CHUYÊN ĐỀ DẠY THÊM HÓA HỌC 12 - SÁCH MỚI - CẢ NĂM CHUẨN CẤU TRÚC MỚI CỦA BỘ FORM 2025 (BẢN HS+GV) (CHƯƠNG 5, 6, 7 PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN, ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI, NGUYÊN TỐ NHÓM IA VÀ NHÓM IIA) WORD VERSION | 2024 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL
[email protected] T À I L I Ệ U D Ạ Y T H Ê M H Ó A H Ọ C S Á C H M Ớ I Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594 Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group vectorstock.com/28062440 1 CHƯƠNG 5: PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN BÀI 12: THẾ ĐIỆN CỰC VÀ NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC I. CẶP OXI HÓA – KHỬ CỦA KIM LOẠI Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo thành cặp oxi hóa – khử, kí hiệu là Mn+/M. Cation kim loại Mn+ nhận electron thành kim loại M. Kim loại M nhường electron tạo thành cation kim loại Mn+. II. THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI VÀ PIN GALVANI Phản ứng oxi hóa – khử luôn kèm theo sự chuyển electron từ chất khử sang chất oxi hóa qua dây dẫn thì năng lượng hóa học sẽ chuyển thành năng lượng điện.
2 Pin Galvani Zn – Cu gồm điện cực kẽm và điện cực copper. Hai điện cực được nối với nhau bằng cầu muối. Khi pin hoạt động, ở điện cực âm (anode) xảy ra quá trình oxi hóa Zn và ở điện cực dương (cathode) xảy ra quá trình khử ion Cu2+. Điện cực âm, anode (-) xảy ra quá trình oxi hóa Zn. Zn Zn2+ + 2e Điện cực dương, cathode (+) xảy ra quá trình khử ion Cu2+. Cu2+ + 2e Cu Phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong pin: Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu Electron di chuyển từ thanh Zn qua dây dẫn đến thanh Cu nhờ cầu muối. Sức điện động của pin là hiệu điện thế điện cực dương (E+) và thế điện cực âm (E-). Epin = E(+) – E(-) 3 Thế điện cực chuẩn (E0 ) của kim loại có thể xác định bằng cách đo sức điện động của pin tạo bởi điện cực hydrogen chuẩn và điện cực chuẩn của kim loại cần đo. Quy ước điện cực hydrogen chuẩn 2 0 2 / 0,00 H H E V Giá trị điện cực chuẩn của một số cặp oxi hóa – khử + Giá trị thế điện cực chuẩn càng nhỏ thì tính khử càng mạnh và tính oxi hóa càng yếu. + Giá trị thế điện cực chuẩn càng lớn thì tính khử càng yếu và tính oxi hóa càng mạnh.
4 III. Ý NGHĨA CỦA DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN KIM LOẠI Khi biết giá trị thế điện cực chuẩn của các cặp oxi hóa – khử, có thể so sánh được khả năng khử giữa các dạng khử và khả năng oxi hóa giữa các dạng oxi hóa ở điều kiện chuẩn. Thế điện cực chuẩn của 0 / n M M E càng lớn thì tính oxi hóa của Mn+ càng mạnh, tính khử của M càng yếu. 3 2 0 0 / / 1,66 0,44 Al Al Fe Fe E V E V . Tính khử của Al mạnh hơn Fe, tính oxi hóa Al3+ yếu hơn Fe2+. Kim loại trong cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn âm có thể khử được ion hydrogen (H+ ) trong dung dịch acid ở điều kiện chuẩn. Ở điều kiện chuẩn, kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ khử được cation kim loại có thế điện cực chuẩn lớn. Quy tắc α: Chất oxi hóa mạnh + chất khử mạnh chất khử yếu + chất oxi hóa yếu. Sức điện động chuẩn của pin điện hóa là hiệu thế điện cực chuẩn của cực dương và thế điện cực chuẩn âm 0 0 0 pin E E E Pin Zn – Cu Tại anode (-) Zn Zn2+ + 2e 2 0 / 0,762 Zn Zn E V Tại cathode (+) Cu2+ + 2e Cu 2 0 / 0,340 Cu Cu E V Sức điện động của pin 0 0 0 0,340 ( 0,672) 1,102 pin E E E V 5 IV. MỘT SỐ LOẠI PIN KHÁC Mỗi loại pin hay acquy có những ưu điểm riêng, phù hợp với từng mục đích sử dụng. Các loại pin Ưu điểm Nhược điểm Pin nhiên liệu (pin hydrogen). Thời gian hoạt động pin không bị hạn chế. Điều chỉnh được cường độ dòng điện nhờ thay đổi tốc độ dòng nhiên liệu. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao, lượng chất phát thải ít và dễ kiểm soát. Chưa phổ biến và giá thành cao. Pin mặt trời (pin quang điện). Tạo nguồn năng lượng xanh sạch, thân thiện với môi trường, không phát thải khí gây ô nhiễm môi trường. Chi phí không quá cao, thời gian sử dụng dài. Tận dụng được năng lượng vô tận của Mặt trời. Lắp đặt trên không gian rộng, khó di chuyển. Sản xuất khá phức tạp, giá thành cao. Cần nhiều ánh nắng nên phụ thuộc vào khí hậu, thời tiết. Các tấm pin hết hạn gây ô nhiễm môi trường. Acquy (acquy chì) Dễ sản xuất, giá thành thấp. Hoạt động ổn định. Dễ thu hồi sulfuric và chì để tái chế. Nặng, tuổi thọ thấp (trung bình khoảng 1 năm). Gây ô nhiễm môi trường và ngộ độc chì ở các làng nghề tái chế acquy cũ. Có thể tự lắp ráp pin đơn giản bằng cách cắm hai thanh kim loại khác nhau vào quả chanh, cốc nước muối,... và đo sức điện động của pin. CHƯƠNG 5: PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN
6 BÀI 13: ĐIỆN PHÂN I. ĐIỆN PHÂN NÓNG CHẢY, ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li. Khi đó các cation chạy về cực âm (cathode) còn các anion chạy về điện cực dương (anode), tại đó xảy ra phản ứng trên các điện cực (sự phóng điện): + Tại cathode xảy ra quá trình khử cation (Mn+ + ne → M) + Tại anode xảy ra quá trình oxi hóa anion (Xn- → X + ne) 1. Nguyên tắc điện phân nóng chảy Tại cathode (điện cực âm): xảy ra quá trình khử ion dương. Tại anode (điện cực dương): xảy ra quá trình oxi hóa ion âm. Điều chế các kim loại hoạt động hoá học mạnh (nhóm IA, IIA và Al). + Kim loại nhóm IA (Li, Na, K, Rb, Cs) và kim loại nhóm IIA (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy muối chloride hoặc hydroxide. + Riêng Al điều chế bằng cách điện phân nóng chảy Al2O3 xúc tác cryolite (NaAlF6). Không điện phân nóng chảy AlCl3 vì AlCl3 xảy ra hiện tượng thăng hoa. Quá trình điện phân nóng chảy NaCl Quá trình khử Cathode (-) Ion dương chuyển về Chất oxi hóa bị khử. Quá trình oxi hóa Anode (+) Ion âm chuyển về Chất khử bị oxi hóa. NaCl Cathode (-) Na+ Na+ + 1e → Na Anode (+) Cl- Cl- → 1⁄2 Cl2 + 1e NaCl ñpnc Na + 1⁄2Cl2 2. Nguyên tắc điện phân dung dịch 7 Ở cathode ưu tiên điện phân chất có tính oxi hóa mạnh hơn. Ở anode ưu tiên điện phân có tính khử mạnh hơn. Điều chế các kim loại trung bình, yếu (sau Al). Thứ tự điện phân: Quá trình khử Cathode (-) Chất oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước. Quá trình oxi hóa Anode (+) Chất khử mạnh hơn sẽ bị oxi hóa trước. + Cation của kim loại nhóm IA, IIA và Al3+ từ Li+ → Al3+ không bị khử. + Cation kim loại sau Al3+ mới bị khử, cation kim loại có tính oxi hóa mạnh sẽ bị khử trước. Hg2+ > Ag+ > Cu2+ >....> Zn2+ + Đến H+: 2H+ + 2e → H2 + Nước bị khử tại cathode 2H2O + 2e →H2 + 2OH- Thứ tự điện phân: S2- > I- > Br- > Cl- > RCOO- > OH- > H2O - Aninon gốc acid SO4 2-, NO3 - , CO3 2- , PO4 3- , ClO4 - ... không bị oxi hóa. - Anion gốc acid không có oxygen thì bị oxi hóa (Cl- , Br- ...). + Đến OH- : 4OH- + 4e → O2 + 2H2O + Nước bị oxi hóa tại anode H2O → 1⁄2 O2 + 2H++ 2e Anode trơ (điện cực thường làm bằng than chì, graphit, platinum), anode tan (điện cực thường là các kim loại Cu...) tham gia điện phân ứng dụng để mạ điện. Trong điện phân dung dịch nước giữ vai trò quan trọng là môi trường cho các ion di chuyển về hai cực, tham gia vào quá trình điện phân. Điện phân dung dịch với điện cực trơ (graphit, platinum, than chì) + Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn với điện cực trơ. NaCl, H2O Cathode (-) Na+ , H2O Vì H2O dễ bị oxi hóa hơn Na+ nên H2O bị khử trước. 2H2O + 2e → H2 + 2OH- Anode (+) Cl- , H2O Vì Cl- dễ bị oxi hóa hơn H2O nên Cl- bị oxi hóa trước. 2Cl- → Cl2 + 2e
English