Đề tài nghiên cứu khoa học: Phương pháp giải bài tập điện phân

MỤC LỤC Mục lục Trang Đặt vấn đề………………...……………………………………………...………….2 Cơ sở lý thuyết……...…………………………………………………...………….3 Thực trạng, giải pháp …………………………………………………...………….5 Nội dung phương pháp ………………..………………………….………………...6 1. Những vấn đề cần lưu ý khi giải bài tập điện phân.......... ………………...6 2. Các dạng bài tập điện phân .................…………..…………………….…... 7 2.1. Điện phân dung dịch muối.......…………..………………………... 7 2.2. Điện phân dung dịch axit......…………..……………………….... 10 2.3. Điện phân dung dịch bazơ.......…………..……………………….. 10 2.4. Điện phân dung dịch hỗn hợp các chất điện li ….……………... 11 Hiệu quả…..……………………………………………………………...……. ….14 Kết luận…..……………………………………………………………...…………15 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 16 1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN PHÂN Nguyễn Việt Hưng – Trường THPT Nguyễn Việt Dũng ĐẶT VẤN ĐỀ Chuyên đề điện phân là một chuyên rất thú vị, mang tính logic, suy luận rất cao…Chính vì thế đa số học sinh rất ngại khi tiếp cận với bài tập điện phân vì đa số các em không nắm rõ bản chất của quá trình điện phân: Bản chất của các quá trình oxi hóa – khử, trình tự ưu tiên xảy ra ở các điện cực, vận dụng các định luật vào quá trình điện phân (đặc biệt là định luật bảo toàn electron)…từ đó các em không hiểu được bản chất của vấn đề nên các em cảm thấy chuyên đề này vô cùng phức tạp và cảm thấy chán nản, không yêu thích môn học. Chính vì vậy nên kết quả học tập chuyên đề này nói riêng cũng như hóa vô cơ nói chung đối với đa số học sinh rất thấp kể cả các học sinh của lớp thuộc ban Khoa học tự nhiên. Trong thực tế, khi gặp các bài toán điện phân dung dịch thì đa số các em học sinh thường lúng túng trong việc tìm ra phương pháp giải phù hợp, thậm chí không tránh được những sai lầm trong quá trình giải bài tập. Qua quá trình giảng dạy nhiều năm và tham khảo nhiều tài liệu, tôi đã tích lũy được một số kinh nghiệm trong việc giảng dạy chuyên đề này một cách ngắn gọn nhất, dễ hiểu nhất… để các em cảm thấy chuyên đề điện phân là một chuyên để dễ hiểu, dễ vận dụng, tránh được những lúng túng, sai lầm, không hề khô khan như các em từng nghĩ. Sau một thời gian nghiên cứu, vận dụng phương pháp trên vào giảng dạy đã chứng minh được phương pháp trên có nhiều ưu điểm, đặc biệt là khi các kỳ thi Đại học, Cao đẳng ngày nay đã chuyển đổi sang phương pháp trắc nghiệm khách quan. Trong trường hợp này, học sinh tiết kiệm được rất nhiều thời gian biện luận, tính toán để có kết quả chính xác. Chính vì vậy, tôi viết đề tài này nhằm khái quát việc vận dụng “phương pháp giải bài tập điện phân” để giải nhanh một số bài tập trắc nghiệm hóa học. Thông qua đó tôi muốn giới thiệu với các thầy cô giáo và học sinh một trong những phương pháp giải bài tập hóa học rất có hiệu quả. Vận dụng được phương pháp này sẽ giúp cho quá trình giảng dạy và học tập môn hóa học được thuận lợi hơn rất nhiều, nhanh chóng có kết quả để trả lời câu hỏi trắc nghiệm khách quan. Về phương pháp nghiên cứu, tôi thực hiện ở hai công đoạn chủ yếu sau: Thứ nhất là đưa ra cơ sở lý luận, đó là các kiến thức cơ bản cần thiết về “lý thuyết điện phân” sau đó phân loại các dạng bài tập có liên quan. Thứ hai, trên cơ sở phân loại các dạng, tôi cho học sinh thực hành giải các ví dụ minh họa, từ đó đưa ra nhận xét đánh giá những ưu điểm, hạn chế của cách giải. Sau cùng là phần thực nghiệm phương pháp này trên cùng một đối tượng là lớp 12A (Năm học 2012-2013) qua hai bài kiểm tra để thẩm định lại hiệu quả của phương pháp này. 2 Phần 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Cơ sở lý thuyết điện phân. Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hay dung dịch chất điện li. - Cơ sở của phương pháp này là dùng dòng điện một chiều để khử các ion kim loại. - Điều chế kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Al,…bằng cách điện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy của chúng. - Điều chế kim loại có tính khử trung bình và kim loại có tính khử yếu như Zn, Cu…bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng. Trong quá trình điện phân (với điện cực trơ): + Ở cực âm catot: Xảy ra sự khử. Chất nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước. Nếu ion kim loại có tính oxi hóa mạnh hơn Al3+ thì xảy ra sự khử ion kim loại. Mn+ + ne→ M Nếu ion kim loại có tính oxi hóa yếu hơn Al3+ thì xảy ra sự khử ion nước. 2H2O + 2e → H2 + 2OH + Ở cực dương anot: Xảy ra sự oxi hóa. Chất nào có tính khử mạnh hơn sẽ bị oxi hóa trước theo thứ tự: S2->I- > Br- > Cl- > RCOO-> H2O. Các anion SO2,NO,CO2,SO2,PO3,F …không bị điện phân trong dung dịch. 1.2. Định luật Faraday: Khi biết cường độ dòng điện ( I) và thời gian điện phân (t) ta có thể tính theo công thức Faraday: A.I.t n.F Trong đó: m: khối lượng chất (rắn, lỏng, khí) thoát ra ở điện cực (gam). 3 A: Khối lượng nguyên tử (đối với kim loại) hoặc khối lượng phân tử (đối với chất khí). n: số electron trao đổi. I: Cường độ dòng điện ( A). t: Thời gian điện phân (s) F: Hằng số Faraday; F= 96500 (C) - Số mol e trao đổi ở mỗi điện cực : ne  I.t (*) 1.3. Các bước thông thường khi giải bài toán điện phân dung dịch: Bước 1: Viết phương trình điện li của tất cả các chất điện phân; Xác định các ion ở mỗi điện cực. Bước 2: Viết các PTHH của các bán phản ứng theo đúng thứ tự ưu tiên xảy ra tại hai điện cực (Viết phương trình cho, nhận e của các ion tại các điện cực); Tính số e trao đổi ở mỗi điện cực (Nếu giả thiết cho cường độ dòng điện và thời gian điện phân): ne (cho ở anot) = ne (nhận ở catot). Bước 3: Biểu diễn các đại lượng theo các bán phản ứng hoặc theo phương trình điện phân chung. Bước 4: Tính theo yêu cầu của bài toán. 4 Phần 2 : THỰC TRẠNG – GIẢI PHÁP Hóa học là một môn khoa học thực nghiệm, nội dung tương đối khó và phức tạp, đặc biệt là chuyên đề điện phân của hóa đại cương. Chính vì vậy học sinh khối 12 rất ngại học chuyên đề này dẫn đến kết quả học tập của các em rất thấp, kể cả các em ban khoa học tự nhiên (12A). Là một giáo viên đứng lớp đồng thời là giáo viên chủ nhiệm lớp 12A nên điều trăn trở lớn nhất của tôi là làm thế nào để giúp các em yêu thích chuyên đề này để có kết quả cao hơn trong các kỳ thi quan trọng như: Thi học sinh giỏi cấp Thành phố, thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng…. Từ những lý do đó tôi đã tìm tòi xem lý do tại sao các em còn hạn chế trong môn học và tìm ra phương pháp tốt hơn. Sau một thời gian tìm hiểu tôi thấy nguyên nhân của những hạn chế trên là do: - Đa số các bài tập điện phân thường tính toán theo các bán phản ứng ở các điện cực nhưng học sinh thường chỉ viết phương trình điện phân tổng quát và giải theo nó. - Học sinh ít sử dụng công thức hệ quả của Faraday (ne trao đổi) để giải nhanh bài toán điện phân . - Học sinh thường lúng túng khi xác định trường hợp H2O bắt đầu điện phân ở các điện cực (khi bắt đầu sủi bọt khí ở catot hoặc khi pH của dung dịch không đổi). - Học sinh nhầm lẫn quá trình xảy ra ở các điện cực. - Học sinh viết sai thứ tự các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực → tính toán sai. - Học sinh thường bỏ qua các phản ứng phụ có thể xảy ra giữa các sản phẩm tạo thành như: điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn tạo ra nước Gia–ven và có khí H2 thoát ra ở catot ; Phản ứng giữa axit trong dung dịch với kim loại bám trên catot. Sau khi tìm hiểu được những suy nghĩ cũng như nắm bắt được điểm yếu của các em, tôi quyết định vận dụng “phương pháp giải bài tập điện phân” để giải thích, vận dụng kiến thức một cách khoa học để các em học sinh cảm thấy chuyên đề điện phân là một môn chuyên đề rất nhẹ nhàng, dễ hiểu. Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện có hiệu quả. Tôi xin giới thiệu đến quý đồng nghiệp, các em học sinh chuyên đề “Phương pháp giải bài tập điện phân”. Đề tài được viết dựa trên cơ sở giải một số ví dụ điển hình bằng phương pháp ngắn gọn, súc tích nhằm giúp học sinh hiểu rõ bản chất của quá trình điện phân. Từ đó các em cảm thấy hiểu rõ vấn đề, yêu thích môn học…và đạt kết quả cao trong học tập. 5 ... - tailieumienphi.vn