- Giải Hóa Học Lớp 12
- Sách giáo khoa hóa học lớp 12
- Giải Hóa Học Lớp 12 Nâng Cao
- Giải Sách Bài Tập Hóa Lớp 12
- Sách Giáo Viên Hóa Học Lớp 12
- Sách Giáo Viên Hóa Học Lớp 12 Nâng Cao
- Sách Bài Tập Hóa Học Lớp 12
- Sách Bài Tập Hóa Học Lớp 12 Nâng Cao
Biết khái niệm cặp oxi hoá – khử, pin điện hoá, cấu tạo của pin điện hoá. Biết dự đoán chiều của phản ứng oxi hoá – khử, tính thế điện của cặp oxi hoá – khử trong pin điện hoá, tính suất điện động chuẩn của pin điện hoá. Trong phản ứng hoá học, cation kim loại có thể nhận electron để trở thành nguyên tử kim loại và ngược lại, nguyên tử kim loại có thể nhường electron để trở thành cation kim loại.Thí dụ : Fe2+ + 2e =2 Fe Cu2+ + 2e (P. Cu Ag” + le eR? Ag Tổng quát: M”t + ne 2 Mdạng oxi hoá dạng khử GG LLL LLLSS LL L a L S a S LL LL S LL S LL S S GGS hoá – khử. Các cặp oxi hoá – khử trên được viết như sau : Fe2/Fe, Cu2/Cu: Ag”/Ag Tổng quát : Mo”/MII – PIN DIÊN H0Á1. Khái niệm về pin điện hoá, suất điện động và thế điện cực • Hai cốc thuỷ tinh, một cốc chứa 50 ml dung dịch CuSO4 1M, cốc kia chứa 50 ml dung dịch ZnSO4 lM. Nhúng một lá Cu vào dung dịch CuSO4, một lá Zn vào dung dịch ZnSO4. Nối hai dung dịch bằng một ống hình chữ U đựng dung dịch NH4NO3 (hoặc KNO2). Ống này được gọi là cầu muối. Thiết bị nói trên được gọi là pin diện hoá (hình 5.3), vì khi nối hai lá kim loại bằng một dây dẫn sẽ đo được một dòng điện đi từ lá Cu (điện cực +) đến lá Zn (điện cực -).114 B: HOA HOC 12-NC5 (Zn°“ + so; ) (Cu?” + so)Hình 5.3. Pin điện hoá Zn-Cu• Sự xuất hiện dòng điện đi từ cực đồng sang cực kẽm chứng tỏ rằng có sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực nói trên, tức là trên mỗi điện cực đã xuất hiện một thế diện cực nhất định. Hiệu điện thế lớn nhất giữa hai điện cực (Em), tức là hiệu của thế điện cực dương (E(I)) với thế điện cực âm (E_) được gọi là suất điện động của pin điện hoá (Epin = E(I) = E_). Suất điện động của pin điện hoá luôn là số dương và phụ thuộc vào bản chất của kim loại làm điện cực, nồng độ dung dịch và nhiệt độ. Suất điện động của pin điện hoá khi nồng độ ion kim loại đều bằng 1M (ở 25°C) Ogọi là suất điện động chuẩn và được kí hiệu là E”m. Tương tự trên ta có :E}n=E”, – E!, Đối với pin điện hoá Zn-Cu như ở hình 53 ta có :E. =Epin Εo ܗ o ܒ (Cut” (Cu) (Zn*”/Zn)ʻSuất điện động có thể đo” được bằng một vôn kế có điện trở lớn. Vôn kế (hình 5.3) cho biết suất điện động của pin điện hoá nói trên : (Epin) = 1,10 V.(*) Sulail tian Ħawaện động của pin điệ hính xác bằng phương pháp bổ chính hoặc bằng vôn kế có điện trở rất lớn với độ chính xác thấp hơn.115 2. Cơ chế phát sinh dòng điện trong pin điên hoá • Ó lá Zn. các nguyên tử kẽm để lại electron trên bề mặt điện cực và tan vào dung dịch dưới dạng ion Zn”. Ở đây xảy ra sự oxi hoá các nguyên tử Zn thành Zno”(hình 5,4) : Zn —» Zn?t + 2eHình 5.4. Kểm bị oxi hoá thành Zno”. Sự mất electron_\dy ra trên bề mặt lá kểm.• Lá Zn trở thành nguồn electron nên đóng vai tròcực âm. Các electron theo dây dẫn đến cực Cu. Ở đây,xảy ra sự khử các ion Cuo” trong dung dịch thành Cu bám trên bề mặt lá Cu (hình 5,5):Cu + 2e – CurHình 5.5.Ion Cuo” bị khử thành Cu.Sự nhận electron_\ảy ra trên bề mặt lá đồng.• Trong cầu muối, các cation NH4 (hoặc K”) di chuyển sang cốc đựng dung dịch CuSO4, các anion NO, di chuyển sang cốc đựng dung dịch ZnSO4làm cân bằng điện tích, nên các dung dịch luôn trung hoà điện (hình 5.6).Hình 5.6.Sự di chuyển của các ion trong cẩu muối khi pin hoạt động.Zn” (aq)Cu” (aq) 2. Cơ chế phát sinh dòng điện trong pin điên hoá • Ó lá Zn. các nguyên tử kẽm để lại electron trên bề mặt điện cực và tan vào dung dịch dưới dạng ion Zn”. Ở đây xảy ra sự oxi hoá các nguyên tử Zn thành Zno”(hình 5,4) : Zn —» Zn?t + 2eHình 5.4. Kểm bị oxi hoá thành Zno”. Sự mất electron_\dy ra trên bề mặt lá kểm.• Lá Zn trở thành nguồn electron nên đóng vai tròcực âm. Các electron theo dây dẫn đến cực Cu. Ở đây,xảy ra sự khử các ion Cuo” trong dung dịch thành Cu bám trên bề mặt lá Cu (hình 5,5):Cu + 2e – CurHình 5.5.Ion Cuo” bị khử thành Cu.Sự nhận electron_\ảy ra trên bề mặt lá đồng.• Trong cầu muối, các cation NH4 (hoặc K”) di chuyển sang cốc đựng dung dịch CuSO4, các anion NO, di chuyển sang cốc đựng dung dịch ZnSO4làm cân bằng điện tích, nên các dung dịch luôn trung hoà điện (hình 5.6).Hình 5.6.Sự di chuyển của các ion trong cẩu muối khi pin hoạt động.Zn” (aq)Cu” (aq) 2. Thế điên cưc chuân của kim loai Điện cực kim loại mà nồng độ ion kim loại trong dung dịch bằng 1M được gọi là diện cực chuẩn. Để xác định thế điện cực chuẩn của kim loại nào đó, ta thiết lập một pin điện hoá gồm: điện cực chuẩn của kim loại cần xác định với điện cực hiđro chuẩn, thí dụ như ở hình 5.8. Vì thế điện cực của điện cực hiđro chuẩn được quy ước bằng không, nên thế điện cực chuẩn của kim loại cần đo được chấp nhận bằng suất điện động của pin tạo bởi điện cực hiđro chuẩn và điện cực chuẩn của kim loại cần đo. Trong pin điện hoá nói trên, nếu kim loại đóng vai trò cực âm, thì thế điện cực chuẩn của kim loại có giá trị âm. Còn nếu kim loại đóng vai trò cực dương, thì thế điện cực chuẩn của kim loại có giá trị dương. Trong các bảng số liệu thường người ta cho giá trị thế điện cực chuẩn ở 25°C. Thí dụ 1 :Xác định thế điện cực chuẩn của cặp Zno”/Zn Chopin điện hoá Zn- H2 như ở hình 5.8. Điện kế cho biết dòng điện đi từ điện cực hiđro chuẩn sang điện cực kẽm chuẩn và suất điện động của pin bằng 0,76V. Như