH 4Na + O2 + 2H2O 2.1. 3. Điện phân nóng chảy oxit kim loại. Phương trình điện ly M2On 2Mn+ + nO2 Sơ đồ điện phân Catot () Mn+ Anot (+) O2 Mn+ + ne M 2O2 O2 + 4e Phương trình điện phân 2M2On 4M + nO2 Ví dụ: Điện phân nóng chảy Al2O3. Phương trình điện ly Al2O3 2Al3+ + 3O2 Sơ đồ điện phân Catot () Al3+ Anot (+) O2 Al3+ + 3e Al 2O2 O2 + 4e Phương trình điện phân 2Al2O3 4Al + 3O2 2.2. Điện phân dung dịch 2.2.1. Điện phân dung dịch chứa một chất điện phân với anot trơ. 2.2.1.1. Điện phân dung dịch muối mà gốc axit không có oxi, thông thường là các muối halogenua ( MXn) . Phương trình điện ly MXn Mn+ + nX Sơ đồ điện phân Catot () Mn+, H2O Anot (+) X , H2O Nếu Mn+ là ion kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm thì Mn+ không điện phân mà H2O điện phân. Ion gốc axit không có oxi sẽ điện phân, H2O không điện phân. 2H2O + 2e H2 + 2OH sau đó:Mn+ + nOH M(OH)n 2X X2 + 2e Phương trình điện phân 2MXn + 2nH2O 2M(OH)n + nH2 + nX2 Sơ đồ điện phân Nếu Mn+ là ion kim loại khác đứng sau nhôm trong dãy điện hóa thì ion kim loại bị điện phân, H2O không bị điện phân. Ion gốc axit không có oxi sẽ điện phân, H2O không điện phân. Mn+ + ne M 2X X2 + 2e Phương trình điện phân 2MXn 2M + nX2. Ví dụ 1: Điện phân dung dịch NaCl. Phương trình điện ly NaCl Na+ + Cl Sơ đồ điện phân Catot () Na+, H2O Anot (+) Cl , H2O Na+ là ion kim loại kiềm nên Na+ không điện phân mà H2O điện phân. Ion Cl không có oxi nên sẽ điện phân, H2O không điện phân. 2H2O + 2e H2 + 2OH sau đó: Na+ + OH NaOH 2Cl Cl2 + 2e Phương trình điện phân 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 Ví dụ 2: Điện phân dung dịch FeCl2. Phương trình điện ly FeCl2 Fe2+ + 2Cl Sơ đồ điện phân Catot () Fe2+, H2O Anot (+) Cl , H2O Ion Fe2+ là không phải ion kim loại kiềm, kiềm thổ, đứng sau nhôm trong dãy điện hóa nên ion kim loại bị điện phân, H2O không bị điện phân. Ion Cl không có oxi nên sẽ điện phân, H2O không điện phân. Fe2+ + 2e Fe 2Cl Cl2 + 2e Phương trình điện phân FeCl2 Fe + Cl2. Ghi chú: Trong dung dịch H2O phân li rất ít ra ion H+ và OH nên ở catot và anot ngoài ion kim loại, ion gốc axit ta ghi thêm H2O.
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân Phần A: ĐẶT VẤN ĐỀ I Lý chọn đề tài Đối với môn hóa học, tập đóng vai trò quan trọng việc củng cố, khắc sâu kiến thức học Nội dung môn hóa trường phổ thông phong phú, đa dạng học sinh môn hóa môn học khó Vì em e ngại giải tập, kĩ giải tập em yếu thời gian học tập lớp hạn chế ( 02 tiết/tuần ban bản), chủ yếu thiên lí thuyết Do đó, học sinh nắm vững dạng tập, biết cách giải chúng việc học môn hóa trở nên đơn giản dễ dàng Thực tiễn chứng minh cách tốt để nhớ, hiểu vận dụng kiến thức học giải tập Nhưng đa số em thường làm tập quen thuộc lúng túng, khó khăn gặp tập dù không khó, em chưa biết vận dụng phương pháp để giải toán Để giúp em giải tốt tập phần điện phân chương đại cương kim loại hóa 12 mạnh dạn nghiên cứu đề tài " Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân" II Mục đích nghiên cứu: tìm phương pháp giải toán nhanh giúp học sinh dễ hiểu, khắc sâu kiến thức hứng thú với môn học III Phạm vi nghiên cứu: Bài tập điện phân chương hóa 12 ban IV Đối tượng nghiên cứu: Học sinh trường THPT Phạm Văn Đồng V Phương pháp nghiên cứu: - Tổng quan tài liệu, nghiên cứu chương trình, hồ sơ chuyên môn - Quan sát công việc dạy - học giáo viên học sinh - Thực nghiệm, thu thập xử lí thông tin Sáng kiến kinh nghiệm Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân Phần B: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THỰC TIỄN Qua nhiều năm giảng dạy môn hóa học trường THPT Phạm Văn Đồng nhận thấy giải tập hóa học, đặc biệt tập điện phân, đa số em học sinh chọn cách viết phương trình phản ứng, cân phương trình dựa vào kiện mà đề cho để tính toán, tìm đáp số Với cách giải có em học sinh viết phương trình, cân phương trình tìm đáp án Do vậy, giáo viên tập em ngại làm làm số tập đơn giản điện phân nóng chảy Còn tập điện phân dung dịch đặc biệt hỗn hợp dung dịch, em thường không làm Khi em không làm tập em sinh tâm lý chán nản, không yêu thích môn tiết luyện tập dần trở thành cực hình em Để khắc phục tình trạng này, tiết luyện tập điều chế kim loại chương đại cương kim loại tiết tự chọn sử dụng phương pháp bảo toàn electron để hướng dẫn học sinh, giúp học sinh giải tập điện phân nhanh hơn, xác hiểu chất trình oxi hóa - khử xảy điện cực bình điện phân Sáng kiến kinh nghiệm Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân CHƯƠNG 2: KIẾN THỨC CƠ BẢN I Định luật bảo toàn electron Trong trình oxi hóa- khử tổng số mol electron chất khử nhường tổng số mol electron chất oxi hóa nhận ∑n e nhuong = ∑n e nhan II Điện phân Khái niệm Sự điện phân trình oxi hóa - khử xảy bề mặt hai điện cực bình điện phân có dòng điện chiều qua chất điện phân trạng thái dung dịch nóng chảy Chất điện phân oxit kim loại, axit, bazơ muối Cực âm bình điện phân gọi cực catot, xảy khử Cực dương bình điện phân gọi cực anot, xảy oxi hóa Phân loại Sự điện phân chia làm trường hợp: điện phân nóng chảy điện phân dung dịch 2.1 Điện phân nóng chảy Thường dùng để điện phân số muối ( chủ yếu muối halogenua), oxit, hiđroxit kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm nhằm mục đích điều chế kim loại số phi kim F2, Cl2, O2… 2.1.1 Điện phân nóng chảy muối halogenua Phương trình điện ly Sơ đồ điện phân MXn Catot (-) nc Mn+ + nX→ Mn+ → Mn+ + ne M dpnc → Phương trình điện phân 2MXn 2M + nX2 Sáng kiến kinh nghiệm Anot (+) X→ 2X- X2 + 2e Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân Ví dụ: Điện phân nóng chảy muối KCl Phương trình điện ly Sơ đồ điện phân KCl Catot (-) nc K+ + Cl→ Anot (+) K+ K+ + 1e K → dpnc Phương trình điện phân 2KCl 2K + Cl2 → Cl2Cl- Cl2 + 2e → 2.1 Điện phân nóng chảy hiđroxit kim loại Phương trình điện ly M(OH)n nc Mn+ + nOH→ Catot (-) Anot (+) Sơ đồ điện phân Mn+ OHMn+ + ne M 4OH- O2 + 4e + 2H2O → → dpnc Phương trình điện phân 4M(OH)n 4M + nO2 + 2nH2O → Thông thường điện phân nóng chảy hiđroxit kim loại kiềm Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaOH Phương trình điện ly nc NaOH Na+ + OH→ Catot (-) Anot (+) Sơ đồ điện phân Na+ OH→ → Na+ + 1e Na 4OH- O2 + 4e + 2H2O dpnc → Phương trình điện phân 4NaOH 4Na + O2 + 2H2O 2.1 Điện phân nóng chảy oxit kim loại Phương trình điện ly M2On Catot (-) nc 2Mn+ + nO2→ Anot (+) Sơ đồ điện phân Mn+ O2Mn+ + ne M 2O2- O2 + 4e → → dpnc Phương trình điện phân 2M2On 4M + nO2 → Ví dụ: Điện phân nóng chảy Al2O3 Phương trình điện ly Sáng kiến kinh nghiệm Al2O3 nc 2Al3+ + 3O2→ Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân Sơ đồ điện phân Catot (-) Anot (+) Al3+ O2Al3+ + 3e Al 2O2- O2 + 4e → → dpnc Phương trình điện phân 2Al2O3 4Al + 3O2 → 2.2 Điện phân dung dịch 2.2.1 Điện phân dung dịch