Đề tài Giảng dạy một số nội dung điện hóa học ở trường trung học phổ thông

à dạng khử của cùng một kim loại tạo thành cặp oxi hóa – khử của kim loại. - ðể làm rỏ vấn ñề này cần so sánh mức ñộ hoạt ñộng của cặp oxi hóa – khử ñể khẳng ñịnh ñều ñả trình bài: 2Zn Zn + và 2Cu Cu + Từ ñó ta suy ra: 2 2Zn Cu Zn Cu+ ++ → + - Liên hệ các phản ứng giữa kim loại và dung dịch muối (dựa vào thế), so sánh ñược khả năng hoạt ñộng của các kim loại, sau ñó trình bài dãy ñiện hóa b/ Ý nghĩa dãy ñiện hóa kim loại . Làm rỏ quy tắc α ñể xét chiều của phản ứng oxh - khử 2 2Cu Fe Fe Cu+ ++ → + Chất oxi hóa mạnh chất khử mạnh chất oxh yếu hơn chất khử yếu hơn 2. Bài 20. Ăn mòn kim loại. Các vấn ñề cần lưu ý. - Cần làm cho học sinh thấy rỏ sự khác nhau giữa hiện tượng ăn mòn hóa học và ăn mòn ñiện hóa học. Sự ăn mòn ñiện hóa học xảy ra phổ biến hơn trong thực tế so với ăn mòn hóa học. - Vận dụng những hiểu biết về pin ñiện ñể làm rỏ sự ăn mòn ñiện hóa học - Tìm hiểu ñiều kiện xảy ra ăn mòn ñiện hóa học 3. Bài 21. ðiều chế kim loại. Những vấn ñề giáo viên cần lưu ý: - Cần làm rỏ mối quan hệ giữa mứt ñộ hoạt ñộng hóa học của các kim loại và phương pháp ñiều chế dựa vào dãy ñiện hoá. - 25 - - Nguyên tắc ñiều chế kim loại : Khử ion kim loại: nM ne M+ + → II.4.1.2. Lớp 12 nâng cao. Các vấn ñề giáo viên cần chú ý ở ñây ñược liệt kê trong từng bài cụ thể. 1. Bài 20: Dãy ñiện hóa của kim loại. a/ Khái niệm cặp oxi hóa khử của kim loại. Tìm hiểu khái niệm và khái quát theo sơ ñồ. nM ne M+ + → Dạng oxh Dạng khử b/ Pin ñiện hóa. Cần cho học sinh có những bước nhận thức như sau: - Quan sát thí nghiệm (thí nghiệm hình 5.3 SGK) pin ñiện hóa Zn – Cu - Giải thích các hiện tượng quan sát ñược trong quá trình hoạt ñộng của pin ñiện hóa Zn – Cu và viết phương trình hóa học xảy ra. c/ Thế ñiện cực chuẩn của kim loại. Dãy thế ñiện cực chuẩn của kim loại Cần có những bước hoạt ñộng sau. - Thông báo về thế ñiện cực hiñro tiêu chuẩn. + Quy ước về thế ñiện cực hiñro chuẩn: ( )2 0 2 0,00 H H Vε + = - Tìm hiểu cách xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn của kim loại. Ví dụ của Zn. + Những phản ứng hóa học xảy ra ở ñiện cực khi pin Zn – H hoạt ñộng + Làm rỏ trường hợp nào thì thế ñiện cực chuẩn của cặp nM M + có giá trị dương, âm. - Dựa vào thế ñiện cực chuẩn ñể nêu nguyên tắc sắp xếp các cặp oxi hóa khử của kim loại trong dãy ñiện hóa học. d/ Ý nghĩa của dãy thế ñiện cực chuẩn của kim loại. Hoạt ñộng tìm hiểu về ý nghĩa của thế ñiện cực chuẩn của kim loại, nên chia thành những hoạt ñộng như sau: - Hoạt ñộng tìm hiểu về chiều của phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử của kim loại. - 26 - - Phân tích phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử. 2 0( 0,34 )Cu VCu ε + =+ và 0( 0,80 )Ag VAg ε + = + Kết luận về chiều của phản ứng hóa học: Có ba kết luận tương ñương về mặt ý nghĩa: - Kim loại có cặp oxi hóa – khử có thế ñiện cực chuẩn nhỏ khử ñược kim loại của cặp oxi hóa – khử có thế ñiện cực chuẩn lớn hơn trong dung dịch muối. - Cation kim loại trong cặp oxi hóa – khử có thế ñiện cực lớn hơn oxi hóa ñược kim loại trong cặp oxi hóa – khử có thế ñiện cực nhỏ hơn. - Chất oxi hóa mạnh hơn sẽ oxi hóa chất khử mạnh hơn, sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn. (quy tắc α ) 2. Bài 22. Sự ñiện phân. Các vấn ñề cần chú ý khi dạy bài 22. a/ Khái niệm về sự ñiện phân. - Liên hệ ñến thế của các cặp oxi hóa khử ñể xác ñịnh: Tên các ñiện cực, dấu của các ñiện cực và phản ứng xảy ra ở các ñiện cực. b/ ðiện phân dung dịch CuSO4 với ñiện cực graphit. dung dịch CuSO4 với Anot tan Cần làm rỏ thứ tự ñiện phân của các ion, phân tử ở các ñiện cực dựa vào dãy thế ñiện cực. 3. Bài 23. Sự ăn mòn kim loại. Các vấn ñề cần lưu ý khi dạy bài 23. - Cần làm rỏ nguyên nhân nào dẫn ñến ăn mòn ñiện hóa, liên hệ lại bài dãy ñiện hóa. - ðiều kiện xảy ra sự ăn mòn hóa học? 4. Bài 24: ðiều chế kim loại. Các vấn ñề cần lưu ý. a/ Phương pháp thủy luyện. - Cơ sở của việc ñiều chế kim loại bằng phương pháp thủy luyện - Phương pháp thủy luyện ñựơc dùng ñể ñiều chế những kim loại nào b/ Phương pháp ñiện phân. - Cơ sở của phương pháp ñiện phân ñiều chế kim loại. Những kim loại nào có thể ñiều chế ñược bằng phương pháp ñiện, liên hệ dãy ñiện hóa. - 27 - II.4.2. Phương pháp dạy học về các vấn ñề ñiện hóa học Nhằm ñể ñạt ñược kết quả tốt nhất về việc học sinh có thể hiểu, nắm vững các kiến thức cơ bản về ñiện hóa học thì ñòi hỏi không chỉ người giáo viên nắm vững về nội dung kiến thức mà còn phải có phương pháp sư phạm khéo léo. Phương pháp ñóng vai trò khá quan trọng trong quá trình học sinh tiếp thu kiến thức. Một số phương pháp dạy học hóa học chung có thể thể áp dụng cho phần ñiện hóa học như: - Sử dụng thiết bị thí nghiệm, mô hình hóa học theo ñịnh hướng chủ yếu là nguồn ñể học sinh nghiên cứu, khai thác tìm tòi kiến thức hóa học. - Sử câu hỏi và bài tập hóa học ñể học sinh chủ ñộng nhận kiến thức, hình thành kỉ năng và vận dụng tích cực các kiến thức, kỉ năng ñả học. - Tùy vào tính chất của các bài học trong chương, ta có thể phân chia thành hai phương pháp hình thành kiến thức cho học sinh như sau. + ðối với loại bài học nhằm xây dựng và hình thành khái niệm mới cho học sinh, như bài: Dãy ñiện hóa của kim loại, ðiện phân, Sự ăn mòn kim loại,…phương pháp dạy nên thiết kế theo mô hình dạy như sau: + ðối với những loại bài học ñòi hỏi sự vận dụng lí thuyết ñể tìm hiểu tính chất của chất, như tìm hiểu tính chất vật lí, tính chất hóa hịc chung của kim loại, ñiều chế kim loại,….thì phương pháp dạy học nên thiết kế theo mô hình sau: Thí nghiệm nghiên cứu, quan sát các hiện tượng thí nghiệm. Vận dụng lí thuyết chủ ñạo ñể giải thích các hiện tượng quan sát ñược Kết luận hoặc hình thành khái niệm mới Vận dụng lí thuyết chủ ñạo ñả biết Dự ñoán cấu tạo và tính chất của chất Khẳng ñịnh những ñiều dự ñoán bằng thí nghiệm. - 28 - II.5. Vận dụng một số kiến thức về ñiện hóa học ñể giảng dạy nội dung ñiện hóa học trong chương trình hóa học trường THPT II.5.1. Sử dụng Thế ðiện Cực ñể tính Sức ðiện ðộng và dự ñoán xem một phản ứng oxi hóa – khử cho trước có khả năng xảy ra hay không. Cơ sở là dựa vào biểu thức: G nFE∆ = − . Ở 250C thì ta có: 0 0G nFE∆ = − Trong ñó: n- số electron trao ñổi. F- hằng số Faraday. E0 – suất ñiện ñộng của phản ứng. - Nếu 0 0 0E G> ⇒ ∆ < → Phản ứng tự diễn biến. - Nếu 0 0 0E G → Phản ứng xảy ra theo chiều nghịch. - Nếu 0 0 0E G= ⇒ ∆ = → Phản ứng ñạt cân bằng. Ví dụ: Tính suất ñiện ñộng và dự ñoán xem phản ứng sau có xảy ra không ở 250C? ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 aq r r aqCd Cu Cd Cu + ++ → + ; biết 2 20 00,40 ; 0,34Cd Cu Cd Cu V Vε ε+ += − = Ta có: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 0 2 0 2 2 0 2 ; 0,40 2 ; 0,34 ; 0,74 aq Cd Cd Cu Cu aq r r aq Cd e Cd V Cu Cu e V Cd Cu Cd Cu E V ε ε + + + + + + + → = − → + = − + → + = Vậy suất ñiện ñộng 0 0,76 0 0pinE V G= − → phản ứng không có khả năng xảy ra theo chiều như trên. II.5.2. Tính thế của một bán phản ứng khi bán phản ứng ñó là tổ hợp của hai hay nhiều bán phản ứng khác. Tính thế của bán phản ứng: ( ) ( ) ?,3 033 =→++ εraq TleTl biết: ( ) +3 aqTl ( )+aqTl Tl 0 3 ?ε = V336,002 −=ε V250,101 =ε - 29 - Áp dụng biểu thức : 21 0 22 0 110 3 nn nn + + = εε ε . Ta có : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) VTleTl VTleTl VTleTl raq aq raq ?,3 250,1,2 336,0, 0 3 3 0 2 3 0 1 =→+ =→+ −=→+ + ++ + ε ε ε Trong ñó: n1; n2; là số electron trao ñổi trong bán phản ứng (2),(3). 0 2 0 1 ;εε là thế chuẩn của bán phản ứng (2), (3). Khi ñó ta có: ( ) ( ) V nn nn 721,0 3 250,12336,01 21 0 22 0 110 3 = +− = + + = εε ε Vậy thế của bán phản ứng: ( ) ( ) VTleTl raq 721,0,3 033 =→++ ε II.5.3. Dự ñoán ñộ bền của các trạng thái oxi hóa của một nguyên tố. Xét bán phản ứng: ( ) ( ) ( )++ +→ 323 aqraq AuAuAu biết: ( ) 3 aqAu + ( )aqAu + Au Nếu Au+ tự oxi hóa khử thì phương trình phản ứng trên có thế 00 >puE , vì khi ñó 00 <∆G , phản ứng tự diễn biến. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) VEAuAuAu VAueAu VeAuAu puaqraq raq aqaq 27,0,3 68,1,(2 41,1,2 03 0 2 0 1 3 =+→ =→+ −=+→ ++ + ++ ε ε Do ⇒> 00puE 00 <∆G : Vậy ở ñiều kiện chuẩn, vàng ở trạng thái oxi hóa +1, có khả năng tự phân hủy thành vàng kim loại và vàng ở trạng thái oxi hóa +3. II.5.4. Dãy ñiện hóa của kim loại Li+ K+ Ba+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ 2H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+ Li K Ba Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2 Cu Fe2+ Ag Hg Pt Au Tính oxi hóa kim loại Mn+ tăng dần Tính khử của kim loại M giảm dần 0 2 1,68Vε = 0 1 1,41Vε = - 30 - II.5.4.1. Dự ñoán ñược chiều xảy ra của phản ứng. Phản ứng oxi hóa khử luôn xảy ra theo chiều tạo ra chất oxi hóa và chất khử yếu hơn, nghĩa là chất oxi hóa mạnh nhất sẽ oxi hóa chất khử mạnh nhất. Bài tập vận dụng. Bài tập 1. a/ Hãy cho biết vị trí của cặp MnMn +2 trong dãy ñiện hóa. Biết rằng H+ oxi hóa ñược Mn. Viết phương trình ion thu gọn. b/ Có thể dự ñoán ñiều gì xảy ra khi nhúng lá kim loại Mn vào các dung dịch muối: AgNO3,MnSO4, CuSO4? Hãy viết phản ứng dưới dạng phương trình ion rút gọn nếu có Lời giải. a/ H+ oxi hóa ñược Mn, nghĩa là Mn có khả năng khử ñược H+: ↑+→+ ++ 222 HMnHMn 2Mn Mn + ⇒ xếp trước 2 2 H H + trong dãy ñiện hóa. b/ Trong dãy ñiện hóa ta có: Mn xếp trước Cu , Ag ⇒ Mn có tính khử mạnh hơn. Vì thế xảy ra ñược các phản ứng: ↓+→+ ++ CuMnCuMn 22 ( Cu bám trên là Mn) ↓+→+ ++ AgMnAgMn 22 ( Ag bám trên là Mn) II.5.4.2. Xác ñịnh tên kim loại. 1. ðặc công thức tổng quát hợp chất chứa kim loại là: ( ( ) ( ) ( )2 4 3 2 3, , , , .....x y n m a bM O RCl A SO B NO X CO ) sau ñó tìm khối lượng nguyên tử của kim loại (M, R, A, B, X,…) rồi suy ra kim loại ñó.Thường gặp hai trường hợp: - Trường hợp 1: Biết hóa trị kim loại cần tìm, dựa vào dữ kiện ñề bài tập ñể lập phương trình toán học, tìm khối lượng nguyên tử của kim loại, suy ra tên kim loại ñó. - Trường hợp 2: Không biết hóa trị kim loại cần tìm, dựa vào dữ kiện ñề bài ñể lập biểu thức liên hệ giữa nguyên tử khối (M) của kim loại với hóa trị (n) của kim loại ñó. Sau ñó, biện luận M theo n (hay ngược lại), tìm cặp nghiệm M, n hợp lí, suy ra tên kim loại. - 31 - 2. Bài tập vận dụng. Nhúng một thanh kim loại M vào dung dịch NiSO4 sau một thời gian thấy khối lượng thanh kim loại gồm 0,12g. Xác ñịnh tên kim loại M. Biết M hóa trị II và số mol NiSO4 hao hụt 0,02mol. Tính số gam kim loại ñã tham gia phản ứng. Lời giải Phản ứng: ( )4 4iSO 1M N MSO Ni+ → + mol 0,02 0,02 0,02 0,02 Theo ñề bài, ta có: 0,120,02 65 : 59 M M = ⇒ = − kẽm (Zn) Vậy : mZn tham gia phản ứng = 65 II.5.4.3. Tăng giảm khối lượng thanh kim loại Nhúng một thanh kim loại A và dung dịch muối của kim loại B (chứa ion Bn+). Sau một thời gian lấy thanh kim loại ra, rửa nhẹ, sấy khô, cân thì thấy khối lượng thanh kim loại có thể tăng hoặc giảm. 1. Khối lượng thanh kim loại tăng: Thì ta áp dụng phương trình ñại số sau. 2. Khối lượng thánh kim loại giảm : Thì ta áp dụng phương trình ñại số sau: 3. Bài tập vận dụng:Thanh kẽm nặng 5,2 gam ñược cho vào 100ml dung dịch CuSO41M, sau một thời gian, lấy thanh kẽm ra cân ñược 5,18 gam.Tính khối lượng Cu bám vào thanh Zn. Ta có: moln daubanCuSO 1,011,04 =×= Phản ứng: aaaamol CuZnSOCuSOZn +→+ 44 Ta có: 65a – 64a = 5,2 - 5,18 ⇒ a = 0,02 mol ⇒ Khối lượng thanh Cu = 0,02 . 64 = 1,28 gam Mkim loại tăng = m kim loại giải phóng - mkim loại tan Mkim loại giảm = mkim loại tan - m kim loại giải phóng - 32 - II.5.5. Kim loại liên quan ñến sự ñiện phân. Dạng 1: ðiện phân dung dịch các muối, Axit, bazơ - Catot: Nếu cation ( ++ HM n ; ) ñứng sau Al3+ trong dãy ñiện hóa của kim loại, sự khử cho ra kim loại hoăc H2. Nếu cation là Al3+ hoặc một kim loại ñứng trước Al trong dãy ñiện hóa của kim loại ( ....;; 2+++ BaNaK ) thì nước sẽ bị khử cho ra H2 và ion OH − −+↑→+ OHHeOH 22 22 - Anot: Nếu ion là −X (X là halogen như Cl, Br, I….) hoặc OH- thì sự oxi hóa cho ra X2 hoặc O2: 2 2 2 12 2 2 2 2 Cl Cl e hay OH O H O e− −→ ↑ + → ↑ + + Nếu anion là ....;; 24 2 43 −−− POSONO thì lúc này nước sẽ bị oxi hóa cho ra O2 và H+ eHOOH 22 2 1 22 ++↑→ + Dạng 2: Trường hợp có nhiều cation có thể bị khử bên catot Các cation ion bị khử theo thứ tự tính oxi hóa giảm dần, ion bên phải (có tính oxi hóa mạnh nhất) bị khử trước rồi ñến ion bên trái trong dãy ñiện hóa của kim loại. Dạng 3: Trường hợp có nhiều anion bị oxi hóa bên anot: Chất có tính khử mạnh nhất sẽ bị oxi hóa trước. Dạng 4: Dùng công thức Faraday tính khối lượng các chất thoát ra ở các ñiện cực: n AIt m 96500 = Bài tập vận dụng: ðiện phân có màng ngăn ñiện cực trơ 100ml dung dịch MgCl2 0,5M với cường ñộ dòng ñiện I = 0,1A với thời gian 9650s. Tính nồng ñộ mol/l dung dịch muối sau phản ứng. Ta có: molnMgCl 015,015,01,02 =×= 2 2 2 0.1 9650 0,010,01 0,005 96500 2 96500 2H H AIt m g n mol n × × = = = ⇒ = = × - 33 - Phản ứng: 005,0005,0 )()(2 22222 mol dpddHClOHMgOHMgCl ↑+↑+↓→+ Số mol MgCl2 dư = 0,015 – 0,005 = 0,01mol ; Vậy: MC MgClM 1,01,0 01,0 )( 2 == II.5.6. Kim loại phản ứng với dung dịch muối. Dạng 1: Một kim loại ñẩy một ion kim loại khác. ðiều kiện ñể kim loại X ñẩy kim loại Y ra khỏi dung dịch muối của Y - X phải ñứng trước Y trong dãy ñiện hóa. - Muối của kim loại Y phải tan trong nước. Dạng 2: Cho một kim loại X vào dung dịch chứa hai muối của hai kim loại Yn+, và Zm+. - ðể ñơn giản trong tính toán, ta chỉ xét trường hợp X ñứng trước Y và Z, nghĩa là khử ñược cả hai ion Yn+, và Zm+(Y ñứng trước Z) - Do Zm+có tính oxi hóa mạnh hơn Yn+ nên X phản ứng với Zm+ trước: ↓+→+ ++ qZmXqZmX qm (1) q là hóa trị của X. Nếu sau phản ứng (1) còn dư X thì có phản ứng: ↓+→+ ++ qYnXqYnX qn (2) Vậy, các trường hợp xảy ra sau khi phản ứng kết thúc: + Nếu dung dịch chứa 3 ion kim loại (Xq+;Yn+; Zm+) thì không có phản ứng (2) xảy ra, tức là kim loại X hết và ion Zm+ còn dư: + Nếu dung dịch chứa hai ion kim loại (Xq+;Yn+) thì phản ứng (1) xảy ra xong (tức hết Zm+ ), phản ứng (2) xảy ra chưa xong (dư Yn+) tức X hết. Bài tập áp dụng: Cho 0,387 gam hổn hợp (A) gồm Zn và Cu vào dung dịch có chứa 0,005 mol Ag2SO4, khuấy ñiều, tới phản ứng hoàn toàn thu ñược 1,144gam chất rắn. Tính khối lượng mỗi kim loại. Lời giải Phản ứng: ↓+=+ ↓+=+ AgCuSOSOAgCu AgZnSOSOAgZn 2 2 442 442 - Vì tổng số mol Zn và Cu nằm trong giới hạn. - 34 - 0,387 0,387 0,0059 0,00604 65 64hh hh n n< < → < < → hhn lớn hơn 0,005mol, chứng tỏ Ag2SO4 hết. - Giả sử Zn phản ứng một phần, Cu chưa tham gia phản ứng.Gọi số mol Zn ban ñầu là x, số mol Zn phản ứng là x’. Gọi số mol Cu ban ñầu là y. ⇒ Khối lượng thanh kim loại tăng. 108.2x’ – 65.x’ = 1,144 – 0,387 = 0,757 (g) ⇔ 151x’ = 0,757 ⇔ x’ = 0,00501 Số mol này lớ hơn 0,005mol, ñiều này không phù hợp với ñề bài, do ñó Zn phản ứng hết và x = x’. - Zn phản ứng hết, Cu tham gia phản ứng một phần.Gọi số mol Cu tham gia phản ứng là y. Ta có phương trình khối lượng kim loại tăng 108.2x – 65x + 108.2y – 64.y = 0,757 (1). Giải phương trình (1) kết hợp với phương trình: x + y = 0,005 .Ta có:    = = 002,0 003,0 y x : Vậy mZn = 0,003. 65 = 0,195 (gam) mCu = 0,387 – 0,195 = 0,192 (gam) II.5.7. Kim loại tác dụng với dung dịch axit. II.5.7.1.Tác nhân oxi hóa là ion H+ trong axit. Các axit HCl, H2SO4 loãng,…anion gốc axit của chúng không có tính oxi hóa. )1(2 2 ↑+→+ ++ HnMnHM n Chú ý: Phản ứng (1) xảy ra khi kim loại M ñứng trước hiñro trong dãy hoạt ñộng hóa học của kim loại. II.5.7.2. Tác nhân oxi hóa là anion gốc axit. Anion của các axit (HNO3, H2SO4(ñặc, nóng)…) oxi hóa kim loại chứ không phải H+ là tác nhân oxi hóa nên khí tạo thành không phải là khí hiñro, mà là sản phẩm khử của anion. - H2SO4(ñặc, nóng) có thể bị khử cho ra: SO2, S, H2S - HNO3 có thể bị khử cho ra : NO2, NO, N2, N2O, NH4NO3 - 35 - II.5.7.3. Bài tập vận dụng. Bài tập: Hòa tan 62,1gam kim loại M trong HNO3 loãng, cho 16,8 lít hỗn hợp khí X (ñktc) gồm hai khí không màu, không hóa nâu ngoài không khí. Có tỉ khối hơi so với khi H2 là 17,2. Xác ñịnh tên M? Tính thể tích dung dịch HNO32M, biết axit dùng dư 25% so với lượng cần thiết. Lời giải Hai khí không màu do HNO3 loãng sinh ra là N2 và N2O. Gọi x,y lần lược là số mol của N2 và N2O. Theo ñề bài ta có:       ==+ =×= + + 75,0 4,22 8,16 4,3422,174428 yx yx yx    =+ =+ ⇒ 75,0 8,254428 yx yx    = = ⇒ 3,0 45,0 y x Phản ứng: 10M + 12xHNO3 = 10M(NO3)x + xN2 + 6xH2O Mol 4,5/x 5,4 0,45 8M + 10xHNO3 = 8M(NO3)x + xN2O + 5xH2O Mol 2,4/x 3 0,3 x x M 969 1,62 ==⇒ nghiệm hợp lí là: x = 3, M = 27: Nhôm (Al) Số mol HNO3 dùng dư: 8,4 .25% = 2,1mol ⇒ tổng số mol HNO3 : 8,4 +2,1 = 10,5 mol Vậy thể tích dung dịch HNO3 = )(25,52 5,10 l= - 36 - CHƯƠNG III. MỘT SỐ KẾT QUẢ BAN ðẦU III.1.Thực trạng nắm vững khái niệm ðiện Hóa Học ở trường Trung Học Phổ Thông III.1.1. ðiều Tra Thực Trạng Chúng tôi ñả tiến hành ñiều tra ở 1 khối lớp gồm 2 lớp 12 nâng cao 12A1 ,12A3 và 2 lớp 12 ban cơ bản gồm 12C1 ,12C2. Ở trường THPT Lai Vung II. III.1.1.1. Mục ðích. ðánh giá chất lượng nắm kiến thức ñiện hóa học của học sinh phổ thông ở khối lớp 12. III.1.1.2. Tiến Hành. 1. Lớp 12 nâng cao. Chúng tôi ñã phát phiếu ñiều tra ñể xem xét tình hình nắm kiến thức phần ñiện hóa học của học sinh các lớp 12A1 ,12A3 trường THPT Lai Vung II. Số lượng phiếu phát ra: 87 phiếu, thu về 87 phiếu, phiếu gồm 10 câu hỏi trắc nghiệm, mổi câu có nhiều ý kiến ñể lựa chọn. a. Kết Quả. Sau khi thống kê số liệu, kết quả thu ñược như sau.( Xem phụ lục 2) Ngoài xử lí kết quả từng câu một, chúng tôi còn cho ñiểm từng bài một.Cách cho ñiểm như sau: Bài gồm 10 câu hỏi trắc nghiệm → 10 ñiểm. Mổi câu ñúng ñược 1 ñiểm. Sau ñây là kết quả từng lớp. Xi 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 fXi 0 0 2 0 1 2 3 8 15 9 2 12A1 % 0 0 4,76 0 2,4 4,76 7,14 19,05 35,7 21,43 4,76 fXi 0 0 0 0 1 3 8 10 11 10 2 12A3 % 0 0 0 0 2,22 6,67 17,78 22,22 24,44 22,22 4,45 - 37 - Trong ñó: Xi là ñiểm số. fXi là số lần xuất hiện của ñiểm số. Biểu ñồ thể hiện tỉ lệ học sinh ñạt các mức ñiểm từ 1 - 10 của học sinh hai lớp 12A1 và 12A3 0 10 20 30 40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ðiểm % Tỉ lệ % học sinh ñạt ñiểm lớp 12A1 Tỉ lệ % học sinh ñạt ñiểm lớp 12A3 Hình III.1. Biểu diễn tỉ lệ học sinh ñạt ñiểm của hai lớp 12A1 và 12A3 Sau khi thống kê kết quả, tỉ lệ xếp loại như sau: - Loại yếu : (0 → 4) : 4,59% - Loại trung bình : (5 → 6) : 18,39% - Loại khá : (7→ 8) : 50,57% - Loại giỏi : (9 → 10) : 26,45% Biểu diễn các kết quả dưới dạng biểu ñồ. Biểu ñồ thể hiện tỉ lệ xếp loại học lực của hai lớp 12A1 và 12A3 4.59 18.39 50.57 26.45 Loại yếu Trung bình Loại khá Loại giỏi Hình III.2. Tỉ lệ xếp loại học lực của hai lớp 12A1 và 12A3 b. Nhận xét Sau khi chấm ñiểm từng câu, từng bài và thống kê các số liệu, chúng tôi nhận thấy ña số học sinh lớp 12 ban nâng cao nắm ñược một số kiến thức cơ bản về vấn ñề ñiện hóa học. Tuy nhiên phần lớn các em chưa nắm sâu kiến thức. Tỉ lệ học sinh loại giỏi chỉ - 38 - chiếm 26,44%. Bên cạnh ñó vẫn còn một số học sinh mất căn bản về phần kiến thức này. Tỉ lệ học sinh loại yếu chiếm 9,84% Qua thống thống kê kết quả từng câu hỏi chúng tôi rút ra những nhận xét sau : - Học sinh trả lời khá tốt các câu 1(93,1%) ; câu 2 (88,5%); câu 5 (93,1%); câu 7 (77%); câu 9 (91,95%); câu 10 (94,25%) là các câu hỏi liên quan ñến phản ứng oxi hóa – khử, dãy hoạt ñộng hóa học của kim loại, thế của pin.Tuy nhiên vẫn còn một số học sinh chưa nắm vững kiến thức cơ bản này, số học sinh trả lời sai các câu 7, câu 9 từ (10% - 20%). - Các câu 4, câu 6, câu 8, học sinh chỉ trả lời ñược ở mức trên trung bình (50% - 70%). Như vậy vẫn còn trên 30% học sinh trả lời sai, do các em chưa nắm vững kiến thức về ñiện phân, ăn mòn kim loại và thế của pin. - Khi vận dụng lí thuyết ñiện hóa vào việc giải các bài tập tập thì ña số học sinh làm khá tốt, tuy nhiên một số ít học sinh vẫn còn tỏ ra lúng túng. 2. Lớp 12 Ban Cơ Bản. Chúng tôi cũng ñã phát phiếu ñiều tra kiến thức về ñiện hóa học dành riêng cho học sinh lớp 12 ban cơ bản. Phiếu ñiều tra ñược phát cho 2 lớp 12C1 và 12C2. trường THPT Lai Vung II. Số lượng phiếu phát ra là: 78 phiếu, thu về 78 phiếu, gồm 10 câu hỏi trắc nghiệm, mỗi câu có nhiều ý kiến lựa chọn. a. Kết quả. Sau khi thống kê số liệu kết quả như sau . (Xem phụ lục 3) Ngoài xử lí kết quả từng câu một, chúng tôi còn cho ñiểm từng bài một, cách cho ñiểm như sau: Bài 10 câu hỏi trắc nghiệm → 10 ñiểm. Mỗi câu ñúng ñược 1 ñiểm. Sau ñây là kết quả từng lớp: - 39 - Xi 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 fXi 0 0 5 5 6 8 9 4 2 12C1 % 0 0 12,82 12,82 15,38 20,51 23,08 10,26 5,13 fXi 0 0 0 6 11 13 4 2 1 2 12C2 % 0 0 0 15,38 28,21 33,33 10,26 5,13 2,56 5,13 Trong ñó: Xi là ñiểm số. fXi là số lần xuất hiện của ñiểm số. Biểu diễn các kết quả dưới dạng biểu ñồ. Hình III.3. Biểu diễn tỉ lệ học sinh ñạt ñiểm của hai lớp 12C1 và 12C2 Sau khi thống kê kết quả, tỉ lệ xếp loại như sau : - Loại yếu : (0 → 4) : 42,31% - Loại trung bình : (5 → 6) : 43,59% - Loại khá : (7→ 8) : 11,54% - Loại giỏi : (9 → 10) : 2,56% Biểu diễn các kết quả dưới dạng biểu ñồ - 40 - Biểu ñồ thể hiện tỉ lệ xếp loại học lực của hai lớp 12C1 và 12C2 42.31 43.59 11.54 2.56 Loại yếu Trung bình Loại khá Loại giỏi Hình III.4. Tỉ lệ xếp loại học lực của hai lớp 12C1 và 12C2 b. Nhận Xét. Sau khi xử lí tương tự như lớp 12 ban nâng cao chúng tôi nhận thấy học sinh lớp 12 ban cơ bản của trường nắm kiến thức về ñiện hóa học chưa vững, tỉ lệ học sinh loại yếu chiếm tới 43,31%, còn tỉ lệ học sinh ñạt loại khá 11,54%, giỏi 2,56%. - Các câu học sinh trả lời tương ñối tốt là Câu 1(87,18%), Câu 2 (83,33%), Câu 4 (50%), Câu 6 (73,08%), Câu 8 (52,56%) là những câu có liên quan ñến các vấn ñề như: Phản ứng oxi hóa khử, dãy ñiện hóa, ăn mòn kim loại, ñiều là những phần kiến thức các em vừa học. - ða số học sinh trả lời chưa tốt các câu 3 (33,33%), câu 5(2,56%), câu 7(20,51%), câu 9 (20,51%), câu 10 (15,54%) là các câu có liên quan ñến các dạng toán áp dụng phần ñiện hóa học như: ñiện phân, dãy ñiện hóa, các kiến thức lí thuyết về ñiện phân....ðồng thời qua kết quả của các câu này chúng tôi ñả nhận thấy ña số học sinh chưa nắm vững bản chất của kiến thức ñiện hóa học, các em chỉ nắm ñược một cách sơ sài và chỉ biết áp dụng với những dạng bài tập quen thuộc còn những bài có tính ñánh ñố hầu như các em ñều không làm ñược. - 41 - III.1.2. Nhận xét, nguyên nhân và giải pháp. III.1.2.1. Nhận xét chung. - ða số học sinh ñã phần nào nắm ñược những kiến thức cơ bản về ñiện hóa học. Tuy nhiên, phần lớn các em chưa nắm thật chắc và sâu kiến thức, các em thường chỉ chỉ hiểu biết vấn ñề một cách sơ sài. - ða số các em chỉ trả lời ñúng những vấn ñề liên quan ñến các kiến thức mà các em gặp thường xuyên. Ở lớp 12 ban nâng cao, hầu hết học sinh trả lời rất tốt các vấn ñề về dãy ñiện hóa, phản ứng oxi hóa - khử. Ở lớp 12 ban cơ bản là các vấn ñề về dãy ñiện hóa, phản ứng oxi hóa – khử. - ðối với những câu hỏi có liên quan ñến phần kiến thức về ñiện phân, ăn mòn kim loại, hay vận dụng các kiến thức ñiện hóa vào giải các bài tập ñịnh lượng, thì ña số các học sinh trả lời với tỉ lệ ñúng rất thấp, ñặc biệt là ở ban cơ bản. Do ñó khi dạy bài mới giáo viên cần phải chú ý thường xuyên ôn lại những kiến thức cũ có liên quan ñến bài học ñể học sinh khắc sâu kiến thức. - Ở lớp 12 ban nâng cao, với chương trình cải cách hiện nay thì kiến thức ñiện hóa học ñược cập nhật rất nhiều, ña số là những vấn ñề mới do ñó học sinh tỏ ra lúng túng khi gặp phần kiến thức này. Ví dụ như: Pin ñiện hóa, sức ñiện ñộng, thế ñiện cực, ñiện phân....bên cạnh ñó một số giáo viên chỉ dạy thoáng qua chưa thể khắc sâu ñược kiến thức. - Chúng tôi nhận thấy mức ñộ nắm vững kiến thức ñiện hóa học có sự chênh lệch giữa các lớp. ðặc biệt là ở ban cơ bản. III.1.2. 2. Nguyên nhân và giải pháp. 1/ Nguyên nhân khách quan và nguyên nhân chủ quan. - Nguyên nhân khách quan. ðiện hóa học là phần kiến thức khá khó, mang tính khái quát, trừu tượng nên học sinh hiểu một cách chưa ñầy ñủ, mặt khác ñây là khái niệm ñược manh nha học ở cuối năm - 42 - lớp 9 bậc THCS (dãy hoạt ñộng hóa học của kim loại ), và ñến phần cuối của lớp 12 nó mới ñược trình bài một cách ñầy ñủ, vì vậy học sinh một lần không thể hiểu hết ñược. - Nguyên nhân chủ quan. Khi dạy về phần kiến thức ñiện hóa học ña số giáo viên thường chưa chú ý ñến việc sử dụng các phương tiện trực quan như: mô hình, hình vẽ, ñể mô hình hóa các kiến thức giúp học sinh dể hiểu, dể nhớ và nhớ lâu. ðồng thời phần lớn giáo viên cũng chưa chú ý ñến việc phối hợp, sử dụng linh hoạt các phương pháp giảng dạy, chưa thường xuyên ôn tập, cũng cố khắc sâu kiến thức cho học sinh. 2/ Giải pháp. - Trước hết giáo viên phải nắm thật chắc kiến thức chuyên môn. ðồng thời cũng phải sử dụng, phối hợp linh hoạt các phương pháp dạy học khác nhau ñể nâng cao hiệu quả giảng dạy, giúp học sinh hứng thú học tập, không bị nhàm chán khi phải học một số lượng lớn kiến thức như hiện nay. - Giáo viên phải cho học sinh xem xét các vấn ñề của các chất trên cơ sở vận dụng kiến thức ñiện hóa học ñể giải quyết. - Khi dạy phần lí thuyết cơ sở ñiện hóa giáo viên cần chú ý giảng thật kỉ, nhấn mạnh phần trọng tâm và khắc sâu các kiến thức. Cho học sinh giải thích rỏ mấu chốt của vấn ñề ñể làm cơ sở lĩnh hội các kiến thức liên quan sau này. - Giáo viên phải chú ý hình thành cho học sinh các kiến thức hiện ñại, vừa sức và tùy theo trình ñộ của mỗi học sinh. - Giáo viên phải hướng dẫn rèn luyện cho học sinh làm các bài tập về vấn ñề liên quan ñến kiến thức ñiện hóa như: Dãy ñiện hóa, ðiện Phân, Ăn mòn kim loại, Pin ñiện hóa. - Trong quá trình giảng dạy ở các ban khác nhau giáo viên cần chú ý trình ñộ của mỗi học sinh, kiến thức ñiện hóa ở mỗi ban ñược trình bài ở những mức ñộ khác nhau. Từ ñó ñiều chỉnh dạy cho phù hợp. - 43 - III.2. Thiết kế một số giáo án dạy về phần ñiện hóa ở trường trung học phổ thông Dựa trên tình hình ở các trường phổ thông theo kết quả ñiều tra, chúng tôi ñã thiết kế một số giáo án khi giảng dạy các bài về ñiện hóa học. ðể soạn các giáo án này tôi ñã dựa trên dàn bài sách giáo khoa, các sách tham khảo, sách bài tập và các tài liệu có liên quan, ñồng thời tôi cũng ñã tham khảo ý kiến của giáo viên phổ thông, tham khảo các giáo án mẫu của các giáo viên lâu năm, nhiều kinh nghiệm. GIÁO ÁN HÓA HỌC 12 NÂNG CAO BÀI: DÃY ðIỆN HÓA CHUẨN CỦA KIM LOẠI I. MỤC TIÊU BÀI HỌC: 1. Kiến thức: Biết : – Các khái niệm: cặp oxi hóa-khử của kim loại, pin ñiện hóa, suất ñiện ñộng và thế ñiện cực. – Cấu tạo của pin ñiện hóa, sự chuyển ñộng của các phần tử mang ñiện khi pin ñiện hóa hoạt ñộng. – Các phản ứng hóa học xảy ra ở catot và anot của pin ñiện hóa. – Thế ñiện cực chuẩn của kim loại. Hiểu: Dãy thế ñiện cực chuẩn của kim loại và ý nghĩa của nó. 2. Kĩ năng: – So sánh tính oxi hóa của các ion kim loại, tính khử của các kim loại giữa các cặp oxi hóa – khử. – Xác ñịnh tên và dấu của các ñiện cực trong pin ñiện hóa, tính ñược suất ñiện ñộng của pin ñiện hóa. - 44 - – Tính ñược thế ñiện cực chuẩn của một số cặp oxi hóa–khử trong pin ñiện hóa II. CHUẨN BỊ: – Lắp ráp một số pin ñiện hóa Zn–Cu, Pb–Cu, Zn–Pb theo hình 5.3 SGK. – Một số tranh ảnh ñã ñược vẽ trước: * Sơ ñồ chuyển dịch của các ion trong pin ñiện hóa Zn–Cu, hình 5.6 SGK * Sơ ñồ cấu tạo ñiện cực hidro chuẩn, hình 5.7 SGK * Thí nghiêm xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn của cặp Zn2+/Zn hình 5.8 SGK. * Thí nghiệm xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn của cặp Ag+/Ag, hình 5.9 SGK * Bảng dãy ñiện hóa chuẩn của kim loại (SGK). Tranh vẽ môt số pin ñiện hóa. III. Hoạt ñộng: 1. Ổn ñịnh lớp: 2. Kế hoạch giảng dạy : Tiết 1: Phần I và II. Tiết 2: Phần III. Tiết 3: Phần IV và V. HOẠT ðỘNG CỦA GV HOẠT ðỘNG CỦA HS I. Khái niệm về cặp oxi hoá khử Hoạt ñộng 1. Câu hỏi 1: Hoàn thành phương trình hoá học và viết sơ ñồ quá trình oxi hoá - khử của phản ứng: a) Cu + AgNO3 → b) Fe + CuSO4 → * GV nêu vấn ñề. Có thể biểu diễn các quá trình oxi hoá khử theo cách khác ñược không? Cặp oxi hóa khử là một cặp gồm I. Khái niệm về cặp oxi hoá khử Học sinh ghi chép Hoàn thành phương trình hoá học. a) Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag Cu → Cu2+ + 2e Ag+ + 1e → Ag b) Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu Fe → Fe2+ + 2e Cu2+ + 2e → Cu hoặc viết gộp : Fe2+ + 2e ⇌ Fe Cu2+ + 2e → Cu - 45 - chất oxihóa và một chất khử của cùng 1 nguyên tố hóa học Câu hỏi 2: Xác ñịnh chất oxi hoá - khử từ ñó rút ra nhận xét. * GV ñưa ra sơ ñồ tổng quát và giới thiệu cặp oxi hoá - khử. II. Pin ñiện hoá Hoạt ñộng 2. 1. Khái niệm về pin ñiện hóa, suất ñiện ñộng và thế ñiện cực: GV tiến hành thí nghiệm như SGK hoặc mô tả thí nghiệm (sử dụng sơ ñồ pin ñiện hoá Zn-Cu) hình 5.3. Nếu có ñiều kiện dùng phần mềm mô phỏng pin ñiện hoá cho HS xem. 2. Cơ chế phát sinh dòng ñiện: - Mô tả cấu tạo của pin, hoạt ñộng của pin, nhận xét và giải thích? * GV dựng sơ ñồ hình 5.4, 5.5, 5.6 hoặc dùng phần mềm mô phỏng cho HS xem và yêu cầu HS nhận xét, giải thích sự chuyển dịch e ở ñiện cực Zn, Ag+ + 1e → Ag Chất oxi hóa chất khử Tổng quát : Mn+ + ne → M Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố tạo thành cặp oxi hóa khử. Các cặp oxi hóa – khử trên ñược viết như sau: Fe2+/Fe ; Cu2+/Cu ; Ag+/Ag. Tổng quát: Mn+/M II. Pin ñiện hoá 1. Khái niệm về pin ñiện hóa, suất ñiện ñộng và thế ñiện cực Học sinh quan sát hiện tượng thí nghiệm + Kim loại tan vào dung dịch + Suất ñiện ñộng của pin hóa học Epin = 1,10 V + Màu của cốc dung dụch chứa CuSO4? ð/v pin ñiện hóa Zn/Cu ở hình 5.3 ta có: )/()/( 22 ZnZn o CuCu o pin o EEE ++ −= 2. Cơ chế phát sinh dòng ñiện Giải thích. * ðiện cực Zn (cực âm) là nguồn cung cấp e, Zn bị oxi hoá thành Zn2+ tan vào dung dịch: Zn → Zn2+ + 2e * ðiện cực Cu (cực dương) các e ñến cực Cu, ở ñây các ion Cu2+ bị khử thành kim loại Cu bám trên bề mặt lá ñồng. - 46 - ñiện cực Cu, cầu muối trái, cầu muối phải. - Viết phương trình ion rút gọn. * GV yêu cầu HS viết các cặp oxi hoá-khử * GV giới thiệu quy tắc α (3) Nhận xét - GV yêu cầu HS nhận xét nồng ñộ của các ion trong dung dịch muối CuSO4 và ZnSO4 sẽ tăng giảm như thế nào trong quá trình ñiện phân ? Suất ñiện ñộng E của pin ñiện hoá phụ thuộc vào yếu tố nào? Cu2+ + 2e → Cu * Cầu muối trái: Cation NH4+ ( hoặc K+) di chuyển sang cốc ñựng dung dịch CuSO4 * Cầu muối phải: Các cation NO3– di chuyển sang cốc ñựng dung dịch ZnSO4. Sự di chuyển của các ion này làm cho các dung dịch muối luôn trung hoà ñiện. * Phương trình ion rút gọn biểu diễn quá trình oxi hoá-khử xảy ra trên bề mặt các ñiện cực của pin ñiện hoá: Cu2+ + Zn → Cu + Zn2+ Ox Kh Kh. yếu Ox yếu Zn Cu Zn Cu 2+2+ 3. Kết luận: – Có sự biến ñổi nồng ñộ các ion Cu2+ và Zn2+ trong quá trình hoạt ñộng của pin. Cu2+ giảm, Zn2+ tăng – Năng lượng của phản ứng oxi hóa – khử trong pin ñiện hóa ñã sinh ra dòng ñiện một chiều. - 47 - - GV yêu cầu HS căn cứ vào các cặp pin ñã cho trong SGK cho biết quá trình oxi hoá khử diễn ra trong pin Cu-Ag; Pb-Cu; Zn-Pb như thế nào ? III. Thế ñiện cực chuẩn của kim loại Hoạt ñộng 3 : 1. ðiện cực hidro chuẩn - Vì sao cần phải xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn cho mỗi cặp oxihóa–khử? - thông báo thế ñiện cực chuẩn: Dùng hình 5.7 ñể xác ñịnh Cần phải xác ñịnh thế ñiện cực cho mỗi loại cặp oxi hoá- khử vì vậy dùng ñiện cực chuẩn ñể so sánh ñó là ñiện cực hiñro chuẩn. – Những yếu tố ảnh hưởng ñến suất ñiện ñộng của pin ñiện hóa như: * Nhiệt ñộ. * Nồng ñộ của ion kim loại. * bản chất của kim loại làm ñiện cực. III. Thế ñiện cực chuẩn của kim loại 1. ðiện cực hidro chuẩn HS xem hình 5.7 và ghi Người ta chấp nhận một cách quy ước rằng thế ñiện cực của ñiện cực hidro chuẩn bằng 0,00V ở mọi nhiệt ñộ H2 2H+ + 2e VE HHo 00,02/2 =+ HS thảo luận theo nhóm cử ñại diện trình bày. a. Cấu tạo của ñiện cực hiñro chuẩn. - ðiện cực platin. - ðiện cực nhúng vào dd axit H+ 1 M. b. Cách xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn hiñro chuẩn. - Cho dòng khí H2 có p =1 atm liên tục ñi qua dd axit ñể bột Pt hấp thụ khí H2. - Qui ước thế ñiện cực hiñro chuẩn cặp oxi hoá khử H+/H2 là 0,00 V ; E0 (H+/H2)= 0,00 V - 48 - 2. Thế ñiện cực chuẩn của kim loại: - HS dùng hình 5.8 trình bày những nội dung của thí nghiệm xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn của cặp Zn2+/Zn ? - Cách lắp thiết bị ñể xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn của Zn? – Những phản ứng hóa học xảy ra ở các ñiện cực khi pin Zn–H hoạt ñộng? – Thế ñiện cực chuẩn của cặp Zn2+/Zn là –0,76V Thế ñiện cực chuẩn của kim loại cần ño có ñược xác ñịnh từ bằng suất ñiện ñộng của pin tạo bởi ñiện cực hidro chuẩn và ñiện cực chuẩn của kim loại cần ño. – Dùng hình 5.9 trình bày nội dung thí nghiệm xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn của cặp Ag+/Ag. Hoạt ñộng dạy và học tương tự trên. 2. Thế ñiện cực chuẩn của kim loại Cách xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn của kim loại - Thiết lập pin ñiện hoá gồm: ñiện cực chuẩn của kim loại ở bên phải, ñiện cực chuẩn của hiñro ở bên trái vôn kế →hiệu số ñiện thế lớn nhất giữa hai ñiện cực chuẩn. Nếu ñiện cực kim loại là cực âm → E0<0, nếu ñiện cực kim loại là cực dương → E0>0. * HS trả lời: - Hiñro là ñiện cực (+): 2H+ + 2e → H2 - Kẽm là ñiện cực ( –) : Zn → Zn2+ +2e Zn + 2H Zn + H2 2++ 2e * Vôn kế chỉ số 0,76 V. Cho biết hiệu số ñiện thế lớn nhất giữa 2 ñiện cực chuẩn của cặp Zn2+/Zn và H+/H2. Ký hiệu: E0(Zn2+/Zn)= –0,76 V. * Xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn cặp Ag+/Ag Các phản ứng xảy ra: – Ag là cực dương (catot): Ag+ + e → Ag – Hidro là cực âm (anot) : H2 → 2H+ + 2e Phản ứng xảy ra trong pin:2Ag+ + H2 → 2Ag + 2H+ - 49 - IV. Dãy thế ñiện cực chuẩn của kim loại: Nguyên tắc sắp xếp các cặp oxihóa–khử của kim loại trong dãy như thế nào? IV. Dãy thế ñiện cực chuẩn của kim loại: Dãy thế ñiện cực chuẩn của kim loại là dãy sắp xếp các kim loại theo thứ tự tăng dần thế ñiện cực chuẩn . V. Ý nghĩa của dãy thế ñiện cực chuẩn của kim loại: Hoạt ñộng 4: 1. So sánh tính oxihóa–khử: Quy luật của dãy? 2. Xác ñịnh chiều của phản ứng oxihóa –khử: HS phân tích các chi tiết trong thí nghiệm xác ñịnh chiều của phản ứng giữa 2 cặp oxihóa–khử Cu2+/Cu và Ag+/Ag Kết luận: Quy tắc α V. Ý nghĩa của dãy thế ñiện cực chuẩn của kim loại: 1. So sánh tính oxihóa–khử MM nE /0 + càng lớn thì tính oxihóa của cation Mn+ càng mạnh và tính khử của kim loại M càng yếu. Ngược lại thế ñiện cực chuẩn của kim loại càng nhỏ thì tính oxihóa của cation càng yếu và tính khử của kim loại càng mạnh. 2. Xác ñịnh chiều của phản ứng oxihóa – khử Học sinh phân tích phản ứng giữa 2 cặp oxihóa–khử : Cu2+/Cu (E0 = +0,34V) và Ag+/Ag ( E0 = +0,80V) thấy: – Ion Cu2+ có tính oxi hóa yếu hơn ion Ag+. – Kim loại Cu có tính khử mạnh hơn Ag. – Cặp oxihóa–khử Cu2+/Cu có thế ñiện cực chuẩn nhỏ hơn của cặp oxihóa –khử Ag+/Ag. Kết luận: Cation kim loại trong cặp oxihóa– K+/K –2,93 Na+/Na –2,71 Mg2+/Mg –2,37 Al3+/Al –1,66 Zn2+/Zn –0,76 Fe2+/Fe –0,44 Ni2+/Ni –0,26 Sn2+/Sn –0,14 Pb2+/Pb –0,13 2H+/H2 0,00 Cu2+/Cu +0,34 Ag+/Ag +0,80 Au3+/Au +1,50 - 50 - Học sinh tìm hiểu thêm phản ứng giữa 2 cặp oxihóa–khử : Mg2+/Mg và 2H+/H2 Kết luận tương tự trên. 3. Xác ñịnh suất ñiện ñộng chuẩn của pin ñiện hóa: Hướng dẫn HS tính suất ñiện ñộng chuẩn của pin ñiện hóa. Thí dụ: Suất ñiện ñộng chuẩn của pin ñiện hóa Zn–Cu: E0pin = 0 // 0 2 2 ZnZnCuCu EE ++ − = 0,34V – (–0,76V) = 1,10V 4. Xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn của cặp oxihóa–khử: Biết: 0 ( ) 0,59pin Ni CuE V− = Và VE CuCu 34,0 0 /2 +=+ Cực dương là cực Cu. Thì : =+0 /2 NiNiE +0,34V–0,59V = –0,25V khử có thế ñiện cực chuẩn lớn hơn có thể oxihóa ñược kim loại trong cặp có thế ñiện cực chuẩn nhỏ hơn. 2Ag+ + Cu → Cu2+ + 2Ag Mg + 2H+ → Mg2+ + H2 3. Xác ñịnh suất ñiện ñộng chuẩn của pin ñiện hóa Suất ñiện ñộng chuẩn của pin ñiện hóa (E0pin) bằng thế ñiện cực chuẩn của cực dương trừ ñi thế ñiện cực chuẩn của cực âm. Sức ñiện ñộng của pin ñiện hóa luôn là số dương. 