Khóa luận Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng dạy ở trường THPT

Mục tiêu của giáo dục ngày nay là đào tạo ra những con người tự chủ,năng động sáng tạo,có năng lực giải quyết vấn đề góp phần xây dựng đất nước giàu mạnh.Hiến pháp nước cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam(1992),Luật giáo dục(1998),báo cáo chính trị đại hội Đảng toàn quốc khóa VII,VIII,IX đã khẳng định”Giáo dục là quốc sách hàng đầu phát triển giáo dục là nền tảng đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao,là một những động lực quan trọng thúc đẩy CNH-HĐH,là yếu tố cơ bản để phát triển xã hội,tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững Để thực hiện được những mục tiêu đó đòi hỏi giáo dục luôn có sự đổi mới về nội dung và phương pháp học tập đối với tất cả các môn học.Hiện nay chương trình các môn học đã được cải cách thay đổi tăng dần mức khoa học hiện đại để đảm bảo hòa nhập với sự phát triển của thế giới.Bộ môn hóa học cũng đã được nâng dần mức độ hiện đại nhằm cung cấp đầy đủ cơ sở lý thuyết cho các quá trình hóa học Hóa học là một môn khoa học thực nghiệm việc dạy và học hóa học không chỉ dừng lại ở khả năng truyền đạt và lĩnh hội kiến thức mà phải biết cách phát triển năng lực tư duy,logic sáng tạo,rèn luyện các kĩ năng hóa học cho học sinh biết vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống ,bảo vệ môi trường.Vì vậy việc sủ dụng bài tập hóa học trong dạy học hóa học có ý nghĩa và tầm quan trọng vô cùng to lớn.Nó giúp được học sinh nắm được chính xác các khái niệm ,đào sâu mở rộng kiến thức và các kĩ năng kĩ xảo.Giúp cho giáo viên củng cố khắc phục được những nội dung quan trong cho học sinh đồng thời cũng chính là phương tiện kiểm chứng kết quả công việc dạy và học. Do vậy cân chú ý đến việc sử dụng bài tập hóa học sao cho hợp lý đúng mức nhằm nâng cao khả năng học tập của học sinh.Đặc biệt việc sử dụng bài tập điện phân trong trường THPT hiện nay.Sự điện phân có vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp như sản xuất khí ,sản xuất muối,sản xuất bazo.Lý thuyết về sự điện phân mới có trong chương trình hóa học 12 nâng cao và ứng dụng của điện phân trong điều chế kim loại.Vì vậy bài tập điện phân còn ít ,là dạng bài tập khó cần yêu cầu cao trong việc vận dụng kiến thức nên dễ mắc nhầm lẫn của học sinh.Để có kiến thức vững chắc sâu sắc cần nắm vững cơ sở lý thuyết về sự điện phân đồng thời phải biết vận dụng các kiến thức đó để giải các bài tập điện phân.Qua đó phát huy tích cực linh hoạt sáng tạo trong học tập cũng như trong cuộc sống. Để giải quyết các vấn đề trên chúng ta cần hướng dẫn học sinh nắm chắc và vận dụng sáng tạo nội dung lý thuyết về điện phân.Như vậy đòi hỏi người giáo viên phải có kiến thức vững vàng,phong phú luôn tự học hỏi bổ kiến thức cho mình và có phương pháp dạy học sinh thích hợp để hướng dẫn học sinh vận dụng và giải quyết các vấn đề đặt ra. Với những lý do trên,tôi mạnh dạn tiến hành triển khai nghiên cứu để tài:”Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng dạy ở trường THPT” làm khóa luận tốt nghiệp

doc82 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 4893 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Khóa luận Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng dạy ở trường THPT, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Phần I:Mở Đầu 1.Lý do chọn đề tài Mục tiêu của giáo dục ngày nay là đào tạo ra những con người tự chủ,năng động sáng tạo,có năng lực giải quyết vấn đề góp phần xây dựng đất nước giàu mạnh.Hiến pháp nước cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam(1992),Luật giáo dục(1998),báo cáo chính trị đại hội Đảng toàn quốc khóa VII,VIII,IX đã khẳng định”Giáo dục là quốc sách hàng đầu phát triển giáo dục là nền tảng đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao,là một những động lực quan trọng thúc đẩy CNH-HĐH,là yếu tố cơ bản để phát triển xã hội,tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững Để thực hiện được những mục tiêu đó đòi hỏi giáo dục luôn có sự đổi mới về nội dung và phương pháp học tập đối với tất cả các môn học.Hiện nay chương trình các môn học đã được cải cách thay đổi tăng dần mức khoa học hiện đại để đảm bảo hòa nhập với sự phát triển của thế giới.Bộ môn hóa học cũng đã được nâng dần mức độ hiện đại nhằm cung cấp đầy đủ cơ sở lý thuyết cho các quá trình hóa học Hóa học là một môn khoa học thực nghiệm việc dạy và học hóa học không chỉ dừng lại ở khả năng truyền đạt và lĩnh hội kiến thức mà phải biết cách phát triển năng lực tư duy,logic sáng tạo,rèn luyện các kĩ năng hóa học cho học sinh biết vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống ,bảo vệ môi trường.Vì vậy việc sủ dụng bài tập hóa học trong dạy học hóa học có ý nghĩa và tầm quan trọng vô cùng to lớn.Nó giúp được học sinh nắm được chính xác các khái niệm ,đào sâu mở rộng kiến thức và các kĩ năng kĩ xảo.Giúp cho giáo viên củng cố khắc phục được những nội dung quan trong cho học sinh đồng thời cũng chính là phương tiện kiểm chứng kết quả công việc dạy và học. Do vậy cân chú ý đến việc sử dụng bài tập hóa học sao cho hợp lý đúng mức nhằm nâng cao khả năng học tập của học sinh.Đặc biệt việc sử dụng bài tập điện phân trong trường THPT hiện nay.Sự điện phân có vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp như sản xuất khí ,sản xuất muối,sản xuất bazo...Lý thuyết về sự điện phân mới có trong chương trình hóa học 12 nâng cao và ứng dụng của điện phân trong điều chế kim loại.Vì vậy bài tập điện phân còn ít ,là dạng bài tập khó cần yêu cầu cao trong việc vận dụng kiến thức nên dễ mắc nhầm lẫn của học sinh.