1
MỤC LỤC
PHẦN 1: Lý do viết sang kiến kinh nghiệm……………………………… 2
PHẦN 2: Nội dung của sang kiến kinh nghiệm………………………… 3
2.1. Tình hình thực tế và biện pháp thực hiện……………………………….3
2.1.1. Tình hình thực tế trước khi thực hiện đề tài………………….…3
2.1.2. Biện pháp thực hiện đề tài…………………………………….…3
2.2. Nội dung……………………………………………………………… 3
2.2.1. Lí thuyết……………………………………………………… 3
2.2.2. Một số ví dụ minh họa……………………………………………7
2.2.3. Một số lí thuyết mở rộng về điện phân và ứng dụng……… 17
2.2.4. Cơ sở thực nghiệm 20
PHẦN 3. Kết luận và đề xuất………………………………………………. 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO
--Nhà
-- -
-
- -
--
2005
-nâng cao-
phân.
3
PHẦN 2
NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1. Tình hình thực tế và biện pháp thực hiện
2.1.1. Tình hình thực tế trước khi thực hiện đề tài.
-
-
-
oxi hóa-
- -
-
2.1.2. Biện pháp thực hiện đề tài.
2.1.2.1. Những kiến thức cần trang bị.
-
-
-
-
2.1.2.2. Những điểm cần lưu ý.
-
- F = 96500 C·mol
Cu
2Cl
-
Cl
2
+ 2e
4
2
dp
Cu + Cl
2
* Hai loại điện phân chủ yếu
2.2.1.2. Điện phân nóng chảy (muối, bazơ, oxit)
a. Điện phân nóng chảy muối (chủ yếu là muối halogen của kim loại kiềm và
kiềm thổ):
n
MX
n
nc
+ Cl
-
-) : Na
+
+ 1e Na; -): 2Cl
-
Cl
2
+ 2e
dpnc
2Na + Cl
2
-
2
: CaCl
2
nc
Ca
2+
+ 2Cl
-
-) : Ca
2+
+ 2e Ca; -): 2Cl
O + O
2
+ 4e
: 4M(OH)
n
dpnc
4M + 2nH
2
O + nO
2
Ví dụ
NaOH
nc
Na
+
+ nOH
-
-): Na
+
+ e Na OH
-
2H
2
O + O
2
O
2
+ 4e
: 2M
2
O
n
dpnc
4M + nO
2
Ví dụ
2
O
3
Al
2
O
3
nc
2Al
3+
+ 3O
2-
2
2
O 4H
+
+ O
2
+ 4e
2.2.1.3.2. Quy luật chung, quy tắc K, quy tắc A
5
Quy luật chung: -
+
; Cu
2+
thì Ag
+
+ 1e
2+
+ 2eCu
-
-
;
Cl
-
thì 2Br
-
Br
2
2H
+
+ 2OH
-
2H
+
+ 2e
H
2
2H
2
O + 2e
H
2
+ 2OH
-
H
+
do axit phân li: 2H
+
+ 2e
H
2
Fe
2+
(2)
Cu
2+
+ 2e
Cu (3) 2H
+
+ 2e
H
2
(4)
Fe
2+
+ 2e
Fe (5) 2H
2
O + 2e
2OH
-
+ H
2
(6)
b. Quy tắc ở anot:
-
-
, I
-
; H
2
2I
-
I
2
+ 2e (1); 2Cl
-
Cl
2
+ 2e (2); 2H
2
O
4H
+
+ O
2
+ 4e (3)
-
3
; SO
4
2+
+2e
Chú ý
Độ tăng khối lượng tại K = độ giảm khối lượng tại A
Ví dụ 1ân
2
4
3
6
Hướng dẫn giải:
a. FeCl
2
Fe
2+
+ 2Cl
-
-): Fe
2+
; H
2
4
2-
-): Cu
2+
; H
2
O: Cu
2+
+ 2e
Cu
4
2-
; H
2
O: 2H
2
O
4H
+
+ O
2
+ 4e
2Cu
2+
+ 2H
2
+
; H
2
O: 2H
2
O + 2e
2OH
-
+ H
2
-
; H
2
O: 2Cl
-
Cl
2
+ 2e
-
+ 2H
2
O
dpdd
+
; H
2
O: 2H
2
O
4H
+
+ O
2
+ 4e
3
-
; H
2
O: 2H
2
O + 2e
2OH
-
+ H
2
2H
2
O
dpdd
3+
-
thì pH
Ví dụ 2:
4
Hướng dẫn giải:
CuSO
4
Cu
2+
+ SO
4
-
-): Cu
2+
; SO
4
-
: Cu
2+
+ 2e
Cu
+ SO
4
-
NaCl
Na
+
+ Cl
-
-): Cu
2+
; Na
+
; H
2
O: Cu
2+
+ 2e
Cu
7
2H
2
O + 2e
2OH
-
dddp
Cu + Cl
2
hay CuSO
4
+ 2NaCl
dddp
Cu + Cl
2
+ Na
2
SO
4
2H
2
O
dddp
2H
2
+ O
2
b. b > 2a thì: Cu
2+
2
hay 2CuSO
4
+ 2H
2
O
dpdd
2Cu + 2H
2
SO
4
+ O
2
c. b < 2a thì: Cu
2+
+ 2Cl
-
dddp
Cu + Cl
2
hay CuSO
4
+ 2NaCl
dddp
2
+ Cl
2
2.2.1.4. Biếu thức định luật Farađây
X
A . .
m
.
X
e
It
nF
(gam) hay n
X
=
.
e
It
nF
(mol) (1)
X
n
e
+5
A. 0.8. B. 0,3. C. 1,0. D. 1,2. 8
Hướng dẫn giải:
4AgNO
3
+ 2H
2
O
2
+ 4HNO
3
(1)
3
, HNO
3
3Fe + 8HNO
3
3
+ mAg =12,6 (0,075-x/8).56 +(0,15-x).108 =14,5
Suy ra: x= 0,1 mol. Ta có mAg =
108.2,68.
1.26,8
t
= 0,1.108 t = 1,0 h
Ví dụ 2: (Trích đề thi đại học khối B năm 2012).
2
và O
2
A. 5,08% B. 6,00% C. 5,50% D. 3,16%
Hướng dẫn giải:
2
2H
2
O
dpNaOH
2H
2
+ O
2
(1)
= 100.6/100 = 6 gam
M
(NaOH)
=
6.100%
109
5,50 %
Ví dụ 3: (Trích đề thi đại học khối B năm 2009). phân nóng ch Al
2
O
3
anot than chì (hi s i phân 100%) thu c m kg Al catot và 67,2
m
3
khí X có t kh so v hiro 16. 2,24 lít (
khí X sdch c 2 gam t
là
A. 108,0 B. 75,6 C. 54,0 D. 67,5
Hướng dẫn giải:
Al
2
O
3
nc
9
2
, O
2
2
+ Ca(OH)
2
CaCO
3
+ H
2
O (1)
2
/
3
0,1
28 44 32
16
2( )
0,02
X
XH
(lít) t
3
Ví dụ 4: (Trích đề thi đại học khối A năm 2011).
gam KCl và 28,2 gam Cu(NO
3
)
2
A. KNO
3
và KOH. B. KNO
3
, KCl và KOH.
C KNO
3
và Cu(NO
3
)
2
. D. KNO
3
, HNO
3
và Cu(NO
3
)
2
, H
2
O: Cu
2+
+ 2e
Cu (1)
-
; NO
3
-
; H
2
O: 2Cl
-
Cl
2
+ 2e (2)
2H
2
O
4H
+
+ O
2
+ 4e (3)
nên Cl
-
2+
+
; H
+
3
-
D. KNO
3
, HNO
3
và Cu(NO
3
)
2
.
Ví dụ 5: (Trích đề thi đại học khối A năm 2011).
MSO
4
+ H
2
(2)
4
2-
; H
2
O: H
2
O
2H
+
+ 1/2O
2
+ 2e
0,07 = 0,0545 mol
và n
e
(2) = 0,109 mol và n
e
(1)= 0,171 mol nM
2+
= 0,0855 mol
và M
MSO4
2
= 1 atm; khi tính toán không
Cho: E
2
0
/Cu Cu
= 0,337 V; E
2
0
/Co Co
= -0,277V;
-1
;
0
C: 2,303
RT
F
=0,0592.
Hướng dẫn giải:
= 0,287V
22
02
//
0,0592
log[ ]
2
Co Co Cu Cu
E E Co
=-0,277V
11
22
02
2 / 2 /
0,0592
log[ ]
2
H H H H
E E H
= -0,118 V
2
ình
pin điện có cực dương (catot) là O
2
/H
2
O và cực âm (anot) là
cặp Cu
2+
/Cu. O
2
+ 4H
+
2H
2
O
2+
+ 2e
+
+ O
2
2Cu
2+
+ 2H
2
O
= 0,159V
Và [H
+
-10
-6
10
-5
V
22
02
2 / 2 /
0,0592
log[ ]
2
H H H H
E E H
= - 0,077V
V trong tr tính không k quá th H
2
trên cc
platin thì th catot ch trong khong - 0,077 V < E
c
< 0,159 V, khi
Cu
2+
i phân hoàn toàn.
02
//
0,0592
log[ ]
2
Cu Cu Cu Cu
E E Cu
= 0,241 V
Và nO
2
=
1
4
e
n
= 1,93.10
-3
mol V
O2
= 1,93.10
-3
. 22,4 lít = 0,0432 lít
Ví dụ 2: (Đề thi casio hóa học tỉnh Thanh Hóa năm 2012, QG năm 2001-bảng
A).
3
)
Hướng dẫn giải:
3M(NO
3
)
2
+ 2K
3
PO
4
M
3
(PO
4
)
2
3
(1)
3
: KNO
3
K
+
n
n mol
2+
)
=
M5625,0
2,0
1125,0
; C(NO
3
-
) =
M125,1
2,0
225,0
- Theo (1): nK
+
= nNO
3
-
= nKNO
3
=2.nM(NO
4
)
2
-
3
(PO
4
)
2
⇄ 3M
2+
+ 2PO
4
3-
-
2
O⇄ H
+
+ OH
-
3
)
2
M
2+
)
2
+ 2H
2
O
dpdd
2M + O
2
+ 4HNO
3
(4)
-
3
:
Coi V
dd Z
dd X
Theo (4): nHNO
3
=2nM(NO
3
)
2
= 2.
1000
400.5625,0
mol
-
)= 1,125 M
dd Y: C(K
+
) = C( NO
3
-
) = 0,5625 M
dd Z: C(H
+
) = C (NO
3
-
) = 1,125 M.
13
Theo (4) nO
2
= 1/2 nM(NO
3
)
2
= 0,1125 mol
2
=
96500
.
4
2
Hướng dẫn giải:
+
; Cl
-
; Cu
2+
; NO
3
-
.
-): H
+
; Cu
2+
; H
2
O: Cu
2+
+ 2e
F
t = 10808 (s)
2+
: H
+
+ OH
-
H
2
O (1)
Cu
2+
+ 2OH
-
Cu(OH)
2
(2)
nCu(OH)
2
= 0,02 mol nCu
2+
3
Fe
2+
+ Cu (4)
0,16 0,16 0,16 mol
Theo (3) V
NO
= 2,24 lít
Theo (3, 4): m
= mFe
+ mCu= m 0,31. 56 + 0,16.64 = 0,75m
m = 28,48 gam
Ví dụ 4
m
m
2.
14
+
; H
2
O: Ag
+
+ 1e
Ag (1)
3
-
; H
2
O: 2H
2
O
4H
+
+ O
2
+ 4e (2)
Ta có: n
e
= 0,15 mol, theo (2): nH
+
= n
e
= 0,15 mol
: CuO + 2H
100
= 0,09375 mol mCuO = 7,5 gam
c. nAgNO
3
= 0,05 + 0,15 = 0,2 mol mAgNO
= 34 gam
3
)
2
: 0,075 mol; AgNO
3
C
M Cu(NO3)2
= 0,3 M; C
M AgNO3
= 0,2 M
Ví dụ 5:
2
SO
4
+
+ 2e
H
2
-
(0,04 mol); SO
4
2-
(0,03 mol): 2Cl
-
Cl
2
+ 2e
2H
2
O
4H
+
+ O
2
+ 4e
0,1
0,2
0,3
0,4
x=1-t
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
logx= log (1-t)
0
0,046
0,097
0,155
0,222
pH dung dịch điện phân
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 1
Thời gian t
pH
pH dung dịch
2.2.2.3. Ví dụ đề nghị
Ví dụ 1: Hoà tan 91,2g FeSO
ra SO
2
.
Đáp số: V
= 44,8 lít; V
= 22,4 lít;
H2S
14,93 lít
Ví dụ 3:
3
)
2
16
3
)
2
Đáp số: : C
= 1,0 M
Ví dụ 4: Hoà tan 50 gam CuSO
4
Chú ý: axit HNO
3
Ví dụ 6: (Trích đề thi đại học khối A năm 2010).
4
A. khí Cl
2
và O
2
. B. khí H
2
và O
2
.
C.
2
. D. khí Cl
2
và H
2
.
Ví dụ 7: (Trích đề thi đại học khối A năm 2010).
4
2+
2
/2Cl
-
-
0
2
-): Zn
2+
+ 2e Zn
-
Cl
dong dien
H
2
+ Cl
2
thế phân giải
ZnCl
2
, CuCl
2
thế hiệu tối thiểu
của dòng điện một chiều cần đặt vào các điện cực trơ để gây nên sự điện phân
chất gọi là thế phân giải
của ZnCl
2
U =
2
2
00
/2 /Cl Cl Zn Zn
EE
= 1,36 (-0,76) = + 2,12 V
của CuCl
2+
, H
+
và OH
-
hay H
2
O
quá thế E ).
quá thế
E = 0,24V và niken E = 0,23V
2
và O
2
Dưới đây là quá thế của hiđro và oxi trên các điện cực khác nhau:
Quá
0,03-0,04
0,3
c
+ E
a
+ E
c
a
0
0
c
-); E
a
E
c
-).
phương trình quá thế Tafel:
∆E = a + b. logi
2
.
2.2.3.2. Giải thích sự tạo thành sản phẩm khi điện phân dung dịch
cation nào có thế điện cực chuẩn lớn hơn sẽ bị
khử trước và ở điện cực dương, anion nào có thế điện cực bé sẽ bị oxi hóa
trước.
2+
+ 2e Ni
19
2
O 2H
+
+
1
2
O
2
+ 2e
U = E
pc
+ E = E
22
0
/O H O
- E
2
0
/Ni Ni
= +1,23 (-0,23) + E = +1,46 V
- Trường hợp 3:
2
-): 2H
2
O 2H
+
+
1
2
O
2
+ 2e
U = E
pc
+ E = + 1,23 (-0,828) + 0,9 = +2,958 V
2
v
2
dddp
Ni + Cl
2
2NaCl + 2H
2
O
dddp
4
H
2
O
dddp
H
2
+
1
2
O
2
2.2.3.3. Ứng dụng của điện phân
- Sản xuất NaOH, Cl
2
bằng phương pháp điện phân dung dịch
NaCl đậm đặc.
- Sản xuất các khí H
2
, O
2
- Điều chế các kim loại tinh khiết.
- Tinh chế kim loại.
- Đúc các đồ vật bằng kim loại được tiến hành tương tự như tinh
20
chế kim loại.
- Mạ điện.
- Phân tích định tính, định lượng và tách các kim loại trong hỗn hợp của
chúng.
2.2.4. Cơ sở thực nghiệm
-
Kết quả áp dụng đối với lớp 12 năm học 2009-2010:
-
-
11C1, 11C2,
11C1
11C2
11C3
11C4
12B7
21
PHẦN 3
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
- này
-
“Phương pháp giải nhanh và chuyên sâu dạng bài toán điện phân” c
-
-
-
c các
chu
Thanh hóa, ngày 25 tháng 05 năm 2013
ác.
Catot ( – ) NaCl Anot ( + )
2| Na
+
+ e → Na 2Cl
-
→ Cl
2
+ 2e
Phương trình điện phân là: 2NaCl 2Na + Cl
2
Cần có màng ngăn không cho Cl
2
tác dụng trở lại với Na ở trạng thái
nóng chảy làm giảm hiệu suất của quá trình điện phân. Một số chất
phụ gia như NaF, KCl giúp làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hệ…
Ví dụ 2: Điện phân NaOH nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
Catot ( – ) NaOH Anot ( + )
4| Na
+
+ 1e → Na 4OH
-
→ O
2
+ 2H
2
O + 4e
Phương trình điện phân là: 4NaOH 4Na + O
2
+ 2H
) có vai trò quan trọng nhất là làm giảm nhiệt độ nóng
chảy của Al
2
O
3
từ 2050
o
C xuống khoảng 900
o
C, ngoài ra nó còn làm
tăng độ dẫn điện của hệ và tạo lớp ngăn cách giữa các sản phẩm điện
phân và môi trường ngoài. Anot làm bằng than chì thì điện cực bị ăn
Website : luyenthithukhoa.vn
- 2 -
mòn dần do chúng cháy trong oxi mới sinh: C + O
2
CO
2
và 2C + O
2
2CO
2. Điện phân dung dịch chất điện li trong nước
Trong sự điện phân dung dịch, ngoài các ion do chất điện li phân li ra còn có các ion H
+
và OH
-
của nước. Do đó việc
xác định sản phẩm của sự điện phân phức tạp hơn. Tùy thuộc vào tính khử và tính oxi hóa của các ion có trong bình
điện phân mà ta thu được những sản phẩm khác nhau.
Ví dụ khi điện phân dung dịch NaCl, các ion Na
-
Dạng oxi hóa của những cặp có thế càng lớn càng dễ bị khử. Theo dãy thế oxi hóa – khử thì khả năng bị khử của các
ion kim loại như sau:
- Các cation từ Zn
2+
đến cuối dãy Hg
2+
, Cu
2+
, Fe
3+
, Ag
+
…dễ bị khử nhất và thứ tự tăng dần
- Từ Al
3+
đến các ion đầu dãy Na
+
, Ca
2+
, K
+
…không bị khử trong dung dịch
- Các ion H
+
của axit dễ bị khử hơn các ion H
+
của nước
b) Khả năng phóng điện của các anion ở anot: Ở anot xảy ra quá trình oxi hóa các anion gốc axit như Cl
< Cl
-
< Br
-
< I
-
< S
2-
…
- Các anion gốc axit như NO
3
-, SO
4
2-
, PO
4
3-
, CO
3
2-
, ClO
4
-…không bị oxi hóa
- Riêng các ion OH
-
của kiềm hoặc của nước khó bị oxi hóa hơn các ion S
2-
, I
-
, Br
với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
Catot (–) K
2
SO
4
Anot (+)
H
2
O, K
+
(H
2
O) H
2
O, SO
4
2-
2| 2H
2
O + 2e H
2
+ 2OH
-
2H
2
O O
2
+ 4H
+
-
Cl
2
+ 2e
Phương trình điện phân là: 2NaCl + 2H
2
O 2NaOH + H
2
+ Cl
2
Nếu không có màng ngăn thì: Cl
2
+ 2NaOH NaCl + NaClO + H
2
O nên phương trình điện phân là: NaCl + H
2
O
NaClO + H
2
- Điện phân dung dịch NiSO
4
với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
Catot ( – ) NiSO
4
Anot ( + )
Ni
2+
, H
4
với anot bằng Cu có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
Catot ( – ) NiSO
4
Cu ( + )
Ni
2+
, H
2
O (H
2
O) H
2
O, SO
4
2-
Ni
2+
+ 2e Ni Cu Cu
2+
+ 2e
Phương trình điện phân là: NiSO
4
+ Cu CuSO
4
+ Ni
- Điện phân dung dịch CuSO
4
với anot bằng Cu (như hình vẽ sau đây):
, Cu
2+
, H
+
2| Fe
3+
+ 1e Fe
2+
Cu
2+
+ 2e Cu 2Cl
-
Cl
2
+ 2e
2H
+
+ 2e H
2
Fe
2+
+ 2e Fe
Quá trình điện phân lần lượt xảy ra ở các điện cực là:
2FeCl
3
2FeCl
2
ở catot hoặc ở anot (F = 1,602.10
-19
.6,022.10
23
≈ 96500 C.mol
-1
)
- : đương lượng gam hóa học
Biểu thức liên hệ: Q = I.t = 96500.n
e
n
e
= (n
e
là số mol electron trao đổi ở điện cực)
Ví dụ: Điện phân 100 ml dung dịch NaCl với điện cực trơ có màng ngăn với cường độ dòng điện I = 1,93A. Dung
dịch thu được sau khi điện phân có pH = 12. Biết thể tích dung dịch không đổi, clo không hòa tan trong nước và hiệu
suất điện phân 100%. Thời gian tiến hành điện phân là:
A. 50 s B. 60 s C. 100 s D. 200 s
Giải:
pH = 12 [OH
-
] = 10
-2
nOH
-
= 10
-3
M
Tại catot (–) xảy ra phản ứng: 2H
2
, nước Gia – ven
4. Tinh chế một số kim loại như Cu, Pb, Zn. Fe. Ag, Au…
5. Mạ điện
Điện phân với anot tan cũng được dùng trong mạ điện, nhằm bảo vệ kim loại khỏi bị ăn
mòn và tạo vẻ đẹp cho vật mạ. Anot là kim loại dùng để mạ (như hình vẽ là vàng) còn
catot là vật cần mạ (cái thìa). Lớp mạ thường rất mỏng, có độ dày từ 5.10
-5
÷ 1.10
-3
cm
Copyright: Tài liệu đại học ©