LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáoThS Nguyễn Đức Minh người trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện giúp em trongq trình hồn thành khóa luận Bên cạnh đó, cho phép em gửi lời cảm ơn tới thầy cô Bộ môn Hóa học, Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Quảng Bình, bạn sinh viên lớp Đại học Sư phạm Hóa k56 tạo điều kiện, động viên khích lệ em thời gian vừa qua Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, nên kết nghiên cứu nhiều điều chưa thực mong muốn Vì vậy, em mong nhận góp ý, bảo thầy cô giáo, bạn sinh viên để báo cáo em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Đồng Hới, tháng năm 2018 Sinh viên Phan Thị Phương Linh LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Hệ thống câu hỏi tập phần điện hóa học để bồi dưỡng đội tuyển dự thi olympic hóa học sinh viên toàn quốc” kết nghiên cứu riêng em hướng dẫn thầy giáoThS Nguyễn Đức Minh chưa cơng bố tài liệu Sinh viên Phan Thị Phương Linh DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tên đầy đủ BTHH Bài tập hóa học HSGQG Học sinh giỏi Quốc gia NĐCB Nồng độ cân BĐ Ban đầu PƯ Phản ứng THPT Trung học phổ thông ĐHSP Đại học sư phạm (*) Bài tập tự MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A MỞ ĐẦU B NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 1.2 Bài tập hóa học 1.2.1 Vai trò ý nghĩa tập Hóa học 1.2.2 Hệ thống tập điện hóa Một số khái niệm điện hóa 1.3.1 Dung dịch điện li 3.2 Điện cực -Phân loại điện cực 3.3 Thế điện cực 11 1.3.4 Hằng số cân 12 1.3.5 Pin điện hóa 14 1.3.5.1 Khái niệm pin điện hoá: 14 1.3.5.2 Suất điện động chuẩn pin điện hoá 15 1.3.5.3 Năng lượng Gibbs sức điện động chuẩn pin 16 1.3.5.4 Mối liên hệ sức điện động pin hàm nhiệt động 17 1.3.6 Sự điện phân 17 1.3.6.1 Khái niệm 17 1.3.6.2 Định luật Faraday 18 1.3.6.3 Sự phân cực điện cực Quá 19 CHƯƠNG II HỆ THỐNG BÀI TẬP 21 2.1 Bài tập điện cực pin điện 21 2.1.1 Tính điện cực chuẩn 21 2.1.2 Thiết lập sơ đồ pin viết phản ứng xảy điện cực 29 2.1.3 Các tập tổng hợp pin điện có liên quan đến pH, cân tạo hợp chất tan cân tạo phức 33 2.2 Bài tập phản ứng oxi hóa-khử 43 2.2.1 Chiều phản ứng oxi hóa-khử, xác định suất điện động pin 43 2.2.2 Tính số cân phản ứng oxi hóa-khử 46 2.3 Bài tập điện phân 48 2.3.1 Thứ tự điện phân, tách ion dung dịch phương pháp điện phân 48 2.3.2 Hiện tượng cực dương tan, mạ điện 50 CHƯƠNG III ĐỀ XUẤT CÁC BÀI TẬP 53 I Pin điện dung dịch 54 II Điện phân 58 C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 Kết luận 64 Kiến nghị 65 Hướng phát triển đề tài 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 A MỞ ĐẦU “Nâng cao dân trí - Đào tạo nhân lực – Bồi dưỡng nhân tài” nhiệm vụ trung tâm giáo dục - đào tạo toàn xã hội để quốc gia theo kịp với phát triển vũ bão khoa học công nghệ xu tồn cầu hóa Trong việc phát bồi dưỡng sinh viên có khiếu môn học bước khởi đầu quan trọng để góp phần đào tạo em thành người đầu lĩnh vực khoa học đời sống Vì vậy, cơng tác bồi dưỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên công tác mũi nhọn việc bồidưỡng nhân tài cho nhà trường nói riêng, cho xã hội nói chung nhà nước ta đầu tư, hướng đến Hội thi