Ebook Phương Pháp Mới Giải Toán Hóa Chuyên Đề Điện Phân Phần 1

Ebook phương pháp mới giải toán hóa chuyên đề điện phân phần 1 cung cấp kiến thức và kỹ năng cần thiết cho học sinh trong môn hóa học.

• Tác giả: Nguyễn Hoành Thi
• Người hướng dẫn: Nhà Giáo Ưu Tú Nguyễn Đình Chi
• Trường học: Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Phương Pháp Giải Toán Hóa Điện Phân - Tập 1
• Loại tài liệu: sách
• Năm xuất bản: 1999
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. Phần một: HƯỚNG DẪN CHUNG
• 2. Phần hai: BÀI TẬP ĐỂ NẮM VỮNG LÝ THUYẾT
• 3. Phần ba: ĐÁP ÁN BÀI TẬP ĐỂ NẮM VỮNG LÝ THUYẾT
• 4. Phần bốn: PHẦN BÀI TẬP NÂNG CAO
• 5. Phần năm: LỜI GIẢI PHẦN BÀI TẬP NÂNG CAO
• 6. Phần sáu: MỘT SỐ ĐỀ THI VỀ ĐIỆN PHÂN VÀO CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG NĂM 1999 – 2000 VÀ 2000 – 2001
• 7. Phần bảy: LỜI GIẢI CÁC ĐỀ THI VỀ ĐIỆN PHÂN

Tóm tắt

I. Tổng quan về Phương Pháp Giải Toán Hóa Điện Phân

Phương pháp giải toán hóa điện phân là một lĩnh vực quan trọng trong hóa học, giúp học sinh hiểu rõ hơn về các quy trình ôxy hóa - khử. Điện phân không chỉ là một phương pháp lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực. Cuốn sách "Phương Pháp Giải Toán Hóa Điện Phân - Tập 1" của tác giả Nguyễn Hoành Thị cung cấp những kiến thức cơ bản và nâng cao về điện phân, từ đó giúp học sinh nắm vững lý thuyết và thực hành.

1.1. Khái niệm và Ý nghĩa của Điện Phân

Điện phân là quá trình sử dụng điện năng để thực hiện các phản ứng hóa học. Quá trình này diễn ra trên bề mặt các điện cực, nơi xảy ra sự chuyển giao electron giữa các chất. Hiểu rõ về điện phân giúp học sinh nắm bắt được các quy luật hóa học cơ bản.

1.2. Lịch sử và Phát triển của Phương Pháp Điện Phân

Phương pháp điện phân đã được nghiên cứu và phát triển từ thế kỷ 19. Những nghiên cứu ban đầu đã mở ra nhiều ứng dụng trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học. Sự phát triển của công nghệ điện phân đã giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong các thí nghiệm hóa học.

II. Các Vấn Đề và Thách Thức trong Giải Toán Hóa Điện Phân

Giải toán hóa điện phân thường gặp nhiều thách thức, từ việc xác định các phản ứng xảy ra đến việc tính toán các thông số điện hóa. Những vấn đề này đòi hỏi học sinh phải có kiến thức vững vàng và khả năng phân tích tốt. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện phân là rất quan trọng.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng đến Điện Phân

Nồng độ dung dịch, loại điện cực và cường độ dòng điện là những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình điện phân. Những yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo kết quả chính xác.

2.2. Các Lỗi Thường Gặp trong Giải Toán Điện Phân

Học sinh thường mắc phải những lỗi như tính toán sai nồng độ, không xác định đúng thứ tự phản ứng ôxy hóa - khử. Những lỗi này có thể dẫn đến kết quả không chính xác và gây khó khăn trong việc hiểu bài học.

III. Phương Pháp Giải Toán Hóa Điện Phân Hiệu Quả

Để giải quyết các bài toán hóa điện phân, cần áp dụng các phương pháp cụ thể và hiệu quả. Việc nắm vững các công thức và quy tắc sẽ giúp học sinh giải quyết bài toán một cách nhanh chóng và chính xác.

3.1. Quy Tắc và Công Thức Cơ Bản trong Điện Phân

Các quy tắc như định luật Faraday và các công thức tính toán điện lượng là rất quan trọng. Những quy tắc này giúp học sinh hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa điện lượng và khối lượng sản phẩm sinh ra.

3.2. Các Bài Tập Thực Hành và Giải Thích Chi Tiết

Việc thực hành giải các bài tập cụ thể sẽ giúp học sinh củng cố kiến thức. Các bài tập này cần được giải thích chi tiết để học sinh có thể hiểu rõ cách áp dụng lý thuyết vào thực tiễn.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Phương Pháp Điện Phân

Phương pháp điện phân không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp và nghiên cứu. Từ việc sản xuất kim loại đến xử lý nước thải, điện phân đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực.

4.1. Ứng Dụng trong Công Nghiệp Sản Xuất Kim Loại

Điện phân được sử dụng để sản xuất các kim loại như nhôm, đồng và kẽm. Quá trình này giúp tách kim loại ra khỏi quặng một cách hiệu quả và tiết kiệm.

4.2. Ứng Dụng trong Xử Lý Nước Thải

Điện phân cũng được áp dụng trong xử lý nước thải, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước. Phương pháp này ngày càng trở nên phổ biến trong các nhà máy xử lý nước.

V. Kết Luận và Tương Lai của Phương Pháp Giải Toán Hóa Điện Phân

Phương pháp giải toán hóa điện phân là một lĩnh vực quan trọng trong giáo dục hóa học. Việc nắm vững kiến thức và kỹ năng trong lĩnh vực này sẽ giúp học sinh có nền tảng vững chắc cho tương lai. Các nghiên cứu và ứng dụng mới trong điện phân hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cơ hội phát triển.

5.1. Tầm Quan Trọng của Kiến Thức Điện Phân trong Giáo Dục

Kiến thức về điện phân không chỉ giúp học sinh trong việc học tập mà còn trong các lĩnh vực nghiên cứu và công nghiệp. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc giảng dạy và học tập về điện phân.

5.2. Xu Hướng Nghiên Cứu và Phát Triển trong Tương Lai

Các nghiên cứu mới về điện phân đang được tiến hành, với mục tiêu cải thiện hiệu suất và ứng dụng trong các lĩnh vực mới. Tương lai của điện phân hứa hẹn sẽ mang lại nhiều điều thú vị và hữu ích.

Nội dung chính

PHÂN LOẠI TÀI LIỆU HỌC THUẬT

{
  "document_type": "textbook",
  "confidence": 0.98,
  "reasoning": "Tài liệu là sách chuyên đề học tập và giảng dạy môn Hóa học do Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội ấn hành, có cấu trúc sư phạm hoàn chỉnh gồm lý thuyết cơ sở, hệ thống bài tập phân loại theo cấp độ, đáp án chi tiết và đề thi tuyển sinh đại học - cao đẳng."
}

---

BÁO CÁO NỘI DUNG GIÁO TRÌNH: PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN HÓA ĐIỆN PHÂN – TẬP 1

Tổng quan về giáo trình

Cuốn sách Phương Pháp Mới Giải Toán Hóa Chuyên Đề Điện Phân – Luyện thi đại học (Tập 1) do Nhà giáo Nguyễn Hoành Thi biên soạn, được Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội phát hành (ấn bản tái bản lần thứ ba có sửa chữa và bổ sung). Tác phẩm có lời giới thiệu của Nhà giáo ưu tú Nguyễn Đình Chi (tác giả tài liệu Tóm tắt hóa học phổ thông, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1997).

Về mặt học thuật, chuyên đề điện phân nằm ở giao điểm giữa Hóa học đại cương, Hóa học vô cơ và Hóa học phân tích ứng dụng. Cuốn sách được biên soạn nhằm chuẩn hóa các khái niệm lý thuyết và phương pháp tính toán định lượng liên quan đến các phản ứng oxi hóa – khử diễn ra trên bề mặt điện cực dưới tác dụng của dòng điện một chiều.

Cấu trúc giáo trình gồm 7 phần liên kết chặt chẽ:

• Phần một: Hướng dẫn chung (trang 7)
• Phần hai: Bài tập để nắm vững lý thuyết (trang 27)
• Phần ba: Đáp án bài tập để nắm vững lý thuyết (trang 37)
• Phần bốn: Phần bài tập nâng cao (trang 74)
• Phần năm: Lời giải phần bài tập nâng cao (trang 106)
• Phần sáu: Một số đề thi về điện phân vào các Trường đại học và cao đẳng năm 1999 – 2000 và 2000 – 2001 (trang 201)
• Phần bảy: Lời giải các đề thi về điện phân (trang 210)

Điểm đặc trưng của tài liệu là cách tiếp cận bản chất vật lý – hóa học của các quá trình điện cực trước khi xây dựng thuật toán giải toán định lượng. Tác giả kết hợp kinh nghiệm nghiên cứu trong lĩnh vực Hóa học phân tích với yêu cầu phân loại học sinh trong các kỳ thi tuyển sinh đại học và cao đẳng.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung cuốn sách được tổ chức theo 7 phần chính với tiến trình logic từ nguyên lý cơ bản đến giải quyết các hệ thống phản ứng phức tạp:

1. Phần một: Hướng dẫn chung

Trình bày định nghĩa, bản chất và phân loại các trường hợp điện phân:

• Bản chất điện phân: Quá trình khử xảy ra trên catot (cực âm) và quá trình oxi hóa xảy ra trên anot (cực dương) khi nhúng hai cực vào môi trường điện phân. Khác với phản ứng oxi hóa – khử thông thường, các chất không trao đổi electron trực tiếp mà truyền qua dây dẫn nhờ năng lượng từ nguồn điện một chiều.
• Điện phân chất nóng chảy: Áp dụng điều chế kim loại kiềm, kiềm thổ và nhôm.
  • Oxit nóng chảy: Điện phân nóng chảy $\text{Al}_2\text{O}_3$ với phụ gia criolit ($\text{Na}_3\text{AlF}_6$) và điện cực than chì (graphit), đi kèm hiện tượng khí anot ($\text{CO}, \text{CO}_2, \text{O}_2$) ăn mòn điện cực.
  • Hiđroxit nóng chảy: Điều chế kim loại kiềm qua sơ đồ: $2\text{MOH} \xrightarrow{\text{đpnc}} 2\text{M} + \frac{1}{2}\text{O}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}\uparrow$.
  • Muối clorua nóng chảy: Điều chế kim loại kiềm và kiềm thổ ($\text{NaCl}, \text{MgCl}_2, \text{BaCl}_2$).
• Điện phân dung dịch: Phân tích vai trò của dung môi $\text{H}_2\text{O}$ (môi trường truyền ion, tham gia phản ứng điện cực) và chất xúc tác điện phân ($\text{H}_2\text{SO}_4, \text{NaOH}, \text{Na}_2\text{SO}_4$).
• Thế điện hóa tiêu chuẩn ($E^0$) và quy tắc thực nghiệm:
  • Thứ tự khử ở catot: Các cation từ $\text{Al}^{3+}$ trở về trước không bị khử trong dung dịch; các cation sau $\text{Al}$ được khử theo thứ tự giảm dần của tính khử ion (ưu tiên thế điện thế cao khử trước: $\text{Fe}^{3+} \to \text{Fe}^{2+} \to \text{Cu}^{2+} \to \text{H}^+$).
  • Thứ tự oxi hóa ở anot: Phân biệt anot hoạt động ($\text{Zn}, \text{Fe}, \text{Ni}, \text{Cu}, \text{Ag}$ bị hòa tan) và anot trơ ($\text{Pt}$, graphit). Thứ tự phóng điện của anion trên anot trơ: $\text{S}^{2-} > \text{I}^- > \text{Br}^- > \text{Cl}^- > \text{OH}^- > \text{NO}_3^-, \text{SO}_4^{2-}, \text{ClO}_4^-, \text{CO}_3^{2-}$.
• Định luật điện phân Faraday và đương lượng điện hóa:
  • Công thức định luật: $m = \frac{A \cdot I \cdot t}{n \cdot F} = \frac{A \cdot Q}{n \cdot 96500}$
  • Đương lượng điện hóa: $D = \frac{A}{n}$; 1 đương lượng gam điện hóa tương ứng với $1F$ ($96500,\text{C}$) điện lượng.
• Hiệu suất: Phân biệt rõ giữa Hiệu suất điện phân ($h_{\text{đp}}$) và Hiệu suất phản ứng điện phân ($h_{\text{pưđp}}$).

2. Phần hai và Phần ba: Hệ thống bài tập lý thuyết và Đáp án (38 bài)

Xây dựng cơ sở phân tích qua các dạng bài toán:

• So sánh điện phân với pin điện hóa và bình ắc quy (biến đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại).
• Sự biến thiên pH của dung dịch trong suốt quá trình điện phân hệ hỗn hợp ($\text{HCl} + \text{CuCl}_2 + \text{NaCl}$).
• Cơ chế màng ngăn xốp (amiăng) ngăn ngừa phản ứng thứ cấp giữa $\text{Cl}_2$ và dung dịch kiềm ($\text{NaOH}, \text{Ba(OH)}_2$).
• Quy luật tạo dung dịch sau điện phân có tính axit mạnh hoặc kiềm mạnh.

3. Phần bốn và Phần năm: Bài tập nâng cao và Lời giải chi tiết

Tập trung vào các hệ thống tính toán phức tạp:

• Điện phân hỗn hợp nhiều muối với tỷ lệ mol thay đổi ($\text{Cu(NO}_3)_2, \text{NiCl}_2, \text{KBr}$).
• Hệ thống bình điện phân mắc nối tiếp và mắc song song.
• Bài toán mạ điện kim loại (tính toán bề dày lớp mạ dựa trên khối lượng riêng, diện tích bề mặt và cường độ dòng điện).
• Bài toán xác định kim loại và halogen dựa trên cấu tạo nguyên tử (tổng hạt electron, proton, nơtron) kết hợp số liệu điện phân.

4. Phần sáu và Phần bảy: Đề thi tuyển sinh Đại học - Cao đẳng và Hướng dẫn giải

Tuyển chọn các câu hỏi điện phân trong đề thi chính thức giai đoạn 1999–2001, minh họa cách áp dụng các quy tắc vào các đề thi tuyển sinh thực tế.

---

Kiến thức nền tảng được xây dựng

1. Lý thuyết quá trình điện cực: Mô hình chuyển giao electron tại bề mặt phân chia pha rắn – lỏng dưới tác dụng của điện áp ngoài, gắn liền với lớp vỏ hiđrat của ion và năng lượng hoạt hóa.
2. Định luật Faraday: Cơ sở định lượng xác định mối liên hệ giữa điện lượng $Q$, thời gian $t$, cường độ dòng điện $I$ và lượng chất chuyển hóa tại mỗi điện cực.
3. Hệ thống thế điện thế khử ($E^0$): Tiêu chuẩn nhiệt động học xác định thứ tự ưu tiên của các bán phản ứng tại catot và anot.

---

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật: Viết chính xác các bán phản ứng oxi hóa – khử riêng biệt tại từng điện cực và tổng hợp phương trình điện phân tổng quát theo từng giai đoạn phản ứng.
• Kỹ năng phân tích: Xác định thời điểm chuyển pha phản ứng (khi nào cation/anion thứ nhất điện phân xong, khi nào $\text{H}_2\text{O}$ bắt đầu điện phân ở một cực hoặc cả hai cực).
• Kỹ năng giải toán định lượng: Sử dụng thành thạo định luật bảo toàn mol electron, phương pháp đương lượng gam ($D = A/n$), tính toán nồng độ ion, giá trị pH và khối lượng dung dịch giảm sau điện phân ($\Delta m_{\text{giảm}} = m_{\text{kết tủa}} + m_{\text{khí}}$).

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình sử dụng phương pháp sư phạm diễn dịch kết hợp quy nạp:

1. Tiếp cận từ bản chất nguyên lý: Phân tích cấu trúc lớp vỏ hiđrat của ion và cơ chế nhận/nhả electron để giải thích tính bất thường trong thứ tự phóng điện (ví dụ: nguyên nhân ion $\text{H}^+$ tồn tại dưới dạng $\text{H}_3\text{O}^+$ khó bị khử hơn một số ion kim loại như $\text{Ni}^{2+}, \text{Fe}^{2+}$).
2. Phân loại bài tập đa tầng:
   • Tầng cơ sở: Các câu hỏi tự luận lý thuyết (Bài 1 – Bài 11) yêu cầu phân biệt các khái niệm: điện phân nóng chảy vs điện phân dung dịch; anot trơ vs anot hoạt động; pin điện vs bình điện phân.
   • Tầng ứng dụng: Các bài toán định lượng đơn hệ (Bài 12 – Bài 20) yêu cầu tính thời gian điện phân, số Faraday, khối lượng kim loại bám trên catot và thể tích khí thoát ra ở anot.
   • Tầng tổng hợp: Các bài toán đa hệ (Bài 21 – Bài 38) liên quan đến mạch nối tiếp, mạch song song, tính biến thiên pH và các phản ứng hóa học kế tiếp trong dung dịch sau điện phân.
3. Phương pháp tự học: Người học được hướng dẫn lập bảng theo dõi số mol electron trao đổi ($n_e = \frac{It}{F}$) qua từng khoảng thời gian điện phân, xác định sản phẩm tại mỗi điện cực dựa trên nguyên tắc cân bằng đương lượng gam: $\sum \text{dlg (catot)} = \sum \text{dlg (anot)}$.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Phân định rạch ròi hai khái niệm hiệu suất: Tác giả đưa ra định nghĩa toán học và ý nghĩa hóa học phân biệt giữa Hiệu suất điện phân và Hiệu suất phản ứng điện phân: $$\text{Hiệu suất điện phân } (h_{\text{đp}}) = \frac{\text{Số đương lượng gam thực tế thoát ra trên điện cực}}{\text{Số đương lượng gam thoát ra tính theo lý thuyết}} \times 100%$$ $$\text{Hiệu suất phản ứng điện phân } (h_{\text{pưđp}}) = \frac{\text{Lượng dạng điện phân đã tham gia phản ứng}}{\text{Lượng dạng điện phân có trước điện phân}} \times 100%$$
• Phân tích sự biến thiên pH: Giáo trình mô tả chi tiết diễn biến nồng độ $\text{H}^+$ và $\text{OH}^-$ trong các hệ phức tạp (như dung dịch chứa $\text{HCl}, \text{CuCl}_2, \text{NaCl}$), kèm đồ thị minh họa các bước nhảy pH tại từng điểm kết thúc của mỗi bán phản ứng.
• Ứng dụng kỹ thuật thực tiễn: Tích hợp các ví dụ công nghệ sản xuất hóa chất và luyện kim:
  • Sản xuất $\text{Al}$ từ quặng bôxít với hỗn hợp $\text{Al}_2\text{O}_3 + \text{Na}_3\text{AlF}_6$, giải thích cơ chế sinh khí $\text{CO}, \text{CO}_2$ làm mòn điện cực than chì.
  • Công nghệ tinh luyện đồng và mạ niken sử dụng anot tan (anot hoạt động).
  • Sản xuất xút – clo bằng phương pháp điện phân dung dịch $\text{NaCl}$ có màng ngăn xốp amiăng.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Học sinh và thí sinh: Học sinh lớp 12 chuyên Hóa, học sinh chuẩn bị tham gia các kỳ thi học sinh giỏi các cấp và thí sinh ôn thi vào các trường đại học, cao đẳng.
• Sinh viên đại học/cao đẳng: Sinh viên các ngành Sư phạm Hóa học, Kỹ thuật Hóa học, Hóa học Phân tích, Công nghệ Luyện kim và Khoa học Vật liệu cần một tài liệu tham khảo có hệ thống về phương pháp tính toán điện hóa học.
• Giáo viên và Giảng viên: Sử dụng làm tài liệu tra cứu, thiết kế bài giảng chuyên đề điện phân và xây dựng ngân hàng đề thi phân loại năng lực tư duy.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần nắm vững kiến thức Hóa học vô cơ đại cương: phản ứng oxi hóa – khử, thuyết điện ly của chất tan trong nước, nồng độ dung dịch và các định luật bảo toàn (bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron, bảo toàn điện tích).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được thiết kế cho học sinh THPT ôn thi đại học - cao đẳng, học sinh giỏi quốc gia môn Hóa học, cũng như sinh viên đại học năm thứ nhất và giảng viên ngành Hóa học tham khảo phương pháp giải toán điện phân chuyên sâu.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần có nền tảng về phản ứng oxi hóa – khử, dãy điện hóa của kim loại, phương pháp tính toán hóa học cơ bản, nồng độ dung dịch và khái niệm độ pH của chất điện ly.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Tài liệu phân định chính xác giữa hai loại hiệu suất ($h_{\text{đp}}$ và $h_{\text{pưđp}}$), đồng thời cung cấp phương pháp luận giải quyết các bài toán điện phân hỗn hợp nhiều chất bằng đồ thị pH và phương pháp đương lượng gam Faraday thay vì giải mò từng phương trình.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học nên đọc kỹ Phần một để nắm vững bản chất bán phản ứng tại mỗi điện cực, tự giải các bài tập trong Phần hai, sau đó so sánh với lời giải chi tiết trong Phần ba trước khi chuyển sang các bài toán nâng cao ở Phần bốn.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Cuốn sách là Tập 1 trong bộ chuyên đề của tác giả, bao gồm đầy đủ hệ thống đáp án chi tiết, đề thi tuyển sinh thực tế kèm lời giải từ trang 37 đến 210+.

---

Kết luận

Cuốn sách Phương Pháp Giải Toán Hóa Điện Phân – Tập 1 của Nhà giáo Nguyễn Hoành Thi là tài liệu học thuật chuyên khảo về mảng kiến thức điện hóa học vô cơ. Bằng việc chuẩn hóa lý thuyết điện cực, định luật Faraday và xây dựng hệ thống bài tập phân cấp rõ ràng, tác phẩm cung cấp một lộ trình học tập có tính hệ thống cao cho việc nghiên cứu và xử lý các bài toán điện phân.

Trích đoạn nội dung tài liệu

o NGUYEN HOANH TH - Cc rc oc Cc ~- £. “ TOẦN Nón £ © eats UTS | y « ey 7 se aati een UAT BAN DAI HOG auée cin va "4 NGUYÊN HOÀNH THỊ PHƯƠNG PHÁP MỚI Giai TOAN HOA CHUYEN DE DIEN PHAN Luyén thi dai hoc (Tai ban lần thứ ba có sửa chữa và bố sung) CC /ZƑT1 NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NOI DUNG Phần một Hướng dẫn chung. 7 Phan hai Bài tập để nắm vững lý thuyét. 27 Phan ba Đáp án bài tap để nắm vững lý ChuyẾt.- c2 ccSccssc2 37 Phần bốn Phần bài tập nâng cao.

74 Phán năm Lời giải phần bài tập nâng cao. 106 Phan sau Một số đề thi về điện phân vào các Trường đại học và cao đẳng năm 1999 — 2000 va 2000 — 2001. 201 Phan bay Lời giải các đề thi về dién phan. 210 Loi gibi thiệu K ién thuc dién phan la mét mang quan trong trong chương trình hoá học phổ thông.

Ở đó các em học sinh có điều biện tìm hiểu những quy luật uề các quá trình ôxi hoá - khử xảy ra trong những điều biện đặc biệt : sự trao đối electron tiến hành trên bề mặt phân chia giữa uật thể rắn uà uật thể lỏng dưới những điện áp xác định; sự biến đổi điện năng thành hoá năng theo những tỷ lệ định lượng xác định nghiêm ngặt; khả năng ôxi hoá- khử của các chất anh hưởng quyết định đến thứ tự uà tiến trình phản ứng. Nếu tìm hiểu sâu hơn, các em học sinh có thể phát hiện nhiều điều “ bất thường”, gợi mở những tư duy sâu sắc uề tính phức tạp của quá trình hoá học trên bề mặt điện cực gắn liền uới lớp uỏ hiđrat của ion, sự tao mam của bọt bhí uà tỉnh thể,. Về phương diện xử lý toán học các bài toán điện phân cũng có nhiều bhía cạnh lý thú. Cuốn sách ” Chuyên đề điện phân " của nhà giáo Nguyễn Hoành Thi là một tài liệu quý giúp cho học sinh phổ thông trung hoc tim hiểu sâu hơn lĩnh uực điện phân.

Đặc biệt quý là phần bài tập nâng cao. Đó là công sức sưu tập uà sáng tạo cua tác giả đóng góp cho bho tùng tài liệu giáo khoa hoá học phổ thông của Việt Nam. Trong giới giáo uiên hoá học uà học sinh phổ thông trung học ở Hà Nội uà nhiều tỉnh trên miền Bắc, tên tuổi của nhà giáo Nguyễn Hoành Thi khong phai la xa lạ. Hơn nữa nhò giáo Nguyễn Hoành Thì đã nhiều năm làm công tác giảng dạy uà nghiên cứu trong lĩnh uực hoá học phân tích có liên quan nhiều đến phương pháp điện phân, đã từng có những công trình nghiên cứu được công bố trên các tạp chí khoa học của Mỹ uà các nước phương Tây, được giới khoa học trong nước chú ý.

Vì thế cuốn sách còn thể hiện những hình nghiém va tu duy khoa học độc đáo của tác giả. Vốn là bạn đồng nghiệp có quan hệ tâm giao lâu năm uới tác giả, tôi rất hiểu uà quý trọng khỏủ năng lao động sáng tạo uà tư duy độc đáo của tác giả, một nhà giáo tâm huyết uới nghề. Tôi trân trọng giới thiệu cuốn sách "Chuyên đề điện phân" uới các bạn đọc trẻ tuổi đang nỗ lực chuẩn bị bước uào cổng trường đại học. Chúc các bạn đạt được ước mở cao dep của mình.

Hà Nội, tháng 11 năm 1999 Nguyễn Đình Chi Nhà giáo ưu tú Phan một HƯỚNG DAN CHUNG A. BAN CHAT DIEN PHAN Điện phân là dùng điện năng để thực hiện đồng thời quá trình khử trên trên bề mặt catốt (cực âm) và quá trình ôxy hoá trên bề mặt anốt (cực dương), khi nhúng hai cực vào môi trường điện phân. Ví dụ 1: Điện phân muối BaCl; nóng chảy BaCl, —%4 » Ba®* + 2 Cl Catốt (-): xảy ra quá trình khử Ba” thành Ba Ba” + 2e ——> Ba Anếốt (+): xảy ra quá trình ôxy hoá Cl thanh Cl, #ÖFY -5e ——>» OLT Phương trình điện phân chung cho cả hai cực BaCl, —ĐPX€› Bạ + Cl, t Vi du 2: Dién phan dung dich CuSO, với điện cực trơ H,O == H*+ OH” CuSO, ——> Cu” + SO,” Catốt (-): Cu”, H' Gu” + 2e ———+ Cu Hét Cu” thi: 2H'+ 2e ——> H,† Anét (+): OH’, SO,”. Chỉ OH“ được điện phân 20H -3e —› H,O +2 O,7 Phương trình điện phân chung cho cả 2 cực: CuSO, + H,O —22-5 Cu + O,† + H,SO, Vậy bản chất của điện phân là thực hiện quá trình ôxy hoá khử trên hai cực, nhưng khác với phản ứng ôxyhoá khử thông thường ở chỗ : - Phản ứng không tự xảy ra, mà nhờ điện năng (năng lượng cung cấp thường bởi nguồn điện một chiều).

- Các chất trong môi trường điện phân không trực tiếp trao đổi điện tử cho nhau mà phải truyền điện tử qua dây dẫn. CAC TRUONG HOP DIEN PHAN 1. Điện phân chất nóng chảy Phương pháp điện phân chất nóng chảy chỉ áp dụng điều chế các kim loại hoạt động rất mạnh, đó là các kim loại kiểm (Na, K.), các kim loại phân nhóm chính nhóm 2 (Mg, Ca, Ba,. a) Dién phan 6xit néng chay: chi 4p dung điều ché Al.

Al,O; là chất khó nóng chảy, nên để giảm nhiệt độ nóng chảy và làm tăng độ dẫn điện, người ta phải thêm vào Al;O; một lượng thích hợpNa;AIF, (er1ôl). - Điện cực dùng điện phân Al,O; làm bằng graphit (than chì) nên bị khí anốt ăn mòn, do đó phải liên tục bổ sung ALO, —22es#» Al*+ AlO,* Catot (-): 2Al* + 6e ——> 2Al Anét (4): 2A1O;” - 66 ——> Al,O; + 3O* 20* 4, 0,7 C(dién cuc ) + O* ——> COT CŒ+90* ——› CO,† Phương trình điện phân chung cho cả 2 cực là : Al,O; + 3C —“®°`› 2AI + 3COT† (1) 2A1,0, + 8C —®*“; 4AI + 3CO,† (3) Al,O, —ĐPNG, 2A] + + 0,7 (3) Anét graphít mòn dần là do (1) và (2). Khí anốt sinh ra thường là hỗn hợp các khí CO, CO,, Os. Chú ý : Khi không xét tới sự ăn mòn anốt, không xét tới thành phần khí anốt sinh ra, để đơn giản, người ta chỉ viết phương trình điện phân Al;O; nóng chảy theo (3).

b) Điện phân hidrôxít nóng chảy Phương pháp này chỉ áp dụng điều chế kim loại kiểm, vì hiđrôxít kim loại kiểm rất dễ nóng chảy, không bị nhiệt phân, có độ dẫn điện cao. Ví dụ : NaOH(nóng chảy) ——> Na" + OH™ Catốt (-): 2Na*+2e ——>» 2Na Anét (+): 20H--2e —> 5 ont +H,O† Phương trình điện phân tổng quát 10 3NaOH —PPSS, 2Na + 50:1 +H,O* c) Điện phân muối CÌ' nóng chủy Phương pháp này dùng điều chế kim loại kiểm (Na, K,.), cac kim loại phân nhóm chính nhóm 2 (Mg, Ca, Ba,.) Ví dụ 1 : Điện phân muối NaCl nóng chảy NaCl (néng chay ) ——> Na*+ CI Catốt (-): 2Na'+2e ——> 2Na Anét (+): 2CI-2e ——> CI,† Phương trình điện phân tổng quát 2NaCl —”®©`› 2Na + CI,† Ví dụ 2 : Điện phân muối MgCl, nong chảy MgCl, (néng chay ) ——> Mg* + 2Cl” Catét (-): Mg” + 2e ——>» Mg Anết (+): 2CI-2e ——> CI,† Phương trình điện phân tổng quát MgCl, —2PXS_, Mg + Cl,t 2. Dién phan dung dich Trong điện phân dung dịch, nước có vai tro đặc biệt, trước hết nó là môi trường để các cation va anion di chuyển về 2 cực; không ít trường hợp H,O tham gia 11 trực tiếp vào quá trình điện phân. hoặc bị khử trên catốt thành H;, (2H' + 2e = H,† ), hoặc bị ôxihoá trên anốt thànhO, (2OH--9e= s04 +H,O).