chứa chất điện phân với anot trơ 2.2.1.1 Điện phân dung dịch muối mà gốc axit oxi, thông thường muối halogenua ( MXn) Phương trình điện ly → MXn Mn+ + nX- Catot (-) Anot (+) Mn+, H2O X- , H2O Nếu Mn+ ion kim loại kiềm, Ion gốc axit Sơ đồ điện phân kiềm thổ, nhôm Mn+ oxi điện phân, H2O không điện phân mà H2O không điện phân điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH- → 2X- X2 + 2e sau đó:Mn+ + nOH- → M(OH)n dpdd Phương trình điện phân 2MXn + 2nH2O 2M(OH)n + nH2 + nX2 → Nếu Mn+ ion kim loại khác Ion gốc axit đứng sau nhôm dãy oxi điện phân, H2O Sơ đồ điện phân điện hóa ion kim loại bị không điện phân điện phân, H2O không bị điện phân → Mn+ + ne M → 2X- X2 + 2e dpdd Phương trình điện phân 2MXn 2M + nX2 → Ví dụ 1: Điện phân dung dịch NaCl Phương trình điện ly Sáng kiến kinh nghiệm → NaCl Na+ + Cl- Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân Sơ đồ điện phân Catot (-) Anot (+) Na+, H2O Cl- , H2O Na+ ion kim loại kiềm Ion Cl- oxi nên nên Na+ không điện phân điện phân, H2O không mà H2O điện phân điện phân → H2 + 2OH- 2Cl- Cl2 + 2e 2H2O + 2e → sau đó: Na+ + OH- → NaOH dpdd Phương trình điện phân 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 → Ví dụ 2: Điện phân dung dịch FeCl2 Phương trình điện ly FeCl2 Fe2+ + 2Cl→ Catot (-) Anot (+) Fe2+, H2O Cl- , H2O Ion Fe2+ ion Ion Cl- oxi nên kim loại kiềm, kiềm thổ, điện phân, H2O không đứng sau nhôm dãy điện phân Sơ đồ điện phân điện hóa nên ion kim loại bị điện phân, H2O không bị điện phân Fe2+ + 2e Fe → 2Cl- Cl2 + 2e → dpdd → Phương trình điện phân FeCl2 Fe + Cl2 Ghi chú: Trong dung dịch H2O phân li ion H + OH- nên catot anot ion kim loại, ion gốc axit ta ghi thêm H2O 2.2.1.2 Điện phân dung dịch muối mà gốc axit có oxi, thông thường muối sunfat ( M2(SO4)n), muối nitrat (M(NO3)n) Phương trình điện ly Sáng kiến kinh nghiệm M2(SO4)n 2Mn+ + n SO 2− → Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân → M(NO3)n Mn+ + n NO3 Anot (+) Catot (-) Sơ đồ điện phân SO 2− NO3 , H2O Mn+, H2O Nếu Mn+ ion kim loại Ion gốc axit có oxi kiềm, kiềm thổ, nhôm không điện phân, H2O Mn+ không điện phân mà điện phân H2O điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → O2 + 4e + 4H+ Như vậy, trình điện phân thực chất điện phân Phương trình điện phân H2O, muối chất dẫn điện 2H2O → 2H2 + O2 M (SO ) hoac M(NO ) n+ Nếu M ion kim loại Ion gốc axit có oxi dpdd n n khác đứng sau nhôm không điện phân, H2O Sơ đồ điện phân dãy điện hóa ion điện phân kim loại bị điện phân, H2O không bị điện phân → Mn+ + ne M 2H2O → O2 + 4e + 4H+ sau đó: 2H+ + SO 2− → H2SO4 Phương trình điện phân Hoặc H+ + NO3 → HNO3 dpdd 2M2(SO4)n + 2nH2O 4M + nO2 + 2nH2SO4 → dpdd → 4M(NO3)n + 2nH2O 4M + nO2 + 4nHNO3 Ví dụ 1: Điện phân dung dịch Na2SO4 Phương trình điện ly → Na2SO4 2Na+ + SO 2− Catot (-) Sơ đồ điện phân Sáng kiến kinh nghiệm Anot (+) SO 2− , H2O Na+, H2O + 2− Ion Na ion kim loại Ion SO có oxi không Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân kiềm nên không điện điện phân, H2O điện phân mà H2O điện phân phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → O2 + 4e + 4H+ Như vậy, trình điện phân thực chất điện phân Phương trình điện phân H2O, muối Na2SO4 chất dẫn điện 2H2O dpdd → 2H2 + O2 Na 2SO4 Ví dụ 2: Điện phân dung dịch AgNO3 Phương trình điện ly Sơ đồ điện phân AgNO3 Ag+ + NO3 → Anot (+) Catot (-) NO3 , H2O Ag+, H2O Ion Ag+ ion kim loại Ion NO3 có oxi không khác đứng sau nhôm điện phân, H2O điện Sơ đồ điện phân dãy điện hóa nên phân ion Ag+ bị điện phân, H2O không bị điện phân → Ag+ + 1e Ag 2H2O → O2 + 4e + 4H+ sau đó: Hoặc H+ + NO3 → HNO3 dpdd → Phương trình điện phân 4AgNO3+ 2H2O 4Ag + O2 + 4HNO3 Nếu dung dịch muối M(RCOO)n Phương trình điện ly M(RCOO)n Mn+ + nRCOO→ Catot (-) Sơ đồ điện phân Anot (+) Mn+, H2O RCOO-, H2O Nếu Mn+ ion kim loại Ion RCOO- điện phân, kiềm, kiềm thổ, nhôm H2O không điện phân Mn+ không điện phân mà Sáng kiến kinh nghiệm Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân H2O điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2RCOO- → R-R + 4e sau đó: Phương trình điện phân + 2CO2 Mn+ + nOH- → M(OH)n dpdd 2M(RCOO)n + nH2O → 2M(OH)n + nR-R + 2nCO2 Nếu M ion kim loại Ion RCOO- điện phân, n+ khác đứng sau nhôm H2O không điện phân Sơ đồ điện phân dãy điện hóa ion kim loại bị điện phân, H2O không bị điện phân → Mn+ + ne M 2RCOO- → R-R + 4e + 2CO2 Phương trình điện phân 2M(RCOO)n 2M + nR-R + 2nCO2 → dpdd Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CH3COONa → CH3COONa Na+ + CH3COO- Phương trình điện ly Catot (-) Anot (+) Na+, H2O CH3COO-, H2O Ion Na+ ion kim loại Ion CH3COO- điện Sơ đồ điện phân kiềm nên không điện phân, H2O không điện phân mà H2O điện phân phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2CH3COO- → sau đó: Sáng kiến kinh nghiệm CH3 - CH3 + 4e + 2CO2 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân Na+ + OH- → NaOH dpdd 2CH3COONa + H2O 2NaOH + CH3-CH3 → Phương trình điện phân + 2CO2 Ví dụ 2: Điện phân dung dịch (CH3COO)2Zn Phương trình điện ly (CH3COO)2Zn Zn2+ + 2CH3COO→ Catot (-) Sơ đồ điện phân Anot (+) Zn2+, H2O CH3COO-, H2O Ion Zn2+ ion Ion CH3COO- điện kim loại kiềm nên điện phân, H2O không điện phân , H2O không điện phân phân Zn2+ + 2e → Zn 2CH3COO- → CH3 - CH3 + 4e + 2CO2 Phương trình điện phân dpdd (CH3COO)2Zn Zn + CH3-CH3 + 2CO2 → 2.2.2 Điện phân dung dịch chứa hai hay nhiều chất điện phân với anot trơ Trong dung dịch có nhiều chất điện phân ta tuân theo nguyên tắc sau: Ở catot: cation có tính oxi hóa mạnh dễ bị khử theo quy luật K + Ba 2+ Ca 2+ Na + Mg 2+ Al3+ H + Mn 2+ Zn 2+ Cr 3+ Fe 2+ Ni 2+ Sn 2+ Pb 2+ H + Cu 2+ Ag + Hg 2+ H2O axit Ở anot: anion điện phân theo thứ tự Sáng kiến kinh nghiệm 10 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân nhường 0,6 mol electron electron nhường thực tế 0,54 mol => Cl chưa điện phân hết Dung dịch sau điện phân có 0,54 mol OH - tham gia phản ứng với AlCl3 Áp dụng công thức tính n OH = 4n Al - n ket tua - 3+ => n ket tua = n OH - 4n Al = 0,54 − 4.2.0, 08 = 0,1 mol - 3+ => m Al(OH) = 0,1.78 = 7,8 gam => chọn đáp án C Ví dụ 3: Điện phân có màng ngăn 500ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M NaCl 0,5M ( điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với I = 5A 3860 giây Dung dịch thu sau điện phân có khả hòa tan hết m gam Al Giá trị lớn m A 4,05 B 2,70 C 1,35 D 5,40 ( trích đề thi đại học khối B năm 2009) Hướng dẫn Số mol e trao đổi: ne = (I.t)/F = (5.3860)/96500 = 0,2 mol n CuCl2 = 0,5.0,1 = 0,05 mol; n NaCl = 0,5.0,5 = 0,25 mol Phương trình điện li: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl0,05 → 0,05 → 0,1mol NaCl → Na+ + Cl0,25 → 0,25 → 0,25 Ở catot: có ion Cu2+ ( 0,05 mol), Na+( 0,25 mol), H2O Ion Cu2+ điện phân hết đến H2O, Na+ không điện phân Cu2+ + e → Cu 0,05 → 0,1 mol Số mol e trao đổi 0,2mol mà Cu 2+ nhận 0,1 mol electron 0,1 mol electron H2O điện phân Sáng kiến kinh nghiệm 35 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân H2O + e → H2 + 2OH0,1mol → 0,1mol Ở anot: có Cl- (0,1 + 0,25 = 0,35 mol), H2O Cl- điện phân hết đến H2O 2Cl- → Cl2 + 2e ¬ 0,2 mol 0,2 => Ion Cl- chưa điện phân hết ( số mol electron trao đổi 0,2 mol => số mol Cl- bị điện phân 0,2 mol => Cl- dư 0,35 -0,2 = 0,15 mol) => dung dịch sau điện phân có ion OH- tham gia phản ứng với Al 2OH- + 2Al + H2O → AlO − + 3H2 0,1 → 0,1 => mAl = 0,1.27 = 2,7 gam=> chọn đáp án B Bài tập tự rèn luyện Bài 1: Điện phân có màng ngăn 500ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,1M AgNO3 0,5M ( điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với I = 5A 3860 giây Dung dịch thu sau điện phân có khả hòa tan hết m gam Al Giá trị lớn m A 3,15 B 2,70 C 1,8 D 5,40 Bài 2: Điện phân có màng ngăn 500ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M Zn(NO3)2 0,1M ( điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với I = 5A 3860 giây Dung dịch thu sau điện phân có khả hòa tan hết m gam Al Giá trị lớn m A 0,90 B 2,70 C 1,8 D 5,40 Bài 3: Điện phân có màng ngăn 300ml dung dịch hỗn hợp gồm BaCl2 0,5M KCl 1M ( điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với I = 9,65A 5400 giây Dung dịch sau điện phân cho tác dụng với V ml dung dịch Al(NO3)3 1M thấy xuất 7,8 gam kết tủa Giá trị V A 320ml B 80ml C 160ml D 240ml Điện phân dung dịch với bình điện phân mắc nối tiếp song song Sáng kiến kinh nghiệm 36 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân * Với bình điện phân mắc nối tiếp Các bình điện phân mắc nối tiếp có cường độ dòng điện thời gian điện phân nên số mol electron thu, nhường hai điện cực bình * Với bình điện phân mắc song song - Thời gian điện phân bình - Cường độ dòng điện mạch tổng cường độ mạch rẽ I = I1 + I2 + I3 + - Số mol electron thu nhường mạch tổng số mol electron thu nhường mạch rẽ n e = n e1 + n e2 + n e3 + Ví dụ 1: Có hai bình điện phân mắc nối tiếp: bình (1) chứa dung dịch AgNO3; bình (2) chứa dung dịch RSO điện phân thời gian ngừng, thấy catot bình (1) tăng gam, catot bình (2) tăng 1,48 gam Tìm R Hướng dẫn Bình (1) AgNO3 → Ag+ + NO3 Bình (2) Phương trình điện li: RSO4 → R2+ + SO 2− Ở catot bình có ion Ag+, H2O Ion Ag+ điện phân Ag+ + e → Ag 5 ¬ mol 108 108 Số mol electron thu bình (2) = Số mol electron thu bình (1)= mol 108 Ở catot bình (2) có ion R2+, H2O R2+ điện phân R2+ + 2e → R 5 → mol 108 2.108 Sáng kiến kinh nghiệm 37 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân mR = MR = 1,48 gam => MR = 63,936 => R Cu 2.108 Ví dụ 2: Có hai bình điện phân mắc nối tiếp - Bình 1: Chứa lít dung dịch CuCl2 2x mol/l - Bình 2: Chứa lít dung dịch AgNO3 x mol/l Thực điện phân với điện cực trơ thời gian 50 phút, I = 1,93A Trộn hai dung dịch sau điện phân thu kết tủa dung dịch sau pha trộn có 0,08 mol Cl- Tìm x Hướng dẫn n AgNO3 = 2.x (mol); n CuCl2 =1.2x = 2x (mol) Phương trình điện li: bình (1): bình (2): CuCl → Cu 2+ + 2Cl2x → 2x → 4x mol − AgNO3 → Ag + + NO3 2x → 2x → 2x mol số mol electron trao đổi điện cực bình điện phân ne = (I.t)/F = (1,93.50.60)/96500 = 0,06 mol Trộn dung dịch sau điện phân thu kết tủa dung dịch sau pha trộn có 0,08 mol Cl- => bình (1) ion Cl- điện phân không hết, bình (2) ion Ag+ điện phân không hết Bình Bình 2+ 2+ + catot: ion Cu , H2O Cu điện catot: ion Ag , H2O Ag+ điện phân phân Ag+ + 1e → Ag (**) Cu2+ + e → Cu 0,06 ¬ 0,06 0,06 → 0,03 anot: Cl- , H2O Cl- điện phân 2Cl- → Cl2 + e (*) anot: NO3 , H2O H2O điện phân 2H2O → O2 + 4e + 4H+ 0,015 ¬ 0,06 0,06 ¬ 0,06 Gọi số mol Ag+, Cl- phản ứng y mol Ag+ + Cl- → AgCl ↓ (***) Sáng kiến kinh nghiệm 38 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân y → y mol Số mol Cl- ban đầu = 4x = n Cl (*) + n Cl (***) + n Cl (du) = 0,06 + y + 0,08 - - - = y + 0,14 (****) Số mol Ag+ ban đầu = 2x = n Ag + (**) + n Ag+ (***) = 0,06 + y (*****) Từ (****) (*****) => x = 0,04; y = 0,02 Ví dụ 3: Có hai bình điện phân với điện cực trơ màng ngăn xốp mắc song song với - Bình 1: chứa 500ml dung dịch ZnSO4 1M - Bình 2: chứa 1000ml dung dịch NaCl 2M Thực điện phân thời gian 2500 giây với I = 96,5A ngừng Lúc bình thu 16,25 gam kim loại catot Lấy dung dịch sau điện phân trộn lại với Tính nồng độ chất dung dịch sau pha trộn Hướng dẫn n ZnSO4 = 0,5.1 = 0,5 mol; n NaCl = 2.1 = 2mol Phương trình điện li 2ZnSO → Zn 2+ + SO 0,5mol → 0,5mol → 0,5mol NaCl → Na + + Cl2mol → 2mol → 2mol Số mol e = (I.t)/F = (96,5.2500)/96500 = 2,5 mol Ở catot bình 1: Ion Zn2+ điện phân Zn2+ + 2e → Zn 0,25 ¬ 0,5 ¬ 16,25 = 0,25 (mol) 65 Vì mắc song song nên số mol electron nhận catot bình (1) (2) phải 2,5 mol => số mol e nhận catot bình (2 ) = 2,5 -0,5 = 2,0 mol Ở catot bình (2): ion Na+ không điện phân mà H2O điện phân Sáng kiến kinh nghiệm 39 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân 2H2O + e ¬ H2 + 2OH2,0 mol ¬ 2,0 mol Ở anot bình (1): Ion SO 2− không điện phân mà H2O điện phân 2H2O ¬ O2 + e + 4H+ 0,5 ¬ 0,5mol anot bình (2): Ion Cl- điện phân, H2O không điện phân 2Cl- → Cl2 + e 2,0 → 2,0 mol Vì mắc song song nên số mol electron nhường anot bình (1) (2) phải 2,5 mol => số mol e nhường anot bình (1 ) = 2,5 -2,0 = 0,5 mol Sau điện phân bình (1) có Zn2+ dư 0,25 mol, OH- (2,0 mol), SO 2- (0,5 mol) Sau điện phân bình (2) có Na+ 2,0 mol, H+ (0,5 mol) Trộn dung dịch bình ta có ion H+ phản ứng với ion OH- trước H+ + OH- → H2O Ban đầu 0,5 2,0 mol Phản ứng 0,5 → 0,5 Sau phản ứng 0mol 1,5 mol Sau phản ứng ion OH- dư 1,5 mol Ion OH- tiếp tục phản ứng với ion Zn2+ theo phương trình sau: Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2 ↓ Ban đầu 0,25 1,5 mol Phản ứng 0,25 → 0,5 → 0,25 mol Sau phản ứng mol 1,0 0,25 mol Sau phản ứng ion OH- dư 1,0 mol, mà Zn(OH)2 hiđroxit lưỡng tính nên tiếp tục xảy phản ứng sau: 2OH- + Zn(OH)2 → ZnO 2- + 2H2O Sáng kiến kinh nghiệm 40 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân Ban đầu 1,0 0,25 mol Phản ứng 0,5 ¬ Sau phản ứng 0,5 0,25 → 0,0 0,25 mol 0,25mol Vậy 1500ml dung dịch sau pha trộn có Na+ (2,0 mol); SO 2- (0,5 mol); OH4 (0,5 mol); ZnO 2- (0,25 mol) Các chất dung dịch có: NaOH (0,5 mol); Na 2SO4 (0,5 mol) Na2ZnO2 (0,25 mol) C NaOH = 0,5 0,5 0,25 = 0,33M; C Na 2SO4 = = 0,33M; C Na ZnO2 = = 0,167M 1,5 1,5 1,5 Bài tập tự rèn luyện Bài 1: Có hai bình điện phân mắc nối tiếp: bình (1) chứa dung dịch Cu(NO3)2; bình (2) chứa dung dịch RSO điện phân thời gian ngừng, thấy catot bình (1) tăng 1,28 gam, catot bình (2) tăng 1,18 gam Tìm R Đáp án: Ni Bài 2: Có hai bình điện phân mắc nối tiếp: bình (1) chứa dung dịch AgNO3; bình (2) chứa dung dịch RCl2 điện phân thời gian ngừng, thấy catot bình (1) tăng 5,94 gam, catot bình (2) tăng 1,54 gam Tìm R Đáp án: Fe Bài 3: Có hai bình điện phân mắc nối tiếp - Bình 1: Chứa lít dung dịch NiCl2 2x mol/l - Bình 2: Chứa lít dung dịch AgNO3 x mol/l Thực điện phân với điện cực trơ thời gian 50 phút, I = 1,93A Trộn hai dung dịch sau điện phân thu kết tủa dung dịch sau pha trộn có 0,07 mol Cl- Tìm x Đáp án: x = 0,035 Điện phân dung dịch với anot tan Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với cực anot Cu Khi catot có 2,56 gam kim loại Cu bám vào anot có khí xuất chưa có thể tích khí đo đktc Sáng kiến kinh nghiệm 41 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân A 0,448 lít B 0,672 lít C 0,224 lít D Chưa có khí Hướng dẫn → CuSO4 Cu2+ + SO2− Phương trình điện ly Catot (-) Cu2+, H2O Cu2+ + 2e → Cu Sơ đồ điện phân Anot (+) SO 2− , H2O 2,56 = 0, 04 0,08 ¬ 64 Cu → Cu2+ + 2e ¬ 0,08 0,04 Kim loại Cu tải từ cực anot sang cực catot nên cực anot mòn dần Dung dịch CuSO4 không đổi nên anot khí bay => chọn đáp án D Bài tập tự rèn luyện Bài 1: Điện phân dung dịch AgNO3 với cực anot Ag Khi catot có 2,16 gam kim loại Ag bám vào thể tích khí thu anot đo đktc A 0,448 lít B 0,336 lít C 0,00 lít D 0,224 lít Bài 2: Điện phân dung dịch Cu(NO3)2 với cực anot Cu Khi catot có 1,6 gam kim loại bám vào khối lượng anot giảm A 3,2 gam B 1,6 gam Sáng kiến kinh nghiệm C 0,0 gam D 0,8 gam 42 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Bài tập điện phân chương trình phổ thông ít, chủ yếu học sinh học 01 tiết lý thuyết điều chế kim loại 01 tiết luyện tập điều chế kim loại chương trình hóa 12 thi học sinh lại hay gặp dạng tập Như vậy, thời gian để luyện tập, củng cố kiến thức phần điện phân ít, đòi hỏi giáo viên phải lựa chọn kiến thức trọng tâm, tập để củng cố cho học sinh Trong trình giảng dạy phần điều chế kim loại, giảng dạy theo phương pháp sơ đồ hóa trình oxi hóa – khử cực bình điện phân, đưa nhiều ví dụ minh họa nhằm giúp học sinh nắm rõ chất trình điện cực áp dụng phương pháp bảo toàn electron để tìm đáp số toán Lúc đầu em lúng túng qua hướng dẫn giáo viên em biết cách xác định trình oxi hóa - khử hai Sáng kiến kinh nghiệm 43 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân điện cực bình điện phân Các em hiểu vấn đề biết cách giải tập điện phân phương pháp bảo toàn electron mà không cần viết đầy đủ phương trình điện phân Tuy nhiên, số lượng tập điện phân hạn chế nên giáo viên phải biên soạn tập từ đơn giản đến phức tạp, theo dạng khác nhau, với dạng có hướng dẫn giải cụ thể để học sinh tự rèn luyện thêm nhà CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Việc vận dụng phương pháp bảo toàn electron để hướng dẫn học sinh giải tập điện phân tạo chuyển biến tích cực tâm lý học sinh, em không ngại làm tập phần trước Trước kia, giải tập phần em phải viết đầy đủ phương trình điện phân, cân phương trình giải đáp án đúng, viết phương trình điện phân sai, cân phương trình sai kết toán sai Trước hướng dẫn học sinh giải tập điện phân theo phương pháp bảo toàn electron, giáo viên đề kiểm tra thu kết sau: Lớp Sĩ số 12C1 40 Sáng kiến kinh nghiệm Điểm Điểm Điểm Điểm TB 20 đến 18 đến 10 trở lên 20 44 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân (50%) (45%) (5%) (50%) 25 13 13 12C5 38 (65,8%) (34,2%) (0%) (34,2%) 45 31 33 Cộng 78 (57,9%) (39,6%) (2,5%) (42,1%) Bài tập điện phân dạng tập khó học sinh đến chương đại cương kim loại hóa học lớp 