Olympic Hóa học Sinh viên Toàn quốc tổ chức hai năm lần Đây hội gặp gỡ, giao lưu học hỏi sinh viên đam mê Hóa học, dịp để cán bộ, giảng viên trường Đại học trao đổi chuyên môn chia sẻ kinh nghiệm giảng dạy, nghiên cứu khoa học, xây dựng hội hợp tác học thuật hướng nghiên cứu đại Mục đích thi động viên phong trào học tập nghiên cứu sáng tạo sinh viên lĩnh vực hóa học, góp phần phát khuyến khích, bồi dưỡng tài hóa học trẻ phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa - đạihóa đất nước Đại hội XI Đảng xác định "Phát triển giáo dục quốc sách hàng đầu Đổi bản, toàn diện giáo dục Việt Nam theo hướng chuẩn hoá, đại hoá, xã hội hoá, dân chủ hoá hội nhập quốc tế, đổi chế quản lý giáo dục, phát triển đội ngũ giáo viên cán quản lý khâu then chốt Tập trung nâng cao chất lượng giáo dục, đào tạo, coi trọng giáo dục đạo đức, lối sống, lực sáng tạo, kỹ thực hành, khả lập nghiệp Đổi chế tài giáo dục Thực kiểm định chất lượng giáo dục, đào tạo tất bậc học Xây dựng môi trường giáo dục lành mạnh, kết hợp chặt chẽ nhà trường với gia đình xã hội Kết bước đầu khẳng định số lượng sinh viên đạt giải quốc gia quốc tế ngày tăng nhanh Đặc biệt kết tham dự kỳ thi Olympic quốc tế hóa học đội tuyển học sinh giỏi nước ta ba năm ghi nhận nhiều thành tích đáng tự hào khích lệ (Olympiad 28th - 1996 Nga, Olympiad 29th - 1997 Canada đạt huy chương bạc đồng, Olympiad 30th - 1998 Australia đạt huy chương bạc đồng) Trong năm gần Olympic Hóa học nước quốc tế tổ chức thường xuyên, thu hút tham gia sinh viên trường đại học thành tích đạt ngày tăng khẳng định vị trí Việt Nam đấu trường quốc tế Thực tế năm qua, việc dạy học đội tuyển dự thi Olympic Hóa học sinh viên trường đại học gặp khó khăn thuận lợi định Bên cạnh thuận lợi sở vật chất tăng cường, quy mô giáo dục mở rộng, ngân sách đầu tư cho giáo dục nhiều số khó khăn như: tài liệu dùng bồi dưỡng Olympic hóa học hạn chế, chưa có hệ thống tập chuyên sâu, nội dung giảng dạy so với nội dung đề thi Olympic Hóa học sinh viên có khoảng cách xa, khơng sát Vì vậy, để bồi dưỡng đội tuyển dự thi Olympic Hóa học sinh viên trường Đại học cấp thành phố, quốc gia tốt nhu cầu thiết yếu phải có hệ thống tài liệu cho tất chuyên đề như: cấu tạo chất, nhiệt hóa học, điện hóa học, hóa hữu Trong tập phần điện hóa học thường kì thi Olympic Hóa học quốc gia ứng dụng quan trọng điện hóa học Mặt khác, tài liệu bồi dưỡng đội tuyển Olympic Hóa học sinh viên thiếu, chưa đề cập nhiều, nội dung kiến thức lý thuyết điện hóa sơ sài, tập hạn chế chưa mở rộng nâng cao Xuất phát từ thực tế đó, em định lựa chọn đề tài “ Hệ thống câu hỏi tập phần điện hóa học để bồi dưỡng đội tuyển dự thi olympic hóa học sinh viên tồn quốc” với mong muốn góp phần nâng cao hiệu trình bồi dưỡng đội tuyển dự thi Olympic Hóa học sinh viên tồn quốc B NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu [1], [4] Ðiện hóa học phần mơn Hóa lý, có nhiệm vụ nghiên cứu thuộc tính Hóa lý dung dịch chất điện phân (hệ ion cân bằng) chuyển động ion dung dịch tác dụng điện trường (hệ ion không cân bằng) tượng q trình (cân khơng cân bằng) xảy ranh giới pha điện cực dung dịch điện phân với tham gia hạt tích điện (ion điện tử) Như vậy, lĩnh vực khảo sát Ðiện hóa học rộng bao gồm hệ điện hóa đồng thể dung dịch lẫn hệ điện hóa dị thể Bài tập phần Điện hóa đóng vai trò quan trọng việc dạy học phần Điện hóa nói riêng phản ứng oxi hóa khử nói chung Muốn hiểu sở lý thuyết hóa học khơng thể khơng tinh thơng việc giải tập điện hóa, đặc biệt dạy học sinh, sinh viên khiếu cho mơn Hóa học Kiến thức phần, chương Hóa học có mối liên hệ mật thiết với Chính mà số lượng tập phần điện hóa đa dạng phong phú Sinh viên sử dụng số tài liệu Điện hóa sau để phục vụ trình học tập, nghiên cứu: PGS TS Lê Mậu Quyền, Cơ sở lí thuyết hóa học – Phần tập, NXB Khoa học kỹ thuật; Vũ Đăng Độ (chủ biên), Bài tập sở lí thuyết q trình hóa học, NXB giáo dục Việt Nam; Lâm Ngọc Thiềm, Trần Hiệp Hải, Nguyễn Thị Thu, Bài tập hóa lý sở, NXB Khoa học kỹ thuật Bên cạnh đó, tập nằm nhiều tài liệu, nhiều dạng khác nhau, chưa phân loại rõ ràng Mặt khác, nội dung kiến thức hóa học kì thi học sinh giỏi, phần kiến thức điện hóa nội dung thường đề cập tới, với mức độ từ dễ tới khó Phần kiến thức điện hóa mang tính trừu tượng cao, đòi hỏi nhiều kỹ tính tốn, nội dung chương trình tài liệu giáo trình đề cập đến hệ thống tập vận dụng chưa nhiều nên sinh viên khó khăn việc tìm tòi làm tập nâng cao Điện hóa học lĩnh vực nhiều nhà khoa học sinh viên chọn làm đối tượng nghiên cứu Một số đề tài nghiên cứu lĩnh vực điện hóa như: Lê Thị Mỹ Trang_luận văn thạc sĩ, Xây dựng hệ thống lý thuyết, tập phần Hóa lý dùng bồi dưỡng học sinh giỏi chuyên hóa THPT, Trường ĐHSP thành phố Hồ Chí Minh; Cao Cự Giác – luận văn thạc sĩ, Hệ thống lý thuyết – Bài tập dung dịch chất điện li dùng bồi dưỡng học sinh giỏi học sinh chuyên ngành hóa, Đại học sư phạm Hà Nội Tuy nhiên, thực tế giảng dạy trường phổ thơng, trường chun nói chung đại học chuyên ngành nói riêng việc dạy học phần kiến thức điện hoá gặp số khó khăn: - Đã có tài liệu giáo trình dành riêng cho học sinh chun hóa, học sinh chun ngành hóa học nội dung kiến thức lí thuyết điện hố sơ sài, số kiến thức trừu tượng khiến sinh viên gặp khó khăn việc nghiên cứu - Tài liệu tham khảo mặt lí thuyết thường tài liệu thuộc ngành kỹ thuật, nhiều tài có nội dung chưa phù hợp để sinh viên tham khảo Khi áp dụng tài liệu cho sinh viên gặp nhiều khó khăn - Trong tài liệu giáo khoa chuyên hóa lượng tập ít, tập làm sinh viên khơng đủ “lực” để thi HSGQG, Quốc Tế nội dung đề thi năm thường rộng sâu nhiều - Tài liệu phần tập vận dụng kiến thức lí thuyết điện hố ít, chưa có chuyên đề tổng hợp đề thi điện hóa học qua kì thi HSGQG, Quốc tế để sinh viên tham khảo, rèn luyện kĩ năng, tư giải tốn logic 1.2 Bài tập hóa học [8] 1.2.1 Vai trò ý nghĩa tập Hóa học Trong thực tiễn dạy học, tập hóa học giữ vai trò quan trọng việc thực mục tiêu đào tạo BTHH vừa mục đích, vừa nội dung lại vừa phương pháp dạy học hiệu quả, khơng cung cấp cho sinh viên kiến thức, đường giành lấy kiến thức mà mang lại niềm vui q trình khám phá, tìm tòi, phát việc tìm đáp số Đặc biệt BTHH mang lại cho người học trạng thái hưng phấn, hứng thú nhận thức Đây yếu tố tâm lý quan trọng trình nhận thức quan tâm Bên cạnh vai trò quan trọng trên, BTHH mang ý nghĩa to lớn học