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

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
- 1 -
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
- 2 -
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
- 3 -
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
NaCl
nc
→Na
+
+ Cl
-
Dưới tác dụng của điện trường ion âm chuyển về cực dương,ion dương
chuyển về cực âm
 →
e

 →
e

Ở cực dương(anot)có quá trình oxi hóa:
2 Cl
-
(l)
→Cl
2(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
 →
đpnc
2Na + Cl
2
↑

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...
- 4 -
anot catot
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,Al
2
O
3
,...
NaCl

→Na
+
+ Cl
-
Al
2
O
3-(nc)
→ 2Al
3+
+ 3O
2-
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/Fe
3
,Fe
2+
;Pt/Sn
4+
,Sn
2+
...
Phản ứng xảy ra ở điện cực :ox+ne→kh
Ta có thế điện cực : E=E
0
+
n
059.0
lg[
kh
ox
]
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: M
n+
aq
+ ne – M
(r)
Thế điện cực: E=E
0
+
n
059.0
lg[M
n+
]
- 5 -
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 H
2
(Pt)
Phản ứng ở điện cực: H
3
O
+
+ e →
2
1
H
2(k)

+ H
2
O
Thế điện cực: E=E
0
+ 0,059lg
2
][
3
H
P
OH
+

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/Hg
2
Cl
2
,KCl
Phản ứng xảy ra ở điện cực calomen: Hg
2
Cl
2
+ 2e → 2Hg + 2Cl
-
Thế điện cực: E=E

0
+
n
059.0
lg[M
n+
]
Vì [Mn
n+
] tồn tại trong dung dịch anion có thể tạo thành với muối ít tan
cho nên [Mn
n+
] 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: [Hg
2
2+
] =
2
][
.22
−
Cl
T
ClH
Thế điện cực calomen: E=E
0
+
2
059.0

lg
2
][
.22
−
Cl
T
ClH
2
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
- 6 -
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 H
2
O
Nếu chất điện phân trong dung dịch (dung môi H
2
O) thì vẫn viết phương
trình điện ly của H
2
O 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 CuBr
2
Ở catot: xảy ra khử ion Cu
2+
thành Cu: Cu
2+
+ 2e→ Cu
Ở anot: xảy ra sự oxi hóa ion Br
-
thành Br
2
: 2Br
_
→ Br
2
+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: NaCl
nc
→ Na
+
+ Cl
-
Na
+
+ 1e → Na
2Cl
-
→Cl
2
+ 2e
- 7 -
Phương trình điện phân: 2NaCl
 →
đpnc
2Na + Cl
2

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
M
x
=
nF
AIt

⇒
n
x
=
nF
It
Trong đó:
M
x
: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

n
A
tính ra gam gọi là đương lượng gam của chất X
- 8 -
Kí hiệu Đ
x
*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:
My
Mx
=
Đy
Đx
+Số mol của các chất thu được ở các điện cực tỷ lệ nghịch với hóa
trị của chúng:
Y
X
n
n
=
Xtrihóa
Ytrihóa
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 Br
2
,Cl
2
…
1.Điện phân muối nóng chảy (chủ yếu là muối halogen)
MX
n

 →
nc
M
n+
+ nX
-
Ở catot(K): M
n+
+ ne → M (quá trình khử)
Ở anot(A): 2X
-
→ X
2
+ 2e (quá trình oxi hóa)
Phương trình điện phân: 2MX
n

 →
đpnc
2M + nX

↑
(K) (A)
Ví dụ điện phân muối NaCl
K(-)
←
NaCl
nc

→
A(+)
Na
+
Cl
-
Ở catot: Na
+
+1e →Na
- 9 -
Ở anot: 2Cl
-
→
2Cl + 2e
Phương trình điện phân: 2NaCl
 →
đpnc
2Na + Cl
2
(K) (A)
2.Điện phân oxit kim loại nóng chảy
M

x
O
y
 →
nc
xM
+2y/x
+ yO
2-
Ở catot: M
+2y/x
+
x
y2
e
→
M(quá trình khử)
Ở anot: 2O
2-

→
O
2
+ 4e(quá trình khử)
Phương trình điện phân: M
x
O
y
 →
đpnc

xM +
2
y
O
2
↑
(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 M
2+
và H
+
(do nước hoặc axit điện ly)

+Nếu ở catot có mặt các cation từ Al
3+
trở về trước thì thực tế các cation kim
loại này không bị khử mà chỉ có ion H
+
bị khử
- 10 -
• Nếu H
+
do H
2
O điện li:
2 H
2
O 2H
+
+ 2OH
-

2H
+
+ 2e → H
2
↑
2 H
2
O + 2e → H
+
↑

+ 2OH
-
(phương pháp điều chế bazo)
• Nếu do axit điện li

2H
+
+ 2e → H
2
↑


+Nếu ở catot có mặt các cation sau Al
3+
thì các cation đó sẽ bị khử
M
n+
+ 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
-
→ Cl
2
↑

+2e
2RCOO
-
→R-R + 2CO
2
↑

+ 2e
+Nếu anot có mặt các anion gốc axit chứa oxi như: NO
3
-
,CO
3
-
...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
-
→
2
1
O
2
+ H
+
+2e
• Nếu OH
-
do H
2
O điện li:
H
2
O H
+
+ OH
-
OH
-
→
2
1
O
2
↑

+ H
+
+2e
H
2
O→
2
1
O
2
+2 H
+
(phương pháp điều chế axit)
3.Đối với Anot hoạt động:
- 11 -
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 →Cu
2+
Zn - 2e →Zn
2+
*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:
∆

m A
↓
=
∆
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(α) :(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 H
2
O.
+Ion của kim loại mạnh(Na
+
,K
+
...) thực tế không bị điện phân mà H
2
O điện
phân thay.

- 12 -
Như vậy dạng oxi hóa của kim loại trong dãy điện hóa sẽ bị khử từ phải qua
trái.
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 H
2
O.
+Ion gốc axit chứa oxi (SO
4
2-
,NO
3
-
...) và F
-
thực tế không bị điện phân mà
H
2
O 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
α
).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 CuSO
4

K(-)
←
CuSO
4dd

→
A(+)
Cu
2+
,H
2
O SO
4
2-
, H
2

O
Ở catot : Cu
2+
+2e →Cu
- 13 -
...Al
3+
, H
+
,Mn
2+
...Fe
2+
, H
+
,Ni
2+
...Pb
2+
, H
+
,Cu
2+
...

↓

↓

↓

Của H
2
O Của H
2
O Của axit
(thực tế) (lý thuyết)
Ở anot : H
2
O→
2
1
O
2
+2 H
+
+2e
Phương trình điện phân:CuSO
4

+ H
2
O
 →
đpdd
Cu + H
2
SO
4
+

2
1
O
2
(K) (A)
Ví dụ 2:Điện phân dung dịch NaNO
3

K(-)
←
NaNO
3dd

→
A(+)
Na
+
,H
2
O NO
3
-
, H
2
O
Ở catot : 2H
2
O +2e →H
2
+ 2OH

-
Ở anot : H
2
O→
2
1
O
2
+2 H
+
+2e
Phương trình điện phân: H
2
O
 →
đpdd
H
2
↑

+
2
1
O
2
↑
(K) (A)

Như vậy trong trường hợp này luôn có sự tham gia điện phân của H
2

O 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 CuCl
2
K(-)
←
CuCl
2dd

→
A(+)
Cu
2+
,H
2
O Cl
-
, H
2
O
Ở catot : Cu
2+
+2e →Cu
Ở anot : 2Cl
-

→
Cl
2
+ 2e
Phương trình điện phân:CuCl
2

 →
đpdd
Cu + Cl
2

Ví dụ 3: Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn
K(-)
←
NaCl
dd

→
A(+)
- 14 -
Na
+
,H
2
O Cl
-
, H
2
O

Ở catot : 2H
2
O +2e →H
2
+ 2OH
-
Ở anot : 2Cl
-

→
Cl
2
+ 2e
Phương trình ion:2Cl
-
+ 2H
2
O
 →
MNX
H
2
+

Cl
2
+ 2OH
-
Phương trình điện phân phân tử:
2NaCl + H

2
O
 →
MNX
NaOH + H
2
+ Cl
2

(K) (A)
*Lưu ý:-khi không có màng ngăn thì Cl
2
tác dụng với dung dịch NaOH tạo
nước Javen :
Cl
2
+ 2NaOH
→
NaClO + NaCl + H
2
O
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 CuSO
4
bằng điều chế Zn,Cu
K(-)
←

CuSO
4dd

→
A(+)
Cu
2+
,H
2
O SO
4
2-
, H
2
O
a,Với điện cực Zn.
Ở catot : Cu
2+
+2e →Cu
Ở anot : Zn
→
Zn
2+
+ 2e
Phương trình ion: Zn + Cu
2+

→
Cu + Zn
2+

Phương trình điện phân:Zn + CuSO
4
 →
đpdd
ZnSO
4
+ Cu
↓
(A) (K)
b,Với điện cực bằng Cu
Ở catot : Cu
2+
+2e →Cu
Ở anot : Cu
→
Cu
2+
+ 2e
Phương trình ion: Cu + Cu
2+

→
Cu + Cu
2 +
- 15 -
(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,CuCl

2
,HCl.FeCl
3
.
K(-)
←
KBr,CuCl
2
,HCl
→
A(+)
Cu
2+
,K
+
,Fe
3+

FeCl
3,
H
2
O Br
-
,Cl
-
, H
2
O
H

+
,H
2
O
Quá trình điện phân cũng tuân theo quy tắc α
Thế khử :Fe
3+
/Fe
2+
> Cu
2+
/Cu > 2H
+
/H
2
> Fe
2+
/Fe

Do đó thứ tự điện phân ở catot là:
Fe
3+
+ 1e
→
Fe
2+
Cu
2+
+ 2e
→

Cu
2H
+
+ 2e
→
H
2
↑

(H
+
của axit )
Fe
2+
+ 1e
→
Fe
2H
2
O +2e →H
2
+ 2OH
-
Thứ tự điện phân ở anot:
2Br
-

→
Br
2

↑

+ 2e
2Cl
-

→
Cl
2
↑

+ 2e
H
2
O→
2
1
O
2
+2 H
+
+2e
*Lưu ý:-Nắm vững quy tắc anpha(α) 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
- 16 -
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 NiCl
2
dùng điện cực trơ Pt giả thiết rằng ở:
Cực âm(K) : Ni
2+
+ 2e
→
Ni
Cực dương(A):Cl
-

→

2
1
Cl
2
+ 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 Ni
2+

nghĩa là tạo thành điện cực Ni/Ni
2+
+Điện cực dương trở thành tấm Pt bão hòa Clo và nhúng trong dung
dịch chứa Cl
-
nghĩa là tạo thành điện cực Pt/Cl
2
.

+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 H
2
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(cm
2
). 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/cm
2
được ghi
trong bảng dưới đây:
Điện cực kim loại: Pt Au Fe Cu Zn Hg
- 17 -
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: E
ph
= E
pc
+ 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 E
0
= -2,71V
2H
2
O
(l)
+2e →H
2
+ 2OH
-
(aq)
E
0
= -0,42V

Quá thế của Hiđro trên điện cực Fe là -0,56,
Thế phân hủy của Hiđro là : E= -0,42 + (-0,56)
≈
-1(V)
Nước có thể kém âm hơn Na
+
lên dễ bị khử hơn Na
+
nên H
2
O được
tạo thành ở catot
+Ở catot(cực(+) là than chì)
2H
2
O
(l)
→ O
2(k)
+ 4H
+
(aq)
+4e E
0
= -0,82(V)
Quá thế của oxi trên điện cực than chì là -0,6 nên thế phân hủy của oxi
là: E=-0,82 + (-0,6) = -1,42(V)
2Cl
-
(aq)

→ Cl
2(k)
+ 2e E=-1,36(V)
- 18 -
Như vậy Cl
2
được tạo thành ở anot do thế phân hủy của Clo kém hơn
của oxi.Nhờ có quá thế lớn của oxi mới có thể sản xuất Cl
2
Ví dụ 1: Muốn sản xuất NaOH cũng nhờ điện phân dung dịch NaCl ta dùng
catot bằng Hg.
NaCl
 →
+
Hg
Na(Hg) +
2
1
Cl
2
+H
2
O

→
NaOH +
2
1
H
2

+ Hg
Ví dụ 2: Điện phân dung dịch NaOH,H
2
SO
4
,muối sunfat kim loại kiềm thực
tế là nước bị điện phân:
H
2
O→
2
1
O
2
+H
2
Bằng phương pháp điện phân dung dịch muối ta rút ra kết luận:
1,Cation kim loại kém hoạt động có thể bị khử thành kim loại
như:Au,Ag,Cu...
2,Cation kim loại lớn hoạt động không thể bị khử như kim loại nhóm IA,IIA
và Al(trừ trường hợp dùng catot=Hg) trong dung dịch muối kim loại
này,H
2
O bị khử thành H
2
và OH
-
3,Do quá thế O
2
lớn,các anion bị oxi hóa bao gồm các Halogen(trừ F) và

RCOO
-
4,Các anion không bị oxi hóa bao gồm F
-
và các oxi anion thường gặp như:
SO
4
2-
,CO
3
2-
,NO
3
-
, PO
4
3-
...Trong dung dịch,nước bị oxi hóa thành O
2
+ H
+

I.4 Vai trò và ứng dụng của điện phân
Điện phân có nhiều ứng dụng quan trọng trong sản xuất công nghiệp
1,Sản xuất kim loại
- 19 -
Dùng phương pháp điện phân nóng chảy để sản xuất các kim loại có thế
điện cực chuẩn rất âm như kim loại kiềm,kiềm thổ và nhôm
Các kim loại từ trung bình đến yếu(sau Al) dùng phương pháp điện phân
dung dịch muối của nó kể cả các kim loại có thế điện cực chuẩn rất âm

chẳng hạn:E
0
Zn
2+
/Zn
= -0,77(v) với hơn 50% sản lượng Zn của thế giới được
sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch ZnSO
4
2,Sản xuất khí trong công nghiệp:Chẳng hạn sãn xuất Cl
2
,H
2
bằng phương
pháp điện phân dung dịch NaCl,điện phân H
2
O để sản xuất H
2
và O
2
...
3,Sản xuất một số hợp chất: Như sản xuất KMnO
4
bằng dung dịch KOH
với anot bằng Feromangan(78% Mn;13% Fe; 6-7% C và 1,25% Si),Sản xuất
nước Javen,H
2
O,bazo...
4,Dùng để tinh chế một số kim loại như Cu,Pb,Zn ,Fe,Ag,Au…
Phương pháp điện phân với anot hoạt động được dùng để tinh chế kim loại
chẳng hạn tinh chế đồng thô thành đồng dòng người ta dùng anot tan là đồng

thô.Hay tinh chế vàng người ta cũng dùng anot tan là thu vàng thô thu được
vàng dòng ở catot với độ tinh khiết 99,99%
5,Mạ điện
Điện phân với anot hoạt động cũng dùng trong kĩ thuật mạ điện nhằm bảo
vệ kim loại khỏi bị ăn mòn và tạo vẻ đẹp cho các vật mạ.Trong mạ điện anot
là kim loại dùng để mạ như:Cu,Ag,Au,Cr,Ni...Catot là vật cần mạ.Lớp mạ
thường rất mỏng độ dầy từ 5.10
-5
÷
1.10
-3
.Chẳng hạn như mạ vàng mạ bạc
mạ kẽm...

Chương II:Tìm hiểu ý nghĩa của bài tập điện phân trong giảng ,dạy ở
trường THPT
A.Bài tập tự luận
- 20 -
Bài tập hóa học là một phương tiện cơ bản để truyền đạt kiến thức cũng
như học sinh vận dụng kiến thức đã học nhằm nâng cao hiệu quả của quá
trình dạy và học.
Để làm tốt một bài tập tự luận cần phải làm theo phương pháp chung sau:
+Đọc và tóm tắt đề tài
+Chuyển dữ kiện trong đề về số mol
+Viết phương trình phản ứng và tính số mol
+Lập phương trình đại số và giải phương trình
+Từ n chất thì biện luận(bằng lời hoặc tính toán).Tìm ra kết quả.
Trong khuân khổ của khóa luận tôi đã trình bày một mảng bài tập nhỏ
trong rất nhiều mảng của bài tập hóa học đó là bài tập điện phân và bài tập
điên phân được chia thành 6 dạng nhỏ

Dạng 1:Điện phân nóng chảy
• Đặc điểm:Điện phân nóng chảy thường có sản phẩm xác định do ở
mỗi điện cực chỉ xảy ra một phản ứng duy nhất
• Cách làm:
+Xem chất điện phân là chất nào(muối,axit hay hiđroxit)
+Để viết phương trình điện phân cần xét riêng rẽ các quá trình
xảy ra ở anot và catot
Ở catot ion dương kết luận nhận electron
M
n+
+ ne → M
Ở anot ion âm nhường electron
2O
2-
→ O
2
+ 4e
2OH
-
→
2
1
O
2
+ H
2
O +2e
2X
-
→ X

2
+ 2e
- 21 -
+Dựa vào định luật Faraday tính lượng sản phẩm
Bài tập 1:Điện phân hoàn toàn 2.22g muối clorua kim loại ở trạng thái nóng
chảy thu được 0,448l khí ở anot(đktc)
a,Giải thích hiện tượng điện phân,xác định tên kim loại,viết phương trình
điện phân.
b,Cho thời gian điện phân là 1h40’20s.Tính cường đọ dòng điện đi qua
Lời giải:
a,Gọi công thức của muối kim loại là MCl
n
Giải thích:Khi ở trạng thái nóng chảy MCl
n
bị điện phân thành M
n+
và anion
Cl
-
.Dưới tác dụng của lực điện trường hay hiệu điện thế M
n+
,Cl
-
tự do phải
chuyển động định hướng,ion M
n+
bị hút về cactot còn ion Cl
-
bị hút về anot
Ta có: K(-)

←
MCl
n(nc)

→
A(+)
Mn
+
Cl
-
Ở catot: M
n+
+ ne → M
Ở anot: 2Cl
-

→
Cl
2
+ 2e
Ta có:n
e(nhận)
=n
Cl
−
=2n
Cl
2
= 2
×

4,22
048,0
=0,04

⇒
Khối lượng Cl
-
là :0,04
×
35,5 =1,42(g)
Vậy khối lượng kim loại M là:2.22 – 1.42 = 0,8(g)
Theo định luật bảo toàn số mol electron: n
e(nhường)
= n
e(nhận)
= 0.,04 (mol)
⇒
n
M
=
n
04,0

⇒
M
M
=
n
04,0

×
M = 0,8

⇔
M = 20n (0<n
≤
3)
Lập bảng:
- 22 -
n 1 2 3
M 20 40 60
Vậy M là Ca(KLPT= 40)
Phương trình điện phân nóng chảy là: CaCl
2
 →
đpnc
Ca + Cl
2

↑

b,Ta có số mol electron là 0,04(mol),t= 1giờ 40phút 20giây=3860giây
Điện lượng Q = nF = 0,04
×
96500 = 3860(c)

⇒
Cường độ dòng điện I=
3860

3860
= 1(A)
Bài tập 2:1,Tính lượng quặng boxit chứa 60% Al
2
O
3
để điện phân sản xuất
1tấn Al kim loại,giả sử hiệu suất chế biến quặng và điện phân là 100%
2,Tính lượng cực than làm bằng anot bị tiêu hao khi điện phân nóng chảy để
sản xuất 27 tấn Al trong 3 trường hợp sau:
a,Tất cả khí thoát ra ở anot là khí CO
2
b,Khí thoát ra ở anot chứa 10% CO và 90% CO
2
(về thể tích)
c,Trong khí thoát ra ở anot có 10%O
2
,10%CO,80% CO
2
(về thể tích)
Cho C:12,O:16,Al:27
Lời giải:
1,Phương trình điện phân sản xuất Al:
2A
2
O
3

 →
đpnc

4Al + 3O
2

↑
(1)
Ta có n
Al
2
O
3
=
2
1
n
Al
.Có 1 tấn Al
→
n
Al
=
27
10.1
6
=
27
10
6
(mol)
⇒
n

Al
2
O
3

=
272
10
6
×

→
m
Al
2
O
3
=
272
10
6
×

×
102 (g) =
9
17
(tấn)
Khối lượng quặng boxit thực là:
60

10017
×
= 3,15(tấn)
2,Theo (1) để sản xuất 27 tấn Al tức 10
6
(mol) Al làm thoát ra số mol O
2
là:
n
O
2
=
4
3
×
10
6
(mol)
Oxi tác dụng C làm điện cực anot
a,Tất cả khí thoát ra ở anot là CO
2
- 23 -
Tức : C + O
2

→
CO
2

4
3
×
10
6
4
3
×
10
6
Khối lượng C bị tiêu hao là:
4
3
×
10
6

×
12 = 9
×
10
6
(g) = 9 tấn
b, C + O
2

→
CO
2
(3)

2C + O
2

→
2CO (4)
Ta có
CO
CO
V
V
2
=
CO
CO
n
n
2
=
%10
%90
=
1
9
Để đúng tỷ lệ sản phẩm ta lấy phương trình (3) nhân với 18 rồi cộng lại
18C + 18O
2

→
18CO
2

2C + O
2

→
2CO
20C + 19 O
2

→
18CO
2
+ 2CO
Số mol C là :
19
20
×
10
6

×

4
3
=
×
19
15
10
6
(mol)

Vậy khối lượng C bị tiêu hao là:
×
19
15
10
6

×
12 = 9,474.10
6
(g) =9,474
(tấn)
c,
CO
CO
V
V
2
=
CO
CO
n
n
2
=
1
8
Ta nhân16 với phương trình (3) rồi cộng lại được
18C + 17O
2

→
16CO
2
+ 2CO
Khối lượng C bị tiêu hao là:
××
4
3
17
18
10
6

×
12 = 9,53. 10
6
(g) =9,53 (tấn)
Bài tập 3:Hỗn hợp gồm M
2
CO
3
và BaCO
3
(M là kim loại kiềm).Cho 10gam A
tác dụng vừa đủ với HCl 0,4M thấy thoát ra 1,467(l) khí ở (25
o
C ,1atm).Cô
cạn dung dịch thu được hỗn hợp muối B.Điện phân B nóng chảy đến khi ở
anot không còn khí thoát ra thì thu được 2 kim loại ở catot.Cho hỗn hợp 2

- 24 -
kim loại hòa tan trong nước sau đó tác dụng với dung dịch (NH
4
)
2
SO
4
dư thu
được khí C và 9,32g kết tủa.
1,Tính khối lượng nguyên tử của M
2,Tính thể tích của dung dịch HCl đã dùng
3,Tính % về khối lượng các chất trong A
Lời giải:
1,Gọi a,b là số mol của M
2
CO
3
và BaCO
3
trong hỗn hợp A.
Phương trình phản ứng:
M
2
CO
3
+ 2HCl
→
2MCl + CO
2
+ H

2
O
Mol a 2a 2a a
BaCO
3
+ 2HCl
→
BaCl
2
+ CO
2
+ H
2
O
Mol b 2b b b
n
CO
2
= a + b =
)27325(082,0
1467,1
+
×
= 0,06(mol) (1)
Hỗn hợp muối B gồm:MCl: 2a (mol) , BaCl
2
:b (mol)
Đem điện phân nóng chảy hỗn hợp muối B(hoàn toàn)
2MCl
 →

đpnc
2M + Cl
2
↑
Mol 2a 2a
BaCl
2

 →
đpnc
Ba + Cl
2
Mol b b
Cho hỗn hợp kim loại M và Ba tác dụng với H
2
O
2M + 2H
2
O
→
2MOH + H
2
↑
Mol 2a 2a
Ba + 2H
2
O
→
Ba(OH)
2

+ H
2
↑
Mol b b
Cho hỗn hợp bazo tác dụng với (NH
4
)
2
SO
4
dư
MOH + (NH
4
)
2
SO
4
→
M
2
SO
4
+ 2NH
3
↑

+ 2H
2
O
- 25 -