vậy Zn là cực âm (anot), thế điện cực chuẩn của cặp Zno”/Zn là -0.76V (kí hiệu là E. =-0,76V).not/ZnLá kern目 Dd ZnSO, 1M ーDd axit 1M (pH = 0)Hình 58. Thí nghiệm xác định thế điện cực chuẩn của cặp Zno”ZnPhản ứng xảy ra trên điện cực âm (anot): Zn —» Zn?t + 2e Phản ứng xảy ra trên điện cực dương (catot): 2H +2e – H.Phản ứng oxi hoá – khử xảy ra trong pin điện hoá :Zn + 2H” → Zno” + H2118 Thí dụ 2 :Xác định thế điện cực chuẩn của cặp Ag”/AgCho pin điện hoá H2-Ag như ở hình 5,9. Điện kế cho biết dòng điện ở mạch ngoài đi từ điện cực bạc chuẩn sang điện cực hiđro chuẩn và suất điện động của pin bằng 0,80V. Như vậy, thế điện cực chuẩn của cặp Ag”/Ag là +0,80Vie 1 : a usa u O – (kí hiệu là “Ag”/Ag = +0.8OV). Phản ứng xảy ra trên điện cực âm (anot): H – 2H +2ePhản ứng xảy ra trên điện cực dương (catot) : Ag” + e → AgPhản ứng oxi hoá – khử xảy ra trong pin điện hoá:2Ag” + H2 → 2 Ag + 2H”Dø axit 1M (pH = 0)Hình 59. Thí nghiệm xác định thể điện cực chuẩn của cặp Ag”Ag.IV – DÂY THÊ ĐIÊN CUC CHUÂN CỦA KIM LOAIDãy thế điện cực chuẩn của kim loại là dãy sắp xếp các kim loại theo thứ tự tăng dần thế điện cực chuẩn.Dưới đây là dãy thế điện cực chuẩn ở 25°C của một số cặp oxi hoá – khử M”/M (M là những kim loại thông dụng) có trị số tính ra Vôn. (V):L L L S L S LSL LS S S LSL S L SLL L L S S S L S SL SL S S LS S L S L L S LSS H SS S S L S L SLL SLSSL S SLLLSSSLL SS S000 SS SS S SS 0S00 SSSS LSLSSS0SL SS0S SS0S SSSSS00 SS0SSS0SSS0S LSSS 0S119 V -1120Ý NGHIA CỦA DÂY THE DIÊN CUC CHUÂN CỦA KIM LOAI So sánh tính oxi hoá – khử Trong dung môi nước, thế điện cực chuẩn của kim loại EN in M càng lớn thìtính oxi hoá của cation M” càng mạnh và tính khử của kim loại M càng yếu.Ngược lại, ENM”/M. càng nhỏ thì tính oxi hoá của cation M” càng yếu và tínhkhử của kim loại M càng mạnh.Xác định chiều của phản ứng oxi hoá – khử Kim loại của cặp oxi hoá – khử có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn khử được cation kim loại của cặp oxi hoá – khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn (nói cách khác, cation kim loại trong cặp oxi hoá – khử có thể điện cực chuẩn lớn hơn có thể Oxi hoá được kim loại trong cặp có thể điện cực chuẩn nhỏ hơn). Để viết đúng chiều của phản ứng oxi hoá – khử, người ta viết cặp oxi hoá – khử có thế điện cực chuẩn nhỏ ở bên trái, cặp oxi hoá – khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn ở bên phải rồi viết phương trình phản ứng oxi hoá – khử theo quy tắc O. (anpha).Thí dụ : Folc, =+0.34 V và E’ = +0,80V, ta có:Ag” /Ag Culy Ag/ — کے ” += C ‘..c- 2Ag” + Cu – Cu 2Ag Chữ anpha Quy tάς αKim loại trong cặp oxi hoá – khử có thế điện cực chuẩn âm khử được ion hiđro của dung dịch axit (nói cách khác, cation