BÀI 12. THẾ ĐIỆN CỰC VÀ NGUỒN ĐIỆN HOÁ HỌC

MỞ ĐẦU

Người ta dùng hai sợi dây làm bằng hai kim loại khác nhau cắm vào một quả chanh và nối với một bóng đèn 3V thì thấy bóng đèn sáng. Như vậy, quả chanh có cắm hai sợi dây kim loại khác nhau đóng vai trò như một viên pin, phát sinh ra dòng điện.

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin như thế nào?

Giải nhanh:

- Gồm 2 điện cực, mỗi điện cực ứng với một cặp oxi hoá – khử và nối với nhau qua cầu muối.

- Ở anode xảy ra quá trình oxi hoá, ở cathode xảy ra quá trình khử.

1. CẶP OXI HOÁ – KHỬ CỦA KIM LOẠI

Thảo luận 1: Xác định dạng oxi hoá và dạng khử trong các quá trình (2) và (3).

Giải nhanh:

- Trong quá trình (2), dạng oxi hoá là Cu²⁺, dạng khử là Cu.

- Trong quá trình (3), dạng oxi hoá là Ag⁺, dạng khử là Ag

Thảo luận 2: Viết các cặp oxi hoá – khử trong quá trình (2) và (3).

Giải nhanh:

Lần lượt là Cu²⁺/Cu và Ag⁺/Ag.

Luyện tập: Viết các cặp oxi hoá – khử của kim loại Na, Mg và Al.

Giải nhanh:

Lần lượt là Na⁺/Na, Mg²⁺/Mg và Al³⁺/Al.

2. THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI VÀ PIN GALVANI

Thảo luận 3: Quan sát Hình 12.1, hãy mô tả cấu tạo của pin Galvani. Cho biết cực dương, cực âm và chiều di chuyển của electron trong pin.

Giải nhanh:

- Gồm điện cực kẽm và điện cực đồng, hai điện cực này được nối với nhau bởi cầu muối. 

+ Cực dương: Cu, cực âm: Zn.

+ Các electron trong pin di chuyển ngược chiều dòng điện.

Thảo luận 4: Điện cực nào bị tan dần trong pin Galvani Zn-Cu?

Giải nhanh:

Điện cực Zn.

3. Ý NGHĨA CỦA DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN KIM LOẠI

Thảo luận 5: Dựa vào Bảng 12.1, hãy sắp xếp theo chiều tăng dần tính oxi hoá của các ion Li⁺, Fe²⁺, Ag⁺ và chiều tăng dần tính khử của các kim loại tương ứng.

Giải nhanh:

- Chiều tăng dần tính oxi hoá: Li⁺, Fe²⁺, Ag⁺.

- Chiều tăng dần tính khử: Ag, Fe, Li.

Thảo luận 6: Cho Al và Ag vào dung dịch HCl 1 M. Dựa vào Bảng 12.1, dự đoán phản ứng nào có thể xảy ra. Viết phương trình hoá học của phản ứng (nếu có).

Giải nhanh:

- Phản ứng xảy ra là phản ứng cho Al vào dung dịch HCl 1 M. Vì Al có giá trị thế điện cực chuẩn nhỏ hơn giá trị thế điện cực chuẩn của H⁺ nên phản ứng xảy ra. PTHH: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑

- Ag và HCl không phản ứng vì Ag có giá trị thế điện cực chuẩn lớn hơn H⁺

Thảo luận 7: Dựa vào Bảng 12.1, xác định cathode và anode trong pin điện hoá Zn-Pb gồm điện cực chuẩn Zn²⁺/Zn và điện cực chuẩn Pb²⁺/Pb. Tính sức điện động chuẩn của pin.

Giải nhanh:

- Cathode là Pb, anode là Zn.

- Sức điện động chuẩn của pin là: 

4. MỘT SỐ LOẠI PIN KHÁC

Thảo luận 8: Hãy nêu một số ứng dụng của pin mặt trời trong đời sống.

Giải nhanh:

Chiếu sáng công cộng, đèn giao thông, phương tiện giao thông, vệ tinh,…

Thảo luận 9: Hãy nêu một số thiết bị sử dụng acquy mà em biết.

Giải nhanh:

Acquy xe máy, ô tô, đèn thắp sáng,…

Thảo luận 10: Tìm hiểu và nêu ưu, nhược điểm của pin nhiên liệu, pin mặt trời và acquy.

