Title H12.C05. BÀI 15 - THẾ ĐIỆN CỰC VÀ NGUỒN ĐIỆN HOÁ HỌC - LIVE.pdf ✅

CHƯƠNG 5: PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN Biên soạn: Thầy Tony Long – Chuyên luyện thi môn Hoá (Zalo: 0905587079) Trang 1 Pin điện hoá là nguồn năng lượng được sử dụng phổ biến trong nhiều thiết bị như đèn pin, điện thoại, laptop, máy tính cầm tay, đồng hồ, xe đạp điện, xe máy điện, ô tô, máy bay không người lái, ... Pin điện hoá có cấu tạo như thế nào? Phản ứng oxi hoá – khử đóng vai trò gì trong hoạt động của pin điện hoá? Làm thế nào để lắp ráp được một số pin điện hoá lấp rập được một số pin điện hoa đơn giản? Nhúng một thanh kẽm vào cốc đựng dung dịch copper(II) sulfate (Hình 15.2a), sau một thời gian nhấc thanh kẽm ra thì thấy xuất hiện một lớp đồng màu đỏ bám vào thanh kẽm (Hình 15.2b). 1. Viết phương trình hoá học dạng ion rút gọn của phản ứng oxi hoá – khử xảy ra trong thí nghiệm. 2. Viết quá trình oxi hoá nguyên tử Zn và quá trình khử ion Cu2+. Chỉ ra dạng oxi hoá và dạng khử trong mỗi quá trình. Quá trình oxi hoá: Quá trình khử: 3. Biểu diễn dạng oxi hoá và dạng khử của mỗi nguyên tố trên như sau: dạng oxi hoá/dạng khử. Nguyên tử kim loại có thể ........... electron để trở thành ............ kim loại. Ngược lại, cation kim loại có thể ......... electron để trở thành nguyên tử kim loại. Ví dụ: 3 2 2 Al 3e Al; Zn 2e Zn; Cu 2e Cu. + + + + + + Các nguyên tử kim loại (Al, Zn, Cu,...) đóng vai trò .............., các ion kim loại (Al3+, Zn2+, Cu2+,...) đóng vai trò .................................. Dạng oxi hoá và dạng khử tương ứng của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hoá – khử của kim loại. Ví dụ: Al3+/Al; Zn2+/Zn; Cu2+/Cu. Tổng quát, dạng oxi hoá (Mnn+) và dạng khử (M) của cùng một kim loại tạo nên cặp oxi hoá – khử Mn+/M, giữa chúng có mối quan hệ: M ne M n daïng oxi hoaù daïng khöû + + I CẶP OXI HOÁ – KHỬ THẾ ĐIỆN CỰC BÀI VÀ NGUỒN ĐIỆN HOÁ HỌC 15
CHƯƠNG 5: PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN Biên soạn: Thầy Tony Long – Chuyên luyện thi môn Hoá (Zalo: 0905587079) Trang 2 EM CÓ BIẾT! Trong cặp oxi hoá – khử của kim loại, dạng oxi hoá và dạng khử có thể tồn tại ở dạng ion đơn nguyên tử, ion đa nguyên tử hoặc dạng phân tử, ví dụ: Fe3+ /Fe2+; [Ag(NH3)2] + /Ag; AgCl/Ag;... Các nguyên tố phi kim cũng có các cặp oxi hoá – khử tương ứng, ví dụ: 2H+ /H2; Cl2/2Cl– ;... 1. Viết bản phản ứng hoặc cặp oxi hoá – khử còn thiếu trong bảng dưới đây: Bán phản ứng Cặp oxi hoá – khử Bán phản ứng Cặp oxi hoá – khử Na 1e Na + + ? ? 2H+ /H2 ? Al3+/Al Ag 1e Ag + + ? 2 Fe 2e Fe + + ? ? Au3+/Au ? Fe3+/Fe2+ 2 2H 2e H + + ? 3 Cr 3e Cr + + ? ? Cl2/2Cl- Br (aq) 2e 2Br 2 − + ? ? Au3+/Au 2. Cho đinh sắt (iron) tác dụng với dung dịch hydrochloric acid, thu được muối iron(II) chloride và khí hydrogen. a) Viết phương trình hoá học của phản ứng ở dạng ion thu gọn. b) Xác định các cặp oxi hoá – khử trong phản ứng trên.
CHƯƠNG 5: PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN Biên soạn: Thầy Tony Long – Chuyên luyện thi môn Hoá (Zalo: 0905587079) Trang 3 1. Điện cực Ứng với mỗi cặp oxi hoá – khử có thể thiết lập một điện cực, tại đó tồn tại cân bằng giữa dạng oxi hoá và dạng khử. Ví dụ: Đối với cặp Zn2+/Zn, thiết lập được điện cực kẽm bằng cách cho thanh Zn tiếp xúc trực tiếp với dung dịch muối chứa ion Zn2+ (Hình 15.3 a). Tương tự, đối với cặp Cu2+/Cu cũng thiết lập được điện cực đồng như Hình 15.3 b. Tại ranh giới giữa kim loại và dung dịch chất điện li của mỗi điện cực tồn tại cân bằng: 2 2 Zn 2e Zn; Cu 2e Cu + + + + Điện cực kim loại có nồng độ ion kim loại bằng 1 M và nhiệt độ thường được chọn là 25 °C (298 K) được gọi là điện cực ở điều kiện chuẩn. EM CÓ BIẾT! Điện cực hydrogen chuẩn Điện cực hydrogen chuẩn gồm một lá Pt (hấp phụ bão hoà khí hydrogen với áp suất 1 bar), nhúng trong dung dịch acid có nồng độ ion H+ bằng 1 M. Tại ranh giới giữa lá Pt (có hấp phụ H,) và dung dịch chất điện li tồn tại cân bằng: 2 2H 2e H + + 2. Thế điện cực chuẩn Mỗi điện cực ở điều kiện chuẩn có một đại lượng đặc trưng về điện thế, gọi là thế điện cực chuẩn. Thế điện cực chuẩn gắn liền với cặp oxi hoá – khử tương ứng nên thường được kí hiệu là ................... và thường có đơn vị là ............................. Thực nghiệm không đo được giá trị tuyệt đối của thế điện cực chuẩn nhưng đo được sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực ở điều kiện chuẩn. Do vậy, bằng cách quy ước thế điện cực chuẩn của hydrogen bằng .......: 2 o 2 2H / H 2H 2e H E 0 V + + + = Từ đó, thế điện cực chuẩn của một điện cực khác được xác định bằng thực nghiệm trên cơ sở đo sự chênh lệch điện thế giữa điện cực đó với điện cực hydrogen chuẩn. Ví dụ: 2 2 2 o Zn / Zn 2 o Cu / Cu Zn 2e Zn E 0,762 V Cu 2e Cu E 0,340 V + + + + + = − + = + II THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN
CHƯƠNG 5: PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN Biên soạn: Thầy Tony Long – Chuyên luyện thi môn Hoá (Zalo: 0905587079) Trang 4 Bảng 15.1. Giá trị thế điện cực chuẩn của một số cặp oxi – hoá khử) Nguyên tố TÍNH OXI HOÁ C ỦA D ẠNG OXI HOÁ TĂNG D Ầ N Bán phản ứng TÍNH KH Ử C ỦA D ẠNG KH Ử GI Ả M D Ầ N Thế điện cực chuẩn Eo , V Li (Lithium) Li 1e Li + + –3,040 K (Potassium) K 1e K + + –2,924 Ba (Barium) 2 Ba 2e Ba + + –2,920 Ca (Calcium) 2 Ca 2e Ca + + –2,840 Na (Sodium) Na 1e Na + + –2,713 Mg (Magnesium) Mg 2e Mg 2+ + –2,356 Al (Aluminium) 3 Al 3e Al + + –1,676 Zn (Zinc) 2 Zn 2e Zn + + –0,762 Cr (Chromium) 3 Cr 3e Cr + + –0,740 Fe (Iron) 2 Fe 2e Fe + + –0,440 H2 (Hydrogen) 2 2 2H O 2e H 2OH− + + –0,414 Cd (Cadmium) 2 Cd 2e Cd + + –0,403 Ni (Nickel) Ni 2e Ni + + –0,257 Sn (Tin) 2 Sn 2e Sn + + –0,137 Pb (Lead) 2 Pb 2e Pb + + –0,126 H2 (Hydrogen) 2 2H 2e H + + 0,000 Cu (Copper) 2 Cu 2e Cu + + +0,340 Fe (Iron) 3 2 Fe 1e Fe + + + +0,771 Ag (Silver) Ag 1e Ag + + +0,799 Hg (Mercury) 2 Hg 2e Hg + + +0,853 Br (Bromine) Br (aq) 2e 2Br 2 − + +1,087 O (Oxygen) O 4H 4e 2H O 2 2 + + + +1,229 Cl (Chlorine) Cl (aq) 2e 2Cl 2 − + +1,358 Au (Gold) 3 Au 3e Au + + +1,520