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 rút gọn:

- Cấu tạo: hai điện cực, mỗi điện cực ứng với một cặp oxi hoá – khử, nối với nhau qua cầu muối.

- Nguyên tắc hoạt động: 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 rút gọn:

(2): dạng oxi hoá là Cu²⁺, dạng khử là Cu.

(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 rút gọn:

- Quá trình (2): Cu²⁺/Cu.

- Quá trình (3): Ag⁺/Ag.

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

Giải rút gọn:

- Na: Na⁺/Na.

- Mg: Mg²⁺/Mg.

- Al: 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 rút gọn:

- Pin Galvani Zn-Cu gồm điện cực kẽm và điện cực đồng được nối với nhau bởi cầu muối.

- Cực dương: Cu, cực âm: Zn.

- Chiều di chuyển của electron trong pin: đi từ cực âm sang cực dương 

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

Giải rút gọn:

Là điện cực âm 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 rút gọn:

- Theo tính oxi hoá: Li⁺, Fe²⁺, Ag⁺.

- Theo tính khử: Ag⁺, Fe²⁺, 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 rút gọn:

Phản ứng có thể xảy ra là cho Al vào dung dịch HCl 1 M. 

PTHH: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑

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 rút gọn:

- Cathode: Pb, anode: Zn.

- Ta có: . Vậy 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 rút gọn:

Ví dụ: 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 rút gọn:

Ví dụ: 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 rút gọn:

- Pin nhiên liệu:

+ Ưu: nhiên liệu được bổ sung liên tục nên thời gian hoạt động không bị hạn chế.

+ Nhược: công nghệ chưa được phổ biến và giá thành cao.

- Pin mặt trời:

+ Ưu: nguồn năng lượng xanh thân thiện với môi trường, thời gian sử dụng lâu.

+ Nhược: cần không gian rộng để lắp đặt, khó di chuyển.

- Acquy:

+ Ưu: dung lượng, tuổi thọ, khả năng chịu tải cao và tích hợp với nhiều thiết bị.

+ Nhược: thời gian sạc lâu, trọng lượng nặng, giá thành cao,…

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

Giải rút gọn:

Dụng cụ: 1 đồng xu, giấy bạc, giấy bìa cứng, dây dẫn. Nguyên liệu: giấm ăn.

Tiến hành:

- Cắt những miếng giấy carton có kích thước vừa bằng đồng xu, cắt giấy bạc thành nhiều miếng tương tự như giấy carton.

- Ngâm giấy carton vào giấm ăn sao cho giấm ngấm đều các mặt của giấy.

- Tiến hành xếp theo thứ tự tiền xu – giấy ngâm giấm – giấy bạc.

- Tiến hành ghi nhận giá trị sức điện động của pin là: 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 rút gọn:

- Các cặp oxi hoá – khử: K⁺/K, Mg²⁺/Mg, Al³⁺/Al, Ag⁺/Ag.

- Thứ tự giảm dần là: 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 rút gọn:

- Cu²⁺/Cu và Zn²⁺/Zn

Ta có: = -0,76 V < = 0,34 V

PTHH: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

- Cu²⁺/Cu và Ag⁺/Ag

Ta có: = 0,34 V < = 0,80 V

PTHH: Cu + Ag⁺ → Cu²⁺ + Ag

- Zn²⁺/Zn và Ag⁺/Ag

Ta có: = -0,76 V < = 0,80 V

PTHH: Zn + Ag⁺ → Zn²⁺ + Ag

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 rút gọn:

Chọn đáp án B vì theo định nghĩa pin điện hoá.

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 rút gọn:

Chọn đáp án A vì:

- Điện cực Zn bị oxi hoá: Zn → Zn²⁺ + 2e nên đóng vai trò cực âm, các electron theo dây dẫn đến cực Cu, khối lượng điện cực Zn giảm, nồng độ Zn²⁺ tăng.

- Trong cốc đựng dung dịch CuSO₄, các ion Cu²⁺ di chuyển đến thanh Cu, kh đó Cu²⁺ + 2e → Cu. Nồng độ Cu²⁺ trong dung dịch giảm dần làm màu xanh trong dung dịch nhạt dần.

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 rút gọn:

Chọn đáp án C vì ở cực âm Ag xảy ra quá trình oxi hoá.

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 rút gọn:

- Fe²⁺/Fe và Cu²⁺/Cu:

- Sn²⁺/Sn và Ag⁺/Ag:

- Pb²⁺/Pb và Ag⁺/Ag: