Title Bài 15. Thế điện cực chuẩn và nguồn điện hóa học - GV.docx ✅

KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN 1 Nguyên tử kim loại có thể nhường electron để trở thành cation kim loại. Ngược lại, cation kim loại có thể nhận electron để trở thành nguyên tử kim loại. Ví dụ: Al 3+ + 3e ⇌ Al; Zn 2+ + 2e ⇌ Zn; Cu 2+ + 2e ⇌ Cu. Các nguyên tử kim loại (Al, Zn, Cu,...) đóng vai trò chất khử, các ion kim loại (Al 3+ , Zn 2+ , Cu 2+ ,...) đóng vai trò chất oxi hoá. 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: Al 3+ /Al; Zn 2+ /Zn; Cu 2+ /Cu. Tổng quát, dạng oxi hoá (M n+ ) và dạng khử (M) của cùng một kim loại tạo nên cặp oxi hoá - khử M n+ /M, giữa chúng có mối quan hệ: M n+ + ne ⇌ M Dạng oxi hoá Dạng khử 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: Fe 3+ /Fe 2+ ; [Ag(NH 3 ) 2 ] + /Ag; AgCl/Ag;... Các nguyên tố phi kim cũng có các cặp oxi hoá - khử tương ứng, ví dụ: 2H + /H 2 ; Cl 2 /Cl - ;... Ví dụ 1. 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 Cu 2+ . Chỉ ra dạng oxi hoá và dạng khử trong mỗi quá trình. 3. Biểu diễn dạng oxi hoá và dạng khử của mỗi nguyên tố trên như sau: dạng oxi hoá/dạng khử. Đáp án: 1. Phương trình ion thu gọn: Zn + Cu 2+  → Zn 2+  + Cu 2. Zn ⇌ Zn 2+ + 2e Cu 2+ + 2e ⇌ Cu. dạng khử  dạng oxi hoá dạng oxi hoá dạng khử  3. Dạng oxi hoá và dạng khử của kẽm và đồng: Zn 2+ /Zn; Cu 2+ /Cu. Ví dụ 2. Viết bán phản ứng hoặc cặp oxi hoá - khử còn thiếu trong bảng dưới đây vào vở:
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN 2 Bán phản ứng Cặp oxi hoá - khử Bán phản ứng Cặp oxi hoá - khử Na + + 1e ⇌ Na ? ? 2H + /H 2 ? Al 3+ /Al Ag + + 1 e ⇌ Ag ? Fe 2+ + 2e ⇌ Fe ? ? Au 3+ /Au Đáp án: Bán phản ứng Cặp oxi hoá - khử Bán phản ứng Cặp oxi hoá - khử Na + + 1e ⇌ Na Na + /Na 2H + + 2e ⇌H 2 2H + /H 2 Al 3+ + 3e ⇌Al Al 3+ /Al Ag + + 1 e ⇌ Ag Ag + /Ag Fe 2+ + 2e ⇌ Fe Fe 2+ /Fe Au 3+ + 3e ⇌ Au Au 3+ /Au Ví dụ 3. Cho đinh sắt (iron) tác dụng với dung dịch hydrochloric acid, thu được muối iron(ll) chloride và khí hydrogen. a. Phương trình hoá học của phản ứng ở dạng ion thu gọn là Fe(s) + 2Cl – (aq)  FeCl 2 (aq). b. Trong phản ứng trên chất khử là Fe, chất oxi hóa là H 2 . c. Cặp oxi hóa - khử của kim loại trong phản ứng trên là Fe 2+ /Fe. d. Cặp oxi hóa - khử của phi kim trong phản ứng trên là H 2 /H + . Trong mỗi ý a), b), c), d) trả lời đúng hoặc sai Đáp án: Phương trình hoá học của phản ứng ở dạng ion thu gọn: Fe + 2H +  → Fe 2+  + H 2 . Các cặp oxi hoá – khử trong phản ứng trên: Fe 2+ /Fe, 2H + /H 2 . Chất khử là Fe, chất oxi hóa là HCl. a. S. b. S. c. Đ. d. S. Ví dụ 4. Cho hai phản ứng sau: Zn(s) + Cu 2+ (aq)  Zn 2+ (aq) + Cu(s) Cu(s) + 2Ag + (aq)  Cu 2+ (aq) + 2Ag(s) Số cặp oxi hoá – khử trong hai phản ứng trên là A. 2. B. 4. C. 3. D. 5. Đáp án: Zn 2+ /Zn, Cu 2+ /Cu, Ag + /Ag. Ví dụ 5. Kí hiệu nào sau đây không đúng với cặp oxi hoá – khử? A. 2Cl – /Cl 2 . B. MnO 2 /Mn 2+ . C. Fe 3+ /Fe 2+ . D. Na + /Na. Đáp án: Cặp oxi hóa – khử: Cl 2 /2Cl – . 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 Zn 2+ /Zn, thiết lập được điện cực kẽm bằng cách cho thanh Zn tiếp xúc trực tiếp với dung dịch muối chứa ion Zn 2+ (Hình 15.3 a). Tương tự, đối với cặp Cu 2+ /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:
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN 3 Zn 2+ + 2e ⇌ Zn; Cu 2+ + 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. 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 2 ) và dung dịch chất điện li tồn tại cân bằng: 2H + + 2e ⇌ H 2 . 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 E° oxi hoá/khử và thường có đơn vị là volt (vôn). 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 0: 2H + + 2e ⇌ H 2 2o 2H/HE 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: Zn 2+ + 2e ⇌ Zn 2o Zn/ZnE0,762 V Cu 2+ + 2e ⇌ Cu 2o Cu/CuE0,340 V
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN 4 Giá trị thế điện cực chuẩn là đại lượng đánh giá khả năng khử của dạng khử, khả năng oxi hoá của dạng oxi hoá trong điều kiện chuẩn: - Giá trị thế điện cực chuẩn càng nhỏ thì dạng khử có tính khử càng mạnh, dạng oxi hoá có tính oxi hoá càng yếu. - Giá trị thế điện cực chuẩn càng lớn thì dạng khử có tính khử càng yếu, dạng oxi hoá có tính oxi hoá càng mạnh.