Giáo án Bài 17. Ôn tập chương 5

Huy động kiến thức nền về cathode, anode, chiều electron và vai trò của nguồn điện một chiều; xác định nhiệm vụ ôn tập của tiết học.

HS đọc 6 phát biểu do GV trình chiếu và giơ thẻ Đ hoặc S:

• a) Cathode của pin Galvani là cực dương, nơi xảy ra khử.
• b) Cathode của bình điện phân được nối với cực âm của nguồn một chiều.
• c) Anode luôn xảy ra quá trình oxi hoá, dù là pin hay điện phân.
• d) Trong pin, electron đi qua cầu muối từ anode sang cathode.
• e) Điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ luôn thu được kim loại Na ở cathode.
• f) Thế điện cực chuẩn của cặp Ag⁺/Ag được quy chiếu với điện cực hydrogen chuẩn có E° = 0 V.

Đáp án: a) S (cathode của pin là cực dương, nơi khử); b) Đ; c) Đ; d) S (electron đi qua dây dẫn ngoài, cầu muối chỉ chuyển ion); e) S (ở cathode nước bị khử tạo H₂, không tạo Na); f) Đ.
HS nhận thấy: anode luôn oxi hoá, cathode luôn khử; dấu cực khác nhau giữa pin và điện phân.

Hệ thống hoá kiến thức về cặp oxi hoá–khử, thế điện cực chuẩn, chiều phản ứng và suất điện động của pin Galvani.

Nhóm 4 HS vẽ sơ đồ tư duy trên giấy A3 với các nhánh: (1) Cặp oxi hoá–khử Mⁿ⁺/M; (2) Thế điện cực chuẩn E° và điện cực hydrogen chuẩn; (3) Điều kiện chuẩn; (4) Dự đoán chiều phản ứng dựa vào E°; (5) Pin Zn–Ag.
Nhiệm vụ mẫu cần trả lời trong sơ đồ:

• Cặp Ag⁺/Ag: dạng oxi hoá là gì, dạng khử là gì?
• Vì sao E° của Ag⁺/Ag là +0,80 V còn E° của Zn²⁺/Zn là −0,76 V?
• Tính E°pin của pin Zn–Ag và viết phương trình phản ứng.
• Vì sao không nhân E° của Ag với 2 khi viết phương trình Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag?
  GV nhắc: “Trong sơ đồ phải ghi rõ điều kiện chuẩn: hoạt độ quy ước 1, áp suất khí 1 bar, nhiệt độ thường 25 °C; trong bài phổ thông coi nồng độ 1 M gần điều kiện chuẩn.”

Sơ đồ tư duy của nhóm gồm các nội dung chính:

• Cặp oxi hoá–khử Mⁿ⁺/M: dạng oxi hoá Mⁿ⁺ nhận ne tạo dạng khử M.
• E° quy chiếu với điện cực hydrogen chuẩn có E° = 0 V; điều kiện chuẩn: 25 °C, áp suất 1 bar, nồng độ coi như 1 M.
• E° càng lớn thì dạng oxi hoá càng dễ bị khử; dạng khử của cặp có E° nhỏ thường là chất khử mạnh hơn.
• Pin Zn–Ag: $\mathrm{Zn + 2Ag^{+} \rightarrow Zn^{2+} + 2Ag}$; $E^\circ_{\text{pin}} = 0{,}80 - (-0{,}76) = 1{,}56$ V.
• Thế điện cực không nhân với hệ số khi cân bằng phương trình.
• Cathode (Ag, nhận electron, khử Ag⁺) là cực dương; anode (Zn, cho electron, bị oxi hoá) là cực âm; electron đi từ Zn qua dây dẫn sang Ag; cầu muối trung hoà điện tích hai ngăn.

Hệ thống hoá quá trình điện phân chất điện li nóng chảy và dung dịch nước; so sánh với pin Galvani; vận dụng định luật Faraday để tính lượng chất thoát ra ở điện cực.

HS làm việc theo cặp đôi với Phiếu học tập số 1, sau đó kiểm tra chéo với nhóm bên cạnh.
Nhiệm vụ chính:

• Điền bảng so sánh pin Galvani và bình điện phân về nguồn năng lượng, dấu cực, quá trình ở cathode và anode.
• Dự đoán sản phẩm khi điện phân NaCl nóng chảy và dung dịch NaCl với điện cực trơ (có màng ngăn), lưu ý không điều chế Na từ dung dịch NaCl.
• Tính $n_e$, $n(\mathrm{Cu})$, $n(\mathrm{O_2})$ và khối lượng Cu khi điện phân dung dịch CuSO₄ dư, điện cực trơ, I = 2 A, t = 1930 s, hiệu suất 100%, với F = 96500 C/mol.
  GV nhắc: “Nếu anode là Cu thì Cu tan và sản phẩm ở anode không còn là O₂; khi ion hết sản phẩm cũng thay đổi.”

Kết quả trong Phiếu học tập số 1:

• Pin: cathode là cực dương, nơi khử; anode là cực âm, nơi oxi hoá; electron đi qua dây dẫn ngoài.
• Điện phân: cathode nối cực âm nguồn, nơi khử; anode nối cực dương, nơi oxi hoá; nguồn một chiều cung cấp năng lượng.
• NaCl nóng chảy: cathode tạo Na, anode tạo Cl₂.
• Dung dịch NaCl, điện cực trơ: cathode tạo H₂, anode tạo Cl₂ khi điều kiện thích hợp; có thể tạo NaOH khi dùng màng ngăn; không điều chế Na từ sơ đồ này.
• Điện phân CuSO₄ dư: $n_e = \dfrac{2 \times 1930}{96500} = 0{,}040$ mol; $n(\mathrm{Cu}) = 0{,}020$ mol; $m(\mathrm{Cu}) = 0{,}020 \times 64 = 1{,}28$ g; $n(\mathrm{O_2}) = \dfrac{0{,}040}{4} = 0{,}010$ mol.

Củng cố nhận biết cathode, anode, sản phẩm điện phân và tính toán định lượng; phát hiện lỗi sai và tự sửa.

HS làm bài tập trên Phiếu học tập số 2 (in riêng), sau đó dùng bài tập tương tác trên trang NeoEdu để kiểm tra đáp án. Đề gồm 10 câu sau:

1. Cathode của pin Galvani là gì? A. Nơi oxi hoá, cực âm; B. Cầu muối; C. Nguồn ngoài bắt buộc; D. Nơi khử, cực dương.
2. Cathode điện phân là gì? A. Nơi luôn có Cl₂; B. Cầu muối; C. Nơi khử, cực âm; D. Nơi oxi hoá, cực dương.
3. Điện phân dung dịch NaCl, điện cực trơ, điều kiện thích hợp, ở cathode thường thu được: A. O₂; B. H₂; C. Na; D. Cl₂.
4. Cho E°(Ag⁺/Ag) = 0,80 V, E°(Zn²⁺/Zn) = −0,76 V. Tính E° của pin Zn–Ag (V).
5. Cho I = 1 A, t = 965 s, F = 96500 C/mol. Tính số mol electron.
6. Có 0,020 mol electron khử Ag⁺, Ag = 108, hiệu suất 100%. Tính m(Ag) (g).
7. Có 0,080 mol electron khử Cu²⁺, Cu = 64, hiệu suất 100%. Tính m(Cu) (g).
8. Đánh giá: a) Anode luôn oxi hoá; b) Nhân bán phản ứng với 2 thì E° nhân 2; c) Anode Cu có thể tan; d) Cầu muối dẫn ion.
9. Điện phân dung dịch CuSO₄ dư, điện cực trơ, có thể tạo: A. Cu ở cathode; B. O₂ ở anode; C. H⁺ tăng ở anode; D. Na ở cathode.
10. Ghép: (1) Anode Zn trong pin; (2) Cathode Ag trong pin; (3) Nguồn điện một chiều. Với: (a) cho electron; (b) nhận electron khử Ag⁺; (c) cung cấp năng lượng điện phân.

Đáp án:

1. D; 2. C; 3. B; 4. 1,56 V; 5. 0,010 mol; 6. 2,16 g; 7. 2,56 g.
2. a) Đ; b) S (thế điện cực không nhân với hệ số); c) Đ; d) Đ (cầu muối dẫn ion, không dẫn electron).
3. A, B, C (Cu²⁺ bị khử ở cathode; nước bị oxi hoá ở anode trơ tạo O₂ và H⁺; không có Na).
4. (1)–(a); (2)–(b); (3)–(c).
   HS tự ghi số câu đúng, số câu sai và lý do sai vào vở.

Vận dụng định luật Faraday và kiến thức điện phân vào tình huống mạ đồng thực tế; rèn kỹ năng lập luận và trình bày kết quả.

Tình huống: Một xưởng cơ khí nhỏ mạ đồng một chi tiết kim loại bằng điện phân dung dịch CuSO₄, trong đó chi tiết cần mạ đóng vai trò cathode. Dòng điện không đổi I = 2 A chạy trong t = 1930 s, hiệu suất dòng điện 100%.
Nhiệm vụ:

• a) Viết quá trình xảy ra ở cathode (chi tiết cần mạ) và giải thích vì sao cần nối chi tiết với cực âm của nguồn.
• b) Tính khối lượng Cu bám trên chi tiết.
• c) Nếu anode được làm bằng Cu thay vì điện cực trơ, nêu hiện tượng xảy ra ở anode và vì sao không dùng O₂ để tính toán.
  GV hướng dẫn HS trình bày bài giải ngắn gọn, ghi rõ công thức và đơn vị.

a) Ở cathode: $\mathrm{Cu^{2+} + 2e \rightarrow Cu}$ (khử); chi tiết nối cực âm nguồn một chiều để nhận electron.
b) $n_e = \dfrac{2 \times 1930}{96500} = 0{,}040$ mol; $n(\mathrm{Cu}) = 0{,}020$ mol; $m(\mathrm{Cu}) = 0{,}020 \times 64 = 1{,}28$ g.
c) Anode Cu bị oxi hoá: $\mathrm{Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e}$, Cu tan dần và bổ sung Cu²⁺ vào dung dịch; không tạo O₂ ở anode nên không dùng sản phẩm O₂ trong tính toán.