Đáp án Hóa học 12 cánh diều Bài 11: nguồn điện hóa học

BÀI 11: NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC

MỞ ĐẦU

Hình 11.1 mô tả một số loại pin thường được sử dụng trong đời sống. Vậy hoạt động của các pin trên dựa trên loại phản ứng hóa học nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Hoạt động của các pin trên dựa trên phản ứng oxi hóa – khử.

I. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA PIN GALVANI

Câu hỏi 1: Khi nhúng một thanh kẽm vào dung dịch CuSO₄ thì electron từ thanh kẽm sẽ chuyển trực tiếp hay gián tiếp đến ion Cu²⁺ trong dung dịch? Giải thích.

Hướng dẫn chi tiết:

Electron từ thanh kẽm sẽ được chuyển trực tiếp đến ion Cu²⁺ vì thanh kẽm được tiếp xúc trực tiếp với dung dịch CuSO₄.

Luyện tập 1: Hãy mô tả cấu tạo mỗi pin Galvani sau:

1. a) Fe-Cu.
2. b) Cu-Ag.
3. c) Fe-Ag.

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Cấu tạo của pin Galvani Fe-Cu gồm một thanh kim loại Fe được cắm trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Fe²⁺ và làm tương tự với thanh kim loại Cu. Hai cốc đựng dung dịch được nối sẵn với nhau bởi cầu muối, hai thanh kim loại được nối với một vôn kế bằng dây dẫn điện.
2. b) Cấu tạo của pin Galvani Cu-Ag gồm một thanh kim loại Cu được cắm trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Cu²⁺ và làm tương tự với thanh kim loại Ag. Hai cốc đựng dung dịch được nối sẵn với nhau bởi cầu muối, hai thanh kim loại được nối với một vôn kế bằng dây dẫn điện.
3. c) Cấu tạo của pin Galvani Fe-Ag gồm một thanh kim loại Fe được cắm trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Fe²⁺ và làm tương tự với thanh kim loại Ag. Hai cốc đựng dung dịch được nối sẵn với nhau bởi cầu muối, hai thanh kim loại được nối với một vôn kế bằng dây dẫn điện.

Luyện tập 2: Hãy nêu nguyên tắc hoạt động của pin Galvani Zn-Ag và viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra trong pin.

Hướng dẫn chi tiết:

- Nguyên tắc hoạt động của pin Galvani Zn-Ag: tại anode Zn nhường electron để chuyển thành ion Zn²⁺ tan vào trong dung dịch. Còn tại cathode ion Ag⁺ trong dung dịch nhận electron từ điện cực Zn qua dây dẫn chuyển sang điện cực Ag để chuyển thành Ag và bám lên điện cực.

- PTHH: Zn (s) + Cu²⁺ (aq)  Zn²⁺ (aq) + Cu (s).

Câu hỏi 2: Cho biết thế điện cực chuẩn của cặp  và . Hãy tìm biểu thức liên hệ hai giá trị này với giá trị sức điện động chuẩn của pin Zn-Cu (bằng 1,103 V).

Hướng dẫn chi tiết:

Do giá trị của điện động chuẩn của pin Zn-Cu bằng 1,103 V và thế điện cực chuẩn của  >  nên ta có biểu thức liên hệ giữa hai giá trị thế điện cực chuẩn là:   (V).

II. THỰC HÀNH LẮP MỘT SỐ PIN ĐƠN GIẢN

Luyện tập 3: Từ Bảng 10.1, hãy so sánh sức điện động chuẩn của pin Galvani Zn-Ni và Sn-Cu.

Hướng dẫn chi tiết:

Sức điện động tiêu chuẩn của pin Galvani Zn-Ni:

 (V).

Sức điện động tiêu chuẩn của pin Galvani Sn-Cu:

 (V).

Từ đó thấy được sức điện động chuẩn của pin Galvani Zn-Ni lớn hơn sức điện động chuẩn của pin Galvani Sn-Cu (vì 0,506 > 0,478).

Thí nghiệm: Thực hành lắp pin đơn giản.

Chuẩn bị:

- Hóa chất: Hai thanh (hoặc dây) kim loại khác nhau (ví dụ đồng, kẽm,...), dung dịch chất điện li (ví dụ dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng, NaCl,... hoặc quả chanh, quả táo,...).

- Dụng cụ: Vôn kế (hoặc đèn led nhỏ để nhận biết sự xuất hiện của dòng điện), dây dẫn, cốc thủy tinh.

Tiến hành:

- Cắm hai thanh (hoặc dây) kim loại vào cốc chứa dung dịch chất điện li (hoặc quả chanh, quả táo,...).

- Đo sức điện động giữa hai thanh (hoặc dây) kim loại bằng vôn kế (Hình 11.3).

Yêu cầu: Quan sát và mô tả hiện tượng xảy ra.

Chú ý an toàn: Hai thanh kim loại trong pin không được chạm vào nhau.

