Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên ĐẶT VẤN ĐỀ Một nội dung , quan trọng phần điện hoá học pin điện, sức điện động pin điện cực chuẩn kim loại Những kiến thức giúp ta giải thích nhiều vấn đề thực tiễn ăn mòn kim loại, khả phản ứng kim loại khác với dung dịch axit, dung dịch muối Mặt khác , cịn giúp ta biết cách thiết lập cặp pin có khả hoạt động tốt, xác định sức điện động pin Trong năm qua, đề thi học sinh giỏi Quốc gia thường hay đề cập tới phần pin điện nhiều góc độ khác Tuy nhiên, sách giáo khoa phổ thông , điều kiện giới hạn thời gian nên kiến thức đề cập đến cách sơ lược Qua thực tiễn giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi Quốc gia nhiều năm đă nghiên cứu, chọn lựa hệ thống kiến thức lí thuyết bản, trọng tâm, tập điển hình để soạn chuyên đề giảng dạy pin điện giúp cho học sinh hiểu sâu vận dụng tốt kiến thức vào việc giải tập Nội dung gồm: PHẦN A: Kí hiệu cho hệ điện hố theo cơng ước IUPAC (1968) I Tế bào điện hoá II Điện cực III Tế bào Galvani PHẦN B: Giới thiệu số tập áp dụng Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên NỘI DUNG PHẦN A: KÍ HIỆU CHO HỆ ĐIỆN HỐ THEO CƠNG ƯỚC CỦA IUPAC (1968) I TẾ BÀO ĐIỆN HỐ (ơ điện hố) : Là hệ gồm điện cực hai vật dẫn điện loại (vật dẫn điện electron: dây dẫn) nhúng vào hay hai dung dịch điện li chất điện li nóng chảy( vật dẫn loại 2: dẫn điện nhờ ion) Một điện cực với chất điện li → ngăn điện cực (cũng hai điện cực tham gia vào ngăn) VD1: Tế bào Vonta Điện cực Zn , Cu nhúng vào dung dịch H2SO4 VD2: Tế bào Đaniel Điện cực Zn nhúng vào dung dịch ZnSO4 Điện cực Cu nhúng vào dung dịch CuSO4 Zn │ ZnSO4 ││ CuSO4 │ Cu ∗ Phân loại tế bào điện hố: loại - Tế bào Galvani (hay Galvani): Những tế bào điện hố sinh dịng điện nhờ phản ứng oxi hoá - khử tự phát xảy ( hố biến thành điện năng) Khi phản ứng hố học tế bào có ∆ G < E > - Tế bào điện phân: Là tế bào điện hoá xẩy q trình oxi hố- khử cưỡng tác động nguồn điện ngồi (Khi tế bào điện hố tiêu thụ cơng điện biến thành hố sản phẩm điện phân.) Khi phản ứn tế bào điện hố có ∆ G > E < (Tế bào: Hệ đơn giản nhất) II ĐIỆN CỰC: KN: Mỗi tế bào điện hoá có hai điện cực Mỗi điện cực nhúng vào dung dịch điện li tạo thành ngăn điện cực → Tại điện cực có có cặp oxi Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên hoá - khử Khi tế bào điện hố hoạt động có dòng điện chạy từ điện cực sang điện cực bề mặt điện cực xảy oxi hoá khử ( nửa phản ứng oxi hoá nửa phản ứng khử) Catot: Là điện cực ln xảy nửa phản ứng → Kh Ox + ne khử: c (c: catot) c Anot: Là điện cực ln xảy nửa phản ứng oxi hoá: Kh a - ne → Ox a Kh → Ox + ne a a → (a: anot) Oxc + Kh a → Ox a + Kh c ( Cả hai loại tế bào Galvani điện phân vậy) -Trong tế bào Galvani: Catot (+) Anot (-) -Trong tế bào điện phân: Catot (-) Anot (+) Ngược ∗ Phương trình Nernst cho điện cực: Trong trường hợp chung điện cực xét khơng phải điện cực có điều kiện tiêu chuẩn Chẳng hạn với sơ đồ pin: Pt , H2 (1 atm) │ H+ (C = 1,0 M) ││ Mn+ (C ≠ 0) │M Ta có : Vì + E pin = E pin - R T ln nF CH + = 1,0 ; P H CH CM n+ (1) H CM PH2 H2 = atm ; chất rắn nguyên chất, hoạt độ aM ≈ CM ≈ 1,0 = E0 E E pin = Mn+/ M + Mn+/ M RT nF ln