Bài học cùng chủ đề
Thế điện cực và nguồn điện hóa học SVIP
1. CẶP OXI HÓA - KHỬ CỦA KIM LOẠI
Dạng oxi hóa (Mn+) và dạng khử (M) của cùng một nguyên tố kim loại có thể tạo thành cặp oxi hóa - khử.
Kí hiệu: Mn+/M
\(M^{n+}+ne\rightleftharpoons M\)
Ví dụ:
\(Mg^{2+}\) | + | 2e | \(\rightleftharpoons\) | \(Mg\) | ||
Dạng oxi hóa | Dạng khử |
Câu hỏi:
@205592935670@
2. THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI VÀ PIN GALVANI
Thế điện cực chuẩn là đại lượng đặc trưng về điện thế của mỗi điện cực kim loại ở điều kiện chuẩn (nồng độ ion kim loại 1 M và nhiệt độ 25 oC (298K)).
Kí hiệu: \(E^o_{\text{oxi hóa/khử}}\) (V)
- Mỗi cặp oxi hóa – khử đều có thể tạo nên một điện cực, tại đó dạng oxi hóa và dạng khử tồn tại trong trạng thái cân bằng.
Ví dụ: Khi nhúng thanh Zn vào dung dịch muối ZnSO4 sẽ xảy ra cân bằng Zn2+ + 2e ⇌ Zn, hình thành điện cực kẽm.
Pin Gavani:
- Cấu tạo: Hai điện cực (cặp oxi hóa - khử) nhúng vào dung dịch điện li và nối với nhau bằng cầu muối.
- Nguyên tắc hoạt động: Anode xảy ra quá trình oxi hóa, cathode xảy ra quá trình khử. Electron theo dây dẫn di chuyển từ anode sang cathode.
- Vai trò của cầu muối: Khép kín mạch và trung hòa điện tích của dung dịch ở hai điện cực.
Ví dụ: Pin Galvani Zn-Cu gồm điện cực kẽm và đồng được nối với nhau bởi cầu muối.
✽ Tại anode:
\(Zn\rightleftharpoons Zn^{2+}+2e\) | \(E_{Zn^{2+}/Zn}^{o}=-0,762\) \(V\) |
✽ Tại cathode:
\(Cu^{2+}+2e\rightleftharpoons Cu\) | \(E_{Cu^{2+}/Cu}^{o}=+0,340\) \(V\) |
➤ Phản ứng hóa học xảy ra trong pin:
\(Zn+Cu^{2+}\rarr Zn^{2+}+Cu\)
- Thế điện cực chuẩn của một điện cực được xác định qua sự chênh lệch điện thế với điện cực hydrogen chuẩn (Quy ước \(E^o_{2H^+/H_2}=0\) V).
Nguyên tố | Bán phản ứng | Thế điện cực chuẩn Eo (V) |
|---|---|---|
Li | Li + 1e ⇌ Li | -3,040 |
K | K+ + 1e ⇌ K | -2,924 |
Ba | Ba2+ + 2e ⇌ Ba | -2,92 |
Ca | Ca2+ + 2e ⇌ Ca | -2,84 |
Na | Na+ + 1e ⇌ Na | -2,713 |
Mg | Mg2+ + 2e ⇌ Mg | -2,356 |
Al | Al3+ + 3e ⇌ Al | -1,676 |
Zn | Zn2+ + 2e ⇌ Zn | -0,762 |
Cr | Cr3+ + 3e ⇌ Cr | -0,74 |
Fe | Fe2+ + 2e ⇌ Fe | -0,44 |
H2 | 2H2O + 2e ⇌ H2 + 2OH- | -0,414 |
Cd | Cd2+ + 2e ⇌ Cd | -0,403 |
Ni | Ni2+ + 2e ⇌ Ni | -0,257 |
Sn | Sn2+ + 2e ⇌ Sn | -0,137 |
Pb | Pb2+ + 2e ⇌ Pb | -0,126 |
H2 | 2H+ + 2e ⇌ H2 | 0,000 |
Cu | Cu2+ + 2e ⇌ Cu | +0,340 |
Fe | Fe3+ + 1e ⇌ Fe2+ | +0,771 |
Ag | Ag+ + 1e ⇌ Ag | +0,799 |
Hg | Hg2+ + 2e ⇌ Hg | +0,853 |
Br | Br2(aq) + 2e ⇌ 2Br- | +1,087 |
O | O2 + 4H+ + 4e ⇌ 2H2O | +1,229 |
Cl | Cl2 (aq) + 2e = 2Cl- | +1,358 |
Au | Au3+ + 3e ⇌ Au | +1,52 |
3. Ý NGHĨA CỦA DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN KIM LOẠI
➤ So sánh tính khử, tính oxi hóa giữa các cặp oxi hóa – khử
Giá trị thế điện cực chuẩn \(E^o_{M^{n+}/M}\) càng lớn thì tính oxi hóa của Mn+ càng mạnh, còn tính khử của M càng yếu.
Ví dụ: Thế điện cực chuẩn của cặp Mg2+/Mg và Fe2+/Fe lần lượt là -2,356 V và -0,440 V chứng tỏ tính khử của Mg mạnh hơn Fe, tính oxi hóa của Mg2+ yếu hơn Fe2+.
➤ Dự đoán chiều hướng xảy ra phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử
Kim loại của cặp oxi hóa - khử có thế điện cực nhỏ hơn có thể khử được ion kim loại của cặp oxi hóa - khử có thế điện cực lớn hơn.
Chất oxi hóa mạnh + Chất khử mạnh → Chất khử yếu + Chất oxi hóa yếu
Ví dụ: Đồng có tính khử mạnh hơn so với bạc do \(E^o_{Ag^+/Ag}\left(0,799V\right)>E^o_{Cu^{2+}/Cu}\left(0,340V\right)\).
\(Cu\left(s\right)+2Ag^{+}\left(aq\right)\rarr Cu^{2+}\left(aq\right)+2Ag\left(s\right)\)
Quy tắc alpha (α) có thể dự đoán chiều phản ứng oxi hóa - khử theo thế điện cực chuẩn.
Ví dụ: Zn2+/Zn có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn Fe2+/Fe.
Phản ứng hóa học xảy ra theo chiều mũi tên:
\(Fe^{2+}\left(aq\right)+Zn\left(s\right)\rarr Zn^{2+}\left(aq\right)+Fe\left(s\right)\)
Câu hỏi:
@205592998153@@202831350710@
➤Tính sức điện động của pin điện hóa tạo bởi hai cặp oxi hóa - khử
Sức điện động của pin:
Eopin = Eocathode – Eoanode
Ví dụ: Sức điện động chuẩn của pin Zn - Cu:
\(E^o_{pin}=E^o_{Cu^{2+}/Cu}-E^o_{Zn^{2+}/Zn}=0,34-\left(-0,76\right)=1,10\left(V\right)\)
Câu hỏi:
@202890936380@
4. MỘT SỐ LOẠI PIN KHÁC
➤ Ưu, nhược điểm chính của một số loại pin
Các loại pin như acquy, pin nhiên liệu, pin Mặt Trời,... được sử dụng phổ biến hiện nay.
Pin | Khái quát | Ưu điểm | Nhược điểm |
|---|---|---|---|
Acquy chì | - Thuộc loại pin thứ cấp (pin sạc), các chất phản ứng được tái tạo trong quá trình sạc bằng dòng điện một chiều. - Sử dụng trong các phương tiện giao thông, thiết bị điện, phát điện. | - Dễ chế tạo, chi phí thấp. - Hoạt động ổn định. - Dễ thu hồi H2SO4 và chì để tái chế. | - Nặng, tuổi thọ thấp. - Gây ô nhiễm chì khi tái chế. |
Pin nhiên liệu | - Thuộc loại pin điện hóa tạo thành điện năng qua phản ứng oxi hóa – khử giữa nhiên liệu (methane, methanol, ethanol, hydrogen,...) và chất oxi hóa (oxygen). | - Cường độ dòng điện có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ dòng nhiên liệu. - Hiệu suất cao, ít phát thải và dễ kiểm soát. | Chi phí cao. |
Pin Mặt Trời | Cấu tạo từ nhiều tấm bán dẫn ghép lại và có thể biến đổi quang năng thành điện năng. | - Năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường. - Sử dụng nguồn năng lượng tái tạo. | - Sản xuất phức tạp, chi phí cao. - Phụ thuộc vào thời tiết. - Có thể gây ô nhiễm khi hết hạn. |
➤ Thực hành lắp ráp pin đơn giản
⚡THÍ NGHIỆM (Lắp ráp một pin đơn giản)
Cắm thanh kẽm và thanh đồng vào quả chanh. Sau đó, nối cực âm của vôn kế với thanh kẽm và cực dương của vôn kế với thanh đồng.