Để có kiến thức vững chắc sâu sắc cần nắm vững cơ sở lý thuyết về sự điện phân đồng thời phải biết vận dụng các kiến thức đó để giải các bài tập điện phân.Qua đó phát huy tích cực linh hoạt sáng tạo trong học tập cũng như trong cuộc sống. Để giải quyết các vấn đề trên chúng ta cần hướng dẫn học sinh nắm chắc và vận dụng sáng tạo nội dung lý thuyết về điện phân.Như vậy đòi hỏi người giáo viên phải có kiến thức vững vàng,phong phú luôn tự học hỏi bổ kiến thức cho mình và có phương pháp dạy học sinh thích hợp để hướng dẫn học sinh vận dụng và giải quyết các vấn đề đặt ra. Với những lý do trên,tôi mạnh dạn tiến hành triển khai nghiên cứu để tài:”Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng dạy ở trường THPT” làm khóa luận tốt nghiệp 2.Mục tiêu của đề tài Sử dụng có hiệu quả bài tập điện phân trong giảng dạy để nâng cao chất lượng dạy học 3.Nhiệm vụ cuả đề tài Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng dạy ở trường THPH Hoàn thành đề tài đúng tiến độ Thực nghiệm sư phạm 4.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng Bài tập điện phân 4.2 Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng giạy ở trường THPH 5.Giả thuyết khoa học Nếu giáo viên biết cách khai thác việc sử dụng bài tập điện phân cho học sinh một cách có hiệu quả sẽ góp phần dạy và học hóa học nói chung và bài tập về điện phân nói riêng 6.Phương pháp nghiên cứu Sưu tầm tài liệu Thực nghiêm đối với học sinh THPT 7.Đóng góp của đề tài Đề tài hoàn thành là tài liệu tham khảo cho giáo viên và học sinh trong dạy và học hóa học theo chương trình sách giáo khoa THPT mới Phần II:Nội Dung Chương I:Tổng quan về sự điện phân I.1 Một số khái niệm cơ bản I.1.1 Sự điện phân Khi nhúng hai điện cực trơ làm bằng graphit vào muối NaCl nóng chảy và cho dòng điện một chiều đi qua ở điện cực dương(nối với cực dương của nguồn điện)có khí Clo thoát ra,còn cực âm(nối với trình này người ta gọi là sự điện phân muối NaCl nóng chảy trong đó đã xảy ra phản ứng NaClnc →Na+ + Cl- catot anot Dưới tác dụng của điện trường ion âm chuyển về cực dương,ion dương chuyển về cực âm Ở cực dương(anot)có quá trình oxi hóa: 2 Cl-(l)→Cl2(k) + 2e Ở cực âm(catot)có quá trình khử: _ _ _ _ _ _ _ 2Na+(l) + 2e→2Na(l) --- ------ ------- Phương trình phản ứng của quá trình điện phân: ---- ---- ------ 2NaCl 2Na + Cl2 Na+ Cl- Khái niệm:Sự điên phân là quá trình oxihóa-khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện ly nóng chảy hoặc dung dịch điện ly. Vậy sự điên phân là quá trình biến đổi điện năng thành hóa năng tức dùng năng lượng dòng điện để thực hiện phản ứng hóa học Quá trình hóc học trong bình điện phân phân phụ thuộc vào bản chất điện ly,bản chất điện cực,nhiệt độ... I.1.2 Chất điện phân Chất điện phân là chất có khả năng phân ly thành các ion trái dấu(cation và anion) trong dung dịch hoặc trong trạng thái nóng chảy Ví dụ: Chất điện phân là NaCl,Al2O3,... NaCl →Na+ + Cl- Al2O3-(nc) → 2Al3+ + 3O2- I.1.3 Điện cực Vật dùng làm các điện cực có ảnh hưởng đến sự tiến hành quá trình điện phân.Điện cực dùng trong điện phân gồm các loại sau:điện cực trơ,điện cực khí, điện cực tan, điện cực rắn.Song chủ yếu là hai loại điện cực:điện cực trơ và điện cực tan I.1.3.1.Điện cực trơ Điện cực trơ thường được chế tạo bằng than,platin,graphit chúng là những nguyên tố có giá trị đại số thế điện cực lớn vì vậy khi điện phân chúng không bị biến đổi về mặt hóa học khi sử dụng điện cực trơ có các electron được chuyển ra mạch ngoài nhờ sự oxi hóa các anion và phân tử nước Ví dụ:điện cực graphit nhúng trong dung dịch chứa đồng thời dạng oxi hóa và dạng khử của cặp oxi hóa khử:Pt/Fe3,Fe2+;Pt/Sn4+,Sn2+... Phản ứng xảy ra ở điện cực :ox+ne→kh Ta có thế điện cực : E=E0 + lg[] I.1.3.2.Điện cực tan Điện cực tan được chế tạo từ các thanh kim loại như Cu,Zn,Ag,Ni... Khi sử dụng anot tan,bản thân anot sẽ cho các electron đi qua mạch ngoài còn ion kim loại đi vào trong dung dịch\ Phản ứng xảy ra ở điện cực: Mn+aq + ne – M(r) Thế điện cực: E=E0 + lg[Mn+] I.1.3.3.Điện cực khí Điện cực khí gồm một thanh kim loại trơ hay graphit đóng vai trò vật dẫn điện đồng thời là vật mang các phân tử khí được nhúng trong dung dịch chứa ion tương ứng và được bão hòa bằng khí tương ứng Ví dụ: điện cực Hiđro H2(Pt) Phản ứng ở điện cực: H3O+ + e → H2(k) + H2O Thế điện cực: E=E0 + 0,059lg I.1.3.4.Điện cực rắn Điện cực rắn là điện cực kim loại tiếp xúc với muối ít tan của nó trong dung dịch của muối khác có cùng anion Ví dụ:Điện cực Bạc-Bạc Clorua: Ag/AgCl,KCl Calomen : Hg/Hg2Cl2,KCl Phản ứng xảy ra ở điện cực calomen: Hg2Cl2 + 2e → 2Hg + 2Cl- Thế điện cực: E=E0 + lg[Mn+] Vì [Mnn+] tồn tại trong dung dịch anion có thể tạo thành với muối ít tan cho nên [Mnn+] được xác định bởi tích số tan (T) của muối khó tan và nồng độ của anion tương ứng Chẳng hạn với điện cực calomen thì: [Hg22+] = Thế điện cực calomen: E=E0 + lg2 I.2 Khảo sát sự điện phân I.2.1.Quá trình điện phân 1.Quá trình phân ly của các chất Viết quá trình phân li của các chất Ví dụ: NaCl →Na+ + Cl- Cần chú ý điều kiện điện phân là điện phân nóng chảy hay điện phân dung dịch mà xét quá trình điện li của H2O Nếu chất điện phân trong dung dịch (dung môi H2O) thì vẫn viết phương trình điện ly của H2O nhưng điện ly không đáng kể nên không xét trong khảo sát và thu gọn. 2.Quá trình cho và nhận electron ở điện cực Trước hết cần nắm rõ sự di chuyển của các ion trong quá trình điện phân. Các cation di chuyển trong dung dịch theo chiều của dòng điện quy ước có nghĩa là chúng di chuyển về catot (cực âm) các anion thì ngược lại chúng di chuyển về anot(cực dương). Trên bề mặt các điện cực(phần ngâm trong dung dịch điện ly) xảy ra phản ứng giữa các ion và electron được gọi là phản ứng oxi hóa-khử ở bề mặt các điện cực Chẳng hạn điện phân dung dịch CuBr2 Ở catot: xảy ra khử ion Cu2+ thành Cu: Cu2+ + 2e→ Cu Ở anot: xảy ra sự oxi hóa ion Br- thành Br2: 2Br_ → Br2 +2e Đây là giai đoạn quan trọng nhất cần xác định rõ ion nào được ưu tiên nhận hoặc nhường electron và