C (1a) Mn+ Khi xét 250C thay giá trị biết R, F vào (1a) thực biến đổi thích hợp ta có: = E0 E n+ M /M + Mn+/ M 0,059 n lg C (1b) M n+ Phân loại điện cực ∗ 1- Đơn chất tiếp xúc với ion dung dịch + Điện cực kim loại: Một kim loại nhúng vào dung dịch muối Được viết: M(r)│Mn+ (aq) Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên Phản ứng điện cực Mn+ (aq) + ne M (r) Thế điện cực xác định biểu thức Nernst: E = E0 - 0,059 lg [Kh] n [Ox] (2) [Kh] phụ thuộc vào số nguyên tử nằm bề mặt → không đổi nên: E = E0 + 0,059 lg [Mn+] n (3) + Điện cực khí: Gồm kim loại trơ (hay graphit) đóng vai trò vật dẫn điện đồng thời vật mang phân tử khí , nhúng dung dịch chứa ion tương ứng bão hồ khí tương ứng (Điện cực tiếp xúc đồng thời với khí dung dịch chứa ion nó) Pt (r) │ X2 (k) │Xn+ (aq) Được viết: Pt (r) │ X2 (k) │Xn- (aq) VD: Điện cực hiđro viết : (Pt) H2 │ H+ ; điện cực khí clo: (Pt) Cl2 Cl- Phản ứng điện cực hiđro là: H3O+ + e 1/2 H2 (k) + H2O Thế điện cực xác định theo phương trình: E = E0 - 0,059 lg (4) H2 + [H3O ] H Vì E03O +/ H2 = thơng thường P = atm nên (3) có dạng: E = 0,059 lg [ H3O+] = - 0,059 pH (5) ∗ - ( Điện cực oxi hoá - khử): Kim loại trơ điện hoá(hoặc graphit) nhúng vào dung dịch chứa đồng thời dạng oxi hoá dạng khử cặp oxi hố khử Mm+/ Mn (Điện cực kim loại khí khơng tham gia trực tiếp vào phản ứng điện cực), viết: Pt│Mn+, Mm+ Ph¶n øng x¶y điện cực có dạng tổng quát: Ox + ne Kh Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên ThÕ điện cực đợc xác định theo phơng trình: E = E0 - RT ln K nF E = E0 - 0,059 lg [Kh] n [Ox] Hay: (6) (7) VD: Pt │ Fe2+ , Fe3+ điện cực oxi hoá - khử lúc xảy : Fe3+ + e Fe2+ Sản phẩm khử (Fe2+) sản phẩm oxi hố (Fe 3+) khơng điện cực mà dung dịch ∗ - Kim loại tiếp xúc với muối tan dung dịch M(r) │ MX(r) │ Xn- (aq) muối khác có anion, viết: Phản ứng điện cực: Thế điện cực: M(r) + Xn-(aq) MX(r) + ne E = E0 + 0,059 lg [Mn+] n (8) VD: + Điện cực bạc - bạc clorua: Ag │ AgCl , KCl + Điện cực calomen : Hg │ Hg2Cl2 , KCl Phản ứng điện cực calomen: Hg2Cl2 + 2e → 2Hg + 2ClVì Mn+ tồn dung dịch chứa anion tạo thành với muối tan nên Mn+ xác định tích số tan muối khó tan nồng độ anion tương ứng: [ Hg22+] = T Hg Cl 2 [ Cl- ]2 T Nên : E = E0 + 0,059 lg Hg2Cl2 n [ Cl- ]2 (9) Khi [ Cl-] = mol/lit : E = E0 + 0,059 lg T Hg2Cl2 n = 0,792 + 0,03 lg 1,3 10-18 (10) Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên = 0,2556 (V) • Một số dạng điện cực thường gặp: Điện cực - KL/ ion KL Kí hiệu Cặp Ox / khử M(r)│Mn+ (aq) Mn+/M Nửa phản ứng Mn+ (aq) + ne Pt (r) │ X2 (k) │Xn+ Xn+ / X2 (aq) X2 / XnnPt (r) │ X2 (k) │X (aq) - KL/ Muối MXn/ M, Xntan M(r) │ MX(r) │ XnOx/ Kh (aq) - Ox / Kh - ĐC khí Xn+(aq) + ne 1/2 X2 (k) + ne MX(r) + ne (aq) Ox + ne M (r) 1/2 X2 (k) Xn-(aq) M(r) + X nKh Pt (r)│Ox (aq) , Kh (aq) Điện cực hiđro tiêu chuẩn, điện cực tiêu chuẩn, điện cực tiêu chuẩn a Điện cực hiđro tiêu chuẩn • Cấu tạo: Điện cực gồm platin phủ muội (bột mịn) platin bề mặt , hấp phụ khí H2 P = 1atm 298K nhúng vào dung dịch có nồng độ H + 1M Sơ đồ điện cực hiđro tiêu chuẩn viết: Pt │ H2 (1 atm) │H+ ( C = 1.0M) Quy ước: Tại 250C + E0 H / H = 0,00 V b Điện cực tiêu chuẩn: Trong điện cực tiêu chuẩn nồng độ chất tan mol/ lit , chất khí (nếu có mặt) có áp suất riêng phần atm 250C c Thế điện cực tiêu chuẩn( E0) : Thế điện cực đo điều kiện tiêu chuẩn Khi pin tạo từ hai điện cực tiêu chuẩn suất điện động pin còn: E pin = E0 pin E0 pin xác định thực nghiệm sau: Lập pin gồm điện cực hiđro tiêu chuẩn bên trái với điện cực tiêu chuẩn điện cực cần xét bên phải Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên Chẳng hạn , ta cần khảo sát điện cực M │ Mn+ pin lập sau: Pt │ H2 (1 atm) │ H+ ││ Mn+ (C = 1,0M) │ M + Theo quy ước: E0 H / H = 0,00V + n+ E pin = E phải - E trái = E0 M / M - E0 H / H = E0 E0 M n + / M điện cực tiêu chuẩn tương đối theo thang hiđro điện cực M │ Mn+ Mặt khác E pin > , : - Nếu điện cực hiđro điện cực âm( đóng vai trị anot: ln xảy q trình oxi hố) điện cực cần đo điện cực dương phản ứng pin ≡ qui ước + n+ E0 M / M > E0 H / H - Ngược lại: Phản ứng pin ngược với chiều qui ước + n+ hay E0 M / M < E0 H / H ( Trong thực tế , để làm điện cực so sánh người ta thường dùng điện cực calomen Hg│Hg2Cl2│ KCl bão hồ 0,2415V so với điện cực tiêu chuẩn hiđro điện cực calomen ổn định, độ lặp lại cao, dễ sử dụng đễ bảo quản) III TẾ BÀO GALVANI (pin Galvani hay Pin điện hố ) CÊu t¹o cđa mét pin Galvani: Zn - Cu ( pin §anien - Jacobi) ∗ Hình vẽ: e Cầu muối Zn - dd ZnSO4 1M Zn2+ + Cu Cu2+ Cấu tạo pin Đanien - Jacôbi ∗ Kết quả: Kim điện kế lệch → mạch có dịng điện Giải thích hoạt động pin: → dd CuSO4 1M Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên ∗ Xét điện cực Zn │Zn2+: Zn2+ + 2e Zn (với nguyên tử Zn bề mặt) Kết quả: +Các ion Zn2+ tích tụ tong dung dịch → dung dịch tích điện dương + Các eletron tích tụ Zn → Zn tích điện âm Tương tự tụ điện: - Một Zn - Một Zn2+ Hiệu số điện hai lớp điện kép → Thế khử cặp Ox - kh Zn / Zn Mỗi điện cực có xác định (tuỳ theo chất kim loại Cion dung dịch) → nối có điện khác dây dẫn → trình cân điện hai điện cực làm xuất dòng điện mạch Điện cực Cu cao → electron chuyển từ Zn → Cu 2+ ∗ Kết : a Ở cực Zn: Cân Zn Zn2+ + 2e (qt Ox Zn) chuyển → phải để bù lại số e chuyển b Ở cực Cu: Cu ( qt khử Cu2+) chuyển → trái, ion Cu2+ Cân Cu2+ + 2e đến bề mặt Cu nhận e Phản ứng pin: Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu ∗ Việc bố trí tách biệt cặp Ox/kh cho phép lợi dụng truyền electron chất khử chất oxi hoá để sinh dòng điện Vậy : Muốn biến hoá → điện ta phải thực oxi hoá nơi khử nơi cho electron chuyển từ chất khử sang chất oxi hố qua dây dẫn Đó ngun tắc hoạt động pin → Pin : dụng cụ cho phép sử dụng trao đổi electron phản ứng oxi hoá - khử để sản sinh dịng điện (hố biến thành điện năng) Khi pin hoạt động : Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên + Các cation chuyển rời từ trái → phải, chiều với chiều chuyển động electron dây dẫn + Chiều dịng điện mạch ngồi ngược chiều với chiều chuyển động electron ∗ Cầu muối : Bằng ống thuỷ tinh bên chứa thạch tẩm dung dịch bão hoà chất điện li thích hợp ( KCl KNO 3) Hai đầu cầu muối có lớp xốp để SO4- qua, thường bơng thuỷ tinh Có tác dụng đóng kín mạch pin hoạt động ∗ Thanh kim loại : Vừa đóng vai trị dạng khử vừa đóng vai trị vật dẫn Phân loại pin: Người ta thường phân chia hai loại pin dựa vào sở tạo nguồn điện : * Mạch hoá học hay pin hố học: Khi pin làm việc có phản ứng hoá học xảy VD: (-) Zn │ Zn2+ ( C ) ││ Cu2+ ( C ) Cu (+) *Mạch nồng độ hay pin nồng độ : Dựa vào chênh lệch nồng độ chất điện li hay (-) Cu │ Cu2+ ( C = 0,1M ) ││ Cu2+ ( C = 1M ) │ Cu (+) VD: Sơ đồ pin: a Cơ sở để viết sơ đồ pin: Ta xét mạch điện hoá Đanien - Jacôbi: Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu Để thu dòng điện từ phản ứng ta phải bố trí thích hợp vị trí nửa hay bán phản ứng: Zn2+ + 2e Zn Cu2+ + 2e Cu Trong tường hợp mạch Đanien - Jacơbi , sơ đồ sau: (-) Hoặc : (-) Zn │ ZnSO4 ( C )││CuSO4 ( C )│Cu (+) Zn │ Zn 2+ ( C ) ││ Cu 2+ (C) Sơ đồ mạch điện Cu (+) hoá hay Sơ đồ pin Vậy : Cơ sở để viết sơ đồ pin gì? Ta biết pin dụng cụ lượng phản ứng hố học biến thành lượng dịng điện Vậy phản ứng Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên hoá học dùng làm sở pin phải phản ứng tự xảy điều kiện xét Nghĩa phản ứng có ∆ G < Theo biểu thức liên hệ ∆ G Epin : ∆ G = - n F E pin → Epin > Từ ta có qui ước sau đây: Sức điện động pin dương ( Epin E0pin > 0) pin làm việc sơ đồ pin cation chuyển rời từ trái → phải, dây dẫn electron chuyển rời theo chiều Vậy để có E pin > cần có : Điện cực bên trái : cực âm ( anot) Điện cực bên phải : Cực dương ( catot) E0 pin = E0phải - E0trái = ∗ E0(+) - E0(-) = E0catot - E0anot Vậy: xác định pin: • Điện cực khử chuẩn (tiêu chuẩn) lớn làm cực dương (catot) bên phải • Điện cực khử chuẩn (tiêu chuẩn) nhỏ làm cực âm (anot) bên trái b Kí hiệu tế bào điện hố: Anot ( trái ) Catot ( phải ) - Bề mặt phân chia hai pha , kí hiệu : │ - Bề mặt tiếp giáp dd điện li , kí hiệu : ││ + Kí hiệu : ││khi hai dd nối với qua cầu muối để loại trừ khuyếch tán + Kí hiệu : hai dd khơng có cầu nối → xuất khuyếch tán trao đổi không tương đương ion Vải ngăn ami ăng dd tiếp xúc nhau,tốc độ khuyếch tán không giữ Zn2+→ ← Cu2+ 10 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên E0 Ag + / Ag > Eo Cu 2+ / Cu → Ag/Ag+ : cực dương (catôt) Cu2+/Cu: cực âm (anôt) → Sơ đồ pin: (-) Cu│Cu2+ (C = 1,0)││Ag+ (C = 1,0)│Ag (+) Cu + 2Ag+ → Phản ứng pin: Eopin = E0 Ag + / Ag - Eo Cu 2+ / Cu 2Ag + Cu2+ = 0,8 – 0,34 = 0,46 (V) Bài tập 6: Trị số Eo số điện cực 25oC Fe3+/Fe2+ 0,77V (1) [Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4- 0,36V (2) NO3-, H+/ NO, H2O 0,96V (3) NO3-, H2O/ NO2- 0,1V Al3+/Al -1,66V (5) (4) Dựa vào số liệu hãy: Lập pin; Epin (ghi kết theo thứ tự giảm dần) Viết phương trình phản ứng xảy điện cực phản ứng xảy pin (viết sơ đồ pin) ghép: a) Từ điện cực – b) Từ điện cực – c) Từ điện cực – Bài làm: Theo ta có bảng số liệu Số thứ tự Điện cực + 3 Điện cực 5 5 4 2 15 Eopin (V) 2,62 2,43 2,02 1,76 0,86 0,67 0,60 0,41 0,26 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên 10 a Điện cực – E0 Fe(CN ) 3− / Fe ( CN ) − = 0,36 > E0 Al 3+ 0,19 = -1,66V / Al → Pt│[Fe(CN)6]3-;[Fe(CN)6]4- : cực dương (catôt) Al/Al3+ : cực âm (anôt) → Sơ đồ pin: Al│Al3+ (C = 1M)││[Fe(CN)6]3-/ [Fe(CN)6]4-│Pt cực âm (anôt): qt OXH Al Al3+ + 3e [Fe(CN)6]3- + e cực dương (catôt): qt khử [Fe(CN)6]4- → phản ứng pin: Al + 3[Fe(CN)6]3- Al3+ + 3[Fe(CN)6]4- b Điện cực – E3 > E5 → Sơ đồ pin: Al│Al3+ (C = 1M)││NO3-, H+│NO (Pt) cực âm (anôt): qt OXH Al Al3+ + 3e NO3- + 4H+ + 3e cực dương (catôt): qt khử NO + 2H2O → Phản ứng pin: Al + NO3- + 4H+ c Điện cực – Al3+ NO + 2H2O E3 > E4 → Sơ đồ pin: (-) Pt│NO3-, NO2-││NO3-, H+│NO (Pt) (+) cực âm (anôt): qt OXH NO2- + 2OH- NO3- + H2O + 2e NO3- + 4H+ + 3e cực dương (catôt): qt khử NO + H2O → Phản ứng pin: 3NO2- + 2OH- NO3- + NO + H2O Bài tập 7: Thiết lập sơ đồ pin cho pin hoạt động xảy phản ứng sau: a Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag b 2Fe3+ + 2Ag + CrO42- Ag2CrO4↓ + 2Fe2+ 16 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên c HSO4- + CH3COO- CH3COOH + SO42- Bài làm: Pt│Fe2+, Fe3+ ║ Ag+│Ag a Ag│Ag2Cr2O4; CrO42- ║ Fe3+, Fe2+│Pt b c Cực âm (anot): Quá trình OXH: H+ (1/2)H2 – e CH3COO- + H+ Cực dương (catơt): Q trình khử: HSO4- CH3COOH H+ + SO42- H+ + e (1/2)H2 → pin thành lập: (Pt) H2│CH3COO-; CH3COOH ║ HSO4-, SO42-│H2 (Pt) Bài tập 8: Thiết lập sơ đồ pin dựa vào phương trình phản ứng sau Zn + Cu2+ Cu + Zn2+ Ag+ + Cl- AgCl Zn + Cl2 ZnCl2 Ce4+ + Fe2+ Ce3+ + Fe3+ MnO4- + H+ + Cl6 Ag + Fe3+ Ag+ + Fe2+ Cd + CuSO4 2Ag+ + H2 Ag+ + I10 H2 + Cl2 Mn2+ + Cl2 + H2O CdSO4 + Cu 2Ag + 2H+ AgI 2HCl 11 Zn + Hg2SO4 (r) 12 Pb + 2HCl ZnSO4 + 2Hg PbCl2 + H2 Bài làm: Thiết lập sơ đồ pin dựa vào phương trình phản ứng Zn + Cu2+ Cu + Zn2+ Zn2+ + 2e cực âm (anôt): qt OXH Zn cực dương (catôt): qt khử Cu2+ + 2e Cu → Sơ đồ pin: Zn│Zn2+ (C1)║Cu2+ (C2)│Cu 17 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên Ag + Cl- AgCl Ag + Cl- cực âm (anôt): qt OXH AgCl↓ + e Ag+ + e cực dương (catôt): qt khử Ag → Sơ đồ pin Ag,AgCl│Cl-(C1)║Ag+ (C2)│Ag Zn + Cl2 ZnCl2 Zn2+ + 2e cực âm (anôt): qt OXH Zn cực dương (catôt): qt khử Cl2 + 2e 2Cl- → Sơ đồ pin: Zn│Zn2+ (C1)║Cl- (C2)│Cl2 (Pt) Ce4+ + Fe2+ Ce3+ + Fe3+ cực âm (anôt): qt OXH Fe2+ Fe3+ + e cực dương (catôt): qt khử Ce4+ + e Ce3+ → Sơ đồ pin Pt│Fe2+, Fe3+║Ce4+, Ce3+│Pt MnO4- + H+ + Cl- Mn2+ + Cl2 + H2O cực âm (anôt): qt OXH 2Cl- cực dương (catôt): qt khử MnO4- + 8H+ + 5e Cl2 + 2e Mn2+ + 4H2O → Sơ đồ pin: (-) Cl2 (Pt)│Cl-║MnO4-, H+, Mn2+│Pt (+) Ag + Fe2+ Ag+ + Fe2+ Ag+ + e cực âm (anôt): qt OXH Ag cực dương (catôt): qt khử Fe3+ + e Fe2+ → Sơ đồ pin: (-) Ag│Ag+ (C1)║Fe3+, Fe2+│Pt (+) Cd + CuSO4 CdSO4 + Cu tương tự → sơ đồ pin: (-) Cd│CdSO4║CuSO4│Cu (+) 2Ag+ + H2 2Ag + 2H+ → Sơ đồ pin: 18 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên (-) H2│H+ (C1)║Ag+│Ag (+) Ag+ + I- AgI → Sơ đồ pin (tương tự câu 2) (-) Ag, AgI│I-║Ag+│Ag (+) 10 H2 + Cl2 2HCl → Sơ đồ pin: (-) 11 Zn + Hg2SO4 (Pt) H2│H+║Cl-│Cl2 (Pt) (+) ZnSO4 + 2Hg Zn2+ + 2e cực âm (anôt): Zn cực dương (catôt): Hg2SO4 + 2e 2Hg + SO42- → Sơ đồ pin: (-) Zn│Zn2+║SO42-│Hg2SO4, Hg (+) 12 Pb + 2HCl PbCl2(r) + H2 cực âm (anôt): Pb + 2Cl- PbCl2(r) + 2e cực dương (catôt): 2H+ + 2e H2 → Sơ đồ pin: (-) Pb, PbCl2│Cl- ║H+│H2 (Pt) (+) Bài tập 9: a) Hãy tạo pin có xảy phản ứng sau: Pb(r) + CuBr2 (dd 0,01M) → PbBr2 (r) + Cu (r) b) Viết sơ đồ pin phản ứng xảy điện cực cho E0 Pb 2+ / Pb = -0,126V; E0 Cu 2+ / Cu = 0,34V c) 25oC Epin = 0,442V T PbBr = ? Bài 10 : AgCl hợp chất halogen không tan màu trắng Để khảo sát độ tan dựa vào bt điện hoá, người ta thiết lập pin điện hoá gồm phần nối cầu muối + bên trái Zn nhúng vào dd Zn(NO3)2 0,2M + bên phải Ag nhúng vào dd AgNO3 0,1M Vmỗi dd = lít a) Viết phương trình phản ứng xảy pin phóng điện tính Epin 19 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên b) Giả sử pin phóng điện hồn tồn lượng Zn dư Tính điện lượng phóng TN c) Trong TN khác người ta cho KCl rắn vào bên phải pin ban đầu [K+] = 0,3M Xảy kết tủa Ag thay đổi sđđ Sau thêm E = 1,04V + Tính [Ag+] = ? + [Cl-] = ? TAgCl = ? biết E0 Zn 2+ / Zn = -0,76V E0 Ag + / Ag = 0,8V 20 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên KẾT LUẬN Trên số vấn đề nhỏ nội dung kiến thức phần điện hố học, nhằm mục đích giúp học sinh tháo gỡ khó khăn, lúng túng giải tập pin điện Trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi năm qua việc áp dụng chuyên đề thực giúp em học sinh giải tốt tập pin điện ; giúp em hệ thống hố kiến thức cách nhanh đầy đủ từ vận dụng vào dạng tập cụ thể cách dễ dàng Nội dung kiến thức ôn luyện cho đội tuyển học sinh giỏi quốc gia phần điện hoá học cịn nhiều vấn đề, tơi xin tiếp tục đề cập chuyên đề Hưng Yên - 2008 Tài liệu tham khảo: Một số vấn đề chọn lọc tập 2 Hoá học phân tích - Nguyễn Tinh Dung Cơ sở lí thuyết hố học - Nguyễn Hạnh Cơ sở lí thuyết q trình hố học - Vũ Đăng Độ Nguyễn Đình Chi Tài liệu dùng bồi dưỡng học sinh giỏi - 2002 Bộ GD đào tạo - Tr 20 Cơ sở LT hoá học (phần BT) - Lê Mậu Quyền Tài liệu nâng cao mở rộng kiến thức hoá học - Tr 49 21 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên 22 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên II Sự phụ thuộc vào nồng độ – PT Nernst Các yếu tố ảnh hưởng đến cân OXH – khử Sự phụ thuộc theo nồng độ Xét: aOx + ne E=E o OXH/khử bkh RT [Ox] a ln + nF [ Kh]b 25oC; R = 8,314 →E=E o OXH/khử 0,059 [Ox] a lg + n [ Kh]b VD 1: Tính thể điện cực Pt nhúng dd Fe3+ 0,01M, Fe2+ 0,1M biết E0 = 0,77V Fe + / Fe + Bài làm: Fe3+ + e Fe2+ PT Nernst o Fe + / Fe + E =E = 0,77 + 0,059 [Ox] a + n lg [ Kh]b 0,059 0,01 lg = 0,712 (V) 0,1 VD 2: Thiết lập điện cực theo PT Nernst phản ứng sau tính MnO4- + 8H+ +5e Mn2+ + 4H2O C MnO = 0,2M; pH = 1; C Mn = 0,1M − 2+ E = E0 / Mn 2+ 0,059 [ MnO4− ][ H + ]8 + lg [ Mn 2+ ] Fe(CN) 3− + e E0 Fe(CN ) − MnO4 4− / Fe ( CN ) − = -0,2; Fe(OH)3 + e Fe(CN) 6− C Fe(CN ) = 0,25M; C Fe(CN ) = 0,1M 4− 3− Fe(OH)2 + OH- E0 Fe (OH ) cho pH = 10 O2 + 2H+ + 4e Eo = 1,23V 2H2O biết PO = 0,5at; pH = 23 / Fe ( OH ) = -0,52 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên Hằng số cân phản ứng OXH – khử Kh1 Eo OXH / kh1 OX2 + ne Eo OXH / Kh2 OX1 + ne Kh2 = Eo1 ∆Go1 = Eo2 ∆G02 ∆Go = ∆Go1 + ∆G02 = -nF Eo1 + nF Eo2 = -nF∆Eo ∆Eo = Eo1 - Eo2 Ta lại có: ∆Go = -RTlnK ↔ -RTlnK = -nF∆Eo nF → lgk = 2,303 RT ∆E Tại 25oC → lgk = n n o ∆E o → k = 10 0,059 VD 1: Xét kcb = ? phản ứng sau: a Mg + 2H+ Cho E0 Mg 2+ Mg2+ + H2 = -2,363V / mg b 2Ag+ + Cu biết E0 Ag + / Ag Cu2+ + 2Ag = 0,8V; Eo Cu 2+ / Cu = 0,34V c Phản ứng OXH Cl- MnO4biết E0 MnO − / Mn + = 1,51V; E0 Cl / Cl − = 1,36V d Phản ứng khử H2S Fe3+ E0 Fe 3+ / Fe + = 0,77V; E0 S / S = -0,48 2− H2S cho pk1 = 7,02; pk2 = 12,9 Đánh giá chiều hướng mức độ phản ứng OXH – khử VD 2: Fe3+ + Ag biết E0 Fe 3+ / Fe + Fe2+ + Ag+ = 0,771V; E0 Ag + / Ag k=? = 0,799V VD 3: Tính số K phản ứng khử H2S Fe3+ biết E0 Fe H2S 3+ / Fe + = 0,771V; E0 S / S = -0,48 2− pk1 = 7,02; pka = 12,9 Bài tập Bài1: Cho điện cực 24 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên a Cd│Cd2+ (C Cd = 0,1M) Eo = -0,403V 2+ b (Pt) Cl2(p = 1atm)│Cl- (C Cl = 0,01M) Eo = 1,36V c Ag, AgBr│Br- (C = 0,005M) Eo = 0,071V d Pt│Sn2+ (C1 = 0,02M), Sn4+ (C2 = 0,04M) Eo = 0,15V e Hg, Hg2SO4│SO42- (C = 0,015) Eo = 0,62V − Viết phản ứng điện cực tính điện cực Nếu ghép đôi điện cực a – c; a – d; b – c để tạo thành pin viết sơ đồ pin tính Epin Bài 2: Cho biết O – K tiêu chuẩn E0 Cu 2+ E0 Cu + / Cu = 0,16V E0 Fe = 0,52V / Cu E0 Fe 3+ 2+ / Fe + = 0,77V / Fe = -0,44V Hãy cho biết tượng xảy TH sau Cho bột Fe vào dd Fe2(SO4)3 0,05M Cho bột Cu vào dd CuSO4 1M Bài 3: Xét sơ đồ sau: Zn│Zn2+ (0,18M)║Ag+ (0,3M)║Ag a Xác định điện cực điện cực Viết phản ứng xảy điện cực tính Epin = ? b kcb = ? biết E0 Zn 2+ Bài 4: Cho E0 O E0 O / Zn = -0,76V; E0 Ag / H 2O / OH − + / Ag = 0,8V = 1,23V; pkW = 14 = ? 25oC Xét khả hoà tan Ag H2O có O2 khơng khí biết E0 Ag + / Ag = 0,8V Bài 5: Thiết lập sơ đồ pin Cr2O72- với Fe2+ với pH = Cho E0 Cr O E0 Fe 3+ 2− / Cr + / Fe + = 1,33V = 0,77V C Fe = 0,1M C Cr O C Fe = 0,01M C Cr = 0,2M 3+ 2+ 2− = 0,1M 3+ thành phần dd pin phóng điện hồn tồn , 77    Bài Cho O2 0,68V → H2O2 1V → H2O a) Viết phương trình phản ứng 25 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên b) So sánh độ bền tương đối dạng c) E0 O / H 2O Thiết lập phụ thuộc điện cực vào pH cặp H2O2/H2O; O2/H2O; O2/H2O2 Cho E0 MnO − / Mn + = 1,51V Viết phương trình phản ứng thiết lập sơ đồ pin MnO4- H2O2 lít dd chứa 0,15 mol KMnO 4; 0,085 mol H2O2 0,8 mol H2SO4 Tính CM chất sau phản ứng Bài 7: a) Hãy tạo pin có xảy phản ứng sau: Pb(r) + CuBr2 (dd 0,01M) → PbBr2 (r) + Cu (r) b) Viết sơ đồ pin phản ứng xảy điện cực cho E0 Pb 2+ / Pb = -0,126V; E0 Cu 2+ / Cu = 0,34V c) 25oC Epin = 0,442V T PbBr = ? Bài 8: AgCl hợp chất halogen không tan màu trắng Để khảo sát độ tan dựa vào bt điện hoá, người ta thiết lập pin điện hoá gồm phần nối cầu muối + bên trái Zn nhúng vào dd Zn(NO3)2 0,2M + bên phải Ag nhúng vào dd AgNO3 0,1M Vmỗi dd = lít a) Viết phương trình phản ứng xảy pin phóng điện tính Epin b) Giả sử pin phóng điện hồn tồn lượng Zn dư Tính điện lượng phóng TN c) Trong TN khác người ta cho KCl rắn vào bến phải pin ban đầu [K+] = 0,3M Xảy kết tủa Ag thay đổi sđđ Sau thêm E = 1,04V + Tính [Ag+] = ? + [Cl-] = ? TAgCl = ? biết E0 Zn 2+ / Zn = -0,76V E0 Ag + / Ag = 0,8V Bài 9: Đánh giá khả phản ứng Cu2+ với dd KI dư biết E0 Cu 2+ / Cu = 0,34V; E0 Cu + / Cu = 0,52V 26 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên E0 I − / 3I − Cu+ + I- = 0,55V; CuI↓ Ks = 10-12 Bài 10: Phản ứng AgNO3 với KCl dd tạo↓ AgCl giải phóng lượng Ta tạo tế bào điện hố sinh cơng nhờ phản ứng Viết CT tế bào quang điện viết phản ứng anôt, catôt ∆Go298k phản ứng kết tủa AgCl Eo298 tế bào điện hoá cho TAgCl = 1,6.10-10 25oC Bài 11: a Kcb phản ứng: Fe3+ + Sn2+ cho E0 Fe E0 Fe 3+ 3+ 3+ 2+ / Fe E0 Sn = -0,44V 4+ =? / Fe b cho E0 Fe E0 Fe = 0,77V / Fe + Fe2+ + Sn4+ / Fe + = 0,77V tính E0 Fe(OH ) / Fe ( OH ) =? Fe(OH)3 Fe3+ + 3OH- Ks1 = 10-37,5 Fe(OH)2 biết Fe2+ + 2OH- Ks2 = 10-15,6 c E0 S / S = -0,48V biết H2S pk1 = 7; pk2 = 12,9 2− Eo S / H S = ? d E0 Ag e E0 Fe + 3+ / Ag / Fe + E0 Ag CrO = 0,8V = 0,77V Fe3+ + 3F- FeF3 / Ag =? pk sAg CrO = 12 E0 FeF / Fe = ? 2+ β = 1012 27 / Sn + = 0,15V Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên Ngày 21 Tháng năm 2007 KIỂM TRA CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN HOÁ HỌC (Thời gian : 150 phút) Câu I: Dựa vào điện cực chuẩn cặp oxi hoá - khử Hãy dự đoán chiều phản ứng xảy hệ sau KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 KMnO4 + FeCl3 + H2SO4 K2Cr2O7 + FeBr3 + H2SO4 K2Cr2O7 + KI + H2SO4 Các tiêu chuẩn cần xét: E0 4-, H+/Mn2+ = 1,51V E0 2O72-, H+/Cr3+ = 1,33V Cr MnO EFe3+/Fe2+ = 0,77V E0Br2/ 2Br - = 1,07V E0 2/ 2ClCl = 1,36V E0 I2/ 2I - = 0,54V Câu II : Khi ghép thành pin cặp AgBr/Ag đóng vai trị anot, cặp Fe3+/ Fe2+ đóng vai trị catot Hãy viết sơ đồ pin, phương trình phản ứng pin pin hoạt động Mô tả chiều dịch chuyển điện tích pin Cho E0 pin = 0,698V E0 = 0,771V E0Ag+/ Ag = 0,799V AgBr = ? Tính T Tính E pin C - = 0,1M ; Br CFe 3+ = 0,001M ; C Fe 2+ = 0,1M Tính nồng độ ion dung dịch pin phóng điện hồn tồn Tính điện cực thời điểm Câu III: Cho pH = 14 sơ đồ sau: ClO3- 0,35V ClO2- 0,58V ClO- 0,93V Cl - a Viết phương trình ion nửa phản ứng b So sánh độ bền dạng oxi hoá - khử c Tính EClO3-, / Cl- pH = Thiết lập sơ đồ pin xảy phản ứng đây: Cu2+ + 4NH3 Cu(NH3)4 2+ Câu IV: Thiết lập khu vực pH để oxi hoá 80% Br- 5% Cl- từ hỗn hợp KBr 0,1M KCl M dung dịch K2Cr2O7 E0 2O72-, H+/Cr3+ = 1,33V E0 Br2/ 2Br = 1,07V Cr ECl2/ 2Cl- = 1,36V Câu V : 1.Tính cân dung dịch chứa hỗn hợp K2Cr2O7 0,1M , KBr 1M Cr3+ 0,05M pH=0 Cho E0 2O72-, H+/Cr3+ = 1,33 V ; E0Br2/ 2Br - = 1,07V Cr Cho phản ứng sau: 28 Nguyễn Huệ – THPT Chuyên Hưng Yên NaBH4 + C0 KMnO4 → = 0,16 M NaH2BO3 + MnO2 ; MnO40 C- = 0,03M NaBH4 Xác định sơ đồ pin thành phần cân biết : EMnO4-/ MnO2 = 0,59V ; E0H2BO3-/ BH4- = 0,05V Câu VI: Điện phân dung dịch chứa Cu2+ 0,01M , Ni2+ 1M , Ag+ 0,001M , H+ 0,1M ClO4- ; dùng điện cực Pt C 4- = ? dung dịch ClO Ag Cho E0 +/ Ag dây R dẫn = 0,8V ; E0 2+/ Cu = 0,34V ; Cu = 0,5 Ω ; Cường độ dòng điện I = Α ;O2/ 0H2O E = 1,23V Quá O2O2 η /Pt =0,5V Tính đặt vào để trình điện phân bắt đầu xảy ra? Nếu điện phân hết Ag+ Cu2+ bị điện phân chưa ? Trong điều kiện điện phân điện phân Ni2+ không? 29 E0Ni2+/ Ni = - 0,23V ... việc áp dụng chuyên đề thực giúp em học sinh giải tốt tập pin điện ; giúp em hệ thống hoá kiến thức cách nhanh đầy đủ từ vận dụng vào dạng tập cụ thể cách dễ dàng Nội dung kiến thức ôn luyện... gia phần điện hố học cịn nhiều vấn đề, tơi xin tiếp tục đề cập chuyên đề Hưng Yên - 2008 Tài liệu tham khảo: Một số vấn đề chọn lọc tập 2 Hoá học phân tích - Nguyễn Tinh Dung Cơ sở lí thuyết hố... vào hay hai dung dịch điện li chất điện li nóng chảy( vật dẫn loại 2: dẫn điện nhờ ion) Một điện cực với chất điện li → ngăn điện cực (cũng hai điện cực tham gia vào ngăn) VD1: Tế bào Vonta Điện