SKKN Rèn tư duy học sinh thông qua một số dạng Bài tập Điện phân – Hóa học 12 nâng cao

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI 
TRƯỜNG THPT CAO BÁ QUÁT GIA LÂM 
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
RÈN TƯ DUY HỌC SINH THÔNG QUA 
MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN – 
HÓA HỌC 12 NÂNG CAO 
 Môn: Hóa học 
 Tên tác giả: Nguyễn Thu Hòa 
 Chức vụ: Tổ phó tổ Hóa – Sinh - KTNN 
NĂM HỌC 2011 - 2012 
 PHẦN I: MỞ ĐẦU 
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI : 
 Để đáp ứng yêu cầu về con người và nguồn nhân lực là nhân tố quyết định 
sự phát triển đất trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, cần tạo chuyển biến 
cơ bản, toàn diện về giáo dục và đào tạo. Đó là “ Đổi mới phương pháp dạy và 
học, phát huy tư duy sáng tạo và năng lực tự đào tạo của người học, coi trọng 
thực hành, thực nghiệm, làm chủ kiến thức, tránh nhời nhét, học vẹt , học chay. 
Đổi mới và tổ chức thực hiện nghiêm minh chế độ thi cử.” 
 (Trích “ Chiến lược phát triển kinh tế- xã hội 2001-2010” – Báo cáo của 
Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa VIII tại Đại hội đại biểu toàn quốc 
Đảng Cộng sản Việt Nam lần thứ IX). 
 Để nâng cao chất lượng giáo dục, chúng ta phải đổi mới nội dung và 
phương pháp dạy học ở tất cả các môn học, các cấp học, các bậc học. Mục tiêu 
cao nhất của quá trình dạy – học là rèn luyện tư duy cho học sinh. Ngày nay , 
cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật đòi hỏi con người phải biết nhìn 
nhận và giải quyết vấn đề theo nhiều hướng khác nhau, đưa ra phương án tối ưu 
trong trong gian nhanh nhất. Muốn có được kĩ năng đó , đòi hỏi con người phải 
rèn luyện tư duy đa hướng. Trong dạy- học nói chung và dạy – học hóa học nói 
riêng việc sử dụng bài tập, đặc biệt bài tập có nhiều cách giải sẽ là phương pháp 
rèn luyện tư duy rất tốt cho học sinh, giúp học sinh liên hệ tốt nhất kiến thức lý 
thuyết với việc giải quyết một vấn đề có thực trong quá trình nhận thức. 
 Xuất phát từ lý do nêu trên tôi sử dụng một số bài tập vấn thường gặp 
trong các sách tham khảo, các đề thi tuyển sinh Đại học- Cao đẳng nhằm rèn 
luyện khả năng tư duy cho học sinh. 
II. PHẠM VI NGHIÊN CỨU : 
 Một số bài tập Điện phân trong chương trình hóa học vô cơ – 12 – nâng cao. 
 PHẦN II: NỘI DUNG 
I. Kiến thức cơ bản : 
1. Phản ứng xảy ra ở điện cực. 
Khi nối 2 điện cực của bình điện phân đến 2 cực của nguồn điện một chiều ( 
pin, acquy), ta có các hiện tượng sau: 
 - Cation đi về catot (điện cực âm), Anion đi về anot (điện cực dương). 
 - Tại catot xảy ra quá trình nhận electron (quá trình khử) các cation kim loại 
thành kim loại tự do hoặc nước, hoặc cả hai. 
 Mn+ + ne → M 
 H2O + 2e → H2↑ + 2OH- 
 - Tại anot xảy ra quá trình nhường electron (quá trình oxi hóa) các anion gốc 
axit hoặc nước hoặc cả hai. 
 Xm- → X + me 
 2H2O → O2↑ + 4e + 4H+ 
2. Định luật Faraday. 
- Nếu hiệu suất dòng là 100%, khối lượng các chất thu được ở các điện cực được 
tính theo công thức: 
 m= (A.I.t)/ n.96500 
Trong đó m: khối lượng chất ở điện cực (g) 
 A: khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực. 
 n: số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận. 
 I: cường độ dòng điện(A). 
 t: thời gian điện phân(s). 
 F: hằng số Faraday(F= 96500culong/mol) 
 - Số mol electron trao đổi ở 2 điện cực = (I.t)/96500 
3. Điện phân muối hoặc oxit nóng chảy (không có nước). 
a. Điện phân muối halogenua nóng chảy (điện cực trơ): 
 2MXn → 2M + nX2 
b. Điện phân oxit nhôm nóng chảy (điện cực graphit C): 
 2Al2O3 → 4Al +3O2↑ 
 Phản ứng ăn mòn điện cực C: 
 O2 + C → CO2↑ 
 O2 + 2C → 2CO↑ 
 Như vậy có thể thu được một hỗn hợp khí: O2, CO, CO2. 
4. Điện phân dung dịch muối, axit hoặc bazơ: 
a. Điện phân dung dịch axit: 
- Điện phân dung dịch axit halogen hidric HX: 
 2HX → H2↑ + X2↑ 
- Điện phân dung dịch oxiaxit HNO3, H2SO4thực chất là điện phân nước, do 
đó số mol axit không thay đổi. 
