Tiêu đề Bài 11 Nguồn điện hoá học.pdf ✅

1 BÀI 11: NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT I. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA PIN GALVANI Phản ứng xảy ra trong pin điện hoá là phản ứng oxi hoá khử gián tiếp (tức là electron không chuyển trực tiếp từ chất khử sang chất oxi hoá), năng lượng của phản ứng hoá học lúc này được giải phóng dưới dạng điện năng. 1. Cấu tạo Một pin Galvani được tạo nên từ hai cặp oxi hoá – khử khác nhau (ví dụ Cu2+/Cu và Zn2+/Zn, gọi là pin Galvani Zn-Cu) thường có cấu tạo như Hình 11.2. Hai dung dịch muối trong pin Galvani được nối với nhau bởi một cầu muối. 2. Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc hoạt động cua pin Galvani dựa trên phản ứng oxi hóa - khử tự diễn biến, trong đó electron chuyển từ cực âm sang cực dương thông qua một dây dân điện. Phản ứng hóa học diễn ra trong pin kèm theo sự giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Pin Galvani Zn-Cu (Hình 11.2) Anode(Zn) Zn nhường electron, chuyển thành ion Zn2+tan vào dung dịch. Cathode (Cu) lon Cu2+ trong dung dịch nhận electron (từ điện cực Zn qua dây dân chuyên sang điện cực Cu) chuyển thành Cu bám lên điện cực Cu. Phản ứng diễn ra trong pin là: Zn(s) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu (s) Như vậy, từ hai kim loại có bản chất khác nhau nhúng trong hai dung dịch muối tương ứng được nối với nhau bởi một cầu muối, ta có thể thiết lập được một pin Galvani. Trong pin điện hóa Anode Cathode -Điện cực âm -Xảy ra quá trình oxi hóa (quá trình nhường electron) -Kim loại mạnh hơn -Điện cực dương -Xảy ra quá trình khử (quá trình nhận electron). -Kim loại yếu hơn.
2 Cầu muối có vai trò trung hoà điện tích mỗi dung dịch trong pin, duy trì dòng điện trong quá trình hoạt động của pin điện hoá. 3. Sức điện động của pin điện hóa Sức điện động chuẩn của pin tạo từ 2 cặp oxi hóa khử X m+/X và Yn+/Y (trong đó III. GIỚI THIỆU MỘT SỐ PIN THÔNG DỤNG 1. Acquy Acquy là một loại pin có thể tái sử dụng nhiều lần bằng cách sạc điện. Acquy thường được phân loại dựa theo bản chất vật liệu làm điện cực. Pin Li-ion (acquy Li-ion) được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di động, máy tính xách tay,...; acquy chi và một sô loại acquy khác được sử dụng rộng rãi trong ô tô, xe máy chủ yêu cho giai đoạn khởi động ban đâu hoặc dùng làm ngu ôn cung câp năng lượng trực tiêp đê chạy động cơ điện (trong xe máy điện, xe ô tô điện,...). Ưu điểm Nhược điểm Vòng đời sử dụng được kéo dài do có thể nạp lại để tái sử dụng mà không cần phải thay thế viên pin. Chi phí sản xuất acquy thường lớn hơn so với pin thông thường; acquy cũ, hỏng không được thu gom và xử lí đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường bởi các thành phần kim loại, hoá chất cũng như lớp vỏ của acquy (làm bằng nhựa khó phân huỷ). 2. Pin nhiên liệu Pin nhiên liệu là loại pin biến đổi trực tiếp năng lượng hoá học (hoá năng) thành điện năng nhờ quá trình oxi hoá gián tiếp nhiên liệu (hydrogen, alcohol,...) diễn ra trong pin. Chất oxi hoá thường dùng trong pin nhiên liệu là oxygen. Ưu điểm Nhược điểm Tạo điện năng trực tiếp từ phản ứng hoá học nên có hiệu suất chuyên hoá từ nhiên liệu sang điện năng cao. Pin nhiên liệu hydrogen không tạo ra các sản phâm gây ô nhiêm môi trường. Giá thành pin nhiên liệu cao vì cấu tạo phức tạp củaa pin (gồm các điện cực phủ xúc tác, lớp màng đặc biệt giữa hai điện cực, dung dịch trong pin,...) cũng như phải có bộ phận lưu trữ nhiên liệu đặc biệt là hydrogen. 3. Pin mặt trời Pin mặt trời là loại pin biến đôi trực tiếp quang năng thành điện năng. Pin mặt trời phô biến nhất hiện nay là pin silicon. Ưu điểm Nhược điểm
