Hoá Học ProTHPT
Đăng nhậpĐăng ký

Hoá học 12 · Pin điện và điện phân

Thế điện cực và nguồn điện hoá học

Cặp oxi hoá – khử, thế điện cực chuẩn và dãy thế điện cực chuẩn; quy tắc xác định chiều phản ứng; pin Galvani, sức điện động chuẩn; acquy, pin lithium-ion và pin nhiên liệu.

Cặp oxi hoá – khử và thế điện cực chuẩn

Dạng oxi hoá và dạng khử của cùng một nguyên tố tạo thành cặp oxi hoá – khử, kí hiệu dạng oxi hoá / dạng khử, ví dụ Cu2+/Cu, Fe3+/Fe2+, 2H+/H2.

Thế điện cực chuẩn E° của một cặp được đo so với điện cực hydrogen chuẩn (quy ước E° = 0 V) ở 25 °C, nồng độ ion 1 M. E° càng lớn, dạng oxi hoá có tính oxi hoá càng mạnh; E° càng nhỏ, dạng khử có tính khử càng mạnh.

CặpE° (V)CặpE° (V)
K+/K−2,93Ni2+/Ni−0,26
Na+/Na−2,71Pb2+/Pb−0,13
Mg2+/Mg−2,372H+/H20,00
Al3+/Al−1,66Cu2+/Cu+0,34
Zn2+/Zn−0,76Fe3+/Fe2++0,77
Fe2+/Fe−0,44Ag+/Ag+0,80

Chiều của phản ứng oxi hoá – khử

Phản ứng giữa hai cặp oxi hoá – khử xảy ra theo chiều: chất oxi hoá mạnh hơn tác dụng với chất khử mạnh hơn tạo thành chất oxi hoá yếu hơn và chất khử yếu hơn. Nói cách khác, dạng oxi hoá của cặp có E° lớn hơn oxi hoá được dạng khử của cặp có E° nhỏ hơn.

Ví dụ: E°(Cu²⁺/Cu) = +0,34 V lớn hơn E°(Fe²⁺/Fe) = −0,44 V nên Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu. Kim loại có E° nhỏ hơn 0 khử được ion H+ trong acid loãng giải phóng hydrogen.

Pin Galvani

Pin Galvani biến năng lượng của phản ứng oxi hoá – khử thành năng lượng điện. Pin Zn – Cu gồm thanh Zn nhúng trong dung dịch ZnSO4 và thanh Cu nhúng trong dung dịch CuSO4, nối với nhau bằng dây dẫn và cầu muối.

  • Anode (cực âm): Zn bị oxi hoá Zn → Zn2+ + 2e; thanh Zn mòn dần.
  • Cathode (cực dương): ion Cu²⁺ bị khử Cu2+ + 2e → Cu; Cu bám vào thanh đồng.
  • Electron chuyển từ anode sang cathode qua dây dẫn; cầu muối giúp trung hoà điện tích hai dung dịch.
\[E^{o}_{pin} = E^{o}_{cathode} - E^{o}_{anode}\]

Pin Zn – Cu: E° = 0,34 − (−0,76) = 1,10 V.

Một số nguồn điện hoá học

  • Acquy chì (ắc quy xe máy, ô tô): điện cực Pb và PbO2 trong dung dịch H2SO4, sạc lại được.
  • Pin lithium-ion: dùng trong điện thoại, máy tính, xe điện; nhẹ, dung lượng lớn, sạc nhiều lần.
  • Pin nhiên liệu hydrogen – oxygen: phản ứng 2H2 + O2 → 2H2O tạo ra điện năng, sản phẩm chỉ là nước, thân thiện môi trường.
Pin, acquy hỏng chứa kim loại nặng và chất điện li độc hại; cần thu gom đúng nơi quy định, không vứt cùng rác sinh hoạt.

🧪 Thí nghiệm ảo – mô phỏng

🧪 Hãy thử
  • Chọn cặp điện cực Zn – Cu: vôn kế chỉ khoảng 1,10 V, electron đi từ Zn sang Cu.
  • Đổi thành Mg – Ag: hiệu thế điện cực lớn hơn nên sức điện động lớn hơn.
  • Bấm Bỏ cầu muối: mạch hở, dòng điện ngừng ngay.

🎉 Thí nghiệm vui cho bài này

Lớp 12Cây bạc lấp lánhDây đồng nhúng trong dung dịch AgNO₃ mọc ra những tinh thể bạc hình cây, dung dịch hoá xanh.

📐 Công thức cần nhớ

Sức điện động chuẩn của pin
\[E^{o}_{pin} = E^{o}_{(+)} - E^{o}_{(-)}\]
Cực dương (cathode) có E° lớn hơn
Điều kiện phản ứng xảy ra
\[E^{o}_{oxh} > E^{o}_{kh}\]
E° của cặp chứa chất oxi hoá lớn hơn E° của cặp chứa chất khử

✍️ Ví dụ có lời giải

Ví dụ 1. Tính sức điện động chuẩn của pin Galvani tạo bởi hai cặp Ni2+/Ni (−0,26 V) và Ag+/Ag (+0,80 V). Cho biết cực âm.

Xem lời giải
  1. Cặp Ag⁺/Ag có E° lớn hơn nên Ag là cathode (cực dương), Ni là anode (cực âm).
  2. E°pin = 0,80 − (−0,26) = 1,06 V.

✅ Đáp số: 1,06 V; cực âm là Ni

Ví dụ 2. Kim loại Cu có khử được ion Fe3+ không? Biết E°(Fe³⁺/Fe²⁺) = +0,77 V và E°(Cu²⁺/Cu) = +0,34 V.

Xem lời giải
  1. 0,77 > 0,34 nên Fe³⁺ oxi hoá được Cu.
  2. Cu + 2Fe³⁺ → Cu²⁺ + 2Fe²⁺.

✅ Đáp số: Có

⚠️ Lỗi thường gặp

  • Gọi anode là cực dương trong pin Galvani: trong pin, anode là cực âm (nơi xảy ra sự oxi hoá).
  • Lấy E° anode trừ E° cathode, dẫn tới sức điện động âm.
  • Cho rằng Cu không phản ứng với muối Fe³⁺ vì Cu đứng sau Fe trong dãy hoạt động.

🎮 Luyện tập bài này

Pin Điện & Điện PhânThế điện cực chuẩn, sức điện động pin, chiều phản ứng, định luật Faraday.L12