Nội dung text CHƯƠNG 5 PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN-HS.pdf
1 TÀI LIỆU GIẢNG DẠY HÓA HỌC 12 CHƢƠNG 5: PIN ĐIỆN VÀ ĐIỆN PHÂN Học sinh: ...................................................................................... Lớp: ................... Trƣờng .............................................................. Sách Kết Nối Sách Cánh Diều Sách Chân Trời ST MỚI MỘT SỐ NỘI DUNG KIẾN THỨC CẦN LƢU Ý
2 CĐ1: Thế điện cực và nguồn điện hóa học CĐ2: Điện phân CĐ3: Ôn tập chƣơng 5 CĐ1 THẾ ĐIỆN CỰC VÀ NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC PHẦN A - CÁC CHUYÊN ĐỀ BÀI GIẢNG KIẾN THỨC CẦN NHỚ I. Cặp oxi hóa – khử - Dạng oxi hóa (Mn+) và dạng khử (M) của cùng một kim loại tạo nên cặp oxi hóa – khử Mn+/M. M n+ + ne M Dạng oxi hóa Dạng khử Cặp oxi hóa – khử: Mn+/M (Dạng oxi hóa/ Dạng khử) - Một kim loại có thể có nhiều cặp oxi hóa – khử và dạng khử có thể là cation. VD: Na+ /Na, Mg2+/Mg, Al3+/Al, Fe2+/Fe, Fe3+/Fe, Fe3+/Fe2+ , ... II. Thế điện cực chuẩn 1. Điện cực và thế điện cực chuẩn ♦ Khi nhúng thanh kim loại (M) vào dung dịch muối của kim loại đó (Mn+) sẽ tạo thành một điện cực. VD: Nhúng thanh Zn vào dung dịch muối chứa Zn2+ sẽ tạo thành điện cực kẽm. Nhúng thanh Cu vào dung dịch muối chứa Cu2+ sẽ tạo thành điện cực đồng. ♦ Ở mỗi điện cực sẽ xuất hiện một đại lượng đặc trưng về điện thế gọi là thế điện cực (E). ♦ Thế điện cực đo ở điều kiện chuẩn (nồng độ ion kim loại là 1 M, nhiệt độ 25 oC) thì được gọi là thế điện cực chuẩn của kim loại. Kí hiệu: , đơn vị là volt (V). - Bằng cách đo sự chênh lệch điện thế giữa điện cực cần đo với điện cực hydrogen ở điều kiện chuẩn người ta xác định được thế điện cực chuẩn của điện cực đó (quy ước: ). Cặp Oxi hóa – khử Na+ /Na Mg2+/Mg Al3+/Al Zn2+/Zn Fe2+/Fe Ni2+/Ni Sn2+/Sn Pb2+/Pb (V) - 2,713 -2,356 -1,676 -0,672 -0,44 -0,257 -0,137 -0,126 Cặp Oxi hóa – khử 2H+ /H2 Cu 2+/Cu Fe3+/Fe2+ Ag+ /Ag Hg2+/Hg Pt2+/Pt Au3+/Au (V) 0,000 +0,34 +0,771 +0,799 +0,853 +1,188 +1,52 - Giá trị thế điện cực chuẩn là đại lượng đánh giá khả năng khử của dạng khử, khả năng oxi hóa của dạng oxi hóa trong điều kiện chuẩn. - Giá trị thế điện cực chuẩn càng lớn thì dạng khử có tính khử càng yếu, dạng oxi hóa có tính oxi hóa càng mạnh và ngược lại.