sinh, sinh viên mặt trí dục, đức dục, giáo dục kỹ thuật tổng hợp, giáo dục kỹ thuật hướng nghiệp cụ thể sau: a) Ý nghĩa trí dục Làm xác hóa khái niệm hóa học Củng cố, đào sâu mở rộng kiến thức cách sinh động, phong phú, hấp dẫn Chỉ vận dụng kiến thức vào việc giải tập, sinh viên nắm kiến thức cách sâu sắc Ôn tập, hệ thống hóa kiến thức cách tích cực nhất, hệ thống hóa cụ thể tập chương, phần nhiều chương liên quan với Rèn luyện kỹ hóa học cân phương trình phản ứng, tính tốn theo cơng thức hóa học phương trình hóa học Nếu tập thực nghiệm rèn kỹ thực hành, góp phần vào việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho sinh viên Rèn luyện khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống, lao động sản xuất bảo vệ môi trường Rèn luyện kỹ sử dụng ngôn ngữ hóa học thao tác tư BTHH phương tiện để kiểm tra kiến thức, kỹ sinh viên cách xác b) Ý nghĩa phát triển Phát triển sinh viên lực tư logic biện chứng, khái quát độc lập, thông minh sáng tạo; phát huy cách tích cực trí lực hình thành phương pháp học tập hợp lý cho sinh viên c) Ý nghĩa giáo dục BTHH giúp rèn luyện đức tính xác, kiên nhẫn, trung thực lòng say mê khoa học Hóa học Bài tập thực nghiệm có tác dụng rèn luyện văn hóa lao động (lao động có tổ chức, có kế hoạch, gọn gàng, ngăn nắp, nơi làm việc ) Ngồi ra, BTHH có tác dụng góp phần giáo dục cho sinh viên đổi thay đất nước, nguồn tài nguyên vô giá đất nước Những tác dụng BTHH to lớn, thầy giáo biết khai thác nó, sử dụng theo mục đích chương trình học, phù hợp với c Xác định khoảng nguồn điện đặt vào catot để điện phân hồn tồn ion thứ catot (coi trình điện phân hoàn toàn nồng độ ion bị điện phân lại dung dịch 0,005% so với nồng độ ban đầu) d Tính thể tích khí (đktc) anot sau điện phân 25 phút Khi đó, giá trị catot bao nhiêu? Chấp nhận: áp suất riêng phần khí H2 =1atm; tính tốn khơng kể đến q thế; nhiệt độ dung dịch khơng thay đổi suốt q trình điện phân o Cho: EoCu2+ /Cu = 0,337V;ECo = -0,277V 2+ /Co Hằng số Faraday: F = 96500C.mol-1 ; 250C giá trị 2,303RT/F = 0,0592 Phân tích a Phương trình nửa phản ứng xảy catot anot: Các q trình xảy catot: Cu2+ + 2e → Cu↓ (1) 2H+ + 2e → H2 Co2+ + 2e → Co↓ Quá trình xảy anot: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e (2) b Tính cặp oxi hóa – khử catot: o ECu2+ /Cu = ECu + 2+ /Cu 0,0592 0,0592 lg[Cu 2+ ] = 0,337 + lg0,02 = 0,287V 2 ECo2+ /Co = EoCo2+ /Co + 0,0592 0,0592 lg[Co 2+ ] = 0,277 + lg1 = 0,277V 2 E H+ /H = Eo 2 H+ / H + 0,0592 0,0592 lg[H + ]2 = 0,277 + lg(0,01) = 0,118V 2 Vì ECu2+ /Cu > E H+ /H > ECo2+ /Co nên thứ tự điện phân catot là: Cu2+, H+, Co2+ Khi 10% Cu2+ bị điện phân [Cu2+] = 0,018M 61 Khi ECu 2+ /Cu  0,285V > E H+ /H , tức H2 chưa thoát Nếu ngắt mạch điện nối đoản mạch cực, bình điện phân trở thành pin điện có cực dương (catot) cặp O2/H2O, cực âm (anot) cặp Cu2+/Cu Phản ứng xảy là: -Trên catot: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O (2) -Trên anot: Cu → Cu2+ + 2e Phản ứng tổng quát: 2Cu + O2 + 4H+ → 2Cu2+ + 2H2O c Để tách hoàn toàn Cu2+, catot cần đặt vào cho: ECu2+ /Cu  Ec > E H+ /H Khi Cu2+ bị điện phân hồn tồn coi [Cu2+] = 0,02.0,005% = 10-6M o Lúc đó: ECu 2+ /Cu = E Cu 2+ /Cu + 0,0592 0,0592 lg[Cu 2+ ] = 0,377 + lg(1.106 )  0,159V 2 Đồng thời bên anot tạo H+, nồng độ H+ lúc là: 0,01 + 2(0,02 -10-6) = 0,05M E H+ /H  0,0592.lg[H ]  0,077V  ECu 2+ /Cu Như vậy, khơng tính đến q H2 điện cực Pt catot cần khống chế khoảng – 0,077 < Ec< 0,159 V để Cu2+ bị điện phân hồn tồn d Từ (2) ta có số mol oxi giải phóng ra: n= It/n.F= 0,5.25.60/(4.96500)= 1,943.10-3 (mol) Thể tích khí oxi anot (đktc) là: V = 1,943.10-3 22,4 = 0,0435(l) Theo (1), số mol đồng bị điện phân sau 25 phút là: n = It/nF = 0,5.25.60/(2.96500) = 3,886.10-3 (mol) < 4.10-3mol Như Cu2+ chưa bị điện phân hết Nồng độ Cu2+ lại là: [Cu2+ ] = (4.10-3 – 3,886.10-3)/0,2 = 5,7.10-4 (M) Khi catot: 62 o Ec  ECu 2+ /Cu = ECu + 2+ /Cu 0,0592 0,0592 lg[Cu 2+ ] = 0,377 + lg(5,7.104 )  0,24V 2 * Bài tập tự giải Bài 1[4] Hòa tan 7, 82(g) XNO3 vào nước thu dung dịch A Điện phân dung dịch A với điện cực trơ - Nếu thời gian điện phân t giây thu kim loại catot 0,1792 lít khí (đktc) anot - Nếu thời gian điện phân 2t giây thu 0,56 lít khí (đktc) Xác định X tính thời gian t biết I = 1,93A Đáp án: X Ag; t=1600s Bài 2[6].Hãy tính điện âm bé cần đặt vào điện cực Hg (catot) để khí hiđro 25oC áp suất 1atm, biết dung dịch điện phân HCl 0,1M (   =0,796), i = 10-2A/cm2, , hiđro tuân theo phương trình Tafen dạng:  = 1,410 + 0,116.lgi Đáp án: E = -1,243V Bài 3[4].Tiến hành mạ huân chương đồng có tiết diện S (cm2) với dung dịch điện phân Cu(NO3)2, anot làm Cu, thời gian t giây, hiệu suất điện phân h% thu lớp mạ có bề dày β ( micromet- µ ) Biết khối lượng riêng Cu 8,92 g/ cm3 Thiết lập cơng thức tổng qt tính mật độ dòng q trình điện phân theo S, t β Áp dụng khi: t= 2phút 30 giây, h= 80%, β = 8,5µ Đáp án: - i  I n.F. d 2 ampe = 10 ( ) S A.t.h cm - Áp dụng: i   2.96500.8,5.8,92 2 10  0,19 ampe cm 64.150.80  Bài 4[4].Điện phân dung dịch NiSO4 0,10M có pH = 2,00 dùng điện cực Pt a) Tính catot cần thiết để có kết tủa Ni catot 63 b) Tính điện áp cần tác dụng để có q trình điện phân c) Tính điện áp phải tác dụng để [Ni2+] lại 1,0.10-4M Điện trở bình điện phân R=3,15  , I = 1,10A Đáp án: a) E Ni2+ /Ni = -0,2596V b) V=5,850V; c)V=6,0798V Bài 5[11].Điện phân dung dịch chứa 14,055g AgNO3 1000g nước điện cực bạc Trong điện phân có 0,1020g Ag catot Sự phân tích khu anot cho thấy có 0,4109g Ag 40g nước Xác định số tải ion bạc ion bạc nitrat Đáp án: t Ag   0,4725; t NO3  0,5275 C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trên hệ thống đề xuất tập điện hóa học dùng bồi dưỡng đội tuyển dự thi Olympic Hóa học sinh viên tồn quốc Từ mục đích nhiệm vụ ban đầu đặt ra, đề tài hoàn thành được: 64 - Đã hệ thống phần kiến thức lý thuyết sở điện hóa học làm tài liệu bổ ích cho việc bồi dưỡng đội tuyển dự thi Olympic hóa học sinh viên tồn quốc - Biên soạn hệ thống câu hỏi gắn sát với nội dung lý thuyết, hệ thống tập phong phú, đa dạng thường gặp kỳ thi Mỗi dạng có đề xuất tập mẫu tập tự giải giúp sinh viên luyện tập - Đề xuất 22 tập, có tập có hướng dẫn giải 14 tập sinh viên tự giải (gồm tự ra) Kiến nghị Qua q trình nghiên cứu đề tài, em có số kiến nghị sau: - Cần tạo điều kiện để phát huy tính tích cực, tự giác học tập sinh viên, giáo viên giữ vai trò người định hướng cho sinh viên - Kiến thức hóa học cần biên soạn theo hướng chuyên sâu nhằm tạo điều kiện tốt cho giáo viên sinh viên hoạt động dạy học Người dạy có nhìn tồn diện bao qt kiến thức hơn, nội dung khó truyền thụ nhẹ nhàng - Giáo viên cần thường xuyên bồi dưỡng kiến thức chuyên môn, kỹ giảng dạy trao đổi kinh nghiệm với đồng nghiệp - Trong trường đại học nên có nhiều sách tập chuyên đề để giảng viên sinh viên tự nghiên cứu Hướng phát triển đề tài Từ kết thu đề tài phát triển đề tài theo hướng sau: - Bổ sung kiến thức lý thuyết , câu hỏi thêm nhiều dạng tập điện hóa hoc Tiếp tục biên soạn sưu tầm thêm câu hỏi, làm phong phú hệ thống tập - Trao đổi xin ý kiến đánh giá thầy cô trực tiếp giảng dạy mơn hóa trường Đại học Quảng Bình để hồn thiện đề tài - Tiến hành thực nghiệm sư phạm sử dụng số liệu thống kê toán học để đánh giá kết thực nghiệm ban đầu đề tài 65 Do thời gian khơng nhiều trình độ hạn chế thân điều kiện thực tế không cho phép, thiếu sót khơng thể tránh khỏ Kính mong nhận đóng góp nhiệt tình q thầy để khóa luận hồn thiện Em hi vọng kết thu từ khóa luận tài liệu bổ ích cho cơng tác giảng dạy mơn hóa dùng cho bồi dưỡng đội tuyển dự thi Olympic Hóa học sinh viên tồn quốc (phần điện hóa học) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cao Cự Giác (1999), Hệ thống lý thuyết tập dung dịch chất điện ly dùng bồi dưỡng HSG HS chuyên môn Hóa học, Luận án Thạc sĩ khoa học, Trường ĐHSP Hà Nội 66 [2] Hành trình Olympiad - Phần I: Cấu tạo chất; Hố lý; Dung dịch; Điện hóa; Vơ (2000-2016) [3] Hồ Ngọc Quỳnh Phương (2017), Hệ thống đề xuất tập dùng bồi dưỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc (phần nhiệt động hóa – động hóa học), Khóa luận tốt nghiệp Đại học sư phạm Hóa học, Đại học Quảng Bình, Đồng Hới, Việt Nam [4] Kỷ yếu chuyên đề mơn Hóa, Trại hè Hùng Vương, Lạng Sơn, 7-2015 [5] Lê Thị Mỹ Trang (2009), Xây dựng hệ thống lý thuyết, tập phần Hóa lý dùng bồi dưỡng học sinh giỏi chuyên hóa THPT, Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học, Đại học sư phạm TP Hồ Chí Minh [6] Lâm Ngọc Hiền, Trần Hiệp Hải, Nguyễn Thị Thu (2003), Bài tập hóa lý sở, NXB Khoa học kỹ thuật [7] Lê Mậu Quyền (2006), Cơ sở lý thuyết hóa học - Phần tập, NXB Khoa học kỹ thuật [8] Lê Văn Hiến (2011), Xây dựng hệ thống tập hóa học kinh tế, xã hội môi trường trường THPT, Luận văn Thạc sĩ, Đại học sư phạm TP Hồ Chí Minh [9] Nguyễn Hạnh (2007), Cơ sở lý thuyết hóa học - Phần II – Nhiệt động hóa học – Động hóa học – Điện hóa học.NXB Giáo dục [10] Nguyễn Văn Tuế, Hóa lý – Tập IV – Điện hóa học, NXB Giáo dục Việt Nam [11] Nguyễn Văn Duệ, Trần Hiệp Hải, Lâm Nọc Thềm, Nguyễn Thị Thu (2012), Bài tập hóa lý sơ, NXB Giáo dục Việt Nam [12].Nguyễn Tinh Dung (2000), Hóa học phân tích I – Cân ion dung dịch, Nhà xuất ĐHSP [13] Vũ Đăng Độ (chủ biên) (2002), Bài tập sở lý thuyết q trình hóa học, NXB Giáo dục Việt Nam PHỤ LỤC HƯỚNG DẪN GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP ĐỀ XUẤT I Pin điện dung dịch Bài 67 Phản ứng xảy anot: H2 2H+ + 2e Phản ứng xảy catot: Hg2Cl2 + 2e  2Hg + 2ClPhản ứng tổng quát: H2 + Hg2Cl2 2Hg + 2Cl- + 2H+ E = E0Cl-/ Hg 2Cl 2,Hg E = E0Cl- /Hg Cl 2 ,Cl - 0,0592 loga H2 + a Cl - 0,0592.loga H+ loga Cl- = E Cl /Hg 2Cl2 ,Hg - 0,0592.loga 2±(HCl)  0,2681  0,118.log0,15  0,3635V Bài  G = -2FE = -2.96500.1,015 = -195895J  E  4  S = n F  = 2.96500.4,02.10 = 77,586J/ K  T  p  H  Qktn   G T. S = -195895 + 273.(-77,586) = -217076J Qtn = T  S = 273.(-77,568) = -21180J Bài Phản ứng xảy anot: 5Fe2 5Fe3  5e Phản ứng xảy canot: MnO4   8H  5e Mn 2  4H2O Ta có sơ đồ pin: Pt Fe3+, Fe2+ MnO4-, Mn2+, H+ Pt E  E0  0,0592 [Mn 2 ].[Fe3 ]5.[H 2O]4 log [MnO4  ].[Fe2 ]5.[H + ]8 Khi có cân bằng:  G = -nFE = , đó: 5E0 5.(1,52  0,77) 0,0592   63,34  K  1063,34 E= logK  logK  0,0592 0,0592 Bài Sơ đồ mạch dùng để đo pH biểu thị sau: (Pt) H2 dd đo pH Calomen Sức điện động mạch: 68 E = E Cal  0,0592.pH  pH  E  ECal 0,562  0,242   5,41 0,0592 Bài Thế điện cực bạc – clorua: E = E 0Ag+ /Ag + RT lna Ag+ F Tích số tan AgCl biểu thị bằng: TAgCl = a Ag+ a ClDo đó: E = E 0Ag+ /Ag + RT RT ln TAgCl  lna ClF F E = E 0Cl- /AgCl,Ag+  RT lna ClF Với E 0Cl- /AgCl,Ag+  E 0Ag+ /Ag + RT lnTAgCl (*) F Thay số vào (*), ta được: 0,2224 = 0,7991 + 0,0592.lgTAgCl lgTAgCl = 0,2224  0,7991  9,74  TAgCl  1,81.1010 0,0592 5 Đối với dung dịch AgCl nước, ta có: a Ag+  a Cl-  T  1,35.10 M Bài 1) ∆Hopư = -339kJ ∆Sopư = -331JK-1 ∆Gopư = -240,362kJ  lgK= 42,125  K = 1,33.1042 2) ∆Gopư = -nFEopư Eopư = 1,245V Eo(Br2/2Br-) - Eo(H3PO4/H3PO3) = Eopư = 1,245V  Eo(H3PO4/H3PO3) = -0,158V  - 0,16V 3) H3PO4 + 4H+ + 4e  H3PO2 + 2H2O Eo1 = - 0,39V (1) H3PO4 + 2H+ + 2e  H3PO3 + H2O Eo1 = - 0,16V (2) Lấy phương trình (1) – (2) ta được: H3PO2 + 2H+ + 2e  H3PO2 + H2O 69 Eo3 = ? ∆Go3 = ∆Go1 - ∆Go2 -2FEo3 = -4FEo1 – (-2FEo2)  Eo3 = -0,62V Bài a) Phản ứng điện cực: Zn 2  2e Tại anot: Zn Tại catot: Fe3  e Fe2 Phản ứng xảy pin: Zn+ 2Fe3+ Zn 2+ + 2Fe2+ b) Ta có: E0pin = E0Fe3+ /Fe2+ - E0Zn 2+ /Zn = 0,77 - (-0,76) = 1,53V Sức điện động pin: E pin 0,0592 [ Fe3+ ] E  lg [ Fe2+ ]2 [ Zn 2 ] pin E pin  1,53  0,0592 (0,1)2 lg  1,648V 0,01.(0,01) c) Hằng số cân phản ứng xảy pin 25oC: K = 10 nE0 0,0592 = 10 2.1,53 0,0592 = 1051,69 Bài 2Cu   2e a) 2Cu  E10  0,52V Cu 2  2e Cu E02  0,337V Cu 2  Cu 2Cu  E0  2.(0,337  0,52)  0,366V -0,366 = 0,0592.lgK  lgK  6,1824  K  6,57.107 [Cu  ]2 x2 7 K  6,57.10   x  [Cu  ]  8,07.105 M 2 [Cu ] 0,01- x b) Cu(NH3 )2+ + e Cu E30 = -0,11V Cu+ NH3  E10 = -0,52V Cu + + e Cu(NH3 )2+ Cu  + NH3  E0 = E30  E10  -0,63V 70 Cu  + NH3 E0  0,63V Cu(NH3 )2+ dE = 0,002 - 0,003 = -0,001V/ K dT  G0   nFE0  96500.0,63  60795J  dE  0  S0  nF    96,5J/ K ;  H =  G + T  S  89552J  dT  Bài a) Cho kẽm vào dung dịch AgNO3 bỏ qua q trình phụ, ta có : Zn + AgNO3  Zn(NO3)2 + 2Ag (1) (K1) Để phản ứng ( 1) xảy Eopin> Eopin = 0,799 – (-0,76) = 1,569V>0 Ta lại có số cân K phản ứng oxi hóa khử có liên hệ với giá trị Eobằng hệ thức: lgK1 = n.E 0pin 0,0592  lgK1 = 2.1,569  53,01  K1  1,02.1053 0,0592 K1 lớn phản ứng xảy dễ dàng b Phản ứng oxi hóa Cr2+ bằngH2O2: 4H2O2 + 2Cr2+  Cr2O72 + H2O + 6H+ Ta cần tổ hợp nửa phản ứng để có phản ứng trên: 2x Cr2+- e  Cr3+ K11 = 10- E1 /0,0592 K 21 = 10-6 E2 /0,0592 2Cr 3  H 2O  6e  Cr2O72  14H  x H2O2 + 2H+ + 2e  H2O 2Cr2+ + 4H2O2  Cr2O72 + H2O + 6H+ K3 = 10- E3 /0,0592 K Ta có lgK= 4lgK3 – lgK2 – 2lgK1 logK = 8.1,78 2.(0,41) 6.1,33    122 0,0592 0,0592 0,0592 71 K = 10122 lớn nên phản ứng oxi hóa Cr2+ H2O2 xảy mạnh II Sự điện phân Bài Điện phân dung dịch A: XNO3 X+ + NO3- Ở anot: H2O- 2e  2H+ +1/ 2O2 Ở catot: X+ + e  X Ứng với 2t giây, n O2  1,792 0,56  0,008.2   0,025mol 22,4 22,4 Vậy catot có khí H2 thoát ra: n H2  0,025  0,016  0,009mol Chứng tỏ X+ bị khử hết Khi đó: Ở catot: X+ + e  X H2O 2e  2OH + H2 Ở anot: H2O- 2e  2H+ +1/ 2O2 Áp dụng phương pháp bảo toàn electron: a + 0,009.2 = 0,008.2.4 (với a số mol XNO3)  a=0,046 mol  MX = 108(Ag) Ứng với thời gian t suy số mol electron trao đổi: t= 1It 0,064   0,032mol 96500 96500.0,032 = 1600s 1,93 Bài Thế cân hiđro xác định theo phương trình Nernst: EH+ /H = 0,0592.lga H+ (PH2 = 1)  0,0592.lg(0,1.0,796)  0,065V Quá hiđro catot bằng: E  E H+ /H  H  H = 1,410  0,116.lg102  1,178V Vậy điện nhỏ phải đặt vào Hg để Hiđro bắt đầu thoát là: E'  E H+ /H  H  0,065  1,178  1,243V 72 Bài V S Bề dày lớp mạ:  = mCu mCu mCu 104 Ta có: VCu  = (  )  mCu   d.S.104 (g) (cm )   = d d.S d.S Mặt khác điện phân với hiệu suất h% thì: mCu = Với n số e trao đổi trình Cu 2+ + 2e Mật độ dòng điện điện phân: A.I.t.h   d.S.104 (g) n.F.100 Cu I n.F. d 2  ampe   10   S A.t.h  cm  Bài a) Để có kết tủa Ni catot: Ec < E Ni2+ /Ni (Ni2+ +2e  Ni) Với E Ni2+ /Ni = E Ni2+ /Ni  0,0592 lg[Ni 2 ]= - 0,2596V E Ni2+ /Ni  -0,2596V b) Ở catot có q trình: Ni2+ +2e  Ni (1) 2H+ + 2e H2 (2) E H + / H = E02 H + / H + 2 0,0592 lg[H  ]2  0,118V Vì E Ni2+ /Ni  -0,2596V < E H + / H = 0,118V nên bắt đầu điện phân catot xảy trình (2) trước Ở anot: 2H2O  O2 + 4H+ + 4e EO2 /H2O = EO0 /H2O + 0,0592 log([H  ]4.PO2 )  1,4668V Điện áp cần để đặt vào trình điện phân bắt đầu xảy là: V  Ea  Ec  I.R  (EO2 /H2O  O2 )  E H /H  I.R  5,850V c) Để [Ni2+] = 1,0.10-4M, catot: Ec  E Ni2+ /Ni  0,23  0,0592 lg104  0,348V 73 Khi đó, điện áp cần phải tác dụng: V  Ea  Ec  I.R  (EO2 /H2O  O2 )  E H /H  I.R  6,0798V Bài Xác định lượng AgNO3 có 40g nước trước điện phân 14,055 40 =0,5622g 100 Lượng bạc ứng với 0,5622g AgNO3 0,5622.107,9  0,3571g 169,9 Sau điện phân lượng bạc 0,4109g khu anot, so với lượng bạc trước điện phân(0,3571g) có tăng, chứng tỏ có tượng anot hòa tan Nếu khơng có tải ion lượng bạc sau điện phânbằng: 0,3571+0,1020=0,4591g Sự giảm lượng bạc khu anot tải ion bạc 0,4591-0,4109=0,0482g Độ giảm lượng bạc khu catot hiệu lượng bạc thoát catot lượng bạc chuyển tới khu catot: 0,1020-0,0482=0,0528g t  ma 0, 0482   0, 4725 ma  mc 0, 0482  0, 0538 t-=1-0,4725=0,5275 74 75 ...LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp với đề tài: Hệ thống câu hỏi tập phần điện hóa học để bồi dưỡng đội tuyển dự thi olympic hóa học sinh viên tồn quốc kết nghiên cứu riêng em... học, hóa hữu Trong tập phần điện hóa học thường kì thi Olympic Hóa học quốc gia ứng dụng quan trọng điện hóa học Mặt khác, tài liệu bồi dưỡng đội tuyển Olympic Hóa học sinh viên thi u, chưa đề cập... thuyết điện hóa sơ sài, tập hạn chế chưa mở rộng nâng cao Xuất phát từ thực tế đó, em định lựa chọn đề tài “ Hệ thống câu hỏi tập phần điện hóa học để bồi dưỡng đội tuyển dự thi olympic hóa học sinh