H;O nguyên chất không bị điện phân vì điện trở quá lớn, dòng điện đi qua xem như bằng không. Muốn điện phân H,O thì phải hoà tan thêm các chất điện ly mạnh như H,SO,, NaOH, Na,SO,. để làm tăng độ dẫn điện ( xúc tác điện phân ) H,O 20, HT + O,† như vậy, ngoài các cation va anion cua chat bị điện phân, có thể H*, OH' của nước và chính kim loại làm cực cũng tham gia vào các quá trình ôxyhoá khử trên 2 điện cực. Thứ tự các cation bị khử trên catốt và anion bị ôxyhoá trên anốt phụ thuộc cường độ ôxyhoá khử của chúng, được đặc trưng bởi đại lượng gọi là " ¿hế điện + 2 A - Z tA ` E a >.

hoá của một cặp", ký hiệu là “4° ‘AO do bang don vi (kh) von. Ag, va Agu 1a dạng ôxyhoá (nhận e') và dạng khử (cho e') cua A theo: A (ôx) te E==` 'Đạii E°. = 0,771 vôn, nu, = 0,337 vôn. Fe Cu 12 he Kk Trong 2 cap nay wf o> 4 xã nên trên bề mặt catốt.

Fe”' được ưu tiên khử trước thành Fe”, sau đó mới đến Cu”' thành Cu. Ax) An có giá trị càng cao thì dạng ôxyhoá có (kh) tính ôxyhoá càng mạnh và dạng khử có tính khử càng yếu, tức là dạng ôxyhoá càng được ưu tiên khử trước. Ngược lại, TH. có giá trị càng thấp thì dạng khử (kh) có tính khử càng mạnh, tức là càng được ưu tiên ôxyhoá trước.

By i ig ~ Giá trị của ^® A phụ thuộc nhiều yếu (kh) tố như: nồng độ của A¿„ và Aa„, trong dung dich, nồng độ H", nhiệt độ, dung môi, tính chất bề mặt của điện cực ,. Nếu trong một dung dịch, nông độ của dạng ôxyhoá và của dạng khử bằng nhau và bằng IM thì thế điện hoá đo được có tên là “Thế điện hoá tiêu chuẩn” và ký hiệu là TH 0. Bary _ Nhu vay, trong thuc té dién phan, do néng dé thay đổi, tính chất bể mặt điện cực thay đối,. mà thứ tự bị khử hay bị ôxyhoá trên 2 cực có thể thay đôi so với dự toán E”.

13 Có thể áp dụng quy tắc kinh nghiệm sau: a) Su khu catét : - Các kim loại từ AI trở về phía đầu trong dãy thế điện hoá thì các cation của chúng thực tế không bị khử khi điện phân dung dịch. - Các kim loại sau Al, càng đứng cuối trong dãy thế điện hoá thì càng được ưu tiên khử trước thành kim loại. - Riêng hiđrô, tuy đứng sau Ni, Fe,. nhưng H" khó bị khử hơn Ni”, P*$*, Fe?*,.

Để giải thích tính chất đặc biệt đó, nhiều người cho rằng, H" tôn tại trong dung dịch dưới dạng HạO”, mà quá trình khử HạO' trong dung dịch xảy ra qua nhiều giai đoạn phức tạp, đòi hỏi phải cung cấp một năng lượng lớn hơn nhiều so với mức bình thường.“ b) Sự ôxy hoá ở nốt : - Dễ bị ôxy hoá nhất chính là các kim loại (2n, Fe, N¡,Cu,. Khi điện phân dung dịch, kim loại làm anốt (trừ Pt) bị ôxy hoá tan vào dung dịch theo sơ đồ. M(anét) - ne > M™ ( dung dich ) do đó anốt bị mòn dần. Anốt trực tiếp tham gia vào quá trình điện phân, bị mòn dần, gọi là œnốf hoạt động.