4. Xác ñịnh thế ñiện cực chuẩn của cặp oxihóa–khử Ta có thể xác ñịnh ñược thế ñiện cực chuẩn của cặp oxi hóa–khử khi biết suất ñiện ñộng chuẩn của pin ñiện hóa (E0pin) và thế ñiện cực chuẩn của cặp oxi hóa–khử còn lại . Thí dụ: với pin (Ni-Cu) ta có: 00 /0 / 22 pinCuCuNiNi EEE −= ++ GIÁO ÁN 12 NÂNG CAO - 51 - BÀI: SỰ ðIỆN PHÂN. I. MỤC TIÊU BÀI HỌC: 1. Kiến thức: –Biết sự ñiện phân là gì? –Biết những ứng dụng của sự ñiện phân trong công nghiệp. –Hiểu sự chuyển dịch của các ion trong quá trình ñiện phân: NaCl nóng chảy, dung dịch CuSO4 với ñiện cực trơ và ñiện cực tan. – Hiểu những phản ứng hóa học xảy ra trên các ñiện cực trong quá trình ñiện phân và viết ñược phương trình ñiện phân. 2. Kĩ năng: – Thực hiện ñược một số thí nghiệm ñiện phân ñơn giản: ñpdd CuSO4 với anot trơ và anot tan. – Biết xác ñịnh tên các ñiện cực trong bình ñiện phân. – Viết ñược phương trình hóa học của phản ứng xảy ra trên các ñiện cực và viết ñược phương trình ñiện phân. – Giải ñược các bài toán liên quan ñến sự ñiện phân. II. CHUẨN BỊ: * Thí nghiệm trực quan: Hóa chất: dung dịch CuSO4 0,5M Dụng cụ: Ống hình chữ U, nút các ñiện cực, nguồn ñiện một chiếu cùng với biến trở, dây nối các ñiện cực. * Một số tranh vẽ về sự ñiện phân. III. HOẠT ðỘNG GIẢNG DẠY: 1. Ổn ñịnh lớp: - 52 - 2. Dạy bài mới: HOẠT ðỘNG CỦA GV HOẠT ðỘNG CỦA HS I. KHÁI NIỆM : Hoạt ñộng 1. Cho HS xem sơ ñồ hình 5.10 yêu cầu HS mô tả bình ñiện phân, hoạt ñộng của bình ñiện phân? Pt phân li: NaCl → Na+ + Cl– Cực dương: 2Cl– (l) → Cl2 (k) + 2e Cực âm: 2Na+ (l) + 2e → 2Na Phương trình ñiện phân: 2NaCl 2Na + Cl2 Chú ý phân biệt cực của pin ñiện hoá và cực của bình ñiện phân. GV bổ sung các thông tin. Từ ñó yêu cầu HS rút ra kết luận về sự ñiện phân. I. KHÁI NIỆM * Thiết bị ñiện phân gồm có: - Bình ñiện phân - 2 ñiện cực. Cực âm và cực dương; anôt ñược nối với cực (+) của nguồn ñiện một chiều; catot ñược nối với cực (-) của nguồn ñiện một chiều. * Hoạt ñộng của bình ñiện phân: Khi có dòng ñiện một chiều chạy qua trên ñiện cực dương (anot) xảy ra sự oxi hoá, trên ñiện cực âm (catot) xảy ra sự khử. Nêu khái niệm. Sự ñiện phân là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các ñiện cực khi có dòng ñiện một chiều ñi qua chất ñiện li nóng chảy hoặc dung dịch chất ñiện li. II. SỰ ðIỆN PHÂN CÁC CHẤT ðIỆN LI Hoạt ñộng 2. Sử dụng phương pháp ñàm thoại. GV yêu cấu HS. - Cho biết các ion di chuyển trong dd như thế nào ? - Phương trình ñiện phân và sơ ñồ ñiện phân ñược biểu diễn như thế II. SỰ ðIỆN PHÂN CÁC CHẤT ðIỆN LI 1. Sự ñiện phân NaCl nóng chảy. Khi có dòng ñiện một chiều chạy qua. Cực dương (anot) diễn ra sự oxi hóa. Cực âm (catot) diễn ra sự khử. Quá trình oxi hoá-khử ñược biểu diễn ñpnc - 53 - nào ? - ñp MgCl2 nóng chảy tương tự NaCl nóng chảy Hoạt ñộng 5 2. Sự ñiện phân dd CuSO4: a) ðiện phân dd CuSO4 với các ñiện cực trơ ( graphit) Thảo luận phiếu học tập số 4 Câu hỏi 1: Cấu tạo của bình ñiện phân. Câu hỏi 2: Hoạt ñộng của bình ñiện phân và hiện tượng xảy ra trong quá trình ñiện phân. Câu hỏi 3: Giải thích * Khi có dòng ñiện một chiều chạy qua các ion trong dd dịch chuyển như thế nào ? * Các quá trình oxi hoá-khử diễn ra ở các ñiện cực như thế nào ? (xét thế ñiện cực chuẩn). Na+ + 1e → Na 2Cl- -2e → Cl2 Phương trình ñiện phân 22 2 dpncNaCl Na Cl→ + 2. Sự ñiện phân dd CuSO4: a) ðiện phân dd CuSO4 với các ñiện cực trơ ( graphit) * Bình ñiện phân là ống chữ U, 2 ñiện cực bằng graphit, một ñiện cực âm và một ñiện cực dương, dd chất ñiện phân là CuSO4. * Khi cho dòng ñiện một chiều ñi qua (có hiệu ñiện thế ≥ 1,3 V) có hiện tượng: - Ở catot: kim loại Cu bám vào ñiện cực.( cực âm) - Ở anot: Bọt khí O2 thoát ra. ( cực dương ) * Khi tạo nên một ñiện thế giữa hai ñiện cực, các ion SO42- di chuyển về anot. Các ion Cu2+ di chuyển về catot. * Ở Catot có thể xảy ra sự khử ion Cu2+ hoặc H2O. Xét thế ñiện cực chuẩn: E0 (Cu2+/Cu) = 0,34 V; E0(H2O/H2)= - 0,83 V. Như vậy ion Cu2+ có tính oxi hoá mạnh hơn các phân tử H2O. Vì vậy ở ñây xảy ra sự khử các ion Cu2+ thành Cu bám trên catot: Cu2+ + 2e → Cu * ở anot: Có thể xảy ra sự oxi hoá các ion SO42- hoặc H2O. - 54 - * Viết sơ ñồ ñiện phân. * Viết phương trình ñiện phân. b/ ðiện phân dd CuSO4 với anot ñồng (anot tan) : Thí nghiệm ñược mô tả như hình 5.12. Hướng dẫn học sinh giải thích hiện tượng. Xét thế ñiện cực chuẩn E0 (H2O/ O2) = -0,83 V; E0 (SO42-/H2O) = 1,70 V. Như vậy H2O có tính khử mạnh hơn các ion SO42- nên H2O dễ bị oxi hóa sinh ra khí O2 ở anot: 2H2O → O2 + 4 H+ + 4e * Cực (-) ← CuSO4 → Cực (+) (H2O) Cu2+, H2O H2O, SO42- Cu2+ + 2e → Cu 2H2O → O2 + 4 H+ + 4e Phương trình ñiện phân dd 4 2 2 2 42 uSO 2 2 2 dpC H O Cu O H SO+ → + + b/ ðiện phân dd CuSO4 với anot ñồng (anot tan) Học sinh quan sát thí nghiệm và nhận xét: Anot tan hết, catot khử kim loại Cu bám vào Ở anot (+) Nguyên tử Cu bị oxi hóa thành ion Cu2+ ñi vào dung dịch: Cu (r) → Cu2+ (dd) + 2e. Anot dần dần bị hòa tan. Ở catot ( –) ion Cu2+ bi khử thành Cu bám trên bề mặt catot: Cu2+ (dd) + 2e → Cu(r) Phương trình ñiện phân: Cu(r) + Cu2+ (dd) Cu2+ (dd) + Cu (r) Anot Catot - 55 - III. ỨNG DỤNG CỦA SỰ ðIỆN PHÂN Hoạt ñộng 6 GV cho HS nghiên cứu SGK trình bày ứng dụng của sự ñiện phân. Hoạt ñộng 7 Tổng kết bài học, ra bài tập về nhà. III. ỨNG DỤNG CỦA SỰ ðIỆN PHÂN 1. ðiều chế kim loại. 2. ðiều chế một số phi kim (H2 ; O2...) 3. ðiều chế một số loại hợp chất (KMnO4, NaOH, H2O, nước giaven...) 4. Tinh chế một số kim loại: Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au... 5. Mạ ñiện... - 56 - GIÁO ÁN 12 CƠ BẢN BÀI: ðIỀU CHẾ KIM LOẠI I. Mục tiêu của bài học. 1. Kiến thức. − Biết nguyên tắc chung về ñiều chế kim loại. − Hiểu các phương pháp ñược vận dụng ñể ñiều chế kim loại. Mỗi phương pháp thích hợp với sự ñiều chế những kim loại nào. Dẫn ra ñược những phản ứng hoá học và ñiều kiện của phản ứng ñiều chế những kim loại cụ thể. 2. Kĩ năng Biết giải các bài toán ñiều chế kim loại, trong ñó có bài toán ñiều chế kim loại bằng phương pháp ñiện phân không hoặc có sử dụng ñịnh luật Farañay. II. Chuẩn bị − Bảng Dãy ñiện hoá chuẩn của kim loại, Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. − HS xem lại Bài 16 ở nhà. III. Hoạt ñộng dạy học Hoạt ñộng của giáo viên Hoạt ñộng của học sinh Hoạt ñộng 1 GV thông báo, trong tự nhiên chỉ có một số ít kim loại tồn tại ở trạng thái tự do, như Au, Pt, Hg ... Hầu hết các kim loại khác ñều dưới dạng các hợp chất hoá học (oxit, muối)., kim loại tồn tại ở dạng ion dương. GV ñặt câu hỏi, nguyên tắc ñiều chế kim I. NGUYÊN TẮC ðIỀU CHẾ KIM LOẠI. Thực hiện sự khử : Mn+ + ne → M - 57 - loại là gì ? Bằng cách nào có thể chuyển những ion kim loại thành kim loại tự do ?
Hoạt ñộng 2. Cơ sở khoa học của phương pháp nhiệt luyện ñiều chế kim loại là gì ? - Dẫn ra một số kim loại ñược ñiều chế bằng phương pháp nhiệt luyện, viết phương trình phản ứng hoá học, ñiều kiện của những phản ứng này là gì ? - Những kim loại nào thường ñược ñiều chế bằng phương pháp nhiệt luyện ?