 2H2O → 2H2↑ + O2↑ 
b. Điện phân dung dịch bazơ: thực chất là điện phân nước (tương tự dung dịch 
axit), do đó số mol bazơ không thay đổi. 
c. Điện phân dung dịch muối: 
- Căn cứ vào thứ tự điện phân ở điện cực, thời gian điện phân để viết các quá 
trình ở điện cực , H2O có thể tham gia hoặc không tham gia sự điện phân, từ đó 
viết và tính được lượng sản phẩm ở điện cực và trong dung dịch điện phân. 
* Tại catot (cực âm) 
Thứ tự nhận electron: Au3+/Au > Ag+/Ag > Cu2+/Cu > H2O > Pb2+/PbZn2+/Zn 
( Lưu ý: các ion từ Pb2+đến Zn2+ điện phân cùng nước, sản phẩm rất phức tạp. 
Các ion từ Al3+ đến K+ coi như không bị điện phân khi có mặt nước) 
 Mn+ + ne → M 
 H2O + 2e → H2↑ + 2OH- 
Như vậy điện phân dung dịch muối của kim loại từ Na, Ca,.. K thu được dung 
dịch kiềm, dẫn đến pH của catot tăng. 
Ví dụ: 2NaCl +2H2O → H2↑ + O2↑ + 2NaOH 
* Tại anot (cực dương) 
Thứ tự nhường electron: I- > Br- > Cl- > F- > O2- > H2O 
(Lưu ý: các ion gốc axit chứa oxi SO42-, NO3-coi như không bị điện phân) 
 Xm- → X + me 
 2H2O → O2↑ + 4e + 4H+ 
 Như vậy điện phân dung dịch muối sunphat, nitrat thu được dung dịch axit, 
dẫn đến pH của anôt giảm. 
 Ví dụ: 2CuSO4 + H2O → 2Cu + O2 + 2H2SO4 
 - Nên sử dụng các bán phản ứng ở điện cực trong tính toán, thực hiện nguyên 
tắc bảo toàn electron. 
5. Phản ứng phụ giữa sản phăm điện phân với điện cực (không trơ) hoặc giữa 
các sản phẳm với nhau: 
- Phản ứng với anot: khi anot làm bằng kim loại thông thường (như Cu) thì kim 
loại bị sản phẩm điện phân oxi hóa tạo thành cation Mn+ tan vào dung dịch (hiện 
tượng anot tan) 
 Ví dụ : Điện phân oxit nhôm nóng chảy (điện cực graphit C): 
 2Al2O3 → 4Al +3O2↑ 
 Phản ứng ăn mòn anot(điện cực C): 
 O2 + C → CO2↑ 
 O2 + 2C → 2CO↑ 
 Như vậy có thể thu được một hỗn hợp khí: O2, CO, CO2. 
 - Phản ứng giữa các sản phẩm điện phân với nhau: như điện phân dung dịch 
NaCl không có màng ngăn xốp 
 2NaCl +2H2O → H2↑ + O2↑ + 2NaOH 
 Clo cho thêm phản ứng: Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O 
II. Một số dạng bài tập 
Dạng 1: trường hợp nước bị oxi hóa hoặc bị khử ở điện cực 
Bài 1(đề tuyển sinh đại học 1993): tiến hành điện phân (điện cực trơ, màng ngăn 
xốp) một dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 , NaCl cho đến khi nước bắt 
đầu bị điện phân ở cả hai điện cực thì dừng lại. Ở anot thu được 0,448 lit khí 
(đktc). Dung dịch sau điện phân có khả năng hòa tan tối đa 0,68 gam Al2O3. 
1, Tính m? 
2, Tính khối lượng catot tăng lên trong quá trình điện phân? 
3, Tính khối lượng dung dịch giảm trong quá trình điện phân cho rằng nước bay 
hơi không đáng kể? 
Phương pháp cũ: 
Giai đoạn 1: ở catot, Cu2+ bị khử; ở anot , Cl- bị oxi hóa 
 (I) CuSO4 + 2NaCl → Cu↓ + Cl2↑ + Na2SO4 
Nếu Cu2+ và Cl- hết cùng một lúc (số mol NaCl = 2số mol CuSO4), sau giai đoạn 
(I) chỉ còn lại Na2SO4. Nếu tiếp tục điện phân trên thực tế là nước bị điện phân 
tạo dd axit hoặc kiềm để có khả năng hòa tan Al2O3. Do đó Cu2 + và Cl- không 
hết cùng một lúc. Có hai trường hợp: 
TH1: Sau giai đoạn (I), hết Cl-, dư Cu2+ 
Dung dịch chứa CuSO4 và Na2SO4 
Giai đoạn 2: điện phân dung dịch CuSO4 (Na2SO4 không bị điện phân) 
 (II) CuSO4 + H2O →Cu + 1/2O2 + H2SO4 
 Khi hết Cu2+ , nước bị điện phân ở cả hai điện cực (vì điện phân dd H2SO4 và 
Na2SO4 trên thực tế là điện phân nước, thỏa mãn điều kiện đầu bài). H2SO4 hoà 
tan Al2O3 theo pt: 
 3H2SO4 + Al2O3 = Al2(SO4)3 + 3H2O 
 0,02  0,68/102 mol 
Theo (II) Cu= 0,02 mol; O2 = 0,01 mol 
Tổng số mol khí ở anot = 0,02 = Cl2(I) + O2 (II) Cl2(I) = 0,01 
Theo (I) NaCl = 0,02 
Mặt khác Cu↓ ở 2GĐ = 0,01+0,02=0,03 = CuSO4 
Do đó m= mNaCl + mCuSO4 = 0,02.58,5 + 0,03.160 = 5,97 gam 
Khối lượng catot tăng = m Cu bám vào = 0,03.64 = 1,92 gam 
Khối lượng dd giảm = m kim loại bám vào catot + m khí thoát ra ở anot 
 = 1,92 + 0,01.32 + 0,01.71 
 = 2,95 gam 
TH1: Sau giai đoạn (I), dư Cl-, hết Cu2+ 
Dung dịch chứa NaCl và Na2SO4. 
Giai đoạn 2: điện phân dd NaCl: 
 (III) 2NaCl + 2H2O = H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH 
 Khi hết Cl- nước bị điện phân ở cả hai điện cực. NaOH hòa tan Al2O3 theo pt: 
 Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O 
 0,68/102 0,04/3 mol 
Theo (III) H2 = Cl2 = 0,02/3 
 Cl2(I) = 0,02- 0,02/3 = 0,04/3 mol 
Theo (I) CuSO4 = 0,04/3 mol 
Theo (I) v à(III) NaCl bd= 2n Cl2 = 0,04 mol 
 khối lượng 2 muối m= m CuSO4 + m NaCl = 4,473 gam 
Khối lượng catot tăng = m Cu bám vào = 0,853 gam 
Khối lượng dd giảm = m kim loại bám vào catot + m khí thoát ra ở anot (Cl2 + 
H2) 
 = 0,853 + 0,02.71 + 0,02.2/3 = 2,286 gam 
Phương pháp mới: 
Gợi ý: 
 - Nước có thể bị điện phân ở cả hai điện cực, hay ion Cu2+ và ion Cl- không 
cùng kết thúc. 
 - Dung dịch sau điện phân hòa tan được Al2O3 có thể là axit hoặc kiềm. 
Hướng dẫn: 
TH1: Dung dịch sau điện phân là axit nước bị điện phân ở anot, khí thu được 
ở anot gồm Cl2 và O2. 
 Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3H2O 
 0.68/102 0,04 (mol) 
Các phản ứng xảy ra trên điện cực: 
Catot: 
Cu2+ + 2e → Cu 
 x 2x mol 
Anot: 
2Cl- → Cl2 + 2e 
2y y 2y mol 
2H2O → O2 + 4H+ + 4e 
 0,01 0,04 0,04 
số mol khí ở anot= 0,02 = số mol Cl2 + số mol O2 = y + 0,01 số mol Cl2 = 
0,01 
Số mol e trao đổi = 2x = 0,04 + 2.0,01 x= 0,03 
Dung dịch ban đầu: số mol Cu2+ = số mol SO42- = 0,03 
 số mol NaCl = 2 số mol Cl- = 0,02 
 m = m CuSO4 + m NaCl = 5,97 gam. 
Khối lượng catot tăng = m Cu bám vào = 0,03.64 = 1,92 gam 
Khối lượng dd giảm = m kim loại bám vào catot + m khí thoát ra ở anot 
 = 1,92 + 0,01.32 + 0,01.71 
 = 2,95 gam. 
TH2: Dung dịch sau phản ứng hòa tan được Al2O3 là dd kiềm nước bị điện 
phân ở catot, khí thu được là Cl2. 
 Al2O3 + 2OH- + 3H2O → 2[Al(OH)4]- 
 0,68/102 0,0133 
Các phản ứng xảy ra trên điện cực: 
Catot: 
Cu2+ + 2e → Cu 
 x 2x mol 
2H2O + 2e → H2 + 2OH- 
 0,0133  0,0133 mol 
Anot: 
2Cl- → Cl2 + 2e 
0,04 0,02 0,04 mol 
 Số mol e trao đổi = 2x + 0,0133 = 0,04 x= 0,0133 
 số mol CuSO4 = x = 0,0133 
 Số mol NaCl = 0,04 
 m= 4,473 gam 
 Khối lượng catot tăng = m Cu bám vào = 0,0133.64 = 0,853 gam 
Khối lượng dd giảm = m kim loại bám vào catot + m khí thoát ra ở anot 
 = 0,853 + 0,02.71 
 = 2,286 gam. 
 So sánh – đánh giá 2 phương pháp: 
 - Phương pháp cũ chủ yếu sử dụng phương trình phân tử dẫn đến học sinh 
không hiểu đúng bản chất của các quá trình oxi hóa, quá trình khử trên điện