12 em học Do đó, gặp dạng tập này, đặc biệt tập điện phân dung dịch, em thường lúng túng, sản phẩm sau điện phân chất nên không viết phương trình, từ không tìm đáp số toán Sau hướng dẫn học sinh giải tập điện phân phương pháp bảo toàn electron, giáo viên đề khảo sát việc áp dụng phương pháp bảo toàn electron để giải tập điện phân thu kết sau: Lớp Sĩ số 12C1 40 12C5 38 Cộng 78 Điểm Điểm Điểm Điểm TB 10 đến 25 đến 10 trở lên 30 (25%) 18 (62,5%) 19 (12,5%) (75%) 20 (47,4%) 28 (50%) 44 (2,6%) (52,6%) 50 (36,2%) (56,3%) (7,5%) (63,8%) Như vậy, đa số em hào hứng với việc sử dụng phương pháp bảo toàn electron để giải tập điện phân Đa số em hiểu giải toán Tuy nhiên số học sinh áp dụng phương pháp bảo toàn electron có đáp án sai em xác định nhầm Sáng kiến kinh nghiệm 45 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân trình điện cực Vì vậy, để áp dụng phương pháp bảo toàn electron để giải tập điện phân học sinh cần phải nắm catot có chứa ion nào, anot có ion thứ tự điện phân điện cực Và phải nhớ số mol electron mà catot nhận với số mol electron mà anot nhường PHẦN C: KẾT LUẬN Việc vận dụng phương pháp bảo toàn electron vào giải tập hóa học cần thiết không với tập điện phân mà cần thiết với dạng tập có liên quan đến phản ứng oxi hóa - khử Học sinh không cần viết đầy đủ phương trình điện phân, không cần cân phương trình, cần nắm rõ catot có ion nào, anot có ion nào, thứ tự điện phân ion quy tắc số mol electron nhường anot số mol electron nhận catot em tìm đáp án toán cách dễ dàng Không em ôn luyện cách viết phương trình điện ly, xác định ion dung dịch toán hóa học trở nên nhẹ nhàng với em Bài tập điện phân đa dạng giới hạn đề tài hướng dẫn em sử dụng phương pháp bảo toàn electron để giúp học sinh giải nhanh hơn, xác số tập điện phân hay gặp, giúp em thấy dạng tập không khó biết cách học Sáng kiến kinh nghiệm 46 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân Do lực thân hạn chế nên đề tài không tránh khỏi có thiếu sót, mong đóng góp ý kiến quý đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn IaSao, ngày 09 tháng năm 2014 Người thực đề tài Nguyễn Thị Hương TÀI LIỆU THAM KHẢO Cao Cự Giác Các phương pháp chọn lọc giải nhanh tập trắc nghiệm hóa học - Nhà xuất giáo dục Việt Nam Nguyễn Xuân Trường Bài tập hóa học 12 - Ban - Nhà xuất giáo dục Việt Nam Lê Thanh Xuân Các dạng toán phương pháp giải hóa học 12 ( phần vô cơ) - Nhà xuất giáo dục Việt Nam Sáng kiến kinh nghiệm 47 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân MỤC LỤC Nội dung Phần A: Đặt vấn đề Phần B: Nội dung Chương 1: Cơ sở thực tiễn Chương 2: Kiến thức I Định luật bảo toàn electron II Điện phân Khái niệm Phân loại Chương 3: Các dạng toán điện phân phương pháp giải I Bài tập điện phân nóng chảy Tìm công thức muối đem điện phân Tìm khối lượng kim loại catot thể tích khí anot Hiệu suất điện phân Bài tập tự rèn luyện II Bài tập điện phân dung dịch Bài toán không cho giả thiết cường độ dòng điện thời gian Bài toán cho giả thiết cường độ dòng điện, thời gian Điện phân dung dịch với bình điện phân mắc nối tiếp Trang 2 3 3 14 14 14 15 16 16 17 18 27 37 song song Điện phân dung dịch với anot tan 42 Sáng kiến kinh nghiệm 48 Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt tập điện phân Chương 4: Giải pháp thực 44 Chương 5: Kết đạt 45 Phần C: Kết luận 47 Tài liệu tham khảo 48 Sáng kiến kinh nghiệm 49