Nội dung chính 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

I. CẶP OXI HOA – KHỬ

- Nguyên tử kim loại có thể nhường electron để trở thành cation kim loại; cation kim loại có thể nhận electron để trở thành nguyên tử kim loại.

Ví dụ: Al³⁺ +3e Al

- Các nguyên tử kim loại: chất khử; ion kim loại: chất oxi hóa.

- Dạng oxi hóa và dạng khử tương ứng của một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa – khử của kim loại.

- Mối quan hệ giữa dạng oxi hóa và dạng khử: Mⁿ⁺ + ne M

II. THẾ DIỆN CỰC CHUẨN

1. Điện cực

- Ứng với mỗi cặp oxi hóa – khử có thể thiết lập một điện cực, tại đó tồn tại cân bằng giữa dạng oxi hóa và dạng khử.

- Tại ranh giới giữa kim loại và dung dịch chất điện li của mỗi điện cực tồn tại cân bằng: Mⁿ⁺ + ne M.

- Điện cực kim loại có nồng độ ion kim loại bằng 1M, nhiệt độ thường chọn là 25^oC (298 K) gọi là điện cực ở điều kiện chuẩn.

2. Thế điện cực chuẩn

- Mỗi điện cực ở điều kiện chuẩn có một đại lượng đặc trưng về điện thế, gọi là thế điện cực chuẩn.

- Kí hiệu: , đơn vị là volt. 

- Thực nghiệm không đo được giá trị tuyệt đối của thế điện cực chuẩn nhưng đo được sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực ở điều kiện chuẩn.

⇒ Xác định thế điện cực chuẩn: Quy ước thế điện cực chuẩn của hydrogen bằng 0; từ thực nghiệm, đo chênh lệch điện thế giữa thế điện cực đó với thế điện cực hydrogen chuẩn.

- Giá trị thế điện cực chuẩn là đại lượng đánh giá khả năng khử của dạng khử, khả năng oxi hóa của dạng oxi hóa trong điều kiện chuẩn:

+ Giá trị thế điện cực chuẩn càng nhỏ, dạng khử có tính khử càng mạnh, dạng oxi hóa có tính oxi hóa càng yếu.

+ Giá trị thế điện cực chuẩn càng lớn, dạng khử có tính khử càng yếu, dạng oxi hóa có tính oxi hóa càng mạnh.

3. Ý nghĩa của thế điện cực chuẩn

a) So sánh tính khử, tính oxi hóa giữa các cặp oxi hóa – khử

- Giữa hai cặp oxi hóa – khử, cặp có giá trị thế điện cực chuẩn nhỏ hơn thì dạng khử có tính khử mạnh hơn, dạng oxi hóa có tính oxi hóa yếu hơn và ngược lại.

- Ví dụ: = +0,340 < = +0,799 nên tính khử của Cu mạnh hơn Ag, tính oxi hóa của Cu²⁺ yếu hơn Ag⁺ ở điều kiện chuẩn.

- So sánh giá trị thế điện cực chuẩn ⇒ dãy điện hóa (dùng để so sánh tính khử, tính oxi hóa giữa các cặp oxi hóa – khử):

b) Dự đoán chiều phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử

- Từ việc so sánh giá trị thế điện cực chuẩn: 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 điện cực lớn hơn, tạo ra dạng oxi hóa và dạng khử tương ứng.

- Từ vị trí của hai cặp oxi hóa – khử trong dãy điện hóa: Chất khử của cặp oxi hóa – khử đứng trước tác dụng với chất oxi hóa của cặp oxi hóa – khử đứng sau, tạo ra dạng oxi hóa và dạng khử tương ứng.

- Sử dụng quy tắc để dự đoán chiều phản ứng.

III. PIN DIỆN HOA 

1. Phản ứng oxi hóa – khử và dòng điện

- Phản ứng oxi hóa – khử luôn kèm theo sự chuyển electron từ chất khử sang chất oxi hóa.

- Nếu các quá trình oxi hóa, quá trình khử xảy ra trên hai điện cực và electron được truyền từ chất khử sang chất oxi hóa qua dây dẫn thì năng lượng của phản ứng hóa học sẽ chuyển thành năng lượng điện.

2. Pin Galvani

- Sơ đồ pin: Ở 25^oC, nhúng một thanh Zn vào cốc đựng dung dịch ZnSO₄ 1 M, nhúng một thanh Cu vào cốc đựng dung dịch CuSO₄ 1 M. Nối thanh Zn và thanh Cu bằng dây dẫn, lắp vôn kế để đo hiệu điện thế, đóng kín mạch bằng một cầu muối.

- Ở thanh Zn: Zn → Zn²⁺ + 2e ⇒ cung cấp electron ⇒ cực âm (anode) ⇒ electron theo dây dẫn di chuyển sang điện cực Cu.

- Ở thanh Cu: Cu²⁺ +2e → Cu ⇒ nhận electron ⇒ cực dương (cathode).

- Quá trình xảy ra trong pin Galvani: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

- Bố trí tách biệt hai cặp oxi hóa – khử ở hai điện cực tạo ra sự truyền electron từ chất khử sang chất oxi hóa qua dây dẫn để tạo ra dòng điện.

- Vai trò của cầu muối: Cho phép các ion di chuyển qua, vừa đóng kín mạch điện, vừa duy trì tính trung hòa điện của mỗi dung dịch.

- Tính sức điện động chuẩn: = - .

IV. Một số loại pin khác