sản phẩm được tạo ra là gì 3.Phương trình điện phân Đây là phương trình điện phân chính khi điện phân và là việc thu gọn của phương trình điện li,các quá trình xảy ra ở điện cực lưu ý đơn giản các chất đồng thời có mặt ở hai vế của phương trình Ví dụ: NaClnc → Na+ + Cl- Na+ + 1e → Na 2Cl- →Cl2 + 2e Phương trình điện phân: 2NaCl 2Na + Cl2 4.Một số phản ứng phụ trong quá trình điện phân Xét các phản ứng phụ có thể xảy ra giữa từng cặp sau: +Chất tạo thành ở điện cực +Chất tan trong dung dịch +Chất dùng làm điện cực Do vậy để tránh phản các phản ứng phụ xảy ra phải có các màng ngăn xốp,có thêm các chất phụ gia khác hay biện pháp cụ thể để khắc phục các hao hụt tốn kém. *Lưu ý:Trong khảo sát sự điện phân,làm các bài tập điện phân cần chú ý đến các trường hợp điện phân có phản ứng phụ I.2.2 Định luật Faraday Lượng chất thoát ra ở điện cực trong quá trình điện phân được xác định bằng biểu thức Fraday Mx = nx = Trong đó: Mx:là khối lượng chất X thoát ra ở điện cực(g/mol) A:kim loại mol(nguyên tử hoặc phân tử) của chất X I:cường độ dòng điện I(A) t:thời gian điện phân(s) Q=It là điện lượng(C) n: số electron trao đổi trong phản ướng ở điện cực F:hằng số Faraday phụ thuộc vào đơn vị của thời gian F=96500 với thời gian tính bằng giây(s) F=26,8 với thời gian tính bằng giờ(h) Giá trị tính ra gam gọi là đương lượng gam của chất X Kí hiệu Đx *Lưu ý :+Tổng số đương lượng các chất thoát ra ở catot phải bằng ở catot +Khối lượng các chất thoát ra ở điên cực tỷ lệ thuận với đuơng lượng của chúng: = +Số mol của các chất thu được ở các điện cực tỷ lệ nghịch với hóa trị của chúng: = Định luật Faraday có ý nghĩa rất lớn khi tiến hành những phép tính có liên quan đến điện phân I.3.Các trường hợp điện phân I.3.1.Điện phân nóng chảy Khái niệm:Là quá trình oxi hóa-khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện ly nóng chảy Thường dùng để điện phân một số muối(chủ yêu là muối halogen),oxit,hiđroxit của kim loại kiềm,kiềm thổ,nhôm nhằm điều chế một số kim loại đó và một số phi kim như Br2,Cl 2… 1.Điện phân muối nóng chảy (chủ yếu là muối halogen) MXn Mn+ + nX- Ở catot(K): Mn+ + ne → M (quá trình khử) Ở anot(A): 2X- → X2 + 2e (quá trình oxi hóa) Phương trình điện phân: 2MXn 2M + nX (K) (A) Ví dụ điện phân muối NaCl K(-) NaClnc A(+) Na+ Cl- Ở catot: Na+ +1e →Na Ở anot: 2Cl- 2Cl + 2e Phương trình điện phân: 2NaCl2Na + Cl2 (K) (A) 2.Điện phân oxit kim loại nóng chảy MxOy xM+2y/x + yO2- Ở catot: M+2y/x + e M(quá trình khử) Ở anot: 2O2- O2 + 4e(quá trình khử) Phương trình điện phân: MxOy xM + O2 (K) (A) Như vậy tại điện cực(catot hoặc anot) chỉ có một quá trình oxi hóa hoặc khử của ion chất điện phân Hay ở mỗi điện cực chỉ xảy ra một phản ứng duy nhất do đó các sản phẩm của quá trình điện phân nóng chảy là hoàn toàn xác định. I.3.2 Điện phân dung dịch Khái niệm:là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện đi qua dung dịch chất điện li. I.3.2.1 Các quy tắc Khi điện phân dung dịch ngoài các ion tham gia vào quá trình oxi hóa-khử ở các điện cực còn có H+ và OH- cuả nước và bản thân kim loại làm điện cực.Do đó trong điện phân dung dịch theo các quy tắc sau Quy tắc chung:ở catot cation nào có tính oxi hóa cao càng mạnh càng dễ bị khử và ở anot nào có tính khử càng mạnh càng dễ bị oxi hóa 1.Quy tắc ở catot Ỏ catot có mặt các cotion kim loại M2+ và H+ (do nước hoặc axit điện ly) +Nếu ở catot có mặt các cation từ Al3+ trở về trước thì thực tế các cation kim loại này không bị khử mà chỉ có ion H+ bị khử Nếu H+ do H2O điện li: 2 H2O 2H+ + 2OH- 2H+ + 2e → H2 2 H2O + 2e → H+ + 2OH- (phương pháp điều chế bazo) Nếu do axit điện li 2H+ + 2e → H2 +Nếu ở catot có mặt các cation sau Al3+ thì các cation đó sẽ bị khử Mn+ + ne→ M (Phương pháp điều chế kim loại) 2.Quy tắc anot Ở anot có mặt các anion gốc axit và OH- như:C,Pt,...thì: +Nếu anot có mặt các anion gốc axit không chứa oxi(như I-,Br-,Cl-,S- và gốc axit hữu cơ RCOO- ...) thì các anion đó đóng vai trò là chất khử: 2Cl- → Cl2 +2e 2RCOO- →R-R + 2CO2 + 2e +Nếu anot có mặt các anion gốc axit chứa oxi như: NO3-,CO3-...thì thực tế các anion này không bị oxi hóa do đó chỉ có OH- đóng vai trò là chất khử Nếu OH- do kiềm điện li: OH- →O2 + H+ +2e Nếu OH- do H2O điện li: H2O H+ + OH- OH- →O2 + H+ +2e H2O→O2 +2 H+ (phương pháp điều chế axit) 3.Đối với Anot hoạt động: Anot tham gia trực tiếp quá trình oxi hóa như:Cu,Zn.Ni...khi đó các anion trong dung dịch không được điện phân mà chính anot bị oxi hóa. Ví dụ: anot: Cu - 2e →Cu2+ Zn - 2e →Zn2+ *Chú ý: Hiện tượng cực dương tan:Nếu Anot làm bằng kim loại mà các ion của nó có trong dung dịch thì khi điện phân anot sẽ bị hòa tan dần(bị oxi hóa) và cả các nguyên tử của nó chuyển thành các ion dương.Các ion dương này đi vào dung dịch để bổ sung cho số ion dương đã bị giảm.Hiện tượng đó gọi là hiện tượng cực dương tan Khi đó độ giảm khối lượng của anot bằng độ tăng khối lượng của catot(do khối lượng bị đẩy ra bám vào catot).Ta có: Dm A = D m K (Độ giảm (Độ tăng khối lượng ) khối lượng) Số mol các ion khác trong dung dịch điện li xem như không đổi. 4.Quy tắc anpha(a) :(Thường dùng trong trường hợp điện phân hỗn hợp). Dựa theo nguyên tắc :Khi điện phân một hỗn hợp nhiều còn thu cation nào dễ bị khử và anion nào dễ bị oxi hóa sẽ được điện phân trước hay thế khử của cặp nào lớn sẽ điện phân trước 1.Ở catot cation nhận electron theo thứ tự lần lượt như sau: +ion của kim loại điện phân trước(kim loại đứng sau Hiđro). +Đến ion H+ của axit +Đến ion của kim loại trung bình. +Đến H2O. +Ion của kim loại mạnh(Na+,K+...) thực tế không bị điện phân mà H2O điện phân thay. Như vậy dạng oxi hóa của kim loại trong dãy điện hóa sẽ bị khử từ phải qua trái. ...Al3+, H+,Mn2+...Fe2+, H+,Ni2+...Pb2+, H+,Cu2+... Của H2O Của H2O Của axit (thực tế) (lý thuyết) HH 2.Ỏ anot anion nhường electron theo thứ tự lần lượt như sau: +Ion gốc axit không có oxi (Cl-,I-,...) và gốc axit hữu cơ RCOO- +Đến OH- của bazo. +Đến OH- của H2O. +Ion gốc axit chứa oxi (SO42-,NO3-...) và F- thực tế không bị điện phân mà H2O điện phân thay. *Lưu ý:Với ion gốc axit không có oxi thế khử của cặp oxi hóa khử nào càng nhỏ thì bị oxi hóa trước (Xem thêm bảng oxi hóa khử) I.3.3 Các trường hợp điện phân dung dịch Trong điện phân dung dịch luôn tuân theo các quy tắc chung(quy tắc A ,quy tắc K và quy tắc ).Các trường hợp trong dung dịch điện phân thực chất chỉ là sự vận dụng các quy tắc ấy vào các ví dụ cụ thể. 1.Điện phân dung dịch của hợp chất chứa oxi Trường hợp này bao gồm muối của kim loại với gốc axit chứa oxi các hiđroxit và axit có gốc axit chứa oxi.Xét một vài ví dụ về các hợp chất này. Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CuSO4 K(-) CuSO4dd A(+) Cu2+,H2O SO42-, H2O Ở catot : Cu2+ +2e →Cu Ở anot : H2O→O2 +2 H+ +2e Phương trình điện phân:CuSO4 + H2O Cu + H2SO4 + O2 (K) (A) Ví dụ 2:Điện phân dung dịch NaNO3 K(-) NaNO3dd A(+) Na+,H2O NO3-, H2O Ở catot : 2H2O +2e →H2 + 2OH- Ở anot : H2O→O2 +2 H+ +2e Phương trình điện phân: H2O H2 + O2 (K) (A) Như vậy trong trường hợp này luôn có sự tham gia điện phân của H2O tương ứng với điện phân của axit và hiđroxit *Lưu ý:Trường hợp này điều chế kim loại trung bình yếu điều chế các khí,axit 2.Điên phân dung dịch của hợp chất không chứa oxi Trường hợp này bao gồm muối ,axit của gốc axit không chứa oxi Ví dụ 3:Điện phân dung dịch CuCl2 K(-) CuCl2dd A(+) Cu2+,H2O Cl-, H2O Ở catot : Cu2+ +2e →Cu Ở anot : 2Cl- Cl2 + 2e Phương trình điện phân:CuCl2 Cu + Cl2 Ví dụ 3: Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn K(-) NaCldd A(+) Na+,H2O Cl-, H2O Ở catot : 2H2O +2e →H2 + 2OH- Ở anot : 2Cl- Cl2 + 2e Phương trình ion:2Cl- + 2H2O H2 + Cl2 + 2OH- Phương trình điện phân phân tử: 2NaCl + H2O NaOH + H2 + Cl2 (K) (A) *Lưu ý:-khi không có màng ngăn thì Cl2 tác dụng với dung dịch NaOH tạo nước Javen : Cl2 + 2NaOH NaClO + NaCl + H2O Như vậy tùy theo mục đích sử dụng mà người ta thực hiện các biện pháp khác nhau.Trong trường hợp này cũng dùng điều chế kim loại,khí,bazo,và cả nước Javen... 3.Điện phân dung dịch bằng điện cực hoạt động. Ví dụ 4: Điện phân dung dịch CuSO4 bằng điều chế Zn,Cu K(-) CuSO4dd A(+) Cu2+,H2O SO42-, H2O a,Với điện cực Zn. Ở catot : Cu2+ +2e →Cu Ở anot : Zn Zn2+ + 2e Phương trình ion: Zn + Cu2+ Cu + Zn2+ Phương trình điện phân:Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu (A) (K) b,Với điện cực bằng Cu Ở catot : Cu2+ +2e →Cu Ở anot : Cu Cu2+ + 2e Phương trình ion: Cu + Cu2+ Cu + Cu2 + (A) (K) *Lưu ý:-Phương pháp này dùng để mạ kim loại(ví dụ mạ vàng,đồng....) -Để tinh chế kim loại(tinh chế đồng thô...) 4.