3 Sử dụng nguồn năng lượng vô tận là ánh sáng mặt trời, không tạo ra bất cứ sản phẩm hoá học nào trong quá trình hoạt động nên thân thiện với môi trường. Chỉ sinh ra dòng điện khi có ánh sáng mặt trời, công suất dòng điện tỉ lệ với cường độ ánh sáng. Khi pin hết hạn sử dụng, việc xử lí không đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường đất. B. BÀI TẬP VẬN DỤNG  CÂU HỎI BÀI HỌC Câu 1. [CD - SGK] Khi nhúng một thanh kẽm vào dung dịch CuSO4 thì electron từ thanh kẽm sẽ truyền trực tiếp hay gián tiếp đến ion Cu2+ trong dung dịch? Giải thích. Hướng dẫn giải Truyền trực tiếp. Trong quá trình phản ứng sẽ xảy ra quá trình oxi hoá Zn: Zn → Zn2+ + 2e. Các electron mới sinh ra sẽ trực tiếp tham gia vào quá trình khử Cu2+: Cu2+ + 2e → Cu. Câu 2. [CD - SGK] Hãy mô tả cấu tạo mỗi pin Galvani sau: a. Fe – Cu b. Cu – Ag c. Fe – Ag Hướng dẫn giải a. pin Fe – Cu gồm hai cặp oxi hoá khử Fe2+/Fe và Cu2+/Cu. - Cực âm (anode) là kim loại Fe đươc nhúng vào dung dịch muối Fe2+ - Cực dương (cathode) là kim loại Cu được nhúng vào dung dịch muối Cu2+ - Cực âm và dương được nối với nhau bằng một dây dẫn. - Hai dung dịch muối được nối với nhau bằng một cầu muối. b. pin Cu – Ag gồm hai cặp oxi hoá khử Cu2+/Cu và Ag+ /Ag. - Cực âm (anode) là kim loại Cu đươc nhúng vào dung dịch muối Cu2+ - Cực dương (cathode) là kim loại Ag được nhúng vào dung dịch muối Ag+ - Cực âm và dương được nối với nhau bằng một dây dẫn. - Hai dung dịch muối được nối với nhau bằng một cầu muối. c. pin Fe – Ag gồm hai cặp oxi hoá khử Fe2+/Fe và Ag+ /Ag. - Cực âm (anode) là kim loại Fe đươc nhúng vào dung dịch muối Fe2+ - Cực dương (cathode) là kim loại Ag được nhúng vào dung dịch muối Ag+ - Cực âm và dương được nối với nhau bằng một dây dẫn. - Hai dung dịch muối được nối với nhau bằng một cầu muối. Câu 3. [CD - SGK] Hãy nêu nguyên tắc hoạt động của pin Galvani Zn – Ag và viết phương trình hoá học của phản ứng trong pin.
4 Hướng dẫn giải Pin Galvani Zn - Ag Anode (Zn) Zn nhường electron, chuyển thành Zn2+ tan vào dung dịch. Cathode (Ag) Ion Ag+ trong dung dịch nhận electron từ điện cực Zn qua dây dẫn, chuyển thành Ag bám lên điện cực Ag. Phản ứng hoá học trong pin: Zn (s) + 2Ag+ (aq) → Zn2+ (aq) + 2Ag (s) Câu 3. [CD - GSK] Cho biết thế điện cực chuẩn của cặp 2 Zn /Zn E  = -0,763V, 2 Cu /Cu E  = 0,340V. Hãy tìm mối liên hệ hai giá trị này với giá trị sức điện động chuẩn của pin Zn-Cu (bằng 1,103V) Hướng dẫn giải 0,340 – (-0,763) = 1,103 V Sức điện động chuẩn của pin = thế điện cực chuẩn của cực dương – thế điện cực chuẩn của cực âm 2 2 0 0 0 pin Cu /Cu Zn /Zn E E E     Câu 4. [CD - SGK] Từ bảng 10.1, hãy so sánh sức điện động chuẩn của pin Galvani Zn-Ni và Sn- Cu Hướng dẫn giải Theo bảng 10.1, 2 Zn /Zn E  = -0,763V; 2 Ni /Ni E  = -0,257V ==> 2 2 0 0 0 pinZn Ni Ni /Ni Zn /Zn E E E      = -0,257 – (-0,763) = 0,506V Theo bảng 10.1, 2 Sn /Sn E  = -0,138V; 2 Cu /Cu E  = 0,340V ==> 2 2 0 0 0 pinSn Cu Cu /Cu Sn /Sn E E E      = 0,340 – (-0,138) = 0,478V Câu 5. [CD - SGK] Tìm hiểu và cho biết một số hạn chế nếu sử dụng pin Galvani Zn-Cu trong đèn pin Hướng dẫn giải - 2 2 0 0 0 pinZn Cu Cu /Cu Zn /Zn E E E      = 0,340 – (-0,763) = 1,103 V nên năng lượng của pin thấp - các chất thải ra trong quá trình pin hoạt động Zn2+, Cu2+ ... gây ô nhiễm môi trường - hai cực của pin phải đặt trong môi trường điện li muối của chúng nên cấu tạo còng kềnh, thiếu tính linh động. - tuổi thọ của pin thấp Câu 6. [CD - SGK] Hãy nêu một số trường hợp sử dụng acquy trong thực tế mà em biết. Hướng dẫn giải Acquy dùng trong xe máy, xe đạp điện, oto điện, quạt tích điện chạy bằng acquy...