Bài 12. Thế điện cực và nguồn điện hóa học

- Cấu tạo: Pin Galvani gồm 2 điện cực có thế điện cực khác nhau, thường được ghép với nhau qua cầu muối.

- Nguyên tắc hoạt động: Pin Galvani chuyển năng lượng của phản ứng hoá học thành năng lượng điện.

Quá trình (2): \(\mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{e} \rightleftarrows \mathrm{Cu}\)Dạng oxi hóaDạng khử

Quá trình (3): \(\mathrm{Ag}^{+}+1 \mathrm{e} \rightleftarrows \mathrm{Ag}\)Dạng oxi hóaDạng khử

Cặp oxi hóa khử ở quá trình (2): \(\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}\).

Cặp oxi hóa khử ở quá trình (3): \(\mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}\).

- Cấu tạo của pin Galvani: hai điện cực (Zn và Cu), cầu muối.

- Cực dương của pin là điện cực Cu, cực âm của pin là điện cực Zn.

- Electron di chuyển từ cực âm (thanh Zn) qua dây dẫn đến cực dương (thanh Cu).

Trong pin Galvani \(\mathrm{Zn}-\mathrm{Cu}\), xảy ra các quá trình sau:

+ Anode (-): \(\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2 \mathrm{e}\)

+ Cathode (+): \(\mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{e} \rightarrow \mathrm{Cu}\)

P Điện cực Zn bị tan dần.

Ta có: \(\mathrm{E}_{\mathrm{Li}^{+} / \mathrm{Li}}^{\mathrm{o}}\lt \mathrm{E}_{\mathrm{Fe}^{2+} / \mathrm{Fe}}^{\mathrm{o}}\lt \mathrm{E}_{\mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}}^{\mathrm{o}}\)

- Tính oxi hóa: \(\mathrm{Li}^{+}\lt \mathrm{Fe}^{2+}\lt \mathrm{Ag}^{+}\).

- Tính khử: \(\mathrm{Ag}\lt \mathrm{Fe}\lt \mathrm{Li}\).

- Ta có: \(\mathrm{E}_{\mathrm{Al}^{3+} / \mathrm{Al}}^{\mathrm{o}}=-1,66(\mathrm{~V})\lt 0 ; \mathrm{E}_{\mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}}^{\mathrm{o}}=0,8(\mathrm{~V})\gt 0\)

P Al phản ứng được với dung dịch \(\mathrm{HCl} ; \mathrm{Ag}\) không phản ứng được với dung dịch \(\mathrm{HCl}\).

- Phương trình hóa học: \(2 \mathrm{Al}+6 \mathrm{HCl} \rightarrow 2 \mathrm{AlCl}_{3}+3 \mathrm{H}_{2} \uparrow\)

- Trong pin điện hóa \(\mathrm{Zn}\) - Pb:

+ Cathode: \(\mathrm{Pb}\).

+ Anode: \(\mathrm{Zn}\).

Ứng dụng của pin mặt trời:

- Trạm sạc năng lượng mặt trời: cung cấp nguồn năng lượng vô tận để sạc các thiết bị di động như điện thoại, máy tính bảng, laptop…

- Thùng rác năng lượng mặt trời: thùng rác thông minh có chức năng lọc nước thải để nuôi cây xanh và có thể sạc pin điện thoại bằng năng lượng mặt trời ở Đà Nẵng.

- Đèn đường năng lượng mặt trời.

- Xe ô tô năng lượng mặt trời,…

Các thiết bị sử dụng acquy: xe máy; ô tô; máy phát điện; hệ thống báo cháy, chống trộm;…

Thí nghiệm. Lắp ráp pin khoai tây và đo sức điện động của pin.

- Dụng cụ: thanh kim loại đồng và kẽm; vôn kế; 2 dây dẫn.

- Nguyên liệu: 1 quả khoai tây tươi.

- Tiến hành thí nghiệm:

+ Bước 1: Cắm 2 thanh kim loại vào quả khoai tây và không để chúng chạm vào nhau.

