Sáng kiến kinh nghiệm 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 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. 
 n+
 M + 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. 
 m-
 X → 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): 
 m-
 X → 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? 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. 
 + 3+
 Al2O3 + 6H → 2Al + 3H2O 
 0.68/102 0,04 (mol) 
Các phản ứng xảy ra trên điện cực: 
 Catot: Anot: 
 2+ -
 Cu + 2e → Cu 2Cl → Cl2 + 2e 
 x 2x mol 2y y 2y mol 
 +
 2H2O → O2 + 4H + 4e 
 0,01 0,04 0,04 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 
cực, nên khó viết các phản ứng điện phân, làm cho việc lập luận các sản phẩm 
của các trường hợp xảy ra rất khó khăn, nếu mở rộng bài toán là “ tính nồng độ 
các ion trong dung dịch sau điện phân hoặc pH của dung dịch sau điện phân” 
các em sẽ lúng túng đặc biệt gặp bài toán cho thời gian điện phân . 
 - Phương pháp mới sử dụng các bán phản ứng ở các điện cực : học sinh hiểu 
rõ các quá trình oxi hóa, quá trình khử diễn ra như thế nào đặc biệt H2O bị điện 
phân như thế nào, khắc sâu được kiến thức về thứ tự dãy thế điện cực chuẩn của 
kim loại, giải quyết nhanh bài tóan có cho thời gian điện phân, bản chất sự tồn 
tại các chât điện ly trong dung dịch, tính toán nhanh nồng độ các ion, pH c ủa 
dung dịch tại thời điểm dừng điện phânhọc sinh tự giải quyết vấn đề theo gợi 
ý của giáo viên, tự tin các bước làm, kiểm soát được từng bước giải của mình. 
Áp dụng : 
Bài 2( đề 2009-B) 
 Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M 
và NaCl 0,5M (điện cực trơ, H =100%) với cường độ dòng điện 5A, trong thời 
gian 3860s. Dung dịch sau điện phân có khả năng hòa tan m gam Al. Tính giá 
trị lớn nhất của m? 
A. 4,05 B. 2,70 C. 1,35 D. 5,40 
 Gợi ý: 
 - Tính số mol các ion trước ĐP: Cu2+ = 0,05 
 Na+ = 0,25 
 Cl- = 0,35 
- Tính số mol e trao đổi: = I.t/96500= 5.3860/96500= 0,2 mol 
- Các phản ứng trên điện cực: 
 Catot: Anot: 
 Cu2+ + 2e → Cu 
 -
 0,05 0,1 mol 2Cl → Cl2 + 2e phân là 2t (s) thì tổng số mol khí thu được ở cả hai điện cực là 0,1245 mol. Giá 
trị của y là? 
A. 3,920 B. 4,788 C. 4,480 D. 1,680 
 Gợi ý: 
- Dung dịch trước điện phân M2+ = a mol = 13,68/ (M+ 96) 
Thí nghiệm 1: Điện phân với thời gian t(s): số mol e trao đổi = I.t/96500 
- Các phản ứng trên điện cực: 
 Catot: Anot: 
 2+ +
 M + 2e → M 2H2O O2 + 4e + 4H 
 0,070,14 0,07 mol 0,035 0,14 mol 
- số mol e trao đổi = I.t/96500= 0,14 I.t = 13510 
- Nhận xét: có thể ion M2+ chưa bị điện phân hết. 
Thí nghiệm 2: Điện phân với thời gian 2t(s), cường độ dòng không đổi 
 số mol e trao đổi = I.2t/96500= 0,28 
 2+
Đầu bài cho thu được khí ở cả hai điện cực M bị điện phân hết, H2O bị điện 
phân ở cả hai điện cực. 
- Các phản ứng trên điện cực: 
 Catot: Anot: 
 2+ +
 M + 2e → M 2H2O O2 + 4e + 4H 
 a 2a a mol 0,07 0,28 mol 
 -
 2H2O + 2e → H2 + 2OH 
 0,109 0,0545 mol 
 Tổng số mol khí ở 2 ĐC = nH2 + nO2 = 0,1245 nH2 = 0,1245 – 0,07 = 
0,0545 mol 
 Bảo toàn electron: 2a + 0,109 = 0,28 a = 0,0855 = 13,68/ (M+ 96) M = 
64 là kim loại Cu. 
 Trở lại thí nhiệm 1: y = mCu = 64/2.0.14= 4,48 gam. 
Dạng 2: trường hợp điện phân dung dịch chứa 2 ion kim loại 2+ -3 -3
- dung dịch sau điện phân : Cu dư = 0,4.10 mol CM = 4.10 M 
 + -3 -2
 H = 2,4.10 mol CM = 2,4.10 M 
 - -3 -2
 NO3 = 3,2.10 mol CM = 3,2.10 M 
2, Nếu điện phân với anot bằng Cu tan 
 PTĐP: Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2Ag↓ 
 8.10-4 16.10-4 16.10-4 mol 
Khôí lượng catot tăng = 16.10-4 .108 = 0,1728 gam 
Khôí lượng anot giảm = 8.10-4 .64 = 0,0512 gam 
Dạng 3: dự đoán quá trình điện phân dựa trên lượng sản phẩm thoát ra ở 
điện cực 
Trong trường hợp quá trình điện phân gồm nhiều giai đoạn kế tiếp dựa vào 
lượng sản phẩm xuất hiện ở điện cực ta có thể dự đóan các giai đoạn nào có thể 
xảy ra: 
 - Nếu thời gian tăng n lần, lượng sản phẩm (khối lượng kim loại thoát ra ở 
catot) tăng n lần thì bên điện cực ấy chỉ có một phản ứng khử duy nhất: Mn+ + 
ne→ M↓ 
 - Nếu thời gian tăng n lần, lượng sản phẩm tăng ít hơn n lần, có thể kết luận: 
 + Đã điện phân hết Mn+ và lượng kim loại thu được ở catot]ngs với toàn 
thể Mn+ trong dung dịch ban đầu. 
 n+
 + Sau khi điện phân hết M , bên catot chuyển qua một giai đoạn khử 
khác (thường là khử H2O) 
Bài 5 (đề tuyển sinh đại học 1993) 
Mắc nối tiếp 2 bình điện phân : bình X chứa 800 ml dd muối MCl2 a mol/l và 
HCl 4amol/l, bình Y chứa 800 ml dd AgNO3. 
Sau 3 phút 13 giây điện phân thì ở catot bình X thoát ra 1,6 gam kim loại, còn ở 
catot bình Y thoát ra 5,4 gam kim loại. 
Sau 9 phút 39 giây điện phân thì ở catot bình X thoát ra 3,2 gam kim loại, còn ở 
catot bình Y thoát ra 16,2 gam kim loại 
Biết cường độ dòng điện không đổi và hiệu suất điện phân =100%. 2, Hai bình mắc nối tiếp: điện lượng I.t đi qua như nhau 
- Bình X : M.I.t/2.96500 = 1,6 I.t = 2.1,6.96500/M 
- Bình Y: 108.I.t/1.96500 = 5,4 I.t = 5,4.96500/108= 4825 
2.1,6.96500/M = 4825 M = 64 (Cu) 
3, n Ag+ bị điện phân = 16,2/108 = 0,15 mol 
-Bình Y : nAgNO3 bd = 0,15 + 0,043 = 0,193 mol CM = 0,241M 
- Bình X : nCuCl2 = nCu = 3,2/64 = 0,05 mol CM = 0,0625M 
* Chứng minh giả thiết Ag+ hết. 
Cu2+ = 0,8a mol = 0,05 a = 0,0625 nCl- bd = 4,8.0,0625 = 0,3 
Với t= 9phut 39 giây I.t /96500= số mol e trao đổi= 3.4825/96500 = 0,15 
nCl- bị điện phân = 0,15 mol số mol Cl- dư sau điện phân 9 phút 39 giây là 
0,15, phản ứng với Ag+ là 0,043 mol nên còn dư là đúng. 
 Hà Nội, ngày tháng năm 2012 
XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Tôi xin cam đoan đây là SKKN của 
 mình viết, không sao chép nội dung 
 của người khác. 
 (Ký và ghi rõ họ tên ) 
 Nguyễn Thu Hòa