Đáp án Hóa học 12 cánh diều Bài 10: Thế điện cực chuẩn của kim loại

BÀI 10: THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI

MỞ ĐẦU

Cho hai kim loại X và Y cùng hai cation tương ứng là X^m+ và Yⁿ⁺. Xét phản ứng hóa học:

1. a) Phản ứng hóa học trên thuộc loại phản ứng nào?
2. b) Có thể dự đoán chiều của phản ứng hóa học trên dựa vào cơ sở nào?

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Phản ứng hóa học trên thuộc loại phản ứng oxi hóa – khử.
2. b) Có thể dự đoán chiều của phản ứng hóa học trên dựa vào thế điện cực chuẩn của các chất.

I. CẶP OXI HÓA – KHỬ CỦA KIM LOẠI

Câu hỏi 1: Cho hai phản ứng sau:

Hãy xác định chất oxi hóa, chất khử trong mỗi phản ứng trên.

Hướng dẫn chi tiết:

- Phản ứng (1):

+ Chất oxi hóa: Cu²⁺.

+ Chất khử: Zn.

- Phản ứng (2):

+ Chất oxi hóa: Ag⁺.

+ Chất khử: Cu.

Luyện tập 1: Viết các cặp oxi hóa – khử của các kim loại trong hai phản ứng (1) và (2) ở trên.

Hướng dẫn chi tiết:

- Phản ứng (1), cặp oxi hóa – khử của các kim loại được viết là: Zn²⁺/Zn và Cu²⁺/Cu.

- Phản ứng (2), cặp oxi hóa – khử của các kim loại được viết là: Cu²⁺/Cu và Ag⁺/Ag.

Luyện tập 2: Hãy viết cặp oxi hóa – khử của các kim loại trong dãy sau:

Hướng dẫn chi tiết:

Các cặp oxi hóa – khử của kim loại trong dãy là: Mg²⁺/Mg, Al³⁺/Al, Zn²⁺/Zn, Fe³⁺/Fe, Fe²⁺/Fe, Fe³⁺/Fe²⁺, Sn²⁺/Sn, Pb²⁺/Pb, H⁺/H, Cu²⁺/Cu, Ag⁺/Ag và Au³⁺/Au.

II. THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI

Câu hỏi 2: So sánh thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa – khử Fe²⁺/Fe và Pb²⁺/Pb. Từ đó, so sánh tính oxi hóa của Fe²⁺ và Pb²⁺, tính khử của Fe và Pb.

Hướng dẫn chi tiết:

Thế điện cực chuẩn của của cặp oxi hóa – khử Fe²⁺/Fe là: .

Thế điện cực chuẩn của của cặp oxi hóa – khử Pb²⁺/Pb là:.

Ta thấy  (-0,440 V < -0,126 V). Nên tính oxi hóa của  và tính khử của .

Luyện tập 3: Hãy sắp xếp các ion sau theo chiều tăng dần tính oxi hóa: Na⁺, Zn²⁺, Au³⁺, Ni²⁺, H⁺.

Hướng dẫn chi tiết:

Chiều tăng dần oxi hóa của các ion là: Na⁺ > Zn²⁺ > Ni²⁺ > H⁺ > Au³⁺.

Câu hỏi 3: Phản ứng nào sau đây có thể xảy ra ở điều kiện chuẩn? Giải thích.

1. a)
2. b)

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Phản ứng này có xảy ra ở điều kiện chuẩn vì tính khử của Cu > Fe²⁺ và tính oxi hóa của Fe³⁺ > Cu²⁺.
2. b) Phản ứng này không xảy ra ở điều kiện chuẩn vì tính oxi hóa của Ag⁺ > Sn²⁺ mà tính khử của Sn > Ag.

BÀI TẬP

Bài 1: Kim loại M tan được trong dung dịch HCl 1 M ở 25^oC tạo muối MCl_n và H₂. Hãy so sánh giá trị thế điện cực chuẩn của cặp Mⁿ⁺/M và 2H⁺/H₂. Giải thích.

Hướng dẫn chi tiết:

Vì kim loại M tan được trong dung dịch HCl tạo ra muối nên chứng tỏ tính oxi hóa của H⁺ > Mn⁺ và tính khử của M > H₂. Vậy nên, giá trị thế điện cực chuẩn của cặp Mⁿ⁺/M nhỏ hơn cặp 2H⁺/H₂.

Bài 2: Cho các cặp oxi hóa – khử sau:

1. a) Mg²⁺/Mg và Cu²⁺/Cu.
2. b) Zn²⁺/Zn và Fe²⁺/Fe.
3. c) Ag⁺/Ag và Au³⁺/Au.

Viết các phương trình hóa học của phản ứng theo chiều tự diễn biến từ các cặp oxi hóa – khử tương ứng đã cho.

Hướng dẫn chi tiết:

PTHH:

1. a) Mg + Cu²⁺ Mg²⁺ + Cu.
2. b) Zn + Fe²⁺ Zn²⁺ + Fe.
3. c) 3Ag + Au³⁺ 3Ag⁺ + Au.

Bài 3: Thế điện cực chuẩn của cặp M⁺/M (M là kim loại) bằng –3,040 V. Những phát biểu liên quan đến cặp oxi hóa – khử M⁺/M nào dưới đây là đúng?

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Đúng.
2. b) Đúng.
3. c) Sai. Do rất nhỏ nên M có tính khử mạnh.
4. d) Sai. Do rất nhỏ nên ion M có tính oxi hóa yếu.

Bài 4: Chromium (Cr) thường được sử dụng để mạ lên kim loại do Cr tạo được lớp phủ sáng bóng. Hãy cho biết thiết bị kim loại được mạ Cr có bền trong môi trường là dung dịch Fe(NO₃)₂ không. Giải thích.

Cho biết thế điện cực chuẩn của cặp Cr²⁺/Cr là –0,910 V.

Hướng dẫn chi tiết:

Vì thế điện cực chuẩn của  nên tính khử của Cr > Fe và tính oxi hóa của Fe²⁺ > Cr²⁺.

Do xảy ra phản ứng oxi hóa – khử nên thiết bị kim loại được mạ Cr thường không bền trong môi trường là dung dịch Fe(NO₃)₂.