DẠY học CHUYÊN đề KIM LOẠI THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO dục STEM HƯỚNG dẫn học SINH CHẾ tạo bộ DỤNG cụ điện PHÂN từ các vật LIỆU tái CHẾ GIẢI QUYẾT một số TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH 4

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ KIM LOẠI THEO ĐỊNH HƯỚNG
GIÁO DỤC STEM- HƯỚNG DẪN HỌC SINH CHẾ TẠO BỘ
DỤNG CỤ ĐIỆN PHÂN TỪ CÁC VẬT LIỆU TÁI CHẾ GIẢI
QUYẾT MỘT SỐ TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN

Người thực hiện: Trịnh Thị Hạnh
Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hóa học

THANH HỐ NĂM 2021


MỤC LỤC
A. MỞ ĐẦU…………………………………………………………………1
I.

LÝ DO CHỌN ĐỀ
TÀI………………………………………………….1

II.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN
CỨU…………………………………………….2

III.ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU…………………………………………..3

IV.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………………………………….4
B. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM……………………………5
I.

CƠ SỞ LÝ
LUẬN………………………………………………………..5

II.

THỰC TRẠNG VẤN
ĐỀ………………………………………………..5

III.

TỔ CHỨC THỰC HIỆN…………………………………………….6

III.1. KIẾN THỨC LIÊN QUAN VÀ MỤC TIÊU………………………..6
III.2. PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC………………………………………...7
III.3. NỘI DUNG KIẾN THỨC……………………………………………7
III.4. HƯỚNG DẪN HỌC SINH CHẾ TẠO BÌNH ĐIỆN PHÂN……...15
III.5. SỬ DỤNG BỘ DỤNG CỤ ĐIỆN PHÂN ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN
ĐỀ THỰC TIỄN…………………………………………………………...19
IV.

HIỆU QUẢ SÁNG KIẾN ………………………………………….23

V.

KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ
XUẤT……………………………………………24

Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

A. MỞ ĐẦU
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Thế giới đang bước vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư và Việt
Nam không thể đứng ngoài. Nguồn lao động giản đơn của Việt Nam đang bị đe
dọa, đòi hỏi nguồn lao động trẻ, có tri thức, có năng lực thực tiễn sáng tạo. Cuộc
cách mạng công nghiệp 4.0 đặt ra thách thức ngành giáo dục phải thay đổi cách
dạy học cho phù hợp. Nếu nhà giáo chỉ cung cấp, truyền dạy thông tin tri thức
của các bộ mơn khoa học thì ngày nay, người máy và các thông minh sẽ làm tốt
hơn các nhà giáo. Công việc dạy học của các nhà giáo ngày nay khác trước
nhiều. Mọi kiến thức, hiểu biết của học sinh khơng chỉ được hình thành qua sách
vở, qua internet mà phải được bổ sung qua các hoạt động trải nghiệm, biết học
hỏi lẫn nhau, biết vận dụng kiến thức đã học vào cuộc sống. Thông qua giờ dạy
trên lớp và hoạt động giáo dục trong và ngoài nhà trường, nhà giáo giúp học sinh
biết tự học một cách sáng tạo.
Giáo dục thế kỉ XXI dựa trên cơ sở xây dựng xã hội học tập với 4 trụ cột :
- Học để biết (cốt lõi là hiểu)
- Học để làm (trên cơ sở hiểu)
- Học để cùng sống với nhau (trên cơ sở hiểu nhau)
- Học để làm người (trên cơ sở hiểu bản thân)
Như vậy dạy học là dạy cả tri thức, kĩ năng và thái độ để khi ra đời có thể
học tập suốt đời, có thể thích nghi và tham gia một cách chủ động, sáng tạo vào
thế giới phong phú, luôn biến đổi và phụ thuộc lẫn nhau. Hơn nữa chiến lược
phát triển về giáo dục đào tạo trong thời kì cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa đất
nước đã được ghi rõ trong báo cáo chính trị Đại hội đại biểu Tồn quốc lần thứ
XI của Đảng nêu rõ: “Đổi mới căn bản, toàn diện nền giáo dục theo hướng chuẩn

hóa, hiện đại hóa, xã hội hóa; đổi mới chương trình, nội dung, phương pháp dạy
học; đổi mới cơ chế quản lý giáo dục, phát triển đội ngũ giáo viên và cán bộ
quản lý giáo dục, đào tạo. Tập trung nâng cao chất lượng giáo dục, đào tạo, coi
trọng giáo dục đạo đức, lối sống, năng lực sáng tạo, kỹ năng thực hành”
Luật Giáo dục, điều 24 / 2 / 2005 đã ghi: "Phương pháp giáo dục phổ
thơng phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù
hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học,
rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem
lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh". Có thể nói cốt lõi của đổi mới dạy
và học là hướng tới hoạt động học tập chủ động, chống lại thói quen học tập thụ
động.
Phương pháp dạy học theo quan điểm phát triển năng lực khơng chỉ chú ý
tích cực hóa học sinh về hoạt động trí tuệ mà còn chú ý rèn luyện năng lực giải
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 1


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

quyết vấn đề gắn với những tình huống của cuộc sống và nghề nghiệp, đồng thời
gắn hoạt động trí tuệ với hoạt động thực hành, thực tiễn. Tăng cường việc học
tập trong nhóm, đổi mới quan hệ giữa giáo viên và học sinh theo hướng cộng tác
có ý nghĩa quan trọng nhằm phát triển năng lực xã hội. Để hiện thực hóa định
hướng đổi mới này, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều biện pháp đổi mới khác
nhau: từ việc cải tiến các phương pháp dạy học truyền thống như thuyết trình,
đàm thoại… đến các phương pháp mới như phương pháp dạy học nêu và giải
quyết vấn đề, phương pháp dự án, phương pháp đàm thoại gợi mở, phương pháp
dạy học nhóm, và các kỹ thuật dạy học hiện đại… nhằm phát huy tính tích cực,

năng động, sáng tạo của người học, hình thành những năng lực chung và năng
lực đặc thù mơn Hóa học cho người học. Dạy cho người học cách học, cách suy
nghĩ, cách giải quyết các vấn đề một cách thơng minh, độc lập và sáng tạo. Do
đó, đổi mới cách dạy và cách học là một tất yếu. Người thầy trong thời đại mới
chỉ là người hướng dẫn, giúp đỡ học trò khám phá, chiếm lĩnh tri thức
trong niềm vui và sự hứng thú của cả hai.
“Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục
STEM – hướng dẫn học sinh chế tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái
chế giải quyết một số tình huống thực tiễn” là sáng kiến dạy học đáp ứng được
các yêu cầu cấp thiết của giáo dục hiện nay, mang lại hiệu quả học tập cao, phát
huy được các năng lực của học sinh. Phương pháp giáo dục STEM giúp người
học được phát triển năng lực tư duy, năng lực sáng tạo. Đặc biệt giúp học sinh
biết vận dụng lí thuyết với thực hành, tư duy với hành động, nhà trường và xã
hội để giải quyết những vấn đề trong đời sống.
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Tại sao giáo dục STEM lại quan trọng?
Một thống kê ở Mỹ cho thấy từ năm 2004 đến năm 2014, việc làm liên
quan đến khoa học và kỹ thuật tăng 26%, gấp hai lần so với tốc độ tăng trưởng
trung bình của các ngành nghề khác. Trong khi đó, việc làm STEM có tốc độ
tăng trưởng gấp 4 lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành khác
nếu tính từ năm 1950 đến 2007.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu cầu việc làm liên quan đến
STEM ngày càng lớn, đòi hỏi ngành giáo dục cũng phải có những thay đổi để
đáp ứng nhu cầu của xã hội. Giáo dục STEM có thể tạo ra những con người đáp
ứng được nhu cầu công việc của thế kỷ mới, có tác động lớn đến sự thay đổi nên
kinh tế đổi mới.
Chỉ thị 16/CT-TTg (04/5/2017) của thủ tướng chính phủ đã làm rõ: “Thay
đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 2