Điện phân dung dịch hỗn hợp Ví dụ 5:Điện phân hỗn hợp KBr,CuCl2,HCl.FeCl3. K(-) KBr,CuCl2,HCl A(+) Cu2+ ,K+,Fe3+ FeCl3, H2O Br-,Cl-, H2O H+,H2O Quá trình điện phân cũng tuân theo quy tắc a Thế khử :Fe3+/Fe2+ > Cu2+/Cu > 2H+/H2 > Fe2+/Fe Do đó thứ tự điện phân ở catot là: Fe3+ + 1e Fe2+ Cu2+ + 2e Cu 2H+ + 2e H2 (H+ của axit ) Fe2+ + 1e Fe 2H2O +2e →H2 + 2OH- Thứ tự điện phân ở anot: 2Br- Br2 + 2e 2Cl- Cl2 + 2e H2O→O2 +2 H+ +2e *Lưu ý:-Nắm vững quy tắc anpha(a) trong trường hợp này. -Dựa vào thế khử và dãy hoạt động hóa học của kim loại I.3.4 Quá thế phân hủy và quá thế. Trong dung dịch điện phân để xác định phản ứng nào xảy ra ở các điện cực cần phải cần phải xét thế phân cực,quá thế và thế và thế phân hủy của tất cả các quá trình xảy ra.Trong các quá trình đó,quá trình nào đòi hỏi thế phân hủy bé nhất sẽ dễ dàng xảy ra nhất. Khi điện phân dung dịch NiCl2 dùng điện cực trơ Pt giả thiết rằng ở: Cực âm(K) : Ni2+ + 2e Ni Cực dương(A):Cl- Cl2 + 1e. Các sản phẩm tạo thành sẽ bao phủ điện cực và kết quả là: +Điện cực trở thành một tấm Ni nhúng trong dung dịch chứa Ni2+ nghĩa là tạo thành điện cực Ni/Ni2+ +Điện cực dương trở thành tấm Pt bão hòa Clo và nhúng trong dung dịch chứa Cl- nghĩa là tạo thành điện cực Pt/Cl2. +Sự hình thành hai điện cực này sẽ tạo nên pin Ganvani với sức điện động: E= 1,36-(-)0,023=1,59(V) và dòng điện ở trong mạch của pin ngược chiều với dòng điện ở ngoài Đại lượng quá thế phụ thuộc vào : +Bản chất của chất thoát ra ở điện cực:thông thường các khí có quá thế lớn,quá thế của các sản phẩm rắn hầu như rất nhỏ có thề bỏ qua trừ Fe(0,24V),Ni(0,23V) +Bản chất của điện cực :Ví dụ như H2 có quá thế rất lớn trên thủy ngân,còn trên các điện cực khác như Pt,Ni,Fe quá thế bé hơn nhiều. +Trạng tháí bề mặt điện cực:Khi bề mặt nhẵn bóng thì quá thế cao,bề mặt xốp quá thế thấp. +Mật độ dòng(là tỷ số giữa cường dòng điện(A,mA) với điện tích bề mặt của điện cực(cm2). Chẳng hạn:quá thế của Hiđro ở các điện cực khác nhau trong cùng điều kiện nhiệt độ ,mật độ dòng điện 0,01 A/cm2 được ghi trong bảng dưới đây: Điện cực kim loại: Pt Au Fe Cu Zn Hg Quá thế(V) :-0,07 -0,39 -0,56 -0,58 -0,75 -1,04 Như vậy thế phân hủy trong mỗi trường hợp bằng tổng số của thế phân cực và quá thế của các sản phẩm: Eph = Epc + η Để xác định sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch của một chất nào đó cần thực hiện các bước sau: 1,Tính thế phân cực của tất cả các trường hợp có thể xảy ra 2,Từ kết quả thu được chọn trường hợp có thể phân hủy bé nhất,đó sẽ là quá trình xảy ra dễ dàng nhất(Thường để so sánh trong điện phân hỗn hợp) Ỹ nghĩa: Nhờ có quá thế mà người ta có thể sử dụng các điện cực khác nhau trong điện phân nhằm tạo ra các sản phẩm như ý muốn chẳng hạn:Muốn sản xuất Clo trong công nghiệp thì điện phân dung dịch NaCl đâm đặc với catot bằng Fe và anot bằng than chì. -Bằng cách thực hiện các bước xây dựng sản phẩm của quá trình điện phân nhờ thế phân hủy mà ta xác định được phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân +Ở catot (cực (-) là Fe): Na+ + 1e → Na E0=
Luận văn liên quan