Giải nhanh:

- Pin nhiên liệu:

+ Ưu: hiệu suất cao, cấu tạo đơn giản, thân thiện môi trường, không gây tiếng ồn, thời gian nạp nhanh…

+ Nhược điểm: giá thành cao, hệ thống tồn trữ và cung cấp chưa an toàn….

- Pin mặt trời:

+ Ưu: nguồn cung bền vững. vô tận; sử dụng năng lượng sạch, hiệu quả cao, chi phí hoạt động thấp, công nghệ hiện đại…

+ Nhược: chi phí lắp đặt ban đầu cao, không ổn định, mật độ năng lượng thấp hơn những nguồn năng lượng tái tạo khác...

- Acquy:

+ Ưu: giá thành rẻ, dễ mua và sử dụng với mục đích dân dụng, dễ bảo trì….

+ Nhược: phải bảo trì thường xuyên, chi phí sử dụng tốn kém, độ bền không cao, thời gian sạc lâu, dễ hư hỏng…

Vận dụng: Lắp ráp thêm một số pin đơn giản từ các nguyên liệu khác và đo sức điện động của pin.

Giải nhanh:

Lắp ráp pin từ đồng xu và giấy.

* Dụng cụ: đồng xu, giấy bạc, giấy bìa cứng (hay giấy carton cứng), dây dẫn điện, giấm ăn.

* Tiến hành:

- Cắt những miếng giấy carton và giấy bạc có kích thước vừa bằng đồng xu.

- Ngâm đều các mặt giấy carton vào giấm.

- Xếp theo thứ tự: tiền xu – giấy ngâm giấm – giấy bạc đến số lượng mong muốn.

- Tiến hành ghi nhận giá trị mà vôn kế hiển thị: 0,987 V.

BÀI TẬP

Bài 1: Cho các kim loại: K, Mg, Al, Ag. Hãy viết các cặp oxi hoá – khử tạo bởi các kim loại đó và dựa vào bảng giá trị thế điện cực chuẩn, sắp xếp theo thứ tự giảm dần tính oxi hoá của các ion kim loại tương ứng.

Giải nhanh:

- K⁺/K, Mg²⁺/Mg, Al³⁺/Al và Ag⁺/Ag.

- Thứ tự giảm dần tính oxi hoá: Ag⁺, Al³⁺, Mg²⁺, K⁺.

Bài 2: Xác định chiều của các phản ứng hoá học xảy ra giữa các cặp oxi hoá – khử: Cu²⁺/Cu, Zn²⁺/Zn và Ag⁺/Ag ở điều kiện chuẩn. Giải thích và viết phương trình hoá học.

Giải nhanh:

- Ta có: = -0,76 V < = 0,34 V < = 0,80 V

PTHH: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag

Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag

Bài 3: Trong pin điện hoá, quá trình khử

A. xảy ra ở cực âm.                           B. xảy ra ở cực dương.

C. xảy ra ở cực âm và cực dương.    D. không xảy ra ở cả cực âm và cực dương.

Giải nhanh:

Chọn đáp án B.

Bài 4: Khi pin Galvani Zn-Cu hoạt động thì nồng độ

A. Cu²⁺ giảm, Zn²⁺ tăng.            B. Cu²⁺ giảm, Zn²⁺ giảm.

C. Cu²⁺ tăng, Zn²⁺ tăng.             D. Cu²⁺ tăng, Zn²⁺ giảm.

Giải nhanh:

Chọn đáp án A.

Bài 5: Cho một pin điện hoá được tạo bởi các cặp oxi hoá khử Fe²⁺/Fe, Ag⁺/Ag ở điều kiện chuẩn. Quá trình xảy ra ở cực âm khi pin hoạt động là

A. Fe → Fe²⁺ + 2e                     B. Fe²⁺ +2e → Fe

C. Ag⁺ + 1e → Ag                     D. Ag → Ag⁺ + 1e

Giải nhanh:

Chọn đáp án A.

Bài 6: Dựa vào Bảng 12.1, tính sức điện động chuẩn của các pin điện hoá tạo bởi các cặp oxi hoá – khử sau: Fe²⁺/Fe và Cu²⁺/Cu; Sn²⁺/Sn và Ag⁺/Ag; Pb²⁺/Pb và Ag⁺/Ag.

Giải nhanh:

- Pin Fe - Cu:

- Pin Sn - Ag:

- Pin Pb - Ag: