BÁO CÁO ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
vectorstock.com/22666516
Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection DẠY KÈM QUY NHƠN TEST PREP PHÁT TRIỂN NỘI DUNG
Sáng kiến kinh nghiệm Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân WORD VERSION | 2020 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân
Phần A: ĐẶT VẤN ĐỀ I. Lý do chọn đề tài Đối với môn hóa học, bài tập đóng vai trò quan trọng trong việc củng cố, khắc sâu kiến thức đã học. Nội dung môn hóa ở trường phổ thông rất phong phú, đa dạng và đối với học sinh thì môn hóa là một môn học khó. Vì thế các em rất e ngại khi giải bài tập, kĩ năng giải bài tập của các em còn yếu do thời gian học tập trên lớp còn hạn chế ( 02 tiết/tuần đối với ban cơ bản), chủ yếu thiên về lí thuyết. Do đó, nếu học sinh nắm vững các dạng bài tập, biết cách giải chúng thì việc học môn hóa trở nên đơn giản và dễ dàng hơn. Thực tiễn đã chứng minh cách tốt nhất để nhớ, hiểu và vận dụng kiến thức đã học là giải bài tập. Nhưng đa số các em thường chỉ làm được những bài tập quen thuộc và lúng túng, khó khăn khi gặp các bài tập mới dù không khó, đó là do các em chưa biết vận dụng các phương pháp để giải toán. Để giúp các em có thể giải tốt hơn các bài tập phần điện phân chương đại cương kim loại hóa 12 tôi mạnh dạn nghiên cứu đề tài " Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân" II. Mục đích nghiên cứu: tìm ra phương pháp giải toán nhanh giúp học sinh dễ hiểu, khắc sâu kiến thức và hứng thú hơn với môn học. III. Phạm vi nghiên cứu: Bài tập điện phân chương 5 hóa 12 ban cơ bản. 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 của giáo viên và học sinh. - Thực nghiệm, thu thập và xử lí thông tin.
Sáng kiến kinh nghiệm
1
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân
Phần B: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THỰC TIỄN Qua nhiều năm giảng dạy bộ môn hóa học ở trường THPT Phạm Văn Đồng tôi nhận thấy rằng khi giải bài tập hóa học, đặc biệt là bài tập điện phân, đa số các em học sinh đều chọn cách viết phương trình phản ứng, cân bằng phương trình rồi dựa vào các dữ kiện mà đề đã cho để tính toán, tìm ra đáp số của bài. Với cách giải này thì chỉ có những em học sinh nào viết đúng phương trình, cân bằng đúng phương trình mới tìm ra được đáp án đúng. Do vậy, khi giáo viên ra bài tập các em rất ngại làm bài và hầu như chỉ làm được một số bài tập đơn giản của điện phân nóng chảy. Còn bài tập điện phân dung dịch đặc biệt hỗn hợp dung dịch, các em thường không làm. Khi các em không làm được bài tập dần dần các em sinh ra một tâm lý chán nản, không còn yêu thích bộ môn và tiết luyện tập dần trở thành cực hình đối với các em. Để khắc phục tình trạng này, trong tiết luyện tập bài điều chế kim loại của chương đại cương kim loại cũng như các tiết tự chọn tôi đã sử dụng phương pháp bảo toàn electron để hướng dẫn học sinh, giúp học sinh giải bài tập điện phân nhanh hơn, chính xác hơn và hiểu được bản chất của các quá trình oxi hóa - khử xảy ra ở các điện cực của bình điện phân.
Sáng kiến kinh nghiệm
2
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân CHƯƠNG 2: KIẾN THỨC CƠ BẢN 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.
∑n
e nhuong
=
∑n
e nhan
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 Sơ đồ điện phân
MXn
nc → M
n+
+ nX-
Catot (-)
Anot (+)
Mn+
X-
Mn+ + ne →M
2X- → X2 + 2e
dpnc Phương trình điện phân 2MXn → 2M + nX2
Sáng kiến kinh nghiệm
3
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Ví dụ: Điện phân nóng chảy muối KCl Phương trình điện ly Sơ đồ điện phân
KCl
+
nc → K + Cl
-
Catot (-)
Anot (+)
K+
Cl-
K+ + 1e →K
2Cl- → Cl2 + 2e
dpnc Phương trình điện phân 2KCl → 2K + Cl2
2.1. 2. Điện phân nóng chảy hiđroxit kim loại. Phương trình điện ly Sơ đồ điện phân
M(OH)n
nc → M
n+
+ nOH-
Catot (-)
Anot (+)
Mn+
OH-
→M Mn+ + ne
→ O2 + 4e + 2H2O 4OH-
dpnc 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. + nc → Na + OH NaOH
Phương trình điện ly Sơ đồ điện phân
Catot (-)
Anot (+)
Na+
OH-
Na+ + 1e → Na 4OH → O2 + 4e + 2H2O dpnc → 4Na + O2 + 2H2O Phương trình điện phân 4NaOH
2.1. 3. Điện phân nóng chảy oxit kim loại. Phương trình điện ly Sơ đồ điện phân
M2On
nc → 2M
n+
+ nO2-
Catot (-)
Anot (+)
Mn+
O2-
Mn+ + ne →M
2O2- → O2 + 4e
dpnc Phương trình điện phân 2M2On → 4M + nO2
Sáng kiến kinh nghiệm
4
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Ví dụ: Điện phân nóng chảy Al2O3. Phương trình điện ly
Al2O3
nc → 2Al
3+
+ 3O2-
Catot (-)
Anot (+)
Al3+
O2-
Sơ đồ điện phân
2Al3+ + 3e → Al 2O → O2 + 4e dpnc 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) . n+ → M + nX MXn
Phương trình điện ly
Catot (-)
Anot (+)
Mn+, H2O
X- , H2O
Nếu Mn+ là ion kim loại kiềm, Ion gốc axit không có Sơ đồ điện phân
kiềm thổ, nhôm thì Mn+ oxi sẽ 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+ là ion kim loại khác Ion gốc axit không có đứng sau nhôm trong dãy oxi sẽ điện phân, H2O Sơ đồ điện phân
điện hóa thì ion kim loại bị không điện phân. điện phân, H2O không bị điện phân. Mn+ + ne →M
→ X2 + 2e 2X-
dpdd Phương trình điện phân 2MXn → 2M + nX2.
Sáng kiến kinh nghiệm
5
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Ví dụ 1: Điện phân dung dịch NaCl. + NaCl → Na + Cl
Phương trình điện ly
Catot (-)
Anot (+)
Na+, H2O
Cl- , H2O
Na+ là ion kim loại kiềm Ion Cl- không có oxi nên Sơ đồ điện phân
nên Na+ không điện phân sẽ điện phân, H2O không mà H2O điện phân.
điện phân.
2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2Cl- → Cl2 + 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
2+ FeCl2 → Fe + 2Cl
Catot (-)
Anot (+)
Fe2+, H2O
Cl- , H2O
Ion Fe2+ là không phải Ion Cl- không có oxi nên ion kim loại kiềm, kiềm sẽ điện phân, H2O không Sơ đồ điện phân
thổ, đứng sau nhôm trong điện phân. dãy 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 rất ít ra ion H+ và OH- nên ở catot và anot ngoài ion kim loại, ion gốc axit ta ghi thêm H2O.
Sáng kiến kinh nghiệm
6
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 2.2.1.2. Điện phân dung dịch muối mà gốc axit có oxi, thông thường là các muối sunfat ( M2(SO4)n), muối nitrat (M(NO3)n) ... n+ M2(SO4)n → 2M + n SO 24 −
Phương trình điện ly
n+ → M + n NO3M(NO3)n
Catot (-)
Anot (+)
Mn+, H2O
SO 24 − hoặc NO3- , H2O
Nếu Mn+ là ion kim loại Ion gốc axit có oxi sẽ Sơ đồ điện phân
kiềm, kiềm thổ, nhôm thì không điện phân, H2O sẽ Mn+ không điện phân mà điện phân. H2O điện phân. 2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H2O → O2 + 4e + 4H+ Như vậy, quá trình điện phân thực chất là điện phân
Phương trình điện phân H2O, còn muối chỉ là chất dẫn điện. 2H2O
dpdd 2H2 + O2 → M 2 (SO 4 ) n hoac M(NO3 )n
Nếu Mn+ là ion kim loại Ion gốc axit có oxi sẽ khác đứng sau nhôm không điện phân, H2O sẽ trong dãy điện hóa thì ion điện phân. kim loại bị điện phân, Sơ đồ điện phân
H2O không bị điện phân. Mn+ + ne →M
2H2O → O2 + 4e + 4H+ sau đó: 2H+ + SO24− → H2SO4 Hoặc H+ + NO3- → HNO3
Phương trình điện phân
Sáng kiến kinh nghiệm
dpdd 2M2(SO4)n + 2nH2O → 4M + nO2 + 2nH2SO4 dpdd 4M(NO3)n + 2nH2O → 4M + nO2 + 4nHNO3
7
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Ví dụ 1: Điện phân dung dịch Na2SO4. + Na2SO4 → 2Na + SO 24−
Phương trình điện ly
Sơ đồ điện phân
Catot (-)
Anot (+)
Na+, H2O
SO 24− , H2O
Ion Na+ là ion kim loại Ion SO 24− có oxi sẽ không kiềm nên không điện điện phân, H2O sẽ điện phân mà H2O điện phân.
phân.
2H2O + 2e → H2 + 2OH-
2H2O → O2 + 4e + 4H+
Như vậy, quá trình điện phân thực chất là điện phân Phương trình điện phân H2O, còn muối Na2SO4 chỉ là 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-
Catot (-)
Anot (+)
Ag+, H2O
NO3- , H2O
Ion Ag+ là ion kim loại Ion NO3- có oxi sẽ không khác đứng sau nhôm điện phân, H2O sẽ điện trong dãy điện hóa nên phân. Sơ đồ điện 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
Sáng kiến kinh nghiệm
8
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Nếu dung dịch muối là M(RCOO)n thì n+ M(RCOO)n → M + nRCOO
Phương trình điện ly
Catot (-)
Anot (+)
Mn+, H2O
RCOO-, H2O
Nếu Mn+ là ion kim loại Ion RCOO- sẽ điện phân, kiềm, kiềm thổ, nhôm thì H2O sẽ không điện phân. Sơ đồ điện phân
Mn+ không điện phân mà H2O điện phân. 2H2O + 2e → H2 + 2OH-
2RCOO- → R-R + 4e + 2CO2
sau đó: Mn+ + nOH- → M(OH)n Phương trình điện phân
dpdd 2M(RCOO)n + nH2O →
2M(OH)n + nR-R + 2nCO2 Nếu Mn+ là ion kim loại Ion RCOO- sẽ điện phân, khác đứng sau nhôm H2O sẽ không điện phân. trong dãy điện hóa thì ion
Sơ đồ điện phân
kim loại bị điện phân, H2O không bị điện phân. →M Mn+ + ne
2RCOO- → R-R + 4e + 2CO2
dpdd → 2M + nR-R + 2nCO2 Phương trình điện phân 2M(RCOO)n
Sáng kiến kinh nghiệm
9
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CH3COONa + CH3COONa → Na + CH3COO
Phương trình điện ly
Catot (-)
Anot (+)
Na+, H2O
CH3COO-, H2O
Ion Na+ là ion kim loại Ion CH3COO- sẽ điện Sơ đồ điện phân
kiềm nên không điện phân, H2O sẽ không điện phân mà H2O điện phân.
phân.
2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2CH3COO- → sau đó:
CH3 - CH3 + 4e + 2CO2
Na+ + OH- → NaOH Phương trình điện phân
dpdd 2CH3COONa + H2O → 2NaOH + CH3-CH3
+ 2CO2
Ví dụ 2: Điện phân dung dịch (CH3COO)2Zn 2+ → Zn + 2CH3COO (CH3COO)2Zn
Phương trình điện ly
Catot (-)
Anot (+)
Zn2+, H2O
CH3COO-, H2O
Ion Zn2+ không phải ion Ion CH3COO- sẽ điện kim loại kiềm nên điện phân, H2O sẽ không điện Sơ đồ điện phân
phân , H2O không điện phân. phân. Zn2+ + 2e → Zn
2CH3COO- → CH3 - CH3 + 4e + 2CO2
Phương trình điện phân
Sáng kiến kinh nghiệm
dpdd (CH3COO)2Zn → Zn + CH3-CH3 + 2CO2
10
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 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 thì ta tuân theo nguyên tắc sau: Ở catot: cation nào có tính oxi hóa càng mạnh càng dễ bị khử theo quy luật K + Ba 2+ Ca 2+ Na + Mg 2+ Al3+ H + Mn 2+ Zn 2+ Cr 3+ Fe2+ Ni 2+ Sn 2+ Pb 2+ H + Cu 2+ Ag + Hg 2+ ... H2 O axit
Ở anot: anion điện phân theo thứ tự S2- > I- > Br - > Cl- > RCOO - > OH - (bazo)> OH - (H 2 O)
(Các anion SO2-4 , NO3- , CO32- , SO32- , PO3-4 , F- ,.. .thực tế không bị oxi hóa trong dung dịch) Ví dụ: Viết thứ tự các phản ứng xảy ra ở các điện cực khi điện phân dung dịch hỗn hợp: KBr, CuCl2, HCl, FeCl3. KBr → K+ + BrCuCl2 → Cu2+ + 2Cl-
Phương trình điện ly
HCl → H+ + ClFeCl3 → Fe3+ + 3Cl-
Sơ đồ điện phân
Catot (-)
Anot (+)
K+, , Cu2+, H+ , Fe3+, H2O
Br-, Cl-, H2O
Thứ tự điện phân là
Thứ tự điện phân là
Fe3+ + 1e → Fe 2+
2Br - → Br2 + 2e
Cu 2+ + 2e → Cu
2Cl- → Cl 2 + 2e
2H + +2e → H 2
2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e
Fe 2+ + 2e → Fe
2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH -
Sáng kiến kinh nghiệm
11
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 2.2.3 Điện phân dung dịch với anot hòa tan. Anot làm bằng kim loại trực tiếp tham gia điện phân. Như vậy, ở cực dương ( anot) kim loại sẽ bị oxi hóa. Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CuSO4 với cực catot trơ và cực anot bằng Cu. 2+ → Cu + SO 24− CuSO4
Phương trình điện ly
Sơ đồ điện phân
Catot (-)
Anot (+)
Cu2+, H2O
SO 24− , H2O
Cu2+ + 2e → Cu
Cu → Cu2+ + 2e
Kim loại Cu tải từ cực anot sang cực catot nên cực anot mòn dần. Dung dịch CuSO4 không đổi. Đây là phương pháp mạ điện. Ví dụ 2: Điện phân dung dịch AgNO3 với cực anot bằng Cu. + → Ag + NO3AgNO3
Phương trình điện ly
Sơ đồ điện phân
Catot (-)
Anot (+)
Ag+, H2O
NO3- , H2O
Vì tính oxi hóa của
Cu → Cu2+ + 2e
Ag+ > Cu2+ nên Ag+ + 1e → Ag Phương trình điện phân Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag 3. Công thức Faraday 3.1. Công thức tính khối lượng các chất hình thành ở hai điện cực
m=
Sáng kiến kinh nghiệm
A.I.t n.F
12
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân A: Nguyên tử khối các chất n: Số electron thu hoặc nhường ở hai điện cực ( thường là hóa trị của nguyên tố) I: Cường độ dòng điện một chiều tính bằng ampe (A) t: Thời gian tính bằng giây(s) hoặc giờ (h) F: Hằng số Faraday - Nếu thời gian tính bằng giây thì F = 96500 - Nếu thời gian tính bằng giờ thì F = 26,8 3.2. Công thức tính số mol electron thu hoặc nhường ở hai điện cực.
ne =
I.t F
3.3. Hiệu suất điện phân H=
m tt .100% m lt
Trong đó: mtt là lượng chất thực tế thoát ra ở điện cực mlt là lượng chất lí thuyết tính theo công thức Faraday.
Sáng kiến kinh nghiệm
13
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân CHƯƠNG 3: CÁC DẠNG TOÁN ĐIỆN PHÂN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI I. Bài tập điện phân nóng chảy Điện phân nóng chảy thường có sản phẩm xác định do mỗi điện cực chỉ xảy ra một quá trình oxi hóa – khử duy nhất. - Phương pháp: + Xem chất điện phân là chất nào (muối, oxit hay hiđroxit) + Viết phương trình điện li + Ở catot có ion dương kim loại: xảy ra quá trình khử, ion kim loại nhận electron. + Ở anot có ion âm nhường electron, xảy ra quá trình oxi hóa. + Dựa vào dữ kiện đề bài đã cho để tìm đáp án. Luôn nhớ số mol electron (e) nhận ở catot bằng số mol e nhường ở anot. 1. Tìm công thức muối đem điện phân Ví dụ 1: Điện phân muối clorua kim loại kiềm nóng chảy thu được 1,792 lít khí (điều kiện tiêu chuẩn (đktc)) ở anot và 6,24 gam kim loại ở catot. Tìm công thức hoá học của muối đem điện phân. Hướng dẫn: Gọi công thức muối clorua kim loại kiềm là MCl + MCl → M + Cl
Phương trình điện ly
Sơ đồ điện phân
Catot (-)
Anot (+)
M+
Cl-
+
M + 1e → M 0,16 → 0,16
2Cl- → Cl2
+ 2e
1, 792 = 0, 08 → 0,16 22, 4
=> MM = 6,24/0,16 = 39 => M là K; công thức muối MCl là KCl Ví dụ 2: Điện phân nóng chảy muối clorua của kim loại M. Ở catot thu được 6 gam kim loại và ở anot có 3,36 lít khí (đktc) thoát ra. Tìm muối clorua của kim loại M. Sáng kiến kinh nghiệm
14
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Hướng dẫn: Gọi công thức muối clorua là MCln n+ MCln → M + nCl
Phương trình điện ly
Sơ đồ điện phân
Catot (-)
Anot (+)
Mn+
Cl-
0,3 → mM = MM.
2Cl- → Cl2
Mn+ + ne → M
+ 2e
3,36 = 0,15 → 0,3 22, 4
0,3 (mol) n
0,3 6.n = 6 (gam) => MM = = 20n n 0,3
Chỉ có n = 2 và MM = 40 là phù hợp => M là Ca => muối clorua là CaCl2 2. Tìm khối lượng kim loại ở catot hoặc thể tích khí ở anot Ví dụ: Điện phân hết hỗn hợp NaCl và BaCl2 nóng chảy, thu được 18,3 gam kim loại và 4,48 lít khí Cl2 (đktc). Khối lượng Na và Ba bám vào cực catot lần lượt là A. 4,6 và 13,7
B. 2,3 và 1,37
C. 4,6 và 1,37
D. 2,3 và 13,7
Hướng dẫn: Phương trình điện ly
Sơ đồ điện phân
+ NaCl → Na + Cl ;
a mol →
a
2+ BaCl2 → Ba + 2Cl
→a
b mol → b
→ 2b
Catot (-)
Anot (+)
Na+, Ba2+
Cl-
Na+ + 1e → Na
2Cl- → Cl2
a mol → a → a Ba2+ + 2e → Ba
+ 2e
4, 48 = 0, 2 → 0,4 22, 4
bmol → 2b → b Theo định luật bảo toàn electron: n e nhan (-) = n enhuong(+) a + 2b = 0,4 (1) Khối lượng kim loại ở catot: m kl = 23.a + 137.b = 18,3 (2) Từ (1) và (2) => a = 0,2; b = 0,1=> mNa = 4,6 g; mBa = 13,7 gam => đáp án A
Sáng kiến kinh nghiệm
15
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 3. Hiệu suất điện phân Ví dụ: Điện phân NaCl nóng chảy với I = 1,93A; t = 400 giây thu được 0,1472 gam Na. Hiệu suất điện phân là A. 75%
B. 80%
C. 90%
D. 100%
Hướng dẫn: NaCl → Na+ + ClSố mol electron(e) trao đổi ở 2 điện cực là ne = (I.t)/F = (1,93.400)/96500 = 0,008 mol Ở catot: có ion Na+ điện phân Na+ + 1e
→ Na
0,008 → 0,008 => mNa(lt) = 0,008.23 = 0,184 gam Mà thực tế chỉ thu được 0,1472 gam Na => Hiệu suất điện phân là: H =
m Na(tt) .100% m Na(lt)
=
0,1472.100% = 80% 0,184
4. Bài tập tự rèn luyện Bài 1: Điện phân nóng chảy 11,4 gam muối MCl2 thu được 2,688 lít khí (đktc) ở anot. Tìm công thức của MCl2.
Đáp án: MgCl2
Bài 2: Điện phân nóng chảy muối clorua của kim loại M. Ở catot thu được 1,08 gam kim loại và ở anot có 1,008 lít khí (đktc) thoát ra. Tìm muối clorua của kim loại M.
Đáp án: MgCl2
Bài 3: Điện phân hết hỗn hợp KCl và BaCl2 nóng chảy, thu được 10,75 gam kim loại và 2,24 lít khí Cl2 (đktc). Khối lượng Na và Ba bám vào cực catot lần lượt là A. 1,95 và 6,85
B. 3,9 và 6,85 C. 3,9 và 1,37
D. 1,95 và 8,8
Bài 4: Điện phân KCl nóng chảy với I = 1,93A; t = 3500 giây thu được 2,184 gam K. Hiệu suất điện phân là A. 75%
B. 80%
C. 90%
D. 100%
Bài 5: Điện phân MgCl2 nóng chảy với I = 1,93A; t = 3500 giây thu được m gam Mg với hiệu suất điện phân là 90%. Giá trị của m là Sáng kiến kinh nghiệm
16
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân A. 0,756 gam
B. 0,840 gam
C. 0,933 gam
D. 1,680 gam
Bài 6: Điện phân lượng dư Al2O3 nóng chảy trong thời gian 2 giờ 40 phút 50 giây, cường độ dòng điện 5A, thu được 3,6 gam Al ở catot. Hiệu suất của quá trình điện phân là A. 70%
B. 80%
C. 90%
D. 100%
II. Bài tập điện phân dung dịch Với các bài tập điện phân dung dịch giải theo phương pháp bảo toàn electron có thể làm theo các bước sau: Bước 1: Viết phương trình điện li của các chất Bước 2: Viết các quá trình cho nhận electron ở hai điện cực - Cation (ion dương) về catot (cực âm), tại đó cation nhận electron để tạo sản phẩm (quá trình khử). - Anion (ion âm) về anot (cực dương), tại đó anion nhường electron để tạo sản phẩm (quá trình oxi hóa). Đây là giai đoạn quan trọng nhất, cần xác định rõ ion nào ưu tiên nhận hoặc nhường electron và tạo sản phẩm gì? Bước 3: Xét phản ứng phụ và điều kiện kĩ thuật (nếu là sản xuất) * Phản ứng phụ: Phản ứng có thể xảy ra giữa từng cặp sau: - Chất tạo thành ở điện cực. - Chất tan trong dung dịch. - Chất dùng làm điện cực. * Điều kiện kĩ thuật (với sự điện phân trong sản xuất): Sản xuất là điều chế với lượng lớn nên từ các điều kiện phản ứng và phản ứng phụ, cần nêu các biện pháp khắc phục các hao hụt, tốn kém để sự điện phân có hiệu suất cao và đạt hiệu quả kinh tế. Bước 4: Dựa vào dữ kiện đề bài để tìm số mol e trao đổi ở mỗi điện cực rồi tính toán theo yêu cầu.
Sáng kiến kinh nghiệm
17
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 1. Bài toán không cho giả thiết cường độ dòng điện và thời gian. 1.1. Tìm công thức muối hoặc khối lượng, thể tích khí sau điện phân. Ví dụ 1: Tiến hành điện phân dung dịch CuSO4 một thời gian, khi ngừng điện phân ở catot xuất hiện 3,2 gam Cu. Ở anot xuất hiện khí gì và thể tích là bao nhiêu ở đktc? Hướng dẫn CuSO4 → Cu2+ + SO24−
Phương trình điện ly
Catot (-)
Anot (+)
Cu2+, H2O
SO 24 − , H2O
Ion Cu2+ không phải ion Ion SO24− có oxi sẽ không Sơ đồ điện phân
kim loại kiềm nên điện điện phân, H2O sẽ điện phân mà H2O không phân. điện phân. Cu2+ + 2e → Cu 0,1 ←
2H2O → O2 + 4e + 4H+
3,2 = 0,05 64
0,025 ← 0,1
Khí thu được ở anot là khí O2 => VO = n.22,4 = 0,025.22,4 = 0,56 lit 2
Ví dụ 2: Điện phân 100ml dung dịch chứa 2,7 g muối clorua của kim loại X cho tới khi khí bắt đầu xuất hiện ở catot thì ngừng điện phân, thu được 0,448 lít khí ở anot (đktc). X là A. Cu
B. Zn
C. Al
D. Mg
Hướng dẫn Điện phân cho tới khi khí bắt đầu xuất hiện ở catot thì ngừng điện phân chứng tỏ X không phải là kim loại kiềm, kiềm thổ và nhôm. => loại C, D Sáng kiến kinh nghiệm
18
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Vậy công thức muối clorua là XCl2. Ở catot kim loại sẽ điện phân, H2O không điện phân. Ở anot, ion Clsẽ điện phân, H2O không điện phân. 2+ XCln → X + 2Cl
Phương trình điện ly
Sơ đồ điện phân
2+
X
Catot (-)
Anot (+)
X2+, H2O
Cl-, H2O 2Cl- → Cl2
+ 2e → X
+ 2e
0,448 =0,02 → 0,04 22,4
0,02 ← 0,04
m XCl2 = 0,02.( M X + 35,5.2) = 2,7 => MX = 64 . Vậy X là Cu => đáp án A
Ví dụ 3: Điện phân 200ml dung dịch hỗn hợp CuSO4 0,1M và MgSO4 0,05M cho tới khi catot bắt đầu xuất hiện khí thì ngừng điện phân. Khối lượng kim loại bám vào catot bình điện phân và thể tích khí thoát ra ở anot là A. 0,64 gam và 0,896 lít
B. 1,28 gam và 0,224 lít
C. 1,92 gam và 0,448 lít
D. 2,56 gam và 0,672 lít
Hướng dẫn Phương trình điện li: CuSO4 → Cu2+ + SO24− ; MgSO4 → Mg2+ + SO24− Ở catot có các ion Cu2+, Mg2+ và H2O. Ion Mg2+ không bị điện phân nên khi catot xuất hiện khí thì ngừng điện phân do vậy chỉ có Cu2+ điện phân hết. Cu2+
+ 2e
→ Cu
0,02mol → 0,04mol → 0,02 mol => mkim loại Cu ở catot = 0,02.64 = 1,28 gam Số mol e nhận ở catot là 0,04 mol => số mol e nhường ở anot = 0,04 mol Ở anot có ion SO24− và H2O. Ion SO24− không điện phân, chỉ có H2O điện phân. Sáng kiến kinh nghiệm
19
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 2H2O → O2 + 4e + 4H+ 0,01 ← 0,04 => thể tích khí O2 ở anot = 0,01.22,4 = 0,224 lít => chọn đáp án B Bài tập tự rèn luyện Bài 1: Tiến hành điện phân dung dịch AgNO3 một thời gian, khi ngừng điện phân ở catot xuất hiện 27 gam Ag. Ở anot xuất hiện khí gì và thể tích là bao nhiêu ở đktc?
Đáp án: khí O2, thể tích 1,4 lít
Bài 2: Tiến hành điện phân 500 ml dung dịch FeCl2 2M một thời gian, khi ngừng điện phân ở catot xuất hiện 19,6 gam Fe. Ở anot xuất hiện khí gì và thể tích là bao nhiêu ở đktc?