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế cơng nghệ sản xuất mới,
trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tọa khoa học, công nghệ kĩ thuật và tốn
học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông…
Chúng ta cần phải khai thác những điểm mạnh của Giáo dục STEM trong
dạy học ở nhà trường phổ thơng, trong đó có tính đến hồn cảnh thực tế của đất
nước về trình độ và năng lực của đội ngũ cán bộ quản lý giáo dục; năng lực, điều
kiện sống và làm việc của giáo viên; cơ sở vật chất của các nhà trường; điều kiện
kinh tế-xã hội của các địa phương,...
Những điểm mạnh của giáo dục STEM có thể kể đến:
Thứ nhất: Giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích hợp theo cách
tiếp cận liên môn (interdisciplinary) và thông qua thực hành, ứng dụng. Thay vì
dạy bốn mơn học như các đối tượng tách biệt và rời rạc, STEM kết hợp chúng
thành một mơ hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tế. Qua đó, học
sinh vừa học được kiến thức khoa học, vừa học được cách vận dụng kiến thức đó
vào thực tiễn.
Giáo dục STEM sẽ phá đi khoảng cách giữa hàn lâm và thực tiễn, tạo ra những
con người có năng lực làm việc “tức thì” trong mơi trường làm việc có tính sáng
tạo cao với những cơng việc địi hỏi trí óc của thế kỷ 21.
Điều này phù hợp với cách tiếp cận tích hợp trong Chương trình GDPT mới. Vì
thế, tư tưởng này của giáo dục STEM cần được khai thác và đưa vào mạnh mẽ
trong Chương trình GDPT mới.
Thứ hai: Giáo dục STEM đề cao đến việc hình thành và phát triển năng
lực giải quyết vấn đề cho người học. Trong mỗi bài học theo chủ đề STEM, học
sinh được đặt trước một tình huống có vấn đề thực tiễn cần giải quyết liên quan

đến các kiến thức khoa học.
Để giải quyết vấn đề đó, học sinh phải tìm tịi, nghiên cứu những kiến thức thuộc
các mơn học có liên quan đến vấn đề (qua sách giáo khoa, học liệu, thí nghiệm,
cơng nghệ) và sử dụng chúng để giải quyết vấn đề đặt ra.
Các kiến thức và kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau
giúp học sinh không chỉ hiểu biết về ngun lý mà cịn có thể thực hành và tạo ra
được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày. Tư tưởng này của giáo dục
STEM cũng cần được khai thác và đưa vào mạnh mẽ trong Chương trình GDPT
mới.
Thứ ba: Giáo dục STEM đề cao một phong cách học tập mới cho người
học, đó là phong cách học tập sáng tạo. Đặt người học vào vai trò của một nhà
phát minh, người học sẽ phải hiểu thực chất của các kiến thức được trang bị; phải
biết cách mở rộng kiến thức; phải biết cách sửa chữa, chế biến lại chúng cho phù
hợp với tình huống có vấn đề mà người học đang phải giải quyết.
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 3


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

Sự thẩm thấu kiến thức theo cách như vậy chính là một trong những định hướng
mà giáo dục cần tiếp cận. Tuy vậy, có thể thấy phương thức dạy học như trên là
khơng hề dễ dàng ngay cả đối với thế giới chứ khơng chỉ riêng trong điều kiện
hiện nay của chúng ta.
Chính vì vậy tơi đã tìm tịi và áp dụng giáo dục STEM vào dạy học hóa
học trong chuyên đề “Điều chế kim loại” – hướng dẫn học sinh chế tạo bộ dụng
cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn với
mong muốn tìm ra phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức dạy học, phù

hợp, hiệu quả cao hơn để phát huy tối đa năng lực của học sinh nhằm nâng cao
hứng thú học tập mơn hóa, nâng cao năng lực thực hành của học sinh với mục
đích nâng cao chất lượng dạy học, định hướng tạo ra nguồn nhân lực có khả
năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới như chỉ thị 16/CT-TTg
(04/5/2017) của thủ tướng chính phủ.
III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
STEM là một chương trình giảng dạy dựa trên ý tưởng trang bị cho người
học những kiến thức, kĩ năng liên quan đến (các lĩnh vực) khoa học, cơng nghệ,
kỹ thuật và tốn học - theo cách tiếp cận liên mơn (interdisciplinary) và người
học có thể áp dụng để giải quyết vấn đề trong cuộc sống hàng ngày.
Có thể nhìn các thành tố trong Giáo dục STEM dưới góc nhìn phát triển
năng lực của người học. Chẳng hạn, yếu tố “Kỹ thuật” trong Giáo dục STEM tạo
ra năng lực kỹ thuật của người học thể hiện qua khả năng giải quyết vấn đề nảy
sinh trong thực tiễn đời sống bằng cách thiết kế các đối tượng, hệ thống và xây
dựng các quy trình sản xuất để tạo ra chúng.
Hiểu một cách đơn giản là học sinh được trang bị kỹ năng lực kỹ thuật thì
sẽ có khả năng sản xuất ra đối tượng và hiểu được quy trình để làm ra nó. Học
sinh phải có khả năng phân tích, tổng hợp, kết hợp để biết cách làm thế nào cân
bằng các yếu tố liên quan (như khoa học, nghệ thuật, cơng nghệ, kỹ thuật) nhằm
có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình. Ngồi ra học
sinh cịn có khả năng nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn
đề liên quan đến kỹ thuật.
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Một trong những phương pháp dạy và học mang lại hiệu quả cao nhất cho
giáo dục STEM là phương pháp “Học qua hành” giúp học sinh có được kiến
thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lý thuyết. Bằng cách xây
dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, học sinh sẽ được hiểu sâu
về lý thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế. Chính các hoạt động
thực tế này sẽ giúp học sinh nhớ kiến thức lâu hơn, sâu hơn. Học sinh sẽ được
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 4


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tịi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các
hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác.
Với cách học này, giáo viên khơng cịn là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ
là người hướng dẫn để học sinh tự xây dựng kiến thức cho chính mình.
B. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
I. CƠ SỞ LÝ LUẬN
STEM là môn học mà học sinh được học các kiến thức về khoa học, cơng
nghệ, kỹ thuật và tốn học một cách tích hợp. Thơng thường, các mơn học
STEM được thiết kế ở dạng chủ đề và học sinh được học kiến thức tích hợp dựa
trên các chủ đề này. Ví dụ, khi học một chủ đề về hệ mặt trời, học sinh không chỉ
đơn thuần học về khoa học để nghiên cứu xem hệ mặt trời gồm những thành
phần nào hay đặc điểm của chúng ra sao mà cịn được học những ý tưởng phát
hiện ra kính thiên văn (tức là tìm hiểu Cơng nghệ), học về giá đỡ cho kính thiên
văn (liên quan đến mơn Kỹ thuật), hay học cách tính tỷ lệ khoảng cách giữa các
ngơi sao hay bán kính của các ngơi sao (chính là mơn Tốn học). Mơn học
Robotics chính là mơn học điển hình cho giáo dục STEM.
II. THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ
Trước khi có sáng kiến, giáo viên đã vận dụng một số phương pháp dạy
học tích cực, đổi mới hình thức tổ chức dạy học tuy nhiên hiệu quả mang lại
chưa cao. Cần thiết phải lựa chọn phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức
dạy học, phù hợp, hiệu quả cao hơn để phát huy tối đa năng lực của học sinh.
- Phương pháp dạy học: Giáo viên sử dụng các phương pháp dạy học
truyền thống, đồng thời kết hợp một số phương pháp, kĩ thuật dạy học tích cực

nhưng việc vận dụng chưa mang lại hiệu quả cao. Khi dạy Bài 21 SGK Hoá học
lớp 12 “Điều chế kim loại” phần kiến thức “phương pháp điện phân’’ giáo
viên đã vận dụng một số phương pháp dạy học tích cực: dạy học theo nhóm nhỏ,
sử dụng kĩ thuật mảnh ghép, phương pháp đàm thoại gợi mở, kĩ thuật phòng
tranh… Các phương pháp này, bước đầu đã tạo hứng thú cho học sinh và phát
triển một số năng lực của học sinh. Tuy nhiên cịn nhiều năng lực của học sinh
chưa được kích thích phát triển. Đặc biệt, trong các giờ học, giáo viên vẫn đóng
vai trị là người truyền thụ kiến thức, là trung tâm của quá trình dạy học; học sinh
chủ yếu lắng nghe, tiếp thu các kiến thức một cách thụ động được quy định sẵn,
ít được thể hiện các năng lực của bản thân. Vì vậy, cần thiết phải lựa chọn những
phương pháp hiệu quả hơn để phát huy đầy đủ năng lực của học sinh.
- Phương tiện dạy học: Trong quá trình dạy học, giáo viên đã biết khai
thác tốt kênh hình và kênh chữ sách giáo khoa kết hợp với các thí nghiệm minh
hoạ. Đồng thời sử dụng các phương tiện công nghệ thông tin, chủ yếu là
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 5


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

Powerpoint, sử dụng các video minh họa… để tăng tính trực quan, kích thích tư
duy học sinh. Tuy nhiên, học sinh mới chỉ dừng lại ở quan sát và tư duy. Việc
dạy học sẽ hiệu quả hơn nếu học sinh được trực tiếp chế tạo ra các dụng cụ phục
vụ cho việc nghiên cứu bài học.
- Thái độ học tập của học sinh: Còn nhiều học sinh chưa hứng thú trong
các giờ học, biểu hiện:. có nhiều học sinh chỉ lắng nghe các kiến thức, ghi chép
thụ động, khơng có sự hào hứng, không thắc mắc, đặt câu hỏi cả đối với những
nội dung chưa hiểu rõ; học sinh chưa tích cực tham gia xây dựng bài học trên

lớp… Về nhà, khơng tìm hiểu kiến thức liên quan, làm bài tập theo kiểu đối
phó...
- Kiến thức đạt được: Học sinh chỉ nắm được kiến thức lí thuyết, nội dung
mở rộng, vận dụng, mang tính cập nhật, thời sự;… nhiều học sinh chưa nắm
được. Học sinh, chủ yếu được rèn luyện kĩ năng: nghe, quan sát, đọc chọn lọc ý
từ sách giáo khoa, vận dụng kiến thức viết phương trình hố học, tính tốn theo
phương trình…. Học sinh chưa khám phá hết năng lực của bản thân, chưa chủ
động trong việc học tập, khả năng sáng tạo và vận dụng kiến thức để giải quyết
tình huống thực tiễn cuộc sống cịn hạn chế.
III. TỔ CHỨC THỰC HIỆN
III.1. Kiến thức liên quan và mục tiêu chuyên đề
a. Kiến thức liên quan
Tính chất của kim loại, phản ứng oxi hóa – khử, hợp chất của cacbon…
b. Mục tiêu
* Kiến thức
Hiểu được:
- Nguyên tắc chung và các phương pháp điều chế kim loại (điện phân, nhiệt
luyện, dùng kim loại mạnh khử ion kim loại yếu hơn).
* Kĩ năng
- Lựa chọn được phương pháp điều chế kim loại cụ thể cho phù hợp.
- Học sinh hình thành kĩ năng quan sát thí nghiệm, hình ảnh, sơ đồ... để rút ra
nhận xét về phương pháp điều chế kim loại.
- Viết các phương trình hóa học điều chế kim loại cụ thể.
- Vận dụng kiến thức liên mơn (tốn học, hóa học, vật lí) để tính được khối
lượng ngun liệu sản xuất được một lượng kim loại cho trước.
- Vận dụng kiến thức có được từ bài học lựa chọn vật liệu, dụng cụ chế tạo được
bộ dụng cụ điện phân.
* Thái độ
- Có niềm tin vào khoa học, ham học hỏi, hứng thú tìm hiểu và giải thích
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 6


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

các hiện tượng vật lý, hoá học trong đời sống.
- Tạo điều kiện cho học sinh tìm hiểu và chế tạo các dụng cụ bộ mơn qua
đó giúp học sinh hứng thú với mơn hóa học.
- Tăng thêm tình u q hương đất nước, nâng cao trách nhiệm với cộng
đồng, ý thức giữ gìn và bảo vệ mơi trường sống.
* Phát triển năng lực
- Năng lực sáng tạo
- Năng lực giao tiếp
- Năng lực hợp tác
- Năng lực sử dụng ngơn ngữ hóa học
- Năng lực thực hành hóa học
- Năng lực vận dụng kiến thức hóa học vào cuộc sống
- Năng lực giải quyết vấn đề thơng qua mơn hóa học
* Trọng tâm
Các phương pháp điều chế kim loại – hướng dẫn học sinh tự tạo bộ dụng cụ điện
phân bằng các vật liệu tái chế ứng dụng bộ dụng cụ điện phân vào thực tế.
III.2. Phương pháp dạy học
Phương pháp đàm thoại gợi mở, nêu tình huống có vấn đề, phương pháp
giáo dục STEM
III.3. Nội dung kiến thức
I. Nguyên tắc
Trong tự nhiên, chỉ có một số ít kim loại như vàng, platin,… tồn tại ở dạng tự do,
hầu hết các kim loại còn lại đều tồn tại ở dạng hợp chất. Trong hợp chất kim loại

tồn tại dưới dạng ion dương Mn+.
Vậy: Nguyên tắc điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử.
Mn+ +ne � M
II. Phương pháp
Tùy thuộc vào độ hoạt động hóa học của kim loại mà người ta chọn
phương pháp điều chế phù hợp.
Làm rõ mối quan hệ giữa mức độ hoạt động hóa học của kim loại và
phương pháp điều chế.
Điều chế kim loại, tức là chuyển ion Mn+ thành kim loại M. Kim loại có
tính khử càng mạnh, ion kim loại đó có tính oxi hóa càng yếu, nghĩa là càng khó
bị khử trở lại thành kim loại. Do đó việc chọ phương pháp điều chế kim loại phụ
thuộc vào tính oxi hóa mạnh hay yếu của ion kim loại đó.
1. Phương pháp nhiệt luyện
Những kim loại có độ hoạt động trung bình như Zn, Fe, Sn, Pb,… thường được
điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện.
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 7


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

Cơ sở của phương pháp là khử những ion kim loại có trong các hợp chất ở nhiệt
độ cao bằng các chất khử mạnh như C, CO, H2 hoặc kim loại Al, kim loại kiềm,
kim loại kiềm thổ.
Phương pháp này được dùng để sản xuất kim loại trong công nghiệp. Chất khử
hay được sử dụng trong cơng nghiệp là cacbon.
Thí dụ:
t

Fe2O3 + 3CO ��
� 2Fe + CO2
Trường hợp quặng là sunfua kim loại, như Cu2S, ZnS, FeS2,… thì phải chuyển
sunfua kim loại thành oxit kim loại. Sau đó khử oxit kim loại bằng chất khử
thích hợp. Thí dụ với ZnS:
Nung quặng với khí oxi dư
t
2ZnS + 3O2 ��
� 2ZnO + 2SO2
Khử ZnO bằng C ở nhiệt độ cao
t
ZnO + C ��
� Zn + CO
Đối với những kim loại khó nóng chảy như Cr, người ta dùng Al làm chất khử
(phương pháp nhiệt nhôm):
t
2Al + Cr2O3 ��
� 2Cr + Al2O3
Với những kim loại kém hoạt động như Hg, Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng đã
thu được kim loại mà không cần phải khử bằng các tác nhân khác:
t
HgS + O2 ��
� Hg + SO2
Các phản ứng dùng kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ làm chất khử đều phải
thực hiện trong môi trường khí trơ hoặc chân khơng:
t
Na + TiCl4 ��
� Ti + NaCl
t
V2O5 + 5Ca ��� 2V + CaO

t
2CrCl3 + 3Mg ��
� 2Cr + 3MgCl2
Để đơn giản, chỉ giới thiệu các chất khử C, CO, H2, Al khử oxit kim loại thành
kim loại.
2. Phương pháp thủy luyện
Phương pháp thủy luyện (còn gọi là phương pháp ướt) được dùng để điều chế
các kim loại có tính khử yếu, như Cu, Hg, Ag, Au,…
Cơ sở của phương pháp là dùng những dung dịch thích hợp, như dung dịch
H2SO4, NaOH, NaCN,… để hịa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách
ra khỏi phần khơng tan có trong quặng. Sau đó các ion kim loại trong dung dịch
được khử bằng kim loại có tính khử mạnh hơn, như Fe, Zn,…
Thí dụ: Dùng Fe để khử ion Cu2+ trong dung dịch muối đồng.
Fe + CuSO4 � FeSO4 + Cu
Fe + Cu2+ � Fe2+ + Cu
0

0

0

0

0

0

0

0

THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 8


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

Người ta điều chế bạc bằng cách nghiền nhỏ quặng bạc sunfua Ag2S, xử lí bằng
dung dịch natri xianua, rồi lọc để thu được dung dịch muối phức bạc:
Ag2S + 4NaCN � 2Na[Ag(CN)2] + Na2S
Ag2S + 4CN- � 2[Ag(CN)2]- + S2Sau đó, ion Ag+ trong phức được khử bằng kim loại Zn:
2Na[Ag(CN)2] + Zn � 2Na[Zn(CN)4] + 2Ag
2[Ag(CN)2]- + Zn � [Zn(CN)4]2- + 2Ag
Để đơn giản, chỉ viết phương trình hóa học của phản ứng dùng kim loại mạnh để
khử ion của kim loại yếu hơn, đó chỉ là cơng đoạn sau cùng của phương pháp
thủy luyện.
Cần lưu ý, điều kiện của phương pháp này là kim loại được dùng làm chất khử
phải có tính khử mạnh hơn kim loại sẽ được giải phóng và ion kim loại trong
dung dịch muối phải có tính oxi hóa mạnh hơn ion kim loại sẽ sinh ra. Mặt khác
những kim loại dùng làm chất khử phải chưa đủ mạnh để có thể khử được nước
(khơng dùng những kim loại như K, Na, Ca).
3. Phương pháp điện phân
Điện phân là q trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặt các điện cực, nhờ tác
dụng của dòng điện một chiều. Trong điện phân tác nhân khử và oxi hóa tại các
điện cực mạnh hơn nhiều lần các chất hóa học. Thí dụ, khơng một chất hóa học
nào có thể oxi hóa được ion F- hoặc có thể khử được ion Rb+, Cs+. Các phản ứng
hóa học này chỉ có thể thực hiện được bằng phương pháp điện phân. Bằng
phương pháp điện phân người ta có thể điều chế được hầu hết các kim loại, kể cả

những kim loại có tính khử mạnh nhất và điều chế được nhiều phi kim, kể cả phi
kim có tính oxi hóa mạnh nhất.
Trong hóa học và sản xuất chế tạo, điện phân là phương thức sử dụng dòng
điện một chiều để thúc đẩy một phản ứng hóa học mà nếu khơng có dịng điện nó
khơng tự xảy ra. Điện phân có tầm quan trọng cao về mặt thương mại do nó là
một khâu trong việc tách riêng các nguyên tố hóa học từ những nguồn tài nguyên
trong tự nhiên từ quặng. Điện áp cần thiết để hiện tượng điện phân xảy ra được
gọi là thế điện phân.
Theo quan điểm hiện đại sự điện phân là q trình oxi hóa, q trình khử xảy ra
tại bề mặt các điện cực khi có dịng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li
hay chất điện li ở trạng thái nóng chảy.
Bình điện phân là dụng cụ dùng để chứa và điện phân chất điện li ở trạng thái
dung dịch hoặc nóng chảy. Bình làm bằng vật liệu trơ với dung dịch hoặc chất
điện phân. Bên trong bình có 2 điện cực trái dấu và được cấp vào nguồn một
chiều.
Điện cực âm (âm cực, cực âm, catot) là điện cực nối với cực âm của nguồn điện
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 9


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

một chiều, là nơi phát ra các electron. Tại bề mặt của catot ln có q trình khử
xảy ra, đó là q trình trong đó chất oxi hóa nhận electron để tạo thành chất khử
tương ứng.
Khi có nhiều chất oxi hóa khác nhau, thường là các ion kim loại khác nhau (ion
dương) cùng về catot thì ion kim loại nào có tính oxi hóa mạnh nhất sẽ bị khử
trước. Khi hết chất oxi hóa mạnh nhất mà cịn điện phân tiếp tục thì chất oxi hóa

yếu hơn kế tiếp mới bị khử sau. Thí dụ khi các ion kim loại: Cu2+, Fe2+, Ag+ cùng
về catot của bình điện phân thì thứ tự điện phân lần lượt là: Ag+, Cu2+, Fe2+. Quá
trình khử chung ở catot được viết:
Mn+ + n.e → M
Điện cực dương (cực dương, dương cực, anot) là điện cực nối với cực dương
của nguồn điện một chiều, là nơi hút các electron về. Tại bề mặt anot ln có q
trình oxi hóa xảy ra, đó là q trình chất khử cho electron để tạo thành chất oxi
hóa tương ứng. Khi có nhiều chất khử khác nhau, thường là anion phi kim cùng
về anot thì ion nào mạnh nhất sẽ bị oxi hóa trước. Khi hết chất khử mạnh nhất
mà cịn điện phân tiếp tục thì chất khử yếu hơn kế tiếp mới bị oxi hóa sau. Thí dụ
khi ion I- , Cl- ,Br - cùng về anot của bình điện phân thì thứ tự điện phân lần lượt là:
I- , Br - , Cl- Q trình oxi hóa chung ở anot được viết:
Xm- → X + m.e
Trong dãy điện hóa, người ta sắp xếp các kim loại theo thứ tự từ trước ra sau có
độ mạnh tính khử giảm dần. Các ion kim loại theo thứ tự từ trước ra sau có độ
mạnh tính oxi hóa tăng dần. Thế oxi hóa – khử chuẩn của cặp oxi hóa – khử nào
càng lớn thì chất oxi hóa đó càng mạnh và chất khử tương ứng càng yếu. Dãy
điện hóa của kim loại được sắp xếp như sau:

a. Điện phân hợp chất nóng chảy
Trong thực tế, người ta thường tiến hành điện phân những hợp chất (muối,
bazơ, oxit) nóng chảy của các kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Ba, Ca,
Mg, Al
- Điện phân NaCl nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
� NaCl ��
� Anot ( + )
Catot ( – ) ��
+
Na + 1e → Na
2Cl- → Cl2 + 2.1e

THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 10


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

Hình 1: Sơ đồ điện phân NaCl nóng chảy
DPNC
� 2Na + Cl 2
Phương trình điện phân là: 2NaCl ���
Cần có màng ngăn khơng cho Cl2 tác dụng trở lại với Na ở trạng thái nóng
chảy làm giảm hiệu suất của q trình điện phân. Một số chất phụ gia như NaF,
KCl giúp làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hệ điện phân.
- Điện phân NaOH nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
� NaOH ��
� Anot ( + )
Catot ( – ) ��
+
Na + 1e → Na
4OH- → O2 + 2H2O + 4e
DPNC
� 4Na + O2 + 2H2O
Phương trình điện phân là: 4NaOH ���
- Điện phân Al2O3 nóng chảy xúc tác criolit (Na3AlF6) có thể biểu diễn
bằng sơ đồ:
Catot ( – ) � Al2O3 � Anot ( + )
3+

Al + 3e → Al
2O2- → O2 + 2.2e
DPNC
� 4Al + 3O2
Phương trình điện phân là: 2Al2O3 ���

Hình 2: Sơ đồ điện phân Al2O3 nóng chảy
Criolit (Na3AlF6) có vai trị quan trọng nhất là làm giảm nhiệt độ nóng
chảy của Al2O3 từ 2050oC xuống khoảng 900oC, ngồi ra nó cịn làm tăng độ dẫn
điện của hệ và tạo lớp ngăn cách giữa các sản phẩm điện phân và mơi trường
ngồi. Anot làm bằng than chì thì điện cực bị ăn mịn dần do chúng cháy trong
oxi mới sinh:
t
t
C + O2 ��
� CO2 và 2C + O2 ��
� 2CO
b. Điện phân dung dịch chất điện li trong nước
Trong sự điện phân dung dịch, ngoài các ion do chất điện li phân li ra cịn
có các ion H+ và OH- của nước. Do đó việc xác định sản phẩm của sự điện phân
phức tạp hơn. Tùy thuộc vào tính khử và tính oxi hóa của các ion có trong bình
điện phân mà ta thu được những sản phẩm khác nhau.
Ví dụ khi điện phân dung dịch NaCl, các ion Na+, H+(H2O) đi về catot còn
o

THPT Thạch Thànht 4

o

GV: Trịnh Thị Hạnh 11

Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

các ion Cl-, OH-(H2O) đi về anot. Ion nào trong số chúng sẽ phóng điện ở các
điện cực.
Cơ sở để giải quyết vẫn đề này là dựa vào các giá trị thế oxi hóa – khử của
các cặp. Trong q trình điện phân, trên catot diễn ra sự khử. Vì vậy khi có nhiều
dạng oxi hóa thì trước hết dạng oxi hóa của cặp có thế lớn hơn sẽ bị khử trước.
Ngược lại trên anot sẽ diễn ra sự oxi hóa dạng khử của cặp có thế oxi hóa – khử
nhỏ nhất trước.
Khả năng phóng điện của các cation ở catot: Ở catot có thể xảy ra các q
trình khử sau đây:
Mn+ + ne → M
2H+(axit) + 2e → H2
Hoặc ion hiđro của nước bị khử:
2H2O + 2e → H2 + 2OHDạng oxi hóa của những cặp có thế càng lớn càng dễ bị khử. Theo dãy thế
oxi hóa – khử thì khả năng bị khử của các ion kim loại như sau:
Các cation từ Zn 2+ đến cuối dãy Hg2+, Cu2+, Fe3+, Ag+…dễ bị khử nhất và
thứ tự tăng dần. Từ Al3+ đến các ion đầu dãy Na+, Ca2+, K+…không bị khử trong
dung dịch. Các ion H+ của axit dễ bị khử hơn các ion H+ của nước.
Khả năng phóng điện của các anion ở anot: Ở anot xảy ra quá trình oxi
hóa các anion gốc axit như Cl -, S2-…hoặc ion OH- của bazơ kiềm hoặc nước
2Cl- → Cl2 + 2.1e
4OH- → O2 + 2H2O + 4e
Hoặc ion OH- của nước bị oxi hóa:
2H2O → O2 + 4H+ + 4e
Dạng khử của những cặp có thế oxi hóa – khử càng nhỏ càng dễ bị oxi
hóa. Theo dãy thế oxi hóa – khử thì khả năng bị oxi hóa của các anion như sau:

Các anion gốc axit không chứa oxi dễ bị oxi hóa nhất theo thứ tự:
RCOO- < Cl- < Br- < I- < S2-…
232Các anion gốc axit như NO3 , SO 4 , PO 4 , CO 3 , ClO 4 …khơng bị oxi hóa Riêng
các ion OH- của kiềm hoặc của nước khó bị oxi hóa hơn các ion S2-, I-, Br-, Cl-…
Nếu khi điện phân không dùng các anot trơ như graphit, platin (Pt) mà dùng
các kim loại như Ni, Cu, Ag…thì các kim loại này dễ bị oxi hóa hơn các anion vì
thế oxi hóa – khử của chúng thấp hơn, và do đó chúng tan vào dung dịch (anot
tan).
Một số ví dụ:
- Điện phân dung dịch CuCl2 với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
� CuCl2 ��
� Anot (+)
Catot (–) ��
2+
� Cu
� Cl2 + 2.1e
Cu + 2e ��
2Cl- ��
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 12


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn
� Cu + Cl2
Phương trình điện phân là: CuCl2 ��
- Điện phân dung dịch K2SO4 với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
� K2SO4 ��
� Anot (+)

Catot (–) ��
+
H 2O , SO 2-4
H2O, K
(H2O)
� H2 + 2OH� O2 + 4H+ + 4e
2H2O + 2e ��
2H2O ��
� 2H2 + O2
Phương trình điện phân là: 2H2O ��
- Điện phân dung dịch NaCl bão hịa với điện cực trơ có màng ngăn có thể
biểu diễn bằng sơ đồ:
� NaCl ��
� Anot (+)
Catot (–) ��
+
H2O, Na
(H2O)
Cl-, H2O
� H2 + 2OH� Cl2 + 2.1e
2H2O + 2e ��
2Cl- ��
Phương trình điện phân là:
CMN
� 2NaOH + H2 + Cl2
2NaCl + 2H2O ���
Nếu khơng có màng ngăn thì:
� NaCl + NaClO + H2O
Cl2 + 2NaOH ��
nên phương trình điện phân là:

KMN
� NaClO + H2
NaCl + H2O ���
- Điện phân dung dịch NiSO4 với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
� NiSO4 ��
� Anot (+)
Catot (–) ��
2+
H 2 O , SO 2-4
Ni , H2O
(H2O)
� Ni
� O2 + 4H+ + 4e
Ni2+ + 2e ��
2H2O ��
Phương trình điện phân là:
� 2Ni + 2H2SO4 + O2
2NiSO4 + 2H2O ��
- Điện phân dung dịch NiSO4 với anot bằng Cu có thể biểu diễn bằng sơ
đồ:
� NiSO4 ��
� Cu (+)
Catot (–) ��
2+
Ni , H2O
(H2O)
H2O, SO42� Ni
� Cu2+ + 2e
Ni2+ + 2e ��
Cu ��

� CuSO4 + Ni
Phương trình điện phân là:
NiSO4 + Cu ��
- Điện phân dung dịch CuSO4 với anot bằng Cu (như hình vẽ sau đây):

Hình 3: Sơ đồ điện phân dung dịch CuSO4
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 13


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn
� Cu (Giảm nồng độ ion Cu2+ ở bên nhánh trái
*Ở catot (–): Cu2+(dd) + 2e ��
của ống chữ U)
� Cu2+(dd) + 2e (Tăng nồng độ ion Cu2+ ở bên nhánh trái
*Ở anot (+): Cu(r) ��
của ống chữ U và anot dần dần bị hịa tan.)
Phương trình điện phân là:
� Cu2+(dd) + Cu(r)
Cu(r) + Cu2+(dd) ��
- Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa FeCl 3, CuCl2 và HCl với anot trơ có thể
biểu diễn bằng sơ đồ:
� FeCl3, CuCl2, HCl ��
� Anot (+)
Catot (–) ��
3+
2+
+

Fe , Cu , H , H2O
Cl-, H2O
� Fe2+
� Cl2 + 2.1e
Fe3+ + 1e ��
2Cl- ��
2+
� Cu
Cu + 2e ��
+
� H2
2H + 2e ��
2+
� Fe
Fe + 2e ��
Quá trình điện phân lần lượt xảy ra ở các điện cực là:
� 2FeCl2 + Cl2
2FeCl3 ��
� Cu + Cl2
CuCl2 ��
� H2 + Cl2
2HCl ��
� Fe + Cl2
FeCl2 ��
Định luật Faraday:
Khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỉ lệ với điện lượng đi qua
dung dịch và đương lượng của chất.
Công thức tính khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực:
AIt
m=

nF
Trong đó m: khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam)
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 là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng
cần thiết để một mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot
(F = 1,602.10-19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1)
A
: đương lượng gam hóa học
n
It
Biểu thức liên hệ: Q = I.t = 96500.ne � ne =
F

THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 14


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

(ne là số mol electron trao đổi ở điện cực)
-VD: Điện phân 100 ml dung dịch NaCl với điện cực trơ có màng ngăn
với cường độ dòng điện I = 1,93A. Dung dịch thu được sau khi điện phân có pH
= 12. Biết thể tích dung dịch khơng đổi, clo khơng hịa tan trong nước và hiệu
suất điện phân 100%. Xác định thời gian tiến hành điện phân.
� [OH-]  10-2 ��

� n OH  10-3 M
pH = 12 ��
� H2 + 2OHTại catot (–) xảy ra phản ứng: 2H2O + 2e ��
-3
n e .F 10 .96500
-3



 50(s) .
� t
ne 10 mol ��
I
1,93
10-3 .2.96500
m.n.F
-3
m



= 50(s)
� H
� t
hoặc ��
10 gam ��
A.I
2.1,93
III.4 Hướng dẫn học sinh chế tạo bình điện phân
III.4.1. Nghiên cứu thực tiễn

Bộ dụng cụ điện phân có thể đáp ứng một số nhu cầu trong học tập cũng như
trong sinh hoạt như:
- Trong q trình học tập tại trường phổ thơng có khơng ít bài tập lý thuyết, các
bài tập thực hành có liên quan đến q trình điện phân.
- Bộ dụng cụ điện phân có thể giúp người học nghiên cứu sơ qua về quá trình mạ
điện.
- Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với cực âm catot, kim loại mạ
gắn với cực dương anot của nguồn điện trong dung dịch điện môi. Cực dương
của nguồn điện sẽ hút các electron e- trong q trình oxi hóa và giải phóng các
ion kim loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh điện các ion dương này sẽ di chuyển
về cực âm, tại đây chúng nhận lại e- trong quá trình ơxi hóa khử hình thành lớp
kim loại bám trên bề mặt của vật được mạ. Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với
cường độ dòng điện và thời gian mạ.
Ví dụ: mạ đồng trong dung dịch CuSO4 tại cực dương xảy ra quá trình:
Cu → Cu2+ + 2e
Cu2+ + SO42- → CuSO4 (dễ tan trong dung dịch).
tại cực âm xảy ra quá trình:
Cu2+ + 2e → Cu
Kim loại mạ thường là vàng, bạc, đồng, niken và được dùng trong việc sản
xuất đồ trang sức, linh kiện điện tử, tế bào nhiên liệu, đồ gia dụng không gỉ,...
- Sử dụng bộ dụng cụ điện phân có thể khắc phục một phần nào những khó khăn
như tình trạng trang , đồ dùng học tập còn hạn chế.
- Trong sinh hoạt nước Giaven là hóa chất thường xuyên được sử dụng. Dung
dịch Giaven thường được dùng với nhiều mục đích như: Dùng để tẩy trắng sợi,
vải, giấy, sát trùng và tẩy uế nhà vệ sinh hoặc những khu vực bị ô nhiễm khác
-

2

THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 15


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

làm sạch nguồn nước. Đặc biệt ở một số nơi sau khi lũ rút nguồn nước bị ô
nhiễm cần phải được làm sạch bằng nước Giaven. Nhiều khu vực đời sống kinh
tế còn khó khăn, nhu cầu sử dụng nước sạch trong sinh hoạt cao nên nhiều gia
đình có thói quen tích trữ nước Giaven, nếu không biết bảo quản sẽ gây ảnh
hưởng đến sức khỏe hoặc làm giảm hoạt tính của hóa chất. Do vậy nếu có sẵn
một bộ dụng cụ sản xuất được nước Giaven sẽ tốt hơn rất nhiều so với quá trình
dự trữ….
Từ các cơ sở lý luận và thực tiễn trên tôi hướng dẫn học sinh chế tạo bộ dụng
cụ điện phân từ những nguồn nguyên liệu đơn giản, rẻ tiền, sẵn có với mục
đích:
- Phục vụ q trình dạy và học hóa học tại trường phổ thơng, khơi dậy khả năng
tìm tịi sáng tạo, nâng cao năng lực thực hành hóa học của học sinh.
- Sử dụng bộ dụng cụ điện phân có hiệu quả trong dạy học và phục vụ đời sống
như: Điều chế nước Giaven và thử hoạt tính của dung dịch thu được trong quá
trình làm sạch nước, tẩy trắng giấy vải sợi…
- Biểu diễn một số thí nghiệm thực hành trong dạy và học hóa học trường phổ
thơng.
- Chế tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giúp giảm bớt gánh nặng
về rác thải – vấn đề rất lớn mà toàn thế giới đang phải đối mặt, nâng cao ý thức
bảo vệ môi trường của các em học sinh.
III.4.2. Nghiên cứu lí thuyết
Tìm hiểu các tài liệu và thơng tin có liên quan đến đề tài như:
- Tìm hiểu về lý thuyết quá trình điện phân.