Hoạt ñộng 3. GV hướng dẫn HS nghiên cứu SGK : - Cơ sở của việc ñiều chế kim loại bằng phương pháp thuỷ luyện là gì ? - Dẫn thí dụ và viết phương trình phản ứng hoá học. II. PHƯƠNG PHÁP ðIỀU CHẾ KIM LOẠI 1. phương pháp nhiệt luyện - Cơ sở: Khử những ion kim loại trong oxit ở nhiệt ñộ cao bằng các chất khử như: C, CO, H2 hoặc Al, KL kiềm, KL kiềm thổ - Ví dụ: 0 0 2 3 2 2 2 3 2 3t t Fe O CO Fe CO PbO H Pb H O + → + + → + - Dùng trong CN, ñể ñiều chế những kim loại hoạt ñộng trung bình. 2.Phương pháp thuỷ luyện - HS nêu: Dùng hoá chất thích hợp như H2SO4, NaOH, NaCN… tách hợp chất của kim loại ra khỏi quặng. Sau ñó dùng chất khử ñể khử ion kim loại thành kim loại tự do - Thí dụ: Dùng Fe ñể khử ion Cu2+ trong dd muối ñồng Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu ↓ 2 2Fe Cu Fe Cu+ ++ → + - 58 - - Phương pháp thuỷ luyện ñược dùng ñể ñiều chế những kim loại nào ?
Hoạt ñộng 4. - Cơ sở của phương pháp ñiện phân ñiều chế kim loại là gì ? - Những kim loại nào có thể ñược ñiều chế bằng phương pháp ñiện phân ? − Có mấy loại ñiện phân.? - Phương pháp nàydùng ñể ñiều chế kim loại yếu. 3. Phương pháp ñiện phân. HS trả lời: Phương pháp ñiện phân dùng năng lượng của dòng ñiện ñể gây ra sự biến ñổi hoá học, ñó là phản ứng oxi hoá - khử. - Phương pháp ñiện phân có thể ñiều chế ñược những kim loại hoạt ñộng mạnh như: K, Na, Ca, Mg, Al.. a/ ðiện phân nóng chảy Ví dụ: ðiện phân Al2O3 nóng chảy Ở Catot (cực âm): 3 3Al e Al+ + → Ở Anot (cực dương): 2 22 4O O e− → + Phương trình ñiện phân: 2 3 22 4 3 dpncAl O Al O→ + b/ ðiện phân dung dịch có thể ñược dung ñể ñiều chế kim loại hoạt ñộng trung bình hoặc yếu bằng cách ñiện phân muối của chúng. Ví dụ: ðiện phân dung dịch CuCl2 ñể ñiều chế Cu. Ở Catot: 2 2Cu e Cu+ + → Ở Anot: 22 2Cl Cl e− → + - 59 - - Dẫn thí dụ ñiều chế kim loại hoạt ñộng trung bình bằng phương pháp ñiện phân,thí dụ ñiều chế Zn (nguyên liệu, trạng thái,sơ ñồ và phương trình ñiện phân). - Giáo viên trình bài ñịnh luật Faraday Hoạt ñộng 5. Củng cố bài học. * GV củng cố bài học bằng cách cho HS làm một số bài tập sau : − Bài tập 1 trong SGK. − Bài tập ñược dẫn làm thí dụ trong ñề Phương trình ñiện phân: dd 2 2 dpCuCl Cu Cl→ + - Thí dụ: Sơ ñồ ñiện phân dung dịch ZnSO4 Cực (-) Zn2+, H2O ZnSO4 (dd) Cực (+) SO42-, H2O Zn2++2e→Zn 2H2O→4H++O2+ 4e Phương trình ñiện phân: 2 ZnSO4 + H2O → 2 Zn + 2 H2SO4 + O2↑ III. ðỊNH LUẬT FARADAY - Công thức: Error! Objects cannot be created from editing field codes. - 60 - PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ ðỀ XUẤT I. KẾT LUẬN Việc giảng dạy nội dung kiến thức ñiện hóa học cho học sinh ở trường phổ thông là hết sức quan trọng và cần thiết. Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện, khóa luận này ñã hoàn thành những vấn ñề sau: - Nghiên cứu cơ sở lí luận các vấn ñề ñiện hóa học trong chương trình hóa học phổ thông. - Nghiên cứu hệ thống hóa những kiến thức về ñiện hóa học ở trường trung học phổ thông. - Nghiên cứu cấu trúc chương trình các bài dạy ở chương trình trung học phổ thông. - Phân tích sự hình thành khái niệm ñiện hóa học từ bậc trung học cơ sở ñến trung học phổ thông ñể thấy ñây là phần kiến thức quan trọng cần phải nắm vững. - Tiến hành ñiều tra mức ñộ nắm kiến thức ñiện hóa học của học sinh ở khối lớp 12, gồm 2 ban: ban nâng cao và ban cơ bản với 4 lớp: 2 lớp 12 ban nâng cao và 2 lớp 12 ban cơ bản ở trường THPT Lai Vung II. Sau khi xử lí kết quả và thống kê số liệu, tôi có nhận xét sau: + Học sinh nắm ñược phần nào kiến thức cơ bản về ñiện hóa học tuy nhiên chưa nắm vững một cách chắc chắn về những vấn ñề bản chất của ñiện hóa học. + Phần lớn học sinh còn tỏ ra lúng túng khi áp dụng lí thuyết ñiện hóa học vào phần bài tập. Sau khi tìm hiểu cơ sở lí luận và ñiều tra tình hình nắm kiến thức của học sinh về phần kiến thức ñiện hóa học, tôi ñã mạnh dạng ñưa ra một số nhận xét và giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy phần kiến thức này. ðồng thời tôi cũng thiết kế một số giáo án có liên quan ñến kiến thức về ñiện hóa hóa học ở trường THPT của khối lớp 12. - 61 - II. ðỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ ðể giúp cho việc giảng dạy môn hóa học, ñặc biệt là việc hình thành và phát triển kiến thức cơ bản mà cụ thể ở ñây là kiến thức ñiện hóa học ñạt hiệu quả cao tôi xin có một số kiến nghị sau: - ðối với nội dung chương trình hóa học phổ thông hiện nay, khối lượng kiến thức ñưa vào chương trình là khá nhiều nhưng thời gian lên lớp lại quá ít nên giáo viên không có ñủ thời gian luyện tập, mở rộng kiến thức cho học sinh. Vì thế, cần phải tăng thêm thời gian lên lớp (số tiết). - Giáo viên cần nên cho học sinh nghiên cứu, xem xét các vấn ñề của kiến thức trên nhiều khía cạnh khác nhau, kết hợp với những lí thuyết trước ñó ñả ñược học. - ðối với lãnh ñạo nhà trường ñại học, em xin có một số ñề nghị sau: + Tăng cường tiết tập giảng ñể sinh viên có thể giảng dạy tất cả các bài trong chương trình THPT. Trong các tiết ñó, giáo viên nên góp ý phương pháp giảng dạy của từng bài, từng phần cho sinh viên. + Tổ chức các buổi nghe báo cáo kinh nghiệm của các giáo viên trường trung học phổ thông về phương pháp giảng dạy các nội dung khó, trừu tượng chẳng hạn như: Pin ñiện hóa, thế ñiện hóa, suất ñiện ñộng, ñiện phân ñiện cực tan…..nhằm giúp cho sinh viên có thêm kinh nghiệm khi vào nghề. - ðối với giáo viên ñang giảng dạy ở trường trung học phổ thông hay các sinh viên còn ñang ngồi trong ghế nhà trường ñều cần phải luôn luôn trao dồi kiến thức chuyên môn của mình một cách vững chắc nhất, từ ñó kết hợp với các phương pháp dạy học thích hợp ñể truyền ñạt kiến thức cho học sinh một cách tốt nhất. - Trong thời gian gần ñây, ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học hóa học ñang ñược sử dụng một cách rộng rãi. Vì thế bản than mỗi giáo viên, sinh viên ñều phải luôn tìm tòi, học hỏi, mở mang tri thức của mình, tiếp cận với công nghệ hiện ñại của khoa học kỉ thuật ñể phục vụ cho việc giảng dạy của mình ñược tốt nhất.