CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “PHẢN ỨNG
2.3. Dạng 3: Bài tập về các loại điện cực và pin
2.3.3. Bài tập ở mức độ vận dụng
Câu 17. Cho 2 nửa phản ứng với các thế chuẩn tương ứng:
Fe2+ + 2e = Fe; E0 = - 0,44V Cu2+ + 2e = Cu; E0 = 0,34V
Hãy thiết lập sơ đồ pin điện. Tính E0 và cho biết chiều của dòng điện ngoài.
Trả lời:
Khi ghép 2 điện cực để tạo ra pin điện do thế chuẩn của sắt thấp hơn đồng mà Fe khử được Cu2+: Fe + Cu2+ Fe + Cu2+
Trên điện cực Fe2+|Fe: Fe Fe + 2e2+
Trên điện cực Cu2+|Cu: Cu + 2e 2+ Cu
51
Ghép 2 điện cực này với nhau ta thu được pin có sơ đồ: (-) Fe | Fe2+ || Cu2+ | Cu (+).
Ở mạch ngoài dòng điện chạy từ cực Cu sang cực Fe.
Sđđ chuẩn của pin: 2+ 2+
0 0 0
pin Cu /Cu Fe /Fe
E = E - E = 0,34 – (- 0,44) = 0,78 V
Câu 18. Người ta lắp 1 pin từ một điện cực Pt/Fe3+, Fe2+ (1) và một điện cực Ag/Ag+ (2). Biết E10 = 0,771 V và E02 = 0,799 V. Nếu nồng độ của các ion ở điện cực (1) bằng nhau thì nồng độ Ag+ ở điện cực (2) phải bằng bao nhiêu để sđđ của pin bằng 0?
Trả lời:
Khi sđđ của pin bằng 0 tức là E1 = E2.
3+
0 0
1 1 2+ 1
E = E + 0,0592lg Fe = E = 0,771V Fe
;
0 + +
2 2
E = E + 0,0592lg Ag = 0,799 + 0,0592lg Ag . Như vậy:
0,771-0,799
+ 0,0592
Ag =10 = 0,3365M
Câu 19. Cần một điện lượng là bao nhiêu culông cho sự khử sau:
a) 1 mol Cuaq2+ → Cu b) 1 mol Feaq3+ → Feaq2+
c) 1 mol MnO4- → Mnaq2+ d) 1 mol ClO-2(aq) → Cl-aq Trả lời:
Mỗi mol electron ứng với một lượng điện tích bằng với một số F (96500 C).
Như vậy ứng với n mol electron điện lượng cần cho sự khử sẽ là q = nF (C).
a) Cu + 2e2+ Cu; q = 2 . 96500 = 193000 C.
b) Fe + e3+ Fe ;2+ q = 96500 C.
c) MnO + 8H + 5e -4 + Mn + 4H O;2+ 2 q = 5 . 96500 = 4285000 C.
d) ClO + 4H + 4e -2 + Cl + 2H O;- 2 q = 4 . 96500 = 386000 C.
Câu 20. Tính thế của điện cực Ag/AgCl, KCl khi [Cl-] = 1 mol/l biết
52
E0Ag+/Ag= 0,799V, TAgCl = 1,8.10-10. Xác định chiều của dòng điện trong pin tạo thành bởi điện cực này và điện cực đồng tiêu chuẩn. Viết phương trình của phản ứng xảy ra trong pin và tính hằng số cân bằng của phản ứng.
Trả lời:
+ -
AgCl Ag + Cl ; TAgCl
Ag Ag + e; + - E0Ag+/Ag= - 0,799V AgCl + e Ag + Cl ; - 0
AgCl/Ag
E
0 AgCl
lgK = lgT = nE
0,0592
0 AgCl/Ag
10 0
AgCl/Ag
- 0,799 + E
lg(1,8.10 ) E = 0,222V
0,0592
Phản ứng xảy ra trong pin: Cu + 2Ag + 2Cl 2+ - 2AgCl + Cu Hằng số cân bằng của phản ứng:
nΔE 2(0,337-0,222)
3,885
0,0592 0,0592
K = 10 = 10 = 10
Câu 21. Xác định tích số tan của AgBr biết rằng pin được tạo thành bởi điện cực hiđro tiêu chuẩn và điện cực Ag/AgBr, Br – với [Br -] = 0,1M, có sđđ bằng 0,14V.
Cho +
0 Ag /Ag
E = 0,8V.
Trả lời:
+ 2 AgBr/Ag
0 0 -
AgBr/Ag 2H /H
E - E = E - 0,0592lg Br
AgBr/Ag
0 -
E = Epin+ 0,0592lg Br = 0,14 + 0,0592.0,1 = 0,146V
+ -
AgBr Ag + Br ; TAgBr
Ag Ag + e;+ -E0Ag/Ag+ = - 0,8V AgBr + e Ag + Br ;- 0
AgBr/Ag
E = 0,146V
+ -
AgBr Ag + Br ; E0 = - 0,654 V.
0
-11,047
AgBr AgBr
nE 0,654
lgK = lgT 11,047 T =10
0,0592 0,0592
Câu 22. Xét phản ứng oxi hóa – khử: Cu(r) + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag(r).
a) Viết các nửa phản ứng và cho biết phản ứng nào là phản ứng oxi hóa, phản ứng nào là phản ứng khử.
53
b) Nếu sử dụng phản ứng này chế tạo một pin điện thì phản ứng nào xảy ra ở anot, phản ứng nào xảy ra ở catot, điện cực nào là điện cực dương?
c) Cho biết chiều dòng điện (quy ước) và chiều chuyển vận của electron trên dây dẫn ngoài.
d) Viết kí hiệu quy ước của pin.
e) Tính sức điện động E0 của pin.
f) Tính ΔG0 của phản ứng.
(Cho biết thế điện cực chuẩn: E0(Ag+/Ag) = 0,80V, E0(Cu2+Cu) = 0,34V).
Trả lời:
Ở anot (-) xảy ra quá trình oxi hóa: Cu Cu + 2e2+ ; Ở catot (+) xảy ra quá trình khử: Ag + e + Ag
Chiều dòng điện (quy ước) từ cực dương sang âm.
Chiều dòng electron mạch ngoài từ cực âm sang cực dương.
Sơ đồ pin: (-) Cu | Cu2+ || Ag+ | Ag (+)
+ 2+
0 0 0 0
Ag /Ag Cu /Cu
ΔG = nFE = nF(E - E ) = 2 . 96500 . (0,80 - 0,34) = 88780J 2.3.3.2. Bài tập tự giải
Câu 23. Các phản ứng sau diễn ra trong pin điện.
a) Zn + Br2aq = Znaq2+ + 2Br -aq b) Pb + 2Ag+aq = Pbaq2+ + 2Ag c) Cuaq+ + Feaq3+ = Cuaq2+ + Feaq2+
Hãy viết các sơ đồ pin điện và cho biết chiều của dòng electron ở mạch ngoài.
Câu 24. ở 25oC các nửa phản ứng xảy ra trên điện cực là:
(1) FeO + 8H + 3e 2-4 + Fe3+ + 4H O2 ; E0 =2,2V (2) O2 + 4H+ + 4e 2H2O ; E0 = 1,23V
Từ các dữ kiện này hãy xác định sđđ của pin với các nồng độ sau:
2- -3
FeO4 = 2.10 M
; O = 10 M2 -5 ; Fe3+ = 10 M-3 ; pH = 5,2.
Câu 24. Thiết lập một pin nồng độ từ dd CuSO4 1M và dd CuSO4 0,1M a) Viết các nửa phản ứng ở catot, anot và sơ đồ pin.
54 b) Tính sđđ ở 25oC của pin.
Câu 24. Cho hai điện cực Ag| Ag+ 10-1M và Cu| Cu2+ 10-2M.
a) Hãy ghép hai điện cực để tạo ra pin điện. Viết sơ đồ pin và cho biết chiều của dòng điện.
b) Tính sđđ E của pin.
