Giải SGK Hóa học 12 CTST Bài 12: Thế điện cực và nguồn điện hoá học có đáp án

- Cấu tạo của pin điện hoá: Pin Galvani là pin điện hoá có cấu tạo gồm hai điện cực, mỗi điện cực ứng với một cặp oxi hoá – khử và thường nối với nhau qua cầu muối.

- Nguyên tắc hoạt động của pin điện hoá: Trong pin điện hoá, quá trình oxi hoá và quá trình khử xảy ra trên hai điện cực và electron được truyền từ chất khử sang chất oxi hoá qua dây dẫn. Khi đó, năng lượng của phản ứng hoá học sẽ chuyển thành năng lượng điện.

Ta có:

- Quá trình (2): Cu²⁺ + 2e ⇌ Cu

Cặp oxi hoá – khử: Cu²⁺/Cu.

- Quá trình (3): Ag⁺ + 1e ⇌ Ag

Cặp oxi hoá – khử: Ag⁺/Ag.

Các cặp oxi hoá – khử của kim loại Na, Mg và Al lần lượt là: Na⁺/Na; Mg²⁺/Mg và Al³⁺/Al.

- Cấu tạo của pin Galvani Zn – Cu: gồm điện cực kẽm và điện cực đồng được nối với nhau bởi cầu muối (thường chứa dung dịch KCl bão hoà).

- Điện cực âm, anode (-): Xảy ra quá trình oxi hoá Zn:

Zn → Zn²⁺ + 2e

- Điện cực dương, cathode (+): Xảy ra quá trình khử ion Cu²⁺:

Cu²⁺ + 2e → Cu

- Electron chuyển từ thanh Zn qua dây dẫn đến thanh Cu. Cầu muối đóng vai trò khép kín mạch và trung hoà điện tích của dung dịch ở hai điện cực.

- Điện cực âm, anode (-): Xảy ra quá trình oxi hoá Zn:

Zn → Zn²⁺ + 2e

- Điện cực dương, cathode (+): Xảy ra quá trình khử ion Cu²⁺:

Cu²⁺ + 2e → Cu

Vậy điện cực âm tan dần.

Ta có:  nên:

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

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

Dựa vào Bảng 12.1 ta có: 

Dự đoán phản ứng giữa Al và HCl có thể xảy ra.

Phương trình hoá học của phản ứng:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

Anode: Zn

Cathode: Pb

Sức điện động chuẩn của pin: 

Một số ứng dụng của pin mặt trời trong đời sống:

+ Trạm xe bus chiếu sáng tự động bằng pin mặt trời.

+ Ứng dụng pin mặt trời cho phương tiện giao thông.

+ Ứng dụng pin mặt trời cho trụ đèn đường, đèn giao thông.

+ Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời …

Một số thiết bị sử dụng acquy:

+ Xe đạp điện.

+ Xe điện đồ chơi dành cho trẻ em.

+ Quạt tích điện.

+ Đèn tích điện …

Ví dụ: Lắp pin chuối

Chuẩn bị:

Hoá chất: các thanh kim loại: kẽm, đồng; quả chuối…

Dụng cụ: dây điện có sẵn kẹp cá sấu hai đầu, vôn kế.

Tiến hành:

- Cắm hai thanh kim loại vào quả chuối.

- Nối cực âm của vôn kế với thanh kẽm và cực dương của vôn kế với thanh đồng.

Chú ý: Không để hai thanh kim loại tiếp xúc với nhau.

Đo sức điện động của pin.

- Cặp oxi hoá – khử tạo bởi các kim loại K, Mg, Al, Ag lần lượt là: K⁺/K; Mg²⁺/Mg; Al³⁺/Al; Ag⁺/Ag.

- Dựa vào bảng thế điện cực chuẩn ta có: 

Vậy, thứ tự giảm dần tính oxi hoá của các ion kim loại tương ứng: Ag⁺, Al³⁺, Mg²⁺, 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.

Ta có: 

Các phương trình hoá học có thể xảy ra là:

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu;

Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag;

Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag;

Đáp án đúng là: B

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

Đáp án đúng là: A

Phản ứng oxi hoá – khử xảy ra trong pin:

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Vậy, khi pin Galvani Zn-Cu hoạt động thì nồng độ Cu²⁺ giảm, Zn²⁺ tăng.

Đáp án đúng là: A

Phản ứng oxi hoá – khử diễn ra trong pin:

Fe + 2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag

Trong pin điện hoá, cực âm là anode, xảy ra quá trình nhường electron.

Vậy, quá trình xảy ra ở cực âm khi pin hoạt động là: Fe → Fe²⁺ + 2e.

- Xét pin điện hoá tạo bởi các cặp oxi hoá – khử: Fe^2+/Fe và Cu²⁺/Cu

Ta có: $E_{Pin}^o=E_{Cathode}^o-E_{Anode}^o=E_{C{u}^{2+}/Cu}^o-E_{F{e}^{2+}/Fe}^o=\mathrm{0,34}-(-\mathrm{0,44})=\mathrm{0,78}V.$

- Xét pin điện hoá tạo bởi các cặp oxi hoá – khử: Sn²⁺/Sn và Ag⁺/Ag

Ta có: $E_{Pin}^o=E_{Cathode}^o-E_{Anode}^o=E_{A{g}^{+}/Ag}^o-E_{S{n}^{2+}/Sn}^o=\mathrm{0,8}-(-\mathrm{0,14})=\mathrm{0,94}V.$

- Xét pin điện hoá tạo bởi các cặp oxi hoá – khử: Pb²⁺/Pb và Ag⁺/Ag

Ta có: $E_{Pin}^o=E_{Cathode}^o-E_{Anode}^o=E_{A{g}^{+}/Ag}^o-E_{P{b}^{2+}/Pb}^o=\mathrm{0,8}-(-\mathrm{0,13})=\mathrm{0,93}V.$