3 KIẾN THỨC CẦN NHỚ 2. Ý nghĩa của thế điện cực chuẩn a. So sánh tính khử, tính oxi hóa giữa các cặp oxi hóa – khử - Nếu - Các cặp oxi hóa – khử được xếp thành một dãy theo chiều tăng dần thế điện cực chuẩn gọi là dãy điện hóa của kim loại: b. Dự đoán chiều phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử (quy tắc alpha) III. Pin điện hóa 1. Phản ứng oxi hóa – khử và dòng điện - Phản ứng oxi hóa – khử luôn kèm theo sự chuyển dịch electron từ chất khử sang chất oxi hóa. Nếu các quá trình oxi hóa, quá trình khử xảy ra trên hai điện cực và electron được truyền từ chất khử sang chất oxi hóa gián tiếp qua dây dẫn thì năng lượng của phản ứng hóa học sẽ chuyển thành năng lượng điện. 2. Pin Galvani (a) Cấu tạo - Một pin Galvani gồm hai cặp oxi hóa – khử khác nhau và thường có cấu tạo như hình bên. - Pin Galvani Zn – Cu gồm hai điện cực Zn và Cu: Hai thanh kim loại nối với nhau bằng dây dẫn qua vôn kế, hai dung dịch nối với nhau qua cầu muối. (b) Nguyên tắc hoạt động - Dựa trên phản ứng oxi hóa – khử tự diễn biến, trong đó electron chuyển từ cực âm sang cực dương thông qua một dây dẫn điện. - Phản ứng hóa học diễn ra trong pin kèm theo sự giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Pin Galvani Zn - Cu Anode (-) (Zn) Cathode (+) (Cu) - Anode: cực âm, chứa kim loại mạnh hơn, xảy ra quá trình oxi hóa. - Quá trình oxi hóa: Zn → Zn2+ + 2e - Cathode: cực dương, chứa kim loại yếu hơn, xảy ra quá trình khử. - Quá trình khử: Cu2+ + 2e → Cu - Phản ứng diễn ra trong pin: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) - Trong quá trình pin hoạt động, cầu muối cho phép các ion di chuyển qua, do đó vừa đóng kín mạch điện, vừa trung hòa điện của mỗi dung dịch. (c) Sức điện động của pin điện hóa - Sức điện động chuẩn của pin điện hóa:
4 KIẾN THỨC CẦN NHỚ 3. Lắp ráp một pin đơn giản ♦ Chuẩn bị - Hóa chất: Các thanh kim loại: Zn, Cu, Fe; quả chanh, quả cam, củ khoai tây, ... - Dụng cụ: Dây điện có sẵn kẹp cá sấu hai đầu, vôn kế. ♦ Tiến hành - Chọn hai điện cực là hai kim loại khác nhau. VD: Thanh kẽm và thanh đồng. - Cắm hai thanh kim loại vào quả chanh. - Nối cực âm của vôn kế với thanh kẽm và cực dương của vôn kế với thanh đồng. ♦ Yêu cầu: Đo sức điện động của pin đã lắp theo mô hình trên. ♦ Chú ý: Không để hai thanh kim loại tiếp xúc với nhau. IV. Một số loại pin khác Acquy chì Pin nhiên liệu Pin Mặt Trời Đặc điểm - Acquy được sử dụng phổ biến trong các phương tiện giao thông, thiết bị lưu, phát điện. - Có thể tái sử dụng nhiều lần bằng cách sạc điện. - Là loại pin biến đổi trực tiếp hóa năng thành điện năng nhờ quá trình oxi hóa gián tiếp nhiên liệu (hydrogen, ethanol, ...) bằng chất oxi hóa (thường là oxygen). - Là loại pin biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng gồm nhiều tấm vật liệu bán dẫn (phổ biến là silicon) được ghép nối với nhau. Ƣu điểm - Dễ sản xuất, giá thành thấp. - Hoạt động ổn định. - Dễ thu hồi sulfuric acid và chì để tái 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. - Là nguồn năng lượng sạch, không phát thải khí gây ô nhiễm môi trường. - Tận dụng được năng lượng vô tận của Mặt Trời. Nhƣợc điểm - Nặng, tuổi thọ thấp (khoảng 1 năm). - Gây ô nhiễm môi trường và ngộ độc chì ở các làng nghề tái chế acquy cũ. - Giá thành cao. - Sản xuất khá phức tạp, giá thành cao. - Cần nhiều ánh nắng nên phụ thuộc vào khí hậu, thời tiết. - Các tấm pin Mặt Trời hết hạn sử dụng có nguy cơ gây ra ô nhiễm môi trường.