Phân loại, xây dựng cấu trúc các bài tập về pin điện hóa phục vụ cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia

Điều đặc biệt là chưa xây dựngmối liên kết các loại phản ứng trong pin điện.Chính vì những khó khăn trên đây, tôi đã xây dựng đề tài: “Phân loại, xây dựng cấu trúc các bài tập về pin điệ

SỞ GD-ĐT TỈNH BẮC NINH TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẮC NINH

ĐỀ TÀI “Phân loại, xây dựng cấu trúc các bài tập về pin

điện hóa phục vụ cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia”

Người thực hiện: Th.s Vương Bá Huy

Tổ: Hóa học Trường: THPT Chuyên Bắc Ninh

Năm học: 2012 - 2013

PIN ĐIỆN HÓA

Phần I: TỔNG QUAN

I TẦM QUAN TRỌNG, VAI TRÒ CỦA PHẢN ỨNG TRONG PIN ĐIỆN:

Trong chương trình hoá học phổ thông có đề cập tới phản ứng oxi hóa - khử, trongloại phản ứng này có thể chia làm hai loại:

Loại thứ nhất là phản ứng trong đó có sự trao đổi electron trên bề mặt của các chất tiếp,đây là loại phản ứng oxi hóa khử phổ biến

Loại thứ hai là phản ứng trao đổi electron trên bề mặt của hai điện cực, loại này đượcgặp trong điện phân và trong pin điện

Phản ứng oxi hóa khử xảy ra trong pin điện ở chương trình học sinh các trường phổthông gặp không nhiều Nhưng trong chương trình chuyên hóa và đặc biệt trong các bài thihọc sinh giỏi cấp Quốc gia và Quốc tế có đề cấp đáng kể

II TÌNH HÌNH THỰC TẾ NỘI DUNG KIẾN THỨC VỀ PIN ĐIỆN TRONG CÁC TÀI LIỆU HIỆN HÀNH:

Trong các tài liệu hiện hành thì chủ yếu là các tài liệu cho học sinh ôn luyện thi đạihọc và cao đẳng, các tài liệu này quá nhiều mà không có sự thống nhất một lí thuyết chuẩnmực mà nặng về bài tập tính toán gây cho học sinh lối học thụ động, không có tính sángtạo và kém tư duy về hoá học Bên cạnh những tài liệu này thấy các tài liệu dành cho họcsinh giỏi, học sinh chuyên còn ít và đặc biệt tài liệu dành cho thi HSG Quốc gia, Quốc tếthực sự là quá ít

Về nội dung kiến thức các loại phản ứng trong các tài liệu hiện hành chủ yếu đề cậpnhiều về phản ứng trao đổi ion tạo ra chất kết tủa, phản ứng axit - bazơ và phản ứng oxihoá khử do sự trao đổi electron trên bề mặt của các chất Còn phản ứng oxi hóa khử xảy ratrong pin điện trong sách giáo khoa viết rất sơ đẳng và đặc biệt mối liên hệ và ảnh hưởng

của các loại phản ứng hóa học trong pin điện ở sách giáo khoa phổ thông là không có Mặtkhác trong các tài liệu sách dùng cho sinh viên cũng chỉ viết theo một hệ thống cơ bản,chưa có hệ thống sâu rộng và đa dạng các loại pin điện Điều đặc biệt là chưa xây dựngmối liên kết các loại phản ứng trong pin điện.

Chính vì những khó khăn trên đây, tôi đã xây dựng đề tài: “Phân loại, xây dựng cấu trúc các bài tập về pin điện hóa phục vụ cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia”

III MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:

Mục tiêu của đề tài này là xây dựng cấu trúc các bài tập về pin điện, qua đó phânloại, đánh giá tác dụng của các bài tập phản ứng oxi hóa - khử trong pin điện và các phảnứng liên quan phục vụ cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia

IV PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN:

- Nghiên cứu lí thuyết về các quá trình oxi hóa, quá trình khử ở các điện cực, sự vậndụng lí thuyết phản ứng oxi hóa – khử trong giảng dạy hoá học ở trường phổ thông và cáctrường chuyên Xét các mối quan hệ giữa các loại phản ứng khác nhau có liên quan đếnphản ứng oxi hóa – khử

- Điều tra thu thập các tài liệu có liên quan đến phản ứng oxi hóa – khử qua hệthống sách giáo khoa, sách bài tập phổ thông, các đề thi tuyển sinh vào các trường đại học

và cao đẳng, các đề thi học sinh giỏi các tỉnh, đề thi học sinh giỏi Quốc gia vòng một vàvòng hai, tài liệu Olympic Việt Nam – Quốc tế, tài liệu chuẩn bị cho thi Olympic Quốc tế

và một số tài liệu khác

- Phân tích có chọn lọc các bài tập trong sách giáo khoa, các đề thi học sinh giỏi vàmột số bài đề xuất thêm để phân loại đánh giá các bài tập về phản ứng trong pin điện

- Từ đó định ra các cấu trúc các bài tập về phản ứng xảy ra trong pin điện

V VAI TRÒ CỦA BÀI TẬP TRONG VIỆC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA:

Để đặt ra được các yêu cầu cho học sinh trong quá trình giảng dạy thì việc lựa chọn,xây dựng các bài tập là một việc làm hết sức quan trọng và cần thiết đối với mỗi giáo viên.Thông qua bài tập, giáo viên sẽ đánh giá được khả năng nhận thức, khả năng vận dụngkiến thức của học sinh Bài tập là phương tiện cơ bản nhất để dạy học sinh tập vận dụng

kiến thức vào thực hành Quá trình vận dụng kiến thức thông qua các bài tập có rất nhiềuhình thức phong phú và đa dạng Thông qua việc giải các bài tập mà kiến thức được củng

cố khắc sâu, chính xác hoá, mở rộng và nâng cao Cho nên bài tập vừa là nội dung, vừa làphương pháp, vừa là phương tiện để thúc đẩy việc dạy tốt và học tốt

Đặc biệt, bài tập hoá học là phương tiện cơ bản để dạy học sinh vận dụng các kiếnthức hoá học vào thực tế đời sống, sản xuất và tập nghiên cứu khoa học Bài tập hoá học

có tác dụng giáo dục trí dục và đức dục rất lớn Đó là:

- Rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng được các kiến thức đã học

- Đào sâu và mở rộng kiến thức một cách phong phú, hấp dẫn

- Ôn tập, củng cố và hệ thống hoá kiến thức một cách dễ hiểu nhất

- Rèn luyện được kĩ năng cần thiết về hoá học, như kĩ năng cân bằng phương trình, kĩnăng tính toán, kĩ năng tư duy đặc thù riêng của môn hoá học,.v.v

- Phát triển năng lực nhận thức, trí thông minh cho học sinh

- Giáo dục tư tưởng, đạo đức, tác phong như rèn luyện tính kiên nhẫn, trung thực, sángtạo, chính xác, khoa học Nâng cao lòng yêu thích học tập bộ môn Qua đó, phát triển mộtcách toàn diện nhân cách cho học sinh

Phần II: NỘI DUNG

A CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

I ĐIỆN CỰC VÀ THẾ ĐIỆN CỰC:

1 Quy ước về thế điện cực:

+ Thế khử (xảy ra quá trình khử)<Eox/kh>: ox + ne ⇌ kh

+ Thế oxi hoá (xảy ra quá trình oxi hoá)< Ekh/ox>: kh ⇌ ox + ne

2 Phương trình tính E ox/kh :

Quá trình khử: a.ox + ne + bB + ⇌ l.kh + mM +

Theo phương trình Nec (Nernst):

E = E0ox/kh - (0,0592/n)lg

II CÁC LOẠI ĐIỆN CỰC VÀ THẾ ĐIỆN CỰC:

Phân tích: Phần này giúp cho học sinh phân loại các loại điện cực, hiểu được các

quá trình xảy ra ở mỗi điện cực Từ đó giúp học sinh biết cách xây dựng một pin điệnthông qua các loại điện cực, tính thế của điện cực khi có nhiều quá trình xảy ra, tính suấtđiện động của pin,

2 Điện cực loại II:

Là một hệ điện hóa gồm một kim loại bị bao phủ một hợp chất khó tan (muối hoặchiđroxit hoặc oxit) nhúng vào một dung dịch chứa anion của hợp chất khó tan đó:

Phân tích: Đây là một hệ điện hóa có quá trình xảy ra của phản ứng oxi hóa – khử

và cân bằng của hợp chất ít tan Học sinh có thể vận dụng đa dạng với các hợp chất ít tankhác

EAgCl/Ag = Eo

Ag+/Ag + 0,0592lg[Ag+] = Eo

AgCl/Ag + 0,0592lg1/CCl- = 0,207 + 0,0592lg1/2 = 0,189(V)

Ví dụ 2: Viết điện cực calomen, bán phản ứng, biểu thức Eo

Hg 2 Cl 2 /Hg và EHg2 Cl 2 /Hg:Điện cực: Hg, Hg2Cl2 KCl (C); có bán phản ứng:

Ví dụ 3: Cho điện cực thuỷ ngân oxit Hg, HgO OH- Viết bán phản ứng ở điện cực và biểuthức thế khử liên quan tới pH

HgO/Hg - 0,0592lgKw + 0,0592lg[H+] = 0,924 - 0,0592lg10-14 - 0,0592pH = 0,0952 - 0,0592pH

3 Điện cực oxi hoá - khử (điện cực Redox):

Là một điện cực trơ (Pt, Cgr, ) nhúng vào dung dịch có hai dạng ox(a M) và kh (b M):

Ví dụ 4: Viết các quá trình và phương trình thế khử của các điện cực.

Pt Fe2+(C1 mol/l); Fe3+( C2 mol/l)

Pt Mn2+( C1 mol/l); MnO4-( C2 mol/l); H+ (C3 mol/l)

Pt Cr3+( C1 mol/l); Cr2O72-( C2 mol/l) H+ (C3 mol/l).

Ví dụ 4: Viết điện cực, nửa phản ứng và biểu thức liên quan tới thế khử của điện cực hiđro

với axit mạnh và axit yếu HA có hằng số cân bằng Ka:

Phân tích: Bài toán cơ bản là học sinh thiết lập một hệ điện hóa của một axit mạnh

với một điện cực chuẩn Từ suất điện động của pin đo được, tính ra thế điện cực hiđro rồixác định được pH của dung dịch Còn nếu đo được pH của dung dịch và suất điện độngcủa pin thì xác định được thể khử của một cặp ox/kh cần nghiên cứu Bài toán ở mức độnâng cao hơn là cho hệ điện hóa với một axit yếu Qua ví dụ này giúp học sinh có thể tìmđược hằng số cân bằng của một axit yếu thông qua thiết lập một pin điện giữa một điện

Hướng dẫn:

+ Axit mạnh (H+):

Pt, H2(x atm) H+(C)

Nửa phản ứng: 2H+ + 2e ⇌ H2

HA ⇌ H+ + A- Ka

=> E2HA/H2 = Eo

2H+/H 2 + (0,0592/2)lg[H+]2/PH2

= 0 + 0,0592lg[H+] (*)Với PH2=1 atm; [H+] = (Ka.[HA])1/2 ≃ (Ka.CHA)1/2 (khi giả thiết HA là axit yếu hay rất yếu)thay vào (*), ta được:

E2HA/H2 = (0,0592/2)lgKa + (0,0592/2)lgCHA => Khi biết CHA, đo được E2HA/H2 làtính được Ka

Cl 2 /2Cl- - 0,0592lgCCl

-c) Điện cực khí oxi:

Ví dụ 6: Viết điện cực, nửa phản ứng và biểu thức liên quan tới thế khử của điện cực khí

oxi

Phân tích: Phần này giúp cho học sinh hiểu quá trình khử của oxi trong các môi

trường khác nhau và khả năng oxi hóa của oxi phụ thuộc vào pH của môi trường Qua biểuthức thấy được nếu pH càng nhỏ thì khả năng oxi hóa của oxi càng mạnh

Hướng dẫn:

+ Với điện cực:

Pt, O2( P), H2O 4OH- (C)

(O 2 ,H 2 O)/OH - + 0,0592pOH = Eo

(O 2 ,H + )/H 2 O - 0,0592pH = Eo

(O 2 ,H + )/H 2 O - 0,0592(14 - pOH) (**)(Từ Eo (O 2 ,H 2 O)/OH - <=> Eo (O 2 ,H + )/H 2 O thông qua tổ hợp cân bằng của H2O)

III CÁC LOẠI PIN ĐIỆN:

III.1- Pin không nối lỏng:

Pin không nối lỏng là một loại pin có hai điện cực cùng nhúng vào một dung dịch điện li

Ví dụ 7: Viết sơ đồ pin, nửa phản ứng và phương trình phản ứng khi pin hoạt động trong

các trường hợp sau:

1 Pin gồm hai điện cực Pt nhúng trong dung dịch HCl, khí clo ở hai điện cực có P

khác nhau Hoặc một điện cực bơm khí H2, còn điện cực kia bơm khí clo Hoặc điện cực

Ag, AgCl được nhúng trong dung dịch HCl với điện cực khí clo

2 Pin Zn - Hg được nhúng trong dung dịch KOH CM Eo

5 a) Viết sơ đồ của ắc quy chì, các bán phản ứng và phương trình phản ứng khi ắc

quy chì phóng điện và nạp điện

b) Khi nạp điện với I = 19,3A, t = 1,5 giờ Hỏi có bao nhiêu gam PbSO4 bị phân tích?

6 Có một pin điện (gọi là pin nhiên liệu, dùng để cung cấp điện năng và nước tinh

khiết cho các chuyên gia bay trong vũ trụ) gồm điện cực anot Ni), điện cực catot có Ni-NiO) nhúng vào Na2CO3 nóng chảy và nạp H2 vào điện cực anot, O2 vào điện cực catot.Viết các bán phản ứng, phương trình phản ứng khi pin hoạt động và sơ đồ pin

(C-Phân tích: Các ví dụ trên được hệ thống một số dạng hệ điện hóa của các cặp oxi

hóa – khử nhúng trong cùng một dung dịch điện li: có thể là dung dịch axit, dung dịchbazơ, dung dịch muối hoặc ở dạng nóng chảy Để xây dựng được pin theo dạng bài này,học sinh phải hiểu các quá trình xảy ra ở mỗi điện cực, muốn viết đúng dạng khử, dạng oxihóa của mỗi quá trình là phải hiểu sự tồn tại của mỗi dạng trong môi trường đó

Hướng dẫn:

1 Pin gồm hai điện cực Pt nhúng trong dung dịch HCl, khí clo ở hai điện cực có P khác

AgCl được nhúng trong dung dịch HCl với điện cực khí clo

Sơ đồ pin: (-) Pt Cl2 (P2) HCl(aq) Cl2(P2), Pt (+) (Với P2 < P1)

Hệ điện hóa của loại pin này chỉ là do sự chênh lệch về áp suất của cùng một dạng khí,cũng tạo cho thế khác nhau và được hình thành pin điện

-=> Phản ứng xảy ra trong pin: H2 + Cl2 → 2HCl

Hoặc: Sơ đồ pin: (-) Ag,AgCl HCl Cl2(P atm), Pt (+)

Nửa phản ứng ở anot (-): Ag + Cl- + 1e → AgCl

Nửa phản ứng ở catot (+): Cl2 + 2e → 2Cl

-=> Phản ứng khi pin hoạt động:

2Ag + Cl2 → 2AgCl

2 Pin Zn - Hg được nhúng trong dung dịch KOH CM Eo

ZnO 22-/Zn=-1,22V; Eo

Hướng dẫn: Đây là pin điện gồm hai điện cực là dạng khử được nhúng cùng trong

dung dịch KOH Trong loại pin này cần nắm được dạng oxi hóa tồn tại là gì ? Để viết chođúng học sinh cần hiểu Zn (II) trong môi trường kiềm và mỗi quá trình khi viết phải đúngcho môi trường của pin hoạt động

Sơ đồ pin điện:

(-) Zn KOH (C) HgO, Hg (+)

Nửa phản ứng ở anot (-): Zn + 4OH- → Zn(OH)42- + 2e

Nửa phản ứng ở catot (+): HgO + 2e + H2O → Hg + 2OH

-=> Phản ứng khi pin hoạt động:

Zn + HgO + 2OH- + H2O → Zn(OH)42- + Hg

3 Pin Zn - PbO2 được nhúng trong dung dịch H2SO4 38% Eo

PbO2/Pb = 1,455V

Hướng dẫn: Đây là một pin điện gồm hai điện cực dạng khử và điện cực trơ (có

Sơ đồ pin điện:

(-) Zn Zn2+(C), H2SO4 (C%) PbSO4, PbO2, Pt (+)

Nửa phản ứng ở anot (-): Zn → Zn2+ + 2e

Nửa phản ứng ở catot (+): PbO2 + 2e + 4H+ + SO42- → PbSO4 + 2H2O

=> Phản ứng khi pin hoạt động:

Zn + PbO2 + 4H+ + SO42- → Zn2+ + PbSO4 + 2H2O

4 Pin Zn - O2 được nhúng trong dung dịch NH4Cl CM

Hướng dẫn: Đây là một pin điện gồm hai điện cực có hai dạng ox/kh cùng nhúng

cực, quá trình xảy ra ở điện cực và sự tồn tại dạng oxi hóa của ion Zn2+

Sơ đồ pin điện:

(-) Zn Zn(NH3)42+, NH4Cl (aq) O2, Pt (+)

Nửa phản ứng ở anot (-): Zn + 4NH4+ → [Zn(NH3)4]2+ + 2e + 4H+

Nửa phản ứng ở catot (+): O2 + 4e + 4H+ → 2H2O

=> Phản ứng khi pin hoạt động:

2Zn + O2 + 8NH4+ → 2[Zn(NH3)4]2+ + 2H2O + 4H+

5 a) Viết sơ đồ của ắc quy chì, các bán phản ứng và phương trình phản ứng khi ắc

quy chì phóng điện và nạp điện

b) Khi nạp điện với I = 19,3A, t = 1,5 giờ Hỏi có bao nhiêu gam PbSO4 bị phân tích?

Hướng dẫn: Đây là một loại pin có cơ chế thuận nghịch Để viết đúng cho mỗi quá

trình, học sinh biết kết hợp quá trình oxi hóa – khử và cân bằng của hợp chất ít tan

a) + Khi pin phóng điện, có sơ đồ pin điện:

(-) Pb H2SO4 38% PbO2 (+)

Nửa phản ứng ở anot (-): Pb + SO42- → PbSO4 + 2e

Nửa phản ứng ở catot (+): PbO2 + 2e + SO42- + 4H+ → PbSO4 + 2H2O

=> Phản ứng khi pin hoạt động:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O

+ Khi pin nạp điện (như một bình điện phân):

Nửa phản ứng ở anot (+): PbSO4 + 2H2O → PbO2 + 4H+ + 2e + SO4

2-Nửa phản ứng ở catot (-): PbSO4 + 2e → Pb + SO4

2-=> Phản ứng khi pin nạp điện:

2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2SO4

b) Theo phản ứng khi nạp điện ta có:

mPbSO4= M.nPbSO4= 303(It/2F).2 = 303(10.1,5.3600/96500) = 169,55 (g)

6 Có một pin điện (gọi là pin nhiên liệu, dùng để cung cấp điện năng và nước tinh khiết

cho các chuyên gia bay trong vũ trụ) gồm điện cực anot (C-Ni), điện cực catot có NiO) nhúng vào Na2CO3 nóng chảy và nạp H2 vào điện cực anot, O2 vào điện cực catot.Viết các bán phản ứng, phương trình phản ứng khi pin hoạt động và sơ đồ pin

(C-Ni-Hướng dẫn: Đây là một loại pin gồm hai điện cực là các chất không than gia quá

trình oxi hóa – khử được nhúng cùng trong chất điện li nóng chảy Loại pin này ban đầuhọc sinh khó hình dung các phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực Để hiểu và viết được thì họcsinh suy luận dạng oxi hóa và dạng khử tạo ra khi pin làm việc sẽ tham gia phản ứng đểion CO32- không đổi

III.2- Pin nối lỏng:

Pin nối lỏng là loại pin gồm hai điện cực được nhúng trong hai dung dịch điện li và đượctạo nối giữa hai dung điện li thường bằng cầu muối chứa dung dịch KCl bão hòa

Thiết lập sơ đồ pin và nửa phản ứng khi pin hoạt động

Hướng dẫn: Đây là một loại có cùng một dạng oxi hóa – khử, nhưng do sự chênh

lệch về nồng độ, nên có giá trị thế khử khác nhau và hình thành được pin điện Học sinhcần xác định thể khử của cặp nào lớn hơn

1 Sơ đồ pin điện có xảy ra quá trình Ag+ (C1) → Ag+ (C2)

Nửa phản ứng ở anot: 2Cl- → Cl2 + 2e

Nửa phản ứng ở catot: Cl2 + 2e → 2Cl

-2 Pin điện chỉ có các phản ứng oxi hóa khử:

Ví dụ 9: Viết các sơ đồ pin, các nửa phản ứng và phương trình phản ứng khi pin hoạt động

của các cặp oxi hóa – khử cho sau:

1) Zn2+/Zn với Cu2+/Cu

2) Fe3+/Fe2+ với Cr2O72-(H+)/Cr3+/

3) Br2/2Br- với MnO4-(H+)/Mn2+

Hướng dẫn: Dây là loại pin điện phổ biến và thường gặp Nếu theo định tính học

sinh xác định cặp nào có dạng oxi hóa mạnh hơn thì ở bên phải (có thể khử chuẩn lớn làđiện cực dương), cặp còn lại ở bên trái (có thể khử chuẩn nhỏ là điện cực âm)

1) Do tính oxi hóa của ion Cu2+ > Zn2+ (hoặc E(Cu2+

=> Phản ứng khi pin hoạt động: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu

2) Do tính oxi hóa của ion Cr2O72- > Fe3+ (hoặc E(Cr2 O 72-/Cr3+) > E(Fe3+

/Fe2+), nên có sơ đồ pin:(-) Pt Fe2+; Fe3+ (aq) Cr2O72-; Cr3+(aq) Pt (+)

Nửa phản ứng ở catot: MnO4- + 5e + 8H+ → Mn2+ + 4H2O

=> Phản ứng khi pin hoạt động:10Br- + MnO4- + 8H+ → Mn2+ + 5Br2 + 4H2O

3 Pin điện có các phản ứng phụ:

Trong loại pin điện cơ bản mà học sinh thường là các quá trình xảy ra trong pin khi pin

hoạt động chỉ là các quá trình oxi hóa – khử Để nâng cao bài toán và có tính ứng dụng,trong pin điện còn có các phản ứng axit – bazơ, phản ứng tạo hợp chất ít tan, phản ứng tạophức

Ví dụ 10: Viết sơ đồ pin điện, các quá trình xảy ra ở mỗi điện cực khi pin hoạt có phản

-Phân tích: Đây là một loại pin điện mà phương trình phản ứng của pin điện lại

không phải là phản ứng oxi hóa – khử (phản ứng axit – bazơ, phản ứng tạo hợp chất ít tan,phản ứng chuyển từ chất ít tan sang chất ít tan hơn, phản ứng tạo phức, phản ứng chuyển

từ phức kém bền sang phức bền, phản ứng chuyển từ hợp chất ít tan sang dạng phức, )

Để viết được sơ đồ của loại pin điện này, học sinh phải xác định:

- Hai điện cực đều có cùng dạng ox/kh, chỉ có điều sự tồn tại của mỗi dạng oxi hóa hoặcdạng khử (thường dạng oxi hóa) là khác nhau

- Giá trị thế của dạng ox/kh nào lớn hơn

Hướng dẫn: Từ các cặp ox/kh và nhận thấy giá trị thế của các cặp, có các sơ đồ

pin điện và các nửa phản ứng trên điện cực là:

1) Sơ đồ pin điện có phản ứng: H+ + RCOO- → RCOOH

Nửa phản ứng ở catot: Ag+ + 1e → Ag

3) Sơ đồ pin điện cú phản ứng: Ag2SO4 + 2Cl- → 2AgCl + SO4

2-(-) Ag, AgCl KCl(C1) K2SO4(C2) Ag2SO4, Ag (+)