+ Bước 2: Lắp hệ thống như Hình 12.6. Ghi nhận giá trị hiện trên vôn kế.

- Các cặp oxi hoá - khử: \(\frac{\mathrm{K}^{+}}{\mathrm{K}} ; \frac{\mathrm{Mg}^{2+}}{\mathrm{Mg}} ; \frac{\mathrm{Al}^{3+}}{\mathrm{Al}} ; \frac{\mathrm{Ag}^{+}}{\mathrm{Ag}}\)

- Thứ tự giảm dần tính oxi hóa của các ion kim loại trên: \(\mathrm{Ag}^{+} ; \mathrm{Al}^{3+}\); \(\mathrm{Mg}^{2+} ; \mathrm{K}^{+}\)

Chiều của phản ứng hóa học xảy ra giữa các cặp oxi hóa - khử: Kim loại của cặp oxi hoá - khử có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn có thể khử được cation kim loại của cặp oxi hoá - khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn ở điều kiện chuẩn.

- Cặp oxi hoá - khử: \(\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}, \mathrm{Zn}^{2+} / \mathrm{Zn}\)vì \(\mathrm{E}_{\mathrm{Zn}^{2+} / \mathrm{Zn}}^{\mathrm{o}}\lt \mathrm{E}_{\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}}^{\mathrm{o}}\) nên \(\mathrm{Zn}+\mathrm{Cu}^{2+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+\mathrm{Cu}\)

- Cặp oxi hoá - khử: \(\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}_{\mathrm{Ag}} \mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}\)Vi \(\mathrm{E}_{\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}}^{\mathrm{o}}\lt \mathrm{E}_{\mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}}^{\mathrm{o}}\) nên \(\mathrm{Cu}+2 \mathrm{Ag}^{+} \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{Ag}\)

- Cặp oxi hoá - khử: \(\mathrm{Zn}^{2+} / \mathrm{Zn}, \mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}\)Vì \(\mathrm{E}_{\mathrm{Zn}^{2+} / \mathrm{Zn}}^{\mathrm{o}}\lt \mathrm{E}_{\mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}}^{\mathrm{o}}\) nên \(\mathrm{Zn}+2 \mathrm{Ag}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2 \mathrm{Ag}\)

Trong pin điện hoá, quá trình khử xảy ra ở cực dương.

→ Chọn B.

Khi pin Galvani \(\mathrm{Zn}-\mathrm{Cu}\) hoạt động, phản ứng xảy ra như sau: \(\mathrm{Zn}+\mathrm{Cu}^{2+}\)

Do đó nồng độ \(\mathrm{Cu}^{2+}\) giảm, \(\mathrm{Zn}^{2+}\) tăng.\(\rightarrow\) Chọn A.

vì \(\mathrm{E}_{\mathrm{Fe}^{2+} / \mathrm{Fe}}^{\mathrm{o}}\lt \mathrm{E}_{\mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}}^{\mathrm{o}}\) nên cực âm là Fe.

Khi pin hoạt động, ở điện cực âm (anode) xảy ra quá trình oxi hoá kim loại: \(\mathrm{Fe} \rightarrow \mathrm{Fe}^{2+}+2 \mathrm{e}\)\(\rightarrow\) Chon \(\mathbf{A}\).

- Pin : \(\mathrm{Fe}^{2+} / \mathrm{Fe} \mathrm{và}^{\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}}\)

- Pin : \(\mathrm{Sn}^{2+} / \mathrm{Sn}\) và \(\mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}\)

- \(\mathrm{Pin}: \mathrm{Pb}^{2+} / \mathrm{Pb}\) và \(\mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}\)

\(\mathrm{E}_{\mathrm{pin}}^{\mathrm{o}}=\mathrm{E}_{\mathrm{Ag}^{2+} / \mathrm{Ag}}^{\mathrm{o}}-\mathrm{E}_{\mathrm{Pb}^{2+} / \mathrm{Pb}}^{\mathrm{o}}=0,8-(-0,13)=0,93(\mathrm{~V})\)