- Tìm hiểu về cấu tạo một số điện phân.
- Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của một số điện phân.
- Một số nguồn nguyên liệu chế tạo một số sẵn có.
- Nước Giaven và ứng dụng của nó.
III.4.3. Nghiên cứu thực nghiệm
- Quy trình chế tạo bộ dụng cụ điện phân từ những vật dụng đơn giản.
- Thử khả năng hoạt động của bộ dụng cụ thơng qua một số các thí nghiệm đơn
giản
- Xác định định lượng sản phẩm tạo thành từ bộ dụng cụ điện phân so với tính
tốn lý thuyết.
- Thử hoạt tính của sản phẩm thu được sau điện phân.
- Phương pháp kiểm tra hiệu quả bằng phỏng vấn trực tiếp sử dụng bộ dụng cụ.
III.4.4. Chế tạo bộ dụng cụ điện phân đơn giản
a. Nguyên liệu
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 16


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

- Bộ sạc điện thoại di động. Hai điện cực than chì từ lõi pin con thỏ. Hộp nhựa
làm bình điện phân. Nút cao su làm đế các điện cực. Một tấm nhựa mỏng hoặc
giấy bóng kính làm màng ngăn. Dây dẫn điện, Băng dính điện, Cơng tắc điện.,
Máy đo pH, Đồng hồ bấm giờ. Bình định mức (chai nhựa loại 1 lít).
b. Sơ đồ cấu tạo:

Hình 4: Sơ đồ cấu tạo bộ dụng cụ điện phân
c. Các bước chế tạo bộ dụng cụ điện phân:

Từ nguồn nguyên liệu sẵn có đã nêu ở trên bộ dụng cụ điện phân được chế tạo
qua các bước sau:
Bước 1: Chế tạo bình điện phân từ những vật liệu sẵn có:
- Chuẩn bị bình điện phân: Sử dụng một hộp nhựa đã khoan thủng phía đáy làm
bình điện phân.

Hình 5: Hộp nhựa dùng làm bình điện phân tự chế.

- Gắn đế cho bình điện phân: Chuẩn bị bốn nút cao su làm đế và gắn vào bốn góc
của bình điện phân như hình 6.

Hình 6: Gắn đế cho bình điện phân.
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 17


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

- Tạo màng ngăn trong bình điện phân: Gắn kẹp và màng ngăn bằng nhựa đã
chuẩn bị vào bình điện phân

Hình 7: Chế tạo màng ngăn cho bình điện phân.
Bước 2: Chế tạo bộ dụng cụ dẫn điện:
- Nối sạc điện thoại, dây dẫn và cơng tắc như hình 8

Hình 8: Ghép nối sạc điện thoại, dây dẫn và công tắc.
- Nối dây dẫn với điện cực than chì thu được bộ dụng cụ như hình 9.

Hình 9: Ghép nối dây dẫn và điện cực.
Bước 3: Ghép nối bình điện phân với dụng cụ dẫn điện:
Nối các điện cực than chì vào bình điện phân ta thu được bộ dụng cụ điện phân.
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 18


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

Hình 10: Bộ dụng cụ điện phân tự chế.
1. Bộ sạc điện thoại di động
2. Hai điện cực than chì từ lõi pin con thỏ
3. Hộp nhựa bảo quản thực phẩm làm bình điện phân
4. Nút cao su làm đế các điện cực
5. Một tấm nhựa mỏng hoặc giấy bóng kính làm màng ngăn
6. Dây dẫn điện
7. Công tắc điện
* Chú ý:
- Trong quá trình thực hiện keo dán được sử dụng là loại keo dán nhựa.
Không sử dụng keo dán không chịu nước.
- Phần dây dẫn tiếp xúc với điện cực phải nằm bên ngồi bình điện phân.
- Các điện cực sau q trình điện phân có thể bị oxi hóa hoặc bị kim loại sinh
ra bám vào nên để giảm các sai số trong quá trình kiểm chứng bằng thực nghiệm
cần thay các điện cực mới.
- Có thể thay thế bộ sạc điện thoại di động khác hoặc bộ sạc bình ac – quy để
có được cường độ điện phân theo ý muốn để phục vụ nghiên cứu các vấn đề thực
nghiệm khác nhau.
Nhận xét: Từ những vật liệu đơn giản, rẻ tiền đã chế tạo được bình điện phân

dung dịch sử dụng cho mục đích học tập, nghiên cứu và điều chế một số hóa chất
phục vụ sinh hoạt của con người.
d. Nguyên lý hoạt động
Khi cắm phích điện của bộ dụng cụ điện phân vào nguồn điện xoay chiều. Thông
qua mạch chỉnh lưu (bộ sạc điện thoại), điện áp đặt vào 220V được chuyển thành
điện áp một chiều 3,7V với cường độ dòng điện 1A đến các điện cực anot và
catot làm bằng than chì. Khi cho chất điện li (dung dịch hoặc nóng chảy) vào
bình điện phân. Dưới tác dụng của dịng điện một chiều, q trình điện phân xảy
ra như sau:
Tại bề mặt của catot xảy ra quá trình khử cation:
Mn+ + n.e → M
Tại bề mặt anot xảy ra q trình oxi hóa anion:
Xm- → X + m.e
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 19


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

III.5. Sử dụng bộ dụng cụ điện phân giải quyết một số vấn đề thực tiễn.
1. Trong bài tập hóa học định lượng về điện phân trong dạy và học hóa
học.
Bài tập 1: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 0,025M với điện cực trơ và cường
độ dòng điện là 1A. Khi catot bắt đầu có bọt khí thốt ra thì dừng điện phân. Xác
định thời gian điện phân và pH của dung dịch.
* Tính tốn lí thuyết
n Cu  0,025.0,2 = 0,005(mol)
Tại catot:

Cu 2+
+
2e
�
Cu
0,005(mol)
0,01(mol)
It
Fn e
96500.0,01
ne =
� t=
=
= 965(s)
F
I
1
Phương trình điện phân:
1
CuSO 4 + H 2O � Cu + H 2SO 4 +
O2
2
0,005(mol)
0,005(mol)
2+

n H = 0,005.2 = 0,01 � pH = 2,0
* Kiểm chứng bằng thực nghiệm
- Pha dung dịch CuSO4 0,025M: Cân khoảng 4,00 gam CuSO4 rắn, khan cho vào
bình định mức 1 lít (hoặc chai nhựa có dung tích 1 lít). Thêm H2O vào bình đến

khi được 1 lít dung dịch ta có 1 lít dung dịch CuSO4 0,025M.
- Điện phân dung dịch CuSO4 0,025M pha chế được ở trên bằng bộ dụng cụ điện
phân sau 3 lần thu được các kết quả sau
Thời gian đo được: 965 � 60 giây.
Đo pH trên máy đo pH: 2,0 � 0,1.
Nguyên nhân: Hóa chất pha chế, các lần lấy có sai số, bộ dụng cụ thí nghiệm,
dịng điện khơng ổn định, một số q trình phụ xảy ra khác trong thí nghiệm.
* Nhận xét: Kết quả từ tính tốn lý thuyết so với thực nghiệm bằng bộ dụng cụ
điện phân là chấp nhận được.
+

THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 20


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn
Hình 12: Kết quả thực nghiệm quá trình điện phân dung dịch CuSO4

Từ bài tốn trên có thể tính khối lượng Cu sinh ra dùng để mạ được một
diện tích vật liệu cho trước.
Ví dụ để mạ lượng đồng trên một nắp bút bằng nhơm cần thể tích là 0,035 cm3.
Từ khối lượng riêng của Cu là 8,9 g/cm3, ta tính được thể tích Cu có thể bao phủ:
m 0,005.64
VCu = =
�0,036(cm 3 )
D
8,9
VCu sinh ra �VCu cần mạ nắp bút

Như vậy có thể mạ đồng được tồn bộ nắp bút nhơm trên bằng quá trình điện
phân 200ml CuSO4 0,025M.
* Nhận xét: Kết quả từ tính tốn lý thuyết so với thực nghiệm bằng bộ dụng cụ
điện phân là chấp nhận được.
2. Điều chế và thử hoạt tính của dung dịch nước Giaven
a. Điều chế dung dịch nước Giaven
Bài tập 2: Điện phân hồn tồn 800ml dung dịch NaCl 0,2M có d = 1,25
g/ml bằng bình điện phân tự chế với cường độ dịng điện 5A được coi là khơng
đổi trong suốt q trình điện phân. Nếu hiệu suất quá trình điện phân là 90%.
Tính nồng độ của dung dịch thu được. Xác định thời gian điện phân.
Trên cơ sở các ví dụ ở trên tôi đã xác định được khả năng vận hành của bộ
dụng cụ điện phân là khá tốt với hiệu suất điện phân cao.
* Tính tốn lí thuyết
Có thể xác định nồng độ NaClO và thời gian điện phân như sau:
Khối lượng dung dịch trước khi điện phân:
Lý thuyết: mdung dịch trước điện phân = 1,25 . 800 = 1000(g)
Số mol NaCl trước khi điện phân: 0,2 . 0,8 = 0,16 (mol).
Vì hiệu suất của quá trình điện phân là: 90% nên số mol NaCl bị điện phân là:

n NaCl = 0,16 . 0,9 = 0,144 (mol)
Phương trình phản ứng:
NaCl + H 2O
0,16

DPDD
���
�
KMN

NaClO + H 2

0

0

0,144(mol)
0,144(mol) 0,144(mol)
0,144
CM (NaClO) =
= 0,18M (xét tương đối coi thể tích dd thay đổi k đáng kể)
0,8
mdung dịch sau điện phân = 1000 – 0,144.2 = 999,712 gam.

THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 21


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế
tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn

0,144.74,5
100% �0,01%.
999,712
Thời gian điện phân tính theo phương trình:
m.n.F 0,144.2.2.96500
t=
=
�5558 giây �1,544 giờ.
Áp dụng:
A.I

2.5
Trong thực tế nước Giaven bán trên thị trường có các nồng độ sử dụng như sau:
Nước Giaven để tẩy sàn nồng độ 12 – 15%
Nước Giaven tẩy vải nồng độ 1 – 6%
Nước Giaven diệt khuẩn, làm sạch trong môi trường lỏng nồng độ 30%
Nước giaven dùng khử khuẩn nước uống nồng độ 0,01 – 0,025%.
Trên cơ sở bài tốn trên tùy theo mục đích sử dụng có thể tính tồn nồng độ nước
Giaven cho phù hợp.
C%(NaClO) =

Hình 13: Điện phân dung dịch muối ăn có màng ngăn
Ví dụ: để ngâm rửa rau củ quả và khử khuẩn nước uống chỉ cần lấy
khoảng 3 thìa cà phê (khoảng 11,7 gam) muối ăn cho vào bình nhựa 1 lít. Đổ đầy
nước vào bình ta thu được dung dịch NaCl nồng độ xấp xỉ 0,2M. Lấy 1 lít dung
dịch muối ăn cho vào bộ dụng cụ điện phân và tiến hành điện phân trong khoảng
1h30 phút sẽ thu được dung dịch nước Giaven theo yêu cầu.
Dung dịch nước Giaven thu được có màu hơi vàng và có mùi clo đặc trưng.
b. Thử hoạt tính của dung dịch nước Giaven
Thí nghiệm: Nhỏ vài giọt nước màu (nước diệp lục hoặc dung dịch mực viết,…)
vào dung dịch nước Giaven vừa điều chế và đưa ra ngoài ánh sáng.
Hiện tượng: Ban đầu dung dịch có màu xanh (Hình 5.3a).
Sau thời gian ngắn nước màu bị mất (Hình 5.3b).
Giải thích: - Trong khơng khí có CO2 và H2O xảy ra phản ứng sau:
NaClO + CO2 + H2O � NaHCO3 + HClO
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 22


Dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục Stem- hướng dẫn học sinh chế

tạo bộ dụng cụ điện phân từ các vật liệu tái chế giải quyết một số tình huống thực tiễn
1

- HClO (với Cl ) có tính oxi hóa rất mạnh nên có tính tẩy màu
Ngồi ra HClO cịn có khả năng sát trùng, tẩy uế.

Hình 14a: Trước phản ứng mất màu

Hình 14b: Sau phản ứng mất màu.

Một số bộ dụng cụ điện phân do học sinh tự chế
Với sự hướng dẫn của tôi, học sinh các lớp tôi dạy đã tự chế tạo được bộ dụng cụ
điện phân như hình: 5.5a; 5.5b; 5.5c.

Bộ dụng cụ lớp 12c2

bộ dụng cụ lớp 12c3

bộ dụng cụ lớp 12c5

IV. HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN:
Qua dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục STEM
– hướng dẫn học sinh chế tạo bình điện phân từ các vật liệu tái chế mà tôi thực
hiện, tơi nhận thấy hiệu quả tích cực trong việc học từ phía học sinh thể hiện rất
rõ. Học sinh có nhiều cơ hội tổng hợp những kiến thức đã học để chế tạo được
bộ dụng cụ điện phân một cách chủ động và hứng thú. Qua đó phát huy tính sáng
tạo, niềm đam mê nghiên cứu khoa học và giáo dục hướng nghiệp kĩ thuật tổng
hợp cho học sinh.
Thông qua dạy học chuyên đề điều chế kim loại theo định hướng giáo dục
STEM – chế tạo bình điện phân từ các vật liệu tái chế các em có thêm nhiều kĩ

năng như: làm việc nhóm, lập kế hoạch, thực hành hóa học, vận dụng kiến thức
hóa học vào cuộc sống … để hoàn thành mục tiêu.
Được trực tiếp tạo ra dụng cụ phục vụ nghiên cứu bài học các em học sinh
THPT Thạch Thànht 4

GV: Trịnh Thị Hạnh 23