Nửa phản ứng ở anot: Ag + Br- → AgBr + e

Nửa phản ứng ở catot: AgCl + e → Ag + Cl

-4) Sơ đồ pin điện cú phản ứng: Ni2+ + 4CN- → Ni(CN)4

Nửa phản ứng ở anot: Cu + 4CN- → Cu(CN)42- + 2e

Nửa phản ứng ở catot: Cu(NH3)42+ + 2e → Cu + 4NH3

6) Sơ đồ pin điện cú phản ứng: AgCl + 2CN- → [Ag(CN)2]- + Cl

-(-) Ag Ag(CN)2-; KCN(C) KCl(C) AgCl, Ag (+)

Nửa phản ứng ở anot: Ag + 2CN- → Ag(CN)2- + e

Nửa phản ứng ở catot: AgCl + e → Ag + Cl

Cho ở pH = 0 và ở 25oC thế điện cực tiêu chuẩn Eo của một số cặp oxi hoá - khử đợc cho

nh sau: 2IO4/ I2 (r) = 1,31V; 2IO3/ I2 (r) = 1,19V; 2HIO/ I2 (r) = 1,45 V; I2 (r)/ 2I =0,54V ; MnO4-/Mn2+ = 1,51V; E của điện cực calomen bão hoà bằng 0,244 V; Độ tan củaiốt trong nớc bằng 5,0.10 4M

Phân tích: Đây là bài toán cơ bản tính Epin tạo bởi điện cực chuẩn và một điện cựcchỉ có dạng oxi hóa, dạng khử và môi trường Điểm nâng cao của bài này là tính thànhphần giới hạn của phản ứng oxi hóa – khử.

b)

Trong hçn hîp cã cÆp IO3/ I2 (r) nªn:

E = Eo (IO3-/I2(r) + (0,0592/10)lg [IO3]2 [H+]12

= 1,19 + (0,0592/10)lg (0,16)2 = 1,18(V)

E so víi ®iÖn cùc calomen b·o hoµ: Epin = 1,18  0,244 = 0,936(V)

Nhận xét: Các bài toán pin điện dạng trên rất phổ biến Từ các cặp ox/kh phản ứng

với nhau và thừa nhận dạng khử hoặc dạng oxi hóa hết Lúc đó tính thế khử của cặp mà códạng oxi hóa hoặc dạng khử còn dư

Ví dụ 12: Dung dịch A gồm AgNO3 0,050 M và Pb(NO3)2 0,100 M và HNO3 0,200M.Thêm 10,00 ml KI 0,250 M vào 10,00 ml dung dịch A, thu được dung dịch B Người tanhúng một điện cực Ag vào dung dịch B và ghép thành pin (có cầu muối tiếp xúc hai dungdịch) với một điện cực có Ag nhúng vào dung dịch X gồm AgNO3 0,010 M và KSCN0,040 M

a) Viết sơ đồ pin

b) Tính sức điện động Epin tại 250C

c) Viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin hoạt động.

Phân tích: Đây là bài toán hệ điện hóa gồm hai điện cực đều là điện cực kim loại

được bao phủ bởi hợp chất ít tan, các quá trình xảy ra ở mỗi điện cực có ảnh hưởng củahợp chất ít tan, nên thế khử của mỗi cặp sẽ thay đổi Để hiểu và làm được dạng bài này,học sinh phải nắm trắc cân bằng của hợp chất ít tan, phần nâng cao của bài toán là cho hệđiện hóa có nhiều hợp chất ít tan, nên học sinh phải xét đến cân bằng chính Khi học sinhtính thế khử của cặp ox/kh, thường học sinh khó hiểu giá trị của dạng oxi hóa và dạng khửtrong biểu thức tính theo phương trình Nec (hoặc hiểu là giá trị ban đầu của dạng oxi hóa,dạng khử) là bao nhiêu ? Điều này giáo viên nhấn mạnh cho học sinh thấy được giá trịdạng oxi hóa, dạng khử trong biểu thức tính, chính là giá trị tồn tại ở trạng thái cân bằngcủa cân bằng chính

10 Pb

10 1 I

K

3

16 1

10 31 , 3 lg 0592 , 0 799 , 0 Ag lg 0592 , 0 E

E

1

14 0

Ag Ag 1

2

12

10 33 , 3 10 x

10 x

179 , 0 E

10 33 , 3 lg 0592 , 0 799 , 0 Ag lg 0,0592 0,799

E

2

11 2

AgSCN SCN - 0,03M Ag

AgI (

) AgSCN (

10 10

10 K

K

K    



Ví dụ 13:

1 Thiết lập sơ đồ pin và viết nửa phản ứng để khi pin hoạt động xảy ra phản ứng:

CH3COO- + HSO4- ⇌ CH3COOH + SO4

2-2 Tính ∆Gpin

3 Tính nồng độ mol các ion trong dung dịch khi Ipin = 0

4 Ghép pin xung đối:

(-) Pt H2 CH3COO- (0,080M) HSO4- (0,050M) H2 Pt (+)

với pin: (-) Ag,AgCl HCl (1,50M) KCl(bão hoà) Hg2Cl2, Hg (+)

Cho Eo

AgCl/Ag = 0,222V; EHg2 Cl 2 /Hg = 0,244V; Ka CH 3 COOH = 10-4,76 ; Ka HSO 4- = 10-2,00

Viết các bán phản ứng ứng xảy ra ở mỗi điện cực và các phương trình phản ứng ?

Hướng dẫn:

1 Đây là một dạng pin điện mà phản ứng xảy ra khi pin hoạt động không phải là

phản ứng oxi hóa khử (phản ứng axit – bazơ) Để xây dựng được sơ đồ pin điện học sinhphải xác được dạng oxi hóa và dạng khử ở mỗi điện cực và thế khử nào lớn hơn để xácđịnh điện cực catot (cực dương)

Do ion H+ từ HSO4- nhiều hơn ion H+ từ CH3COO- nên có sơ đồ pin là:

(-) Pt H2 (1 atm) CH3COO- (0,08M) HSO4- (0,05M) H2 (1 atm) Pt (+)

Nửa phản ứng ở antot:

H2 + 2CH3COO- → 2CH3COOH + 2e

Nửa phản ứng ở catot:

2HSO4- + 2e → H2 + SO4

2-=> Phản ứng xảy ra khi pin hoạt động:

CH3COO- + HSO4- ⇌ CH3COOH + SO4

2-2 Tính ∆Gpin

Hướng dẫn: Để tính được ∆Gpincủa loại pin điện mà phản ứng xảy ra của pin khôngphải phản ứng oxi hóa khử (phản ứng axit – bazơ hoặc phản ứng tạo hợp chất ít tan hoặcphản ứng tạo phức), học sinh tính theo thế khử của quá trình khử ở mỗi điện cực, sau đótính ra suất điện của pin và tính năng lượng Gipxơ: ∆Gpin= - nFEpin

=> ∆G= - nFEpin = - 2.96500.0,499 = - 96307(J) = - 96,307kJ

3 Tính nồng độ mol các ion trong dung dịch khi Ipin = 0

Hướng dẫn : Khi Ipin = 0, tức là pin ngừng hoạt động, lúc này học sinh hiểu rằng

E(+) = E(-), nên Epin = 0 => ∆G= 0, có nghĩa phản ứng phản ứng xảy ra trong pin đạt tớitrạng thái cân bằng Vì vậy tính nồng độ của các ion ở cân bằng đó

Khi I = 0 có nghĩa là pin ngừng phóng điện, tức là phản ứng trong pin đạt đến trạng tháicân bằng:

CH3COO- + HSO4- ⇌ CH3COOH + SO42- K = 10-2.(10-4,76)-1 = 102,76

AgCl/Ag = 0,222V; EHg2 Cl 2 /Hg = 0,244V; Ka CH 3 COOH = 10-4,76 ; Ka HSO 4- = 10-2,00

Viết các bán phản ứng ứng xảy ra ở mỗi điện cực và phương trình phản ứng?

Phân tích: Để ghép xung đối hai pin điện (nối hai cực dương với nhau và hai cực

âm với nhau) Chỉ có điều học sinh phải xác định được đâu là pin, đâu là điện phân Muốnvậy học sinh phải tính thế khử ở mỗi điện cực và tính suất điện động của pin Nếu suấtđiện của pin nào lớn hơn thi đóng vai trò là pin, còn lại là bình điện phân Điều nâng caocủa bài toán này là tính thế khử ở mỗi điện cực