H” trong cặp 2H’/H2 có thể oxi hoá được kim loại trong cặp oxi hoá – khử có thể điện cực chuẩn âm).o – = —2,37 V và Hi, = 000 V, ta có:Mg?, ಸ್ನ್ಯ “…c- H. Phản ứng oxi hoá – khử xảy ra theo chiều cation H” trong dung dịch axit oxihoá Mg thành cation Mgo” và cation H” bị khử thành H2: Mg + 2H” —» Mg?” + H.. . . . . Thí dụ : FMgʼ”/Mg3. Xác định suất điện động chuẩn của pin điện hoá4.Suất điện động chuẩn của pin điện hoá ( }n) bằng thế điện cực chuẩn của cựcdương trừ đi thế điện cực chuẩn của cực âm. Suất điện động của pin điện hoá luôn là số dương.Thí dụ: Suất điện động chuẩn của pin điện hoá Zn-Cu:Ε = Εpin CuTCu EZna”/Zn = 0,34 V — (—0,76V) = 11 OV Suất điện động chuẩn của pin điện hoá Zn-Pb : En |- Fitz, = –0.13V – (-0.76V) = 0.63VXác định thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá – khử Ta có thể xác định được thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá – khử khi biết suất điện động chuẩn của pin điện hoá (Em) và thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá – khử còn lại.Thí dụ : Hãy xác định thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá – khử Nio”/Ni (E-N). Biết. Em (NICU) =0,60V và E, C =+0.34V. Cực (+) là điện cực đồng. Ein – F – C. F.-N E-N – E-lo – Ein= +0.34V – 0.60V = – 0.26V121Trong pin điện hoá, sự oxi hoá A. Chỉ xảy ra ở cực âm B. Chỉ xảy ra ở cực dương C. xảy ra ở cực âm và Cực dương D, không xảy ra ở cực âm và Cực dương Trong pin điện hoá Zn → Cu cặp chất nào sau đây phản ứng được với nhau ? A. Zn2+, Cu2. B. Zn2+ Cu C. Cu2″ + Zn D. Cu + Zn. Cho các kim loại: Na, Mg, Al, Cu, Ag. Hãy viết các cặp oxi hoá – khử tạo bởi các kim loại đó và sắp xếp chúng theo thứ tự giảm dần tính oxi hoá.Có những pin điện hoá được cấu tạo bởi các cặp oxi hoá – khử sau :a) Pb2″|Pb và Fe2″|Feb) Ag”|Ag và Fe?”|Fec) Ag”|Ag và Pb?”|PbHãy cho biết:- Dấu và tên của các điện cực trong mỗi pin điện hoá.- Những phản ứng xảy ra ở các điện cực và phản ứng oxi hoá – khử trong mỗi pinđiện hoá.Suất điện động chuẩn của pin điện hoá Sn – Ag làA.O.,66V B.O.79WC.O. 94V D. 109W.Hãy cho biết chiều của phản ứng hoá học xảy ra giữa Các cặp Oxi hoá – khử: Ag’Ag:A*/AI và 2H’/H2. Giải thích và viết phương trình hoá học,Biết phản ứng oxi hoá – khử xảy ra trong một pin điện hoá là: Fe + Ni2* —→ Fe2+ + Nia). Hãy xác định các điện cực âm và dương của pin điện hoá.b) Viết phương trình của phản ứng oxi hoá và phản ứng khử xảy ra trên mỗi điện Cực.c) Tính suất điện động chuẩn của pin điện hoá.Tính thế điện cực chuẩn Eo của những cặp oxi hoá – khử sau:o O а) E3- /Cr b) Foo MnBiết: – Suất điện động chuẩn của các pin điện hoá : Cr-Ni là +0,48 V và của pin Cd-Mn là +0,79 V- Thế điện cực chuẩn E2 = -0,40 V và E,Cd?” Cd – 0,26 VIN