Đáp án: khí Cl2, thể tích 7,84 lít
Bài 3: Điện phân 100ml dung dịch chứa 3,81 g muối clorua của kim loại X cho tới khi khí bắt đầu xuất hiện ở catot thì ngừng điện phân, thu được 0,672 lít khí ở anot (đktc). X là A. Cu
B. Zn
C. Fe
D. Mg
Bài 4: Điện phân 200ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1M và Cu(NO3)2 0,05M cho tới khi catot bắt đầu xuất hiện khí thì ngừng điện phân. Khối lượng kim loại bám vào catot bình điện phân và thể tích khí thoát ra ở anot (đktc) là A. 0,64 gam và 0,896 lít
B. 2,16 gam và 0,224 lít
C. 2,80 gam và 0,224 lít
D. 0,64 gam và 0,672 lít
Bài 5: Điện phân 200ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1M và CuCl2 0,05M cho tới khi catot bắt đầu xuất hiện khí thì ngừng điện phân. Khối lượng kim loại bám vào catot bình điện phân và thể tích khí thoát ra ở anot (đktc) là
A. 2,16 gam và 0,896 lít
B. 2,16 gam và 0,224 lít
C. 2,80 gam và 0,224 lít
D. 2,80 gam và 0,336 lít
Sáng kiến kinh nghiệm
20
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 1.2. Bài tập điện phân dung dịch liên quan đến pH Khi giải bài tập có liên quan đến pH cần lưu ý: pH = 7: Môi trường trung tính pH < 7: Môi trường axit pH > 7: Môi trường bazơ - Công thức tính pH, pOH pH = -lg [H+]; pOH = -lg[OH-]; pH + pOH = 14 Ví dụ 1: Điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 2 lít dung dịch chứa 0,4 mol BaCl2 đến khi được dung dịch có pH =13 thì ngừng điện phân. Xem thể tích dung dịch không đổi. Tính thể tích khí lần lượt xuất hiện ở hai điện cực catot và anot. Hướng dẫn pH = 13 => môi trường sau điện phân là môi trường bazơ => ở catot có H2O tham gia điện phân, còn ion Ba2+ không điện phân. Ở anot: ion Cl- sẽ điện phân. pH = 13 => Ta có: pH = 13 => pOH = 14 -13 = 1 => [OH-] = 10-1M n OH- =10-1 .2 = 0,2 mol ; n Cl- = 2n BaCl2 = 2.0,4 = 0,8 (mol)
Phương trình điện ly: BaCl2 → Ba2+ + 2ClỞ catot: có Ba2+, H2O. Ba2+ không điện phân, H2O điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH0,2 ← 0,1 ← 0,2 Ở anot: có Cl-, H2O. Ion Cl- điện phân trước 2Cl- → Cl2 + 2e 0,1 ← 0,2 nếu Cl- điện phân hết thì số mol e nhường là 0,8 nhưng ở catot chỉ nhận 0,2 mol => Cl- không điện phân hết VH2 (catot) = 0,1.22,4 = 2,24 lit; VCl2 (anot) = 0,1.22,4 = 2,24 lit
Sáng kiến kinh nghiệm
21
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Ví dụ 2: Điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 2 lít dung dịch chứa 0,2 mol CuCl2 và 0,4 mol BaCl2 đến khi được dung dịch có pH =13 thì ngừng điện phân. Xem thể tích dung dịch không đổi. Thể tích khí lần lượt xuất hiện ở hai điện cực catot và anot là A. 6,72 lít và 2,24 lít
B. 2,24 lít và 6,72 lít
C. 4,48 lít và 4,48 lít
D. 2,24 lít và 4,48 lít
Hướng dẫn pH = 13 => môi trường sau điện phân là môi trường bazơ => ở catot có H2O tham gia điện phân. Như vậy, ở catot Cu2+ sẽ điện phân hết, sau đó đến H2O điện phân, còn ion Ba2+ không điện phân. Ở anot, ion Cl- sẽ điện phân. Ta có: pH = 13 => pOH = 14 -13 = 1 => [OH-] = 10-1M n OH- =10-1 .2 = 0,2 mol ; n Cl- = 2n CuCl2 + 2n BaCl2 = 2.0,2 + 2.0,4 = 1,2 (mol) n Cu 2+ = n CuCl2 = 0,2 (mol)
Phương trình điện ly
2+ 2+ → Cu + 2Cl ; BaCl2 → Ba + 2Cl CuCl2
Catot (-)
Anot (+)
Cu2+, Ba2+, H2O
Cl-, H2O
Cu2+ + 2e → Cu
2Cl- → Cl2 + 2e
0,2 → 0,4 Sơ đồ điện phân
2H2O + 2e
0,3 ← 0,6 -
→ H2 + nếu Cl điện phân hết thì
2OH-
số mol e nhường là 1,2 0,2 ← 0,1 ← 0,2
nhưng ở catot chỉ nhận 0,6 mol => Cl- không điện phân hết
VH 2 (catot) = 0,1.22,4 = 2,24 lit; VO2 (anot) = 0,3.22,4 = 6,72 lit => chọn đáp án B
Sáng kiến kinh nghiệm
22
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Ví dụ 3: Tiến hành điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 500ml dung dịch hỗn hợp HCl 0,02M và NaCl 0,2M. Sau khi ở anot thoát ra 0,448 lít khí (đktc) thì ngừng điện phân. Giả sử thể tích dung dịch không đổi, pH của dung dịch sau điện phân là A. 1,7
B. 1,22
C. 12,78
D. 12,3
Hướng dẫn n H + = n HCl = 0,5.0,02 = 0,01 (mol) ; n Cl- = n HCl + n NaCl = 0,5.0,02 + 0,5.0,2 = 0,11(mol)
Phương trình điện li: HCl → H+ + Cl-; NaCl → Na+ + ClỞ catot sẽ có ion H+, Na+ và H2O. Ion H+ sẽ điện phân trước, sau đó đến H2O, ion Na+ không điện phân. Ở anot có ion Cl- và OH- của H2O. Ion Cl- điện phân nên khí thoát ra là Cl2. nkhí
ở anot
= 0,448/22,4 = 0,02 mol. Nếu Cl- điện phân hết thì số mol e
nhường là 0,11 nhưng khí thoát ra là 0,02mol => ở anot chỉ nhường 0,04 mol => Cl- không điện phân hết, H2O chưa điện phân.
Sơ đồ điện phân
Catot (-)
Anot (+)
Na+, H+, H2O
Cl-, H2O
2H+ + 2e → H2 0,01 → 0,01
2Cl- → Cl2 + 2e
2H2O + 2e → H2 + 2OH-
0,02 → 0,04
0,03 → 0,015 → 0,03 [OH-] = 0,03/0,5 = 0,06M => pOH = -lg[OH-] = -lg0,06 = 1,22 => pH = 14 - pOH = 14 -1,22 = 12,78 => Chọn đáp án C
Bài tập tự rèn luyện Bài 1: Điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 2 lít dung dịch chứa 0,04 mol KCl đến khi được dung dịch có pH =12 thì ngừng điện phân. Xem thể tích dung dịch không đổi. Thể tích khí lần lượt xuất hiện ở hai điện cực catot và anot là Sáng kiến kinh nghiệm
23
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân A. 0,224 lít và 0,224 lít
B. 0,224 lít và 0,448 lít
C. 0,224 lít và 0,896 lít
D. 0,896 lít và 0,896 lít
Bài 2: Điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 2 lít dung dịch chứa 0,2 mol CuCl2 và 0,4 mol KCl đến khi được dung dịch có pH =13 thì ngừng điện phân. Xem thể tích dung dịch không đổi. Thể tích khí lần lượt xuất hiện ở hai điện cực catot và anot là A. 6,72 lít và 2,24 lít
B. 2,24 lít và 6,72 lít
C. 4,48 lít và 4,48 lít
D. 2,24 lít và 4,48 lít
Bài 3: Điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 2 lít dung dịch chứa 0,1 mol CuCl2 và 0,1mol NaCl đến khi được dung dịch có pH =12 thì ngừng điện phân. Xem thể tích dung dịch không đổi. Thể tích khí lần lượt xuất hiện ở hai điện cực catot và anot là A. 2,464 lít và 0,224 lít
B. 0,224 lít và 2,464 lít
C. 0,448 lít và 0,224 lít
D. 0,224 lít và 0,224 lít
Bài 4: Tiến hành điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 500ml dung dịch hỗn hợp HCl 0,02M và KCl 0,2M. Sau khi ở anot thoát ra 1,12 lít khí (đktc) thì ngừng điện phân. Giả sử thể tích dung dịch không đổi, pH của dung dịch sau điện phân là A. 0,7 4
B. 1,22
C. 12,78
D. 13,26
Bài 5: Tiến hành điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 500ml dung dịch hỗn hợp H2SO4 0,06M và Na2SO4 0,2M. Sau khi ở anot thoát ra 0,448 lít khí (đktc) thì ngừng điện phân. Giả sử thể tích dung dịch không đổi, pH của dung dịch sau điện phân là A. 1,4
B. 12,6
C. 12,78
D. 0,92
Bài 6: Tiến hành điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 500ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 0,005M và FeSO4 0,01M. Sau khi ở catot bắt đầu có khí thoát ra thì ngừng điện phân. Giả sử thể tích dung dịch không đổi, pH của dung dịch sau điện phân là Sáng kiến kinh nghiệm
24
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân A. 12,48
B. 1,52
D. 1,22
C. 12,78
1.3. Dung dịch sau điện phân tiếp tục tham gia phản ứng Ví dụ 1: Sau một thời gian điện phân 150ml dung dịch CuSO4 với 2 điện cực trơ người ta nhận thấy khối lượng dung dịch giảm đi 8 gam. Để làm kết tủa hết ion Cu2+ còn lại phải dùng H2S có dư và thu được 4,8 gam kết tủa. Tính nồng độ mol của dung dịch CuSO4 ban đầu. Hướng dẫn Phương trình điện li: CuSO4 → Cu2+ + SO24− Ở catot (-)
Ở anot
Cu2+, H2O
SO 24 − , H2O
Cu2+ + 2e → Cu
2H2O → O2 + 4e + 4H+
x mol → 2x → x
0,5x ← 2xmol
Khối lượng dung dịch giảm là khối lượng Cu và O2 m (Cu+O2 ) = 64x + 32.0,5x = 8 => x = 0,1
Mặt khác: Cu2+ + H2S → CuS ↓ + 2H+ 0,05
←
4,8 = 0,05(mol) 96
=> số mol CuSO4 = số mol Cu2+ = 0,1 + 0,05 = 0,15 mol CMCuSO4 =
0,15 = 1M 0,15
Ví dụ 2: Điện phân điện cực trơ 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l một thời gian được dung dịch Y vẫn còn màu xanh, có khối lượng giảm 8 gam so với dung dịch ban đầu. Cho 16,8 gam bột sắt vào Y, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn được 12,4 gam kim loại. Giá trị của x là A. 2,25
B. 1,50
C. 1,25
D. 3,25
( Trích đề thi đại học khối B năm 2010) Hướng dẫn Phương trình điện li: CuSO4 → Cu2+ + SO24− Sáng kiến kinh nghiệm
25
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Dung dịch sau điện phân vẫn còn màu xanh => Cu2+ chưa điện phân hết. Gọi y là số mol Cu2+ điện phân. Số mol electron nhường, nhận ở 2 điện cực luôn bằng nhau. Ở catot (-)
Ở anot
Cu2+, H2O
SO 24 − , H2O
Cu2+ + 2e → Cu
2H2O → O2 + 4e + 4H+
y mol → 2y → y
0,5y ← 2ymol → 2y mol
Khối lượng dung dịch giảm là khối lượng Cu và O2 m (Cu+O2 ) = 64y + 32.0,5y = 8 => y = 0,1
Mặt khác: nFe =
16,8 2+ = 0,3(mol) ; gọi t là số mol Cu còn dư sau điện phân 56
Dung dịch sau điện phân có t mol Cu2+ và 2y = 0,2 mol H+ Cu2+ + Fe →
Cu + Fe2+
ban đầu
t mol
tmol
phản ứng
t mol → t mol →
sau phản ứng
0 mol (0,3 - t)mol t mol
t mol
2H+ + Fe → Fe2+ + H2 ban đầu
0,2mol (0,3- t)mol
phản ứng
0,2mol → 0,1mol
sau phản ứng
0mol
(0,2- t)mol
Khối lượng kim loại sau điện phân = mCu + mFe = 64t + 56(0,2-t) = 12,4 => t = 0,15 mol CMCuSO4 =
0,1+ 0,15 = 1,25M => chọn đáp án C 0,2
Bài tập tự rèn luyện Bài 1: Sau một thời gian điện phân 150ml dung dịch AgNO3 với 2 điện cực trơ người ta nhận thấy khối lượng dung dịch giảm đi 29 gam. Sáng kiến kinh nghiệm
26
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Để làm kết tủa hết ion Ag+ còn lại phải dùng HCl có dư và thu được 7,175 gam kết tủa. Tính nồng độ mol của dung dịch AgNO3 ban đầu. Đáp án: 2M Bài 2: Điện phân điện cực trơ 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l một thời gian được dung dịch Y vẫn còn màu xanh, có khối lượng giảm 16 gam so với dung dịch ban đầu. Cho 22,4 gam bột sắt vào Y, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn được 12,4 gam kim loại. Giá trị của x là A. 2,25
B. 1,75
C. 1,25
D. 3,25
Bài 3: Điện phân có màng ngăn 150ml dung dịch BaCl2, khí thoát ra ở anot là 112ml (đktc). Dung dịch còn lại trong bình điện phân sau khi được trung hòa bằng HNO3 đã phản ứng vừa đủ với 20 gam dung dịch AgNO3 17%. Tìm nồng độ mol của dung dịch BaCl2 ban đầu. Đáp án: 0,1M Bài 4: Điện phân 200ml dung dịch CuCl2 1M thu được 0,05 mol khí Cl2. Ngâm một cây đinh sắt sạch vào dung dịch sau điện phân, khi phản ứng kết thúc lấy đinh ra. Khối lượng cây đinh tăng, giảm bao nhiêu gam? A. Tăng 1,2 gam
B. Giảm 1,2 gam
C. Tăng 9,6 gam
D. Tăng 3,2 gam
2. Bài toán cho giả thiết cường độ dòng điện, thời gian. Với dạng bài toán này, ta áp dụng công thức tính số mol electron thu hoặc nhường ở các điện cực ne = (I.t)/F. Sau đó viết các quá trình nhường, thu electron ở các điện cực rồi tính toán theo yêu cầu của đề bài. Chú ý đến các quá trình oxi hóa – khử diễn ra ở mỗi điện cực của bình điện phân. Đảm bảo số mol electron nhường ở anot = số mol electron nhận ở catot. 2.1. Tìm nồng độ mol/lít hoặc khối lượng hoặc thể tích khí sau điện phân.
Sáng kiến kinh nghiệm
27
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Ví dụ 1: Tiến hành điện phân 200ml dung dịch CuSO4 với cường độ dòng điện I = 1,93A cho tới khi catot bắt đầu xuất hiện khí thì thời gian cần là 250 giây. Tính nồng độ mol/l dung dịch CuSO4 và thể tích khí thoát ra ở anot (đktc). Hướng dẫn: Ta có số mol e ở các điện cực là ne = (I.t)/F = (1,93.250)/96500 = 0,005 mol = 5.10-3 mol Phương trình điện li dung dịch CuSO4 → Cu2+ + SO2-4 Ở catot có ion Cu2+, H2O. Điện phân đến khi catot xuất hiện khí thì ngừng => Cu2+ điện phân hết Cu2+ + 2 e → Cu 2,5.10-3 ← 5.10-3 => CM CuSO = 4
2, 5.10 −3 = 0,0125M 0, 2
Ở anot có ion SO2-4 , H2O. Ion SO2-4 không điện phân mà H2O điện 2H2O → O2 + 4e + 4H+
phân
1,25.10-3 ← 5.10-3 => thể tích khí O2 ở anot = 1,25.10-3. 22,4 = 0,028 lít Ví dụ 2: Điện phân có màng ngăn 2 điện cực trơ 100ml dung dịch MgCl2 0,15M với I = 0,1A; t = 9650 giây. Tính nồng độ mol các ion trong dung dịch sau điện phân( thể tích dung dịch coi như không thay đổi). Hướng dẫn: n MgCl = 0,1.0,15 = 0,015 mol 2
Tính số mol electron trao đổi ở các điện cực ne = (I.t)/F = (0,1.9650)/96500 = 0,01 mol Phương trình điện ly: MgCl2 → Mg2+ + 2Cl0,015 → 0,015 → 0,03 mol Ở catot: có ion Mg2+, H2O. Ion Mg2+ không bị điện phân mà H2O điện phân Sáng kiến kinh nghiệm
28
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH0,01 mol → 0,01 mol Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2 0,005 ← 0,01 mol => n Mg
2+
(du)
= 0,1.0,15 - 0,005 = 0,01(mol)
Ở anot: có ion Cl-, H2O. Ion Cl- điện phân trước 2Cl- → Cl2 + 2e 0,01 → 0,005 → 0,01mol n Cl- (du) = 0,03 - 0,01 = 0,02(mol)
=> [Mg2+] = 0,01/0,1 = 0,1M; [Cl-] = 0,02/0,1 = 0,2M Ví dụ 3: Điện phân 100ml dung dịch hỗn hợp AgNO3, Cu(NO3)2 với hai điện cực trơ I = 5A trong một thời gian là 32 phút 10 giây thì thấy ở catot bắt đầu xuất hiện bọt khí, lúc đó khối lượng cực catot tăng lên 4,72 gam. Tính nồng độ mol/lít AgNO3, Cu(NO3)2 ban đầu và thể tích khí thoát ra ở anot ( đktc). Hướng dẫn Đổi 32 phút 10 giây = 32.60 + 10 = 1930 giây Số mol electron trao đổi ở mỗi điện cực là ne = (I.t)/F = (5.1930)/96500 = 0,1 mol Gọi x, y lần lượt là nồng độ của AgNO3, Cu(NO3)2 => số mol của AgNO3 là 0,1x; số mol của Cu(NO3)2 là 0,1y. Phương trình điện ly
AgNO3 → Ag+ + NO3− 0,1x → 0,1x → 0,1x Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2 NO3− 0,1y
→ 0,1y → 0,2y
Ở catot: có ion Ag+, Cu2+, H2O. Vì ion Ag+ có tính oxi hóa mạnh hơn ion Cu2+ nên ion Ag+ điện phân trước, sau đó đến ion Cu2+. Sáng kiến kinh nghiệm
29
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Khi catot bắt đầu có bọt khí thì ngừng điện phân => 2 ion Ag+ , Cu2+ điện phân hết Ag+ + 1e → Ag 0,1x → 0,1x → 0,1x Cu2+ + 2 e → Cu 0,1y → 0,2y → 0,1y = m Ag + m Cu = 0,1x.108 + 0,1y.64 = 4,72 m x = 0,2 Theo đề bài ta có catot tang => n e nhan = 0,1x + 0,2y = 0,1
y = 0,4
Ở anot: Ion NO3− , H2O. Ion NO3− không bị điện phân, H2O bị điện phân 2H2O → O2 + 4e + 4H+ 0,025 ← 0,1 mol => VO = 0,025.22,4 = 0,56 lit 2
Bài tập tự rèn luyện Bài 1: Tiến hành điện phân 200ml dung dịch AgNO3 với cường độ dòng điện I = 1,93A cho tới khi catot bắt đầu xuất hiện khí thì thời gian cần là 500 giây. Tính nồng độ mol/l dung dịch AgNO3 và thể tích khí thoát ra ở anot (đktc).
Đáp án: 0,05M và 0,056 lít
Bài 2: Điện phân 100ml dung dịch hỗn hợp AgNO3, Cu(NO3)2 với hai điện cực trơ I = 5A trong một thời gian là 64 phút 20 giây thì thấy ở catot bắt đầu xuất hiện bọt khí, lúc đó khối lượng cực catot tăng lên 9,44 gam. Tính nồng độ mol/lít AgNO3, Cu(NO3)2 ban đầu và thể tích khí thoát ra ở anot ( đktc).
Đáp án: 0,4M, 0,8M; 1,12 lít
Bài 3: Điện phân có màng ngăn 2 điện cực trơ 100ml dung dịch NaCl 0,15M với I = 0,1A; t = 9650 giây. Tính nồng độ mol các ion trong dung dịch sau điện phân( thể tích dung dịch coi như không thay đổi). Đáp án: [Na+] = 0,15M; [Cl-] = 0,05M; [OH-] = 0,1M Sáng kiến kinh nghiệm
30
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 2.2. Bài tập tìm thời gian điện phân Ví dụ 1: Điện phân 100ml dung dịch CuSO4 0,2M với I = 9,65 A trong thời gian t giây. Sau điện phân khối lượng Cu bám vào catot bình điện phân là 0,64 gam. Giá trị của t là A. 100 giây Hướng dẫn
B. 200 giây
C. 300 giây
D. 400 giây
n CuSO4 = 0,1.0,2 = 0,02(mol)
Phương trình điện li:
CuSO 4 → Cu 2+ + SO 2-4
0,02mol → 0,02 → 0,02
Ở catot có ion Cu2+, H2O. Ion Cu2+ sẽ điện phân trước Cu2+ + 2 e → Cu 0,01 ← 0,02 ← 0,64/64 = 0,01 mol. Vậy Cu2+ chưa điện phân hết Số mol electron trao đổi là 0,02 mol (nếu Cu2+ điện phân hết thì số mol e trao đổi là 0,04 mol và thu được 0,02 mol Cu nhưng thực tế chỉ thu được 0,01 mol Cu) ne = (I.t)/F = (9,65.t)/96500 = 0,02 => t = 200 giây =>Chọn đáp án B Ví dụ 2: Điện phân dung dịch AgNO3 với 2 điện cực trơ I = 9,65A. Khi cả hai cực đều có 0,56 lít khí thoát ra (đktc) thì ngưng điện phân. Thời gian điện phân là A. 500 giây
B. 1000 giây
C. 2000 giây
D. 2500 giây
Hướng dẫn Phương trình điện li:
AgNO3 → Ag + + NO3-
Ở catot: có ion Ag+, H2O. Ion Ag+ sẽ điện phân trước sau đó đến H2O. Ở anot: có NO3− và H2O. Ion NO3− không điện phân mà H2O điện phân.
Sáng kiến kinh nghiệm
31
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 2H2O → O2 +
+ 4H+
4e
0,56 = 0,025 → 0,1 mol 22,4
Áp dụng công thức tính số mol electron trao đổi ta có ne = (I.t)/F = (9,65.t)/96500 = 0,1 => t = 1000 giây => chọn đáp án B Ví dụ 3: Điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 100ml dung dịch hỗn hợp CuSO4 0,1M và NaCl 0,1M với I = 0,5A, sau một thời gian thu được dung dịch có pH = 2( giả sử thể tích dung dịch không đổi). Thời gian điện phân là A. 193 giây
B. 1930 giây
C. 2123 giây
D. 1737 giây
Hướng dẫn: n CuSO4 = 0,1.0,1 = 0,01 (mol); n NaCl = 0,1.0,1 = 0,01 (mol)
Phương trình điện li: CuSO4 → Cu2+ + SO24− 0,01 → 0,01 mol NaCl → Na+ + Cl0,01 → 0,01mol Ở catot: Ion Cu2+, Na+, H2O. Ion Cu2+ sẽ điện phân trước, giả sử Cu2+ điện phân hết. Cu2+ + 2 e → Cu (1) 0,01 → 0,02 mol Ở anot: ion SO24− , Cl-, H2O. Ion Cl- điện phân trước 2Cl- → Cl2 + 2e (2) 0,01 mol → 0,01mol Số mol electron trao đổi ở mỗi điện cực bằng nhau. Ở
catot nhận 0,02 mol electron, ở anot mới nhường 0,01 mol
electron, thiếu 0,01 mol electron nên H2O tiếp tục điện phân. Và dung dịch sau điện phân có pH = 2 => [H+] = 10-2M => n H = 10-2 .0,1 = 10-3 (mol) +
Sáng kiến kinh nghiệm
32
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 2H2O → O2 + 4e + 4H+
(3)
10-3 ← 10-3mol Theo (2) và (3) thì số mol electron nhường là 0,01 + 0,001 = 0,011 mol => ở catot Cu2+ chưa điện phân hết. ne =(I.t)/F = 0,5.t/96500 = 0,011 => t = 2123 giây => chọn đáp án C Bài tập tự rèn luyện Bài 1: Điện phân 100ml dung dịch AgNO3 0,2M với I = 9,65A trong thời gian t giây. Sau điện phân khối lượng Ag bám vào catot bình điện phân là 1,08 gam. Giá trị của t là A. 100 giây
B. 200 giây
C. 300 giây
D. 400 giây
Bài 2: Điện phân 100ml dung dịch FeSO4 0,4M với I = 9,65A trong thời gian t giây. Sau điện phân khối lượng Fe bám vào catot bình điện phân là 1,12 gam. Giá trị của t là A. 100 giây
B. 200 giây
C. 300 giây
D. 400 giây
Bài 3: Điện phân dung dịch CuSO4 với 2 điện cực trơ I = 9,65A. Khi cả hai cực đều có 1,12 lít khí thoát ra (đktc) thì ngưng điện phân. Thời gian điện phân là A. 500 giây
B. 1000 giây
C. 2000 giây
D. 2500 giây
Bài 4: Điện phân có màng ngăn hai điện cực trơ 100ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,2M và NaCl 0,1M với I = 0,55A, sau một thời gian thu được dung dịch có pH = 2 (giả sử thể tích dung dịch không đổi). Thời gian điện phân là A. 193 giây
B. 1930 giây
C. 2123 giây
D. 1737 giây
2.3. Dung dịch sau điện phân tiếp tục tham gia phản ứng Ví dụ 1: Điện phân có màng ngăn 400ml dung dịch hỗn hợp gồm BaCl2 0,5M; KCl 0,8M và NaCl 1M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với I = 9,65A trong 90 phút.
Sáng kiến kinh nghiệm
33
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Dung dịch sau điện phân cho tác dụng với dung dịch chứa x mol AlCl3 thấy xuất hiện 4,68 gam kết tủa. Giá trị của x là A. 0,33
B. 0,24
C. 0,15
D. 0,18
Hướng dẫn ne = (I.t)/F = (9,65.90.60)/96500 = 0,54 mol n BaCl2 = 0,4.0,5 =0,2mol; n KCl = 0,4.0,8 = 0,32mol; n NaCl = 0,4.1 = 0,4 mol
BaCl2 → Ba2+ + 2Cl-
Phương trình điện li
0,2 mol → 0,2 → 0,4 mol KCl → K+ + Cl0,32 mol → 0,32 mol NaCl → Na+ + Cl0,4 mol →
0,4 mol
Ở catot: có Ba2+, K+, Na+, H2O. Chỉ có H2O điện phân 2H2O + 2 e → H2 + 2OH0,54 mol → 0,54 mol Ở anot: có Cl- (có tổng số mol là 1,12 mol). Nếu Cl- điện phân hết thì nhường 1,12 mol electron nhưng electron nhường thực tế là 0,54 mol => Cl- chưa điện phân hết. Dung dịch sau điện phân có 0,54 mol OH- sẽ tham gia phản ứng với AlCl3. Áp dụng công thức tính n OH = 4n Al - n ket tua -
=> n AlCl = x = n Al = 3
n OH- + n ket tua
3+
4
3+
0,54 + =
4
4, 68 78 = 0,15 mol => chọn đáp án C
Ví dụ 2: Điện phân có màng ngăn 300ml dung dịch hỗn hợp gồm BaCl2 0,5M và NaCl 1M ( điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với I = 9,65A trong 90 phút. Dung dịch sau điện phân cho tác dụng với 80ml dung dịch AlCl3 2M thấy xuất hiện m gam kết tủa. Giá trị của m là Sáng kiến kinh nghiệm
34
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân A. 11,7
B. 3,9
C. 7,8
D. 4,68
Hướng dẫn ne = (I.t)/F = (9,65.90.60)/96500 = 0,54 mol n BaCl2 = 0,3.0,5 = 0,15 mol; n NaCl = 0,3.1 = 0,3 mol
Phương trình điện li BaCl2 → Ba2+ + 2Cl0,15 mol →
0,3 mol
NaCl → Na+ + Cl0,3 mol →
0,3 mol
Ở catot: có Ba2+, K+, Na+, H2O. Chỉ có H2O điện phân 2H2O + 2 e → H2 + 2OH0,54 mol → 0,54 mol Ở anot: có Cl- (có tổng số mol là 0,6 mol). Nếu Cl- điện phân hết thì nhường 0,6 mol electron nhưng electron nhường thực tế là 0,54 mol => Clchưa điện phân hết. Dung dịch sau điện phân có 0,54 mol OH- sẽ 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 3
Ví dụ 3: Điện phân có màng ngăn 500ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M và NaCl 0,5M ( điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với I = 5A trong 3860 giây. Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hòa tan hết 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 năm 2009)
Sáng kiến kinh nghiệm
35
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 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 rồi đến H2O, Na+ không điện phân Cu2+ + 2 e → Cu 0,05 → 0,1 mol Số mol e trao đổi là 0,2mol mà Cu2+ nhận 0,1 mol electron vậy còn 0,1 mol electron do H2O điện phân H2O + 2 e → H2 + 2OH0,1mol → 0,1mol Ở anot: có Cl- (0,1 + 0,25 = 0,35 mol), H2O. Cl- điện phân hết mới đến H2O 2Cl- → Cl2 + 2e 0,2
← 0,2 mol
=> Ion Cl- chưa điện phân hết ( vì số mol electron trao đổi là 0,2 mol => số mol Cl- bị điện phân là 0,2 mol => Cl- còn 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 → 2 AlO −2 + 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 và AgNO3 0,5M ( điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với I = 5A trong 3860 giây. Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng Sáng kiến kinh nghiệm
36
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân hòa tan hết m gam Al. Giá trị lớn nhất của m là 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 và Zn(NO3)2 0,1M ( điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với I = 5A trong 3860 giây. Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hòa tan hết m gam Al. Giá trị lớn nhất của m là 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 và KCl 1M ( điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với I = 9,65A trong 5400 giây. Dung dịch sau điện phân cho tác dụng với V ml dung dịch Al(NO3)3 1M thấy xuất hiện 7,8 gam kết tủa. Giá trị của V là A. 320ml
B. 80ml
C. 160ml
D. 240ml
3. Điện phân dung dịch với bình điện phân mắc nối tiếp hoặc song song * Với các bình điện phân mắc nối tiếp Các bình điện phân mắc nối tiếp có cường độ dòng điện và thời gian điện phân như nhau nên số mol electron thu, nhường ở hai điện cực các bình như nhau. * Với các bình điện phân mắc song song - Thời gian điện phân ở các bình như nhau. - Cường độ dòng điện mạch chính bằng tổng cường độ các mạch rẽ I = I1 + I2 + I3 +... - Số mol electron thu hoặc nhường ở mạch chính bằng tổng số mol electron thu hoặc nhường ở các 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 RSO4 điện phân một thời gian rồi ngừng, thấy catot bình (1) tăng 5 gam, catot bình (2) tăng 1,48 gam. Tìm R. Sáng kiến kinh nghiệm
37
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Hướng dẫn Phương trình điện li:
Bình (1)
AgNO3 → Ag+ + NO3-
Bình (2)
RSO4 → R2+ + SO24−
Ở catot bình 1 có ion Ag+, H2O. Ion Ag+ điện phân Ag+ + 1 e → Ag 5 5 ← mol 108 108
Số mol electron thu ở bình (2) = Số mol electron thu ở bình (1)=
5 mol 108
Ở catot bình (2) có ion R2+, H2O. R2+ điện phân R2+ + 2e → R 5 5 → mol 108 2.108
mR =
5 . MR = 1,48 gam => MR = 63,936 => R là Cu 2.108
Ví dụ 2: Có hai bình điện phân mắc nối tiếp nhau - Bình 1: Chứa 1 lít dung dịch CuCl2 2x mol/l. - Bình 2: Chứa 2 lít dung dịch AgNO3 x mol/l. Thực hiện điện phân với điện cực trơ trong thời gian 50 phút, I = 1,93A. Trộn hai dung dịch sau điện phân thu được kết tủa và trong 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:
2+ bình (1): CuCl2 → Cu + 2Cl
2x →
2x →
4x mol
+ − bình (2): AgNO3 → Ag + NO3
2x
→
2x → 2x mol
số mol electron trao đổi ở mỗi điện cực mỗi bình điện phân là ne = (I.t)/F = (1,93.50.60)/96500 = 0,06 mol Sáng kiến kinh nghiệm
38
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Trộn 2 dung dịch sau điện phân thu được kết tủa và trong dung dịch sau pha trộn có 0,08 mol Cl- => ở bình (1) ion Cl- điện phân không hết, ở bình (2) ion Ag+ điện phân không hết. Bình 1
Bình 2
ở catot: ion Cu2+, H2O. Cu2+ điện ở catot: ion Ag+, H2O. Ag+ điện phân
phân
Cu2+ + 2 e → Cu
Ag+ + 1e → Ag (**)
0,06 → 0,03
0,06 ← 0,06
ở anot: Cl- , H2O. Cl- điện phân
ở anot: NO3- , H2O. H2O điện phân
2Cl- → Cl2 + 2 e (*)
2H2O → O2 + 4e + 4H+
0,06 ←
0,06
0,015 ← 0,06
Gọi số mol Ag+, Cl- phản ứng là y mol Ag+ + Cl- → AgCl ↓ (***) 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 (****) và (*****) => x = 0,04; y = 0,02 Ví dụ 3: Có hai bình điện phân với 2 điện cực trơ và màng ngăn xốp mắc song song với nhau. - Bình 1: chứa 500ml dung dịch ZnSO4 1M. - Bình 2: chứa 1000ml dung dịch NaCl 2M. Thực hiện điện phân trong thời gian 2500 giây với I = 96,5A thì ngừng. Lúc đó bình 1 thu được 16,25 gam kim loại ở catot. Lấy 2 dung dịch sau điện phân trộn lại với nhau. Tính nồng độ các chất trong dung dịch sau pha trộn.
Sáng kiến kinh nghiệm
39
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Hướng dẫn n ZnSO4 = 0,5.1 = 0,5 mol; n NaCl = 2.1 = 2mol
Phương trình điện li
ZnSO 4 → Zn 2+ + SO 42-
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 ở catot bình (1) và (2) phải bằng 2,5 mol => số mol e nhận ở catot bình (2 ) = 2,5 -0,5 = 2,0 mol Ở catot bình (2): ion Na+ không điện phân mà H2O điện phân 2H2O + 2 e ← H2 + 2OH2,0 mol ← 2,0 mol Ở anot bình (1): Ion SO 24− không điện phân mà H2O điện phân 2H2O ← O2 + 4 e + 4H+ 0,5 ← 0,5mol ở anot bình (2): Ion Cl- điện phân, H2O không điện phân 2Cl- → Cl2 + 2 e 2,0 →
2,0 mol Vì mắc song song nên số mol electron nhường ở anot bình (1) và (2)
phải bằng 2,5 mol => số mol e nhường ở anot bình (1 ) = 2,5 -2,0 = 0,5 mol Sau khi điện phân ở bình (1) có Zn2+ dư 0,25 mol, OH- (2,0 mol), SO 2-4 (0,5 mol).
Sau khi điện phân ở bình (2) có Na+ 2,0 mol, H+ (0,5 mol). Trộn dung dịch 2 bình ta có ion H+ phản ứng với ion OH- trước Sáng kiến kinh nghiệm
40
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 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- còn 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
0 mol 1,0
0,25 mol
Sau phản ứng ion OH- vẫn dư 1,0 mol, mà Zn(OH)2 là hiđroxit lưỡng tính nên tiếp tục xảy ra phản ứng sau: 2OH- + Zn(OH)2 → ZnO2-2 + 2H2O Ban đầu
1,0
0,25 mol
Phản ứng
0,5 ←
0,25 →
Sau phản ứng
0,5
0,0
0,25 mol 0,25mol
Vậy 1500ml dung dịch sau pha trộn có Na+ (2,0 mol); SO2-4 (0,5 mol); OH(0,5 mol); ZnO2-2 (0,25 mol) Các chất trong dung dịch có: NaOH (0,5 mol); Na2SO4 (0,5 mol) và Na2ZnO2 (0,25 mol). C NaOH =
0,5 0,5 0,25 = 0,33M; C Na 2SO 4 = = 0,33M; C Na 2 ZnO 2 = = 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 RSO4 điện phân một thời gian rồi ngừng, thấy catot bình (1) tăng 1,28 gam, catot bình (2) tăng 1,18 gam. Tìm R. Sáng kiến kinh nghiệm
Đáp án: Ni 41
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Bài 2: Có hai bình điện phân mắc nối tiếp: bình (1) chứa dung dịch AgNO3; bình (2) chứa dung dịch RCl2 điện phân một thời gian rồi 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 nhau - Bình 1: Chứa 1 lít dung dịch NiCl2 2x mol/l. - Bình 2: Chứa 2 lít dung dịch AgNO3 x mol/l. Thực hiện điện phân với điện cực trơ trong thời gian 50 phút, I = 1,93A. Trộn hai dung dịch sau điện phân thu được kết tủa và trong dung dịch sau pha trộn có 0,07 mol Cl-. Tìm x.
Đáp án: x = 0,035
4. Điện phân dung dịch với anot tan Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với cực anot bằng Cu. Khi ở catot có 2,56 gam kim loại Cu bám vào thì ở anot có khí xuất hiện chưa và nếu có thì thể tích khí đo ở đktc là A. 0,448 lít
B. 0,672 lít
C. 0,224 lít
D. Chưa có khí
Hướng dẫn Phương trình điện ly
Sơ đồ điện phân
2+ CuSO4 → Cu + SO 24−
Catot (-)
Anot (+)
Cu2+, H2O
SO 24 − , H2O
Cu2+ + 2e → Cu 0,08 ←
2,56 = 0, 04 64
Cu → Cu2+ + 2e 0,04
← 0,08
Kim loại Cu tải từ cực anot sang cực catot nên cực anot mòn dần. Dung dịch CuSO4 không đổi nên ở anot không có khí bay ra => chọn đáp án D. Bài tập tự rèn luyện Bài 1: Điện phân dung dịch AgNO3 với cực anot bằng Ag. Khi ở catot có 2,16 gam kim loại Ag bám vào thì thể tích khí thu được ở anot đo ở đktc là
Sáng kiến kinh nghiệm
42
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân 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 bằng Cu. Khi ở catot có 1,6 gam kim loại bám vào thì khối lượng anot giảm A. 3,2 gam
B. 1,6 gam
Sáng kiến kinh nghiệm
C. 0,0 gam
D. 0,8 gam
43
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Bài tập điện phân trong chương trình phổ thông rất ít, chủ yếu học sinh được học trong 01 tiết lý thuyết của bài điều chế kim loại và 01 tiết luyện tập bài điều chế kim loại chương trình hóa 12 nhưng khi đi thi học sinh lại hay gặp dạng bài tập này. Như vậy, thời gian để luyện tập, củng cố kiến thức của phần điện phân là rất ít, đòi hỏi giáo viên phải lựa chọn những kiến thức trọng tâm, bài tập cơ bản để củng cố cho học sinh. Trong quá trình giảng dạy phần điều chế kim loại, tôi đã giảng dạy theo phương pháp sơ đồ hóa các quá trình oxi hóa – khử ở các cực của bình điện phân, đưa ra nhiều ví dụ minh họa nhằm giúp học sinh nắm rõ hơn bản chất các quá trình ở các điện cực rồi áp dụng phương pháp bảo toàn electron để tìm ra đáp số của bài toán. Lúc đầu các em còn lúng túng nhưng qua sự hướng dẫn của giáo viên dần dần các em đã biết cách xác định các quá trình oxi hóa - khử ở hai điện cực của bình điện phân. Các em hiểu ra vấn đề và đã biết cách giải bài tập điện phân bằng phương pháp bảo toàn electron mà không cần viết đầy đủ phương trình điện phân. Tuy nhiên, số lượng bài tập điện phân còn hạn chế nên giáo viên phải biên soạn bài tập từ đơn giản đến phức tạp, theo từng dạng khác nhau, với mỗi dạng có hướng dẫn giải cụ thể để học sinh có thể tự rèn luyện thêm ở nhà.
Sáng kiến kinh nghiệm
44
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Việc vận dụng phương pháp bảo toàn electron để hướng dẫn học sinh giải các bài tập điện phân đã tạo ra một chuyển biến tích cực trong tâm lý của học sinh, các em không còn ngại làm bài tập phần này như trước nữa. Trước kia, khi giải bài tập phần này các em phải viết đầy đủ phương trình điện phân, cân bằng đúng phương trình thì mới giải ra đáp án đúng, nếu viết phương trình điện phân sai, cân bằng phương trình sai thì kết quả bài toán sẽ sai. Trước khi hướng dẫn học sinh giải bài tập điện phân theo phương pháp bảo toàn electron, giáo viên ra đề kiểm tra thu được kết quả như sau:
Lớp
Sĩ số
12C1
40
12C5
38
Cộng
78
Điểm
Điểm 5
Điểm 8
Điểm TB
dưới 5
đến 7
đến 10
trở lên
20
18
2
20
(50%)
(45%)
(5%)
(50%)
25
13
0
13
(65,8%)
(34,2%)
(0%)
(34,2%)
45
31
2
33
(57,9%)
(39,6%)
(2,5%)
(42,1%)
Bài tập điện phân là dạng bài tập khó và khá mới đối với học sinh vì đến chương đại cương kim loại của hóa học lớp 12 các em mới được học. Do đó, khi gặp dạng bài tập này, đặc biệt là bài tập điện phân dung dịch, các em thường lúng túng, không biết sản phẩm sau điện phân là chất nào nên không viết đúng phương trình, từ đó không tìm ra được đáp số của bài toán.
Sáng kiến kinh nghiệm
45
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân Sau khi hướng dẫn học sinh giải bài tập điện phân bằng phương pháp bảo toàn electron, giáo viên ra đề khảo sát việc áp dụng phương pháp bảo toàn electron để giải bài tập điện phân thu được kết quả như sau:
Lớp
Sĩ số
12C1
40
12C5
38
Cộng
78
Điểm
Điểm 5
Điểm 8
Điểm TB
dưới 5
đến 7
đến 10
trở lên
10
25
5
30
(25%)
(62,5%)
(12,5%)
(75%)
18
19
1
20
(47,4%)
(50%)
(2,6%)
(52,6%)
28
44
6
50
(36,2%)
(56,3%)
(7,5%)
(63,8%)
Như vậy, đa số các em rất hào hứng với việc sử dụng phương pháp bảo toàn electron để giải các bài tập điện phân. Đa số các em hiểu bài và giải được bài toán. Tuy nhiên vẫn còn một số học sinh áp dụng phương pháp bảo toàn electron nhưng có đáp án sai là do các em xác định nhầm các quá trình ở mỗi điện cực. Vì vậy, để áp dụng được phương pháp bảo toàn electron để giải các bài tập điện phân thì học sinh cần phải nắm được ở catot có chứa ion nào, anot có ion nào và thứ tự điện phân ở mỗi điện cực. Và phải luôn nhớ rằng số mol electron mà catot nhận luôn bằng với số mol electron mà anot nhường.
Sáng kiến kinh nghiệm
46
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân
PHẦN C: KẾT LUẬN Việc vận dụng các phương pháp bảo toàn electron vào giải bài tập hóa học là cần thiết không chỉ với bài tập điện phân mà còn cần thiết với các dạng bài tập có liên quan đến phản ứng oxi hóa - khử. Học sinh không cần viết đầy đủ phương trình điện phân, không cần cân bằng phương trình, chỉ cần nắm rõ ở catot có ion nào, anot có ion nào, thứ tự điện phân của các ion và quy tắc số mol electron nhường ở anot luôn bằng số mol electron nhận ở catot là các em đã có thể tìm ra đáp án của bài toán một cách dễ dàng. Không những thế các em còn có thể ôn luyện cách viết phương trình điện ly, xác định ion trong dung dịch...bài toán hóa học sẽ trở nên nhẹ nhàng hơn với các em. Bài tập điện phân rất đa dạng nhưng trong giới hạn của đề tài tôi chỉ hướng dẫn các em sử dụng phương pháp bảo toàn electron để giúp học sinh giải nhanh hơn, chính xác hơn các một số bài tập điện phân hay gặp, giúp các em thấy dạng bài tập này không quá khó nếu biết cách học. Do năng lực bản thân còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi có những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. IaSao, ngày 09 tháng 3 năm 2014 Người thực hiện đề tài
Nguyễn Thị Hương
Sáng kiến kinh nghiệm
47
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Cao Cự Giác. Các phương pháp chọn lọc giải nhanh bài tập trắc nghiệm hóa học - Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam. 2. Nguyễn Xuân Trường. Bài tập hóa học 12 - Ban cơ bản - Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam. 3. Lê Thanh Xuân. Các dạng toán và phương pháp giải hóa học 12 ( phần vô cơ) - Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.
Sáng kiến kinh nghiệm
48
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giúp học sinh giải tốt bài tập điện phân
MỤC LỤC Nội dung
Trang
Phần A: Đặt vấn đề
1
Phần B: Nội dung
2
Chương 1: Cơ sở thực tiễn
2
Chương 2: Kiến thức cơ bản
3
I. Định luật bảo toàn electron
3
II. Điện phân
3
1. Khái niệm
3
2. Phân loại
3
Chương 3: Các dạng toán điện phân và phương pháp giải
14
I. Bài tập điện phân nóng chảy
14
1. Tìm công thức muối đem điện phân
14
2. Tìm khối lượng kim loại ở catot hoặc thể tích khí ở anot
15
3. Hiệu suất điện phân
16
4. Bài tập tự rèn luyện
16
II. Bài tập điện phân dung dịch
17
1. Bài toán không cho giả thiết cường độ dòng điện và thời gian 18 2. Bài toán cho giả thiết cường độ dòng điện, thời gian
27
3. Điện phân dung dịch với bình điện phân mắc nối tiếp hoặc 37 song song 4. Điện phân dung dịch với anot tan
42
Chương 4: Giải pháp thực hiện
44
Chương 5: Kết quả đạt được
45
Phần C: Kết luận
47
Tài liệu tham khảo
48
Sáng kiến kinh nghiệm
49