Cho biết E0(Ag+/Ag) = 0,80V, E0(Cu2+Cu) = 0,34V
Câu 25. Người ta tạo ra 1 pin gồm 2 điện cực sau: Zn Zn(NO3)2 0,1M và Ag AgNO3 0,1M có thế chuẩn tương ứng bằng – 0,76V và 0,8V.
a) Thiết lập sơ đồ pin với các dấu của điện cực.
b) Viết phản ứng khi pin làm việc.
c) Tính sđđ E của pin.
Câu 26. Xét một pin gồm một điện cực chuẩn hiđro và một điện cực ở đó có phản ứng Ag + e + Ag
a) Tính sđđ chuẩn E0 của pin biết E0(Ag+/Ag) = 0,80V ? b) Cho biết phản ứng có tự diễn biến ở điều kiện chuẩn?
c) Tính sđđ E của pin khi [H+] bằng 10-2M và 10-5M, những chất khác vẫn ở điều kiện chuẩn?
Câu 27. Một pin điện được ghép từ một điện cực Ag nhúng vào 346ml AgNO3
0,1M và một điện cực Mg nhúng vào 288ml Mg(NO3)2 0,1M.
a) Tính sđđ E của pin ở 250C?
b) Một dòng điện lưu thông trong pin cho tới khi 1,2g Ag bám vào điện cực Ag. Tính sđđ E của pin lúc này?
Cho biết E0(Ag+/Ag) = 0,80V, E0(Mg2+/Mg) = -2,37V.
Câu 28. Dựa vào phản ứng:
5Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
Người ta chế tạo một pin điện như sau: Nhúng một điện cực Pt vào một cốc đựng dd KMnO4 được axit hóa bằng axit H2SO4. Một cực Pt thứ hai nhúng vào một cốc khác chứa dd FeSO4. Hai cốc này được nối với nhau bằng một cầu muối. Nối hai điện cực Pt vào một vôn kế. Biết - 2+
4
0 MnO /Mn
E = 1,51V, 3+ 2+
0 Fe /Fe
E = 0,77V .
55
a) Viết các phản ứng xảy ra trên cực âm và cực dương của pin.
b) Cho biết chiều chuyển dịch electron ở mạch ngoài.
c) Cho biết chiều chuyển dịch của các ion trong dd.
d) Sđđ của pin đọc trên vôn kế.
Câu 29. Cho phản ứng oxi hóa - khử sau:
Zn(r) + Pb2+ → Zn2+ + Pb(r)
a) Viết nửa phản ứng là phản ứng oxi hóa và nửa phản ứng là phản ứng khử b) Viết 2 cặp oxi hóa - khử của phản ứng oxi hóa khử trên và sơ đồ của pin tạo thành từ 2 cặp oxi hóa - khử đó ở điều kiện chuẩn.
c) Tính sđđ chuẩn E0 của pin. Biết 2+
0 Zn /Zn
E = - 0,76V , 2+
0 Pb /Pb
E = - 0,13V
Câu 30. Một pin được tạo từ 2 điện cực có cặp oxi hóa/khử (Ox/Red) tương ứng là Fe3+/Fe2+ với 3+
CFe = 1M; 2+
CFe = 0,1M và MnO4-
/Mn2+ với 2+
CMn = 10-4;
MnO4
C = 10-
2; +
CH = 10-3M (là H2SO4). Hãy:
a) Viết sơ đồ của pin (có giải thích chi tiết).
b) Viết phương trình phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực và toàn mạch khi pin hoạt động.
c) Tính sđđ E của pin.
Cho 3+ 2+
0 Fe /Fe
E = 0,771V; - 2+
4
0 MnO /Mn
E = 1,507 V Câu 31.
Cho thế khử của các cặp sau trong môi trường axit sunfuric:
Cặp PbO2(r)/Pb: E0 = 1,7V; cặp PbSO4(r)/Pb: E0 = - 0,31V.
a) Viết nửa phản ứng của mỗi cặp.