Hướng dẫn chi tiết:

Khi cắm hai thanh kim loại vào cốc chứa dung dịch chất điện li thì sau một thời gian  ta sẽ thấy vôn kế có sự dịch chuyển. Nguyên nhân gây ra sự dịch chuyển này là do có dòng điện được sinh ra.

III. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI PIN THÔNG DỤNG KHÁC

Vận dụng 1: Tìm hiểu và cho biết một số hạn chế nếu sử dụng pin Galvani Zn-Cu trong đèn pin.

Hướng dẫn chi tiết:

Hạn chế khi sử dụng pin Galvani Zn-Cu trong đèn pin là gây ô nhiễm môi trường và ngộ độc kim loại ở các làng nghề tái chế và thu gom. Đồng thời tuổi thọ của loại pin này thấp và không phù hợp để sử dụng lâu dài.

Luyện tập 4: Hãy nêu một số trường hợp sử dụng acquy trong thực tế mà em biết.

Hướng dẫn chi tiết:

Một số trường hợp sử dụng acquy trong thực tế là:

- Khi điện trong gia đình mất, ta có thể dùng acquy để phát điện cho một số đồ dùng điện cần thiết để sử dụng.

- Acquy dùng để cung cấp điện cho xe điện, xe máy, ô tô... để khởi động một cách bình thường.

Câu hỏi 3: Mỗi phát biểu sau đây là đúng hay sai?

1. a) Pin mặt trời biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
2. b) Pin mặt trời là nguồn năng lượng xanh.
3. c) Khi hoạt động, pin mặt trời không gây hiệu ứng nhà kính.
4. d) Khi hoạt động, pin mặt trời gây mưa acid và làm Trái Đất nóng lên.

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Đúng.
2. b) Đúng.
3. c) Đúng.
4. d) Sai. Vì khi pin mặt trời hoạt động sẽ không gây ra bất kỳ chất hóa học nào có hại cho môi trường.

Vận dụng 2: Tìm hiểu và giải thích những vùng miền nào ở Việt Nam thích hợp với việc phát triển điện mặt trời.

Hướng dẫn chi tiết:

Ở Việt Nam, các tỉnh ở khu vực miền Trung và miền Nam rất thích hợp với việc phát triển điện mặt trời do có nhiều điều kiện tự nhiên thuận lợi với lượng bức xạ mặt trời và tổng số giờ nắng trong năm cao.

BÀI TẬP

Bài 1: Sử dụng bảng thế điện cực chuẩn, xác định sức điện động chuẩn của pin Galvani tạo bởi các cặp oxi hóa – khử sau, đồng thời chỉ ra điện cực dương, điện cực âm của pin trong mỗi trường hợp:

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Sức điện động chuẩn của pin Galvani tạo bởi các cặp oxi hóa – khử Ni²⁺/Ni và Ag⁺/Ag là:

 (V)

Trong đó pin có điện cực dương là Ni và điện cực âm là Ag.

1. b) Sức điện động chuẩn của pin Galvani tạo bởi các cặp oxi hóa – khử Zn²⁺/Zn và 2H⁺/H₂ là:

 (V)

Trong đó pin có điện cực dương là Zn và điện cực âm là H⁺.

Bài 2: Nêu ý kiến của em về nhận định: Pin nhiên liệu hydrogen và pin mặt trời sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tương lai.

Hướng dẫn chi tiết:

Đối với em nhận định: “Pin nhiên liệu hydrogen và pin mặt trời sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tương lai” là một nhận định đúng. Bởi pin nhiên liệu hydrogen và pin mặt trời có những lợi ích thiết thực như: không tạo ra chất thải hóa học, giảm thải carbon cho các lĩnh vực công nghiệp, tăng lượng thời gian sử dụng trong ngày và dễ sử dụng...

Bài 3: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về pin Galvani?

1. Anode là điện cực dương.
2. Cathode là điện cực âm.
3. Ở điện cực âm xảy ra quá trình oxi hóa.
4. Dòng electron di chuyển từ cathode sang anode.

Hướng dẫn chi tiết:

Chọn D.

Bài 4: Những phát biểu nào sau đây là đúng?

1. a) Phản ứng hóa học xảy ra trong pin Galvani là phản ứng tự diễn biến.
2. b) Trong pin Galvani, điện cực âm là nơi xảy ra quá trình khử.
3. c) Sức điện động của pin Galvani là hiệu điện thế giữa hai điện cực.
4. d) Pin Galvani tạo ra dòng điện từ quá trình vật lí.

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Đúng.
2. b) Đúng.
3. c) Sai. Vì sức điện động của pin Galvani là hiệu thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa – khử.
4. d) Sai. Vì dòng điện từ tạo ra từ quá trình hóa học.

Bài 5: Cho phản ứng trong một pin Galvani như sau:

Hãy cho biết quá trình xảy ra ở anode và cathode khi pin hoạt động.

Hướng dẫn chi tiết:

Quá trình xảy ra ở anode: Cr  Cr³⁺ + 3e.

Quá trình xảy ra ở cathode: Cu²⁺ + 2e  Cu.