Đáp án Hoá học 12 kết nối Bài 15: Thế điện cực và nguồn điện hoá học

BÀI 15. THẾ ĐIỆN CỰC VÀ NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC

MỞ ĐẦU

Pin điện hóa là nguồn năng lượng được sử dụng phổ biến trong nhiều thiết bị như đèn pin, điện thoại, laptop, máy tính cầm tay, đồng hồ, xe đạp điện, xe máy điện, ô tô, máy bay không người lái,... Pin điện hóa có cấu tạo như thế nào? Phản ứng oxi hóa – khử đóng vai trò gì trong hoạt động của pin điện hóa? Làm thế nào để lắp ráp được một số pin điện hóa đơn giản?

Hướng dẫn chi tiết:

- Pin điện hóa có cấu tạo gồm hai điện cực, mỗi điện cực ứng với mỗi cặp oxi hóa – khử và thường nối với nhau qua mối nối. Phản ứng này đóng vai trò tạo ra dòng electron đi từ anode đến cathode qua một dây nối, tạo ra dòng điện.

- Cách lắp ráp được một số pin điện hóa:

+ Chọn hai điện cực của hai thanh kim loại khác nhau, ví dụ như thanh kẽm và thanh đồng.

+ Cắm hai thanh kim loại vào quả chanh.

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

I. CẶP OXI HÓA - KHỬ

Hoạt động nghiên cứu: Nhúng một thanh kẽm vào cốc đựng dung dịch copper(II) sulfate (Hình 15.2a), sau một thời gian nhấc thanh kẽm ra thì thấy xuất hiện một lớp đồng màu đỏ bám vào thanh kẽm (Hình 15.2b).

1. Viết phương trình hóa học dạng ion rút gọn của phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong thí nghiệm.

2. Viết quá trình oxi hóa nguyên tử Zn và quá trình khử Cu²⁺. Chỉ ra dạng oxi hóa và dạng khử trong mỗi quá trình.

3. Biểu diễn dạng oxi hóa và dạng khử của mỗi nguyên tố trên như sau: dạng oxi hóa/dạng khử.

Hướng dẫn chi tiết:

1. PTHH dạng ion rút gọn:

Cu²⁺ + Zn  Zn²⁺ + Cu

2. - Sự oxi hóa nguyên tử Zn: Zn Zn²⁺ + 2e

Dạng oxi hóa: Zn²⁺, dạng khử: Zn.

- Sự khử Cu²⁺: Cu²⁺ + 2e  Cu

Dạng oxi hóa: Cu²⁺, dạng khử: Cu.

3. Dạng oxi hóa và dạng khử của mỗi nguyên tố trên được viết như sau: Zn²⁺/Zn, Cu²⁺/Cu.

Câu hỏi 1: Viết bán phản ứng hoặc cặp oxi hóa – khử còn thiếu trong bảng dưới đây vào vở:

Hướng dẫn chi tiết:

Câu hỏi 2: Cho đinh sắt (iron) tác dụng với dung dịch hydrochloric acid, thu được muối iron(II) chloride và khí hydrogen.

a) Viết phương trình hóa học của phản ứng ở dạng ion thu gọn.

b) Xác định các cặp oxi hóa – khử trong các phản ứng trên.

Hướng dẫn chi tiết:

a) PTHH của phản ứng ở dạng ion thu gọn:

Fe + 2H⁺  Fe²⁺ + H₂

b) Cặp oxi hóa – khử: 2H⁺/H₂, Fe²⁺/Fe.

II. THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN

Câu hỏi 3: Cho các cặp oxi hóa – khử sau: Na⁺/Na, Mg²⁺/Mg, Zn²⁺/Zn, Al³⁺/Al, Fe²⁺/Fe, Ag⁺/Ag, 2H⁺/H₂, Cu²⁺/Cu.

Dựa vào Bảng 15.1 sắp xếp các cặp oxi hóa – khử trên theo chiều giảm dần tính khử của dạng khử.

Hướng dẫn chi tiết:

Chiều giảm dần tính khử của dạng khử: Na, Mg, Al, Zn, Fe, H₂, Cu, Ag.

Hoạt động nghiên cứu: Nghiên cứu về chiều phản ứng giữa các cặp oxi hóa – khử

Xét hai phương trình oxi hóa – khử sau:

Zn + Cu²⁺ Zn²⁺ + Cu                     (1)

Cu + 2Ag⁺ Cu²⁺ + 2Ag                  (2)

1. Dựa vào Bảng 15.1, so sánh thế điện cực chuẩn của các cặp oxi hóa – khử: Zn²⁺/Zn với Cu²⁺/Cu, Cu²⁺/Cu với Ag⁺/Ag.

2. Chỉ ra chất khử mạnh hơn và chất oxi hóa mạnh hơn trong mỗi phản ứng.

3. Dựa vào giá trị thế điện cực chuẩn, rút ra nhận xét chung về chiều phản ứng giữa các cặp oxi hóa – khử ở trên.

Hướng dẫn chi tiết:

1. -  

-

2. - Tại phản ứng (1) Zn có tính khử mạnh hơn Cu, Zn²⁺ có tính oxi hóa yếu hơn Cu²⁺.

- Tại phản ứng (2) Cu có tính khử mạnh hơn Ag, Cu²⁺ có tính oxi hóa yếu hơn Ag⁺.

3. Nhận xét: chất khử của cặp oxi hóa – khử có thế điện cực nhỏ hơn tác dụng với chất oxi hóa của cặp oxi hóa – khử có thế cực điện lớn hơn, tạo ra dạng oxi hóa và dạng khử tương ứng.

Câu hỏi 4: Ở điều kiện chuẩn, kim loại M có thể tác dụng với dung dịch acid (H⁺), với nước khi giá trị thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa – khử kim loại Mⁿ⁺/ M thỏa mãn điều kiện nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Ở điều kiện chuẩn, kim loại M có thể tác dụng với dung dịch acid với điều kiện giá trị thế điện cực chuẩn của cặp Mⁿ⁺/ M bé hơn H⁺/H.

Câu hỏi 5: Dựa vào giá trị thế điện cực chuẩn ở Bảng 15.1, hãy viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra giữa các cặp oxi hóa – khử sau:

a) Ni²⁺/Ni và 2H⁺/H₂.

b) Fe²⁺/Fe và Cu²⁺/Cu.

c) Zn²⁺/Zn và Au³⁺/Au.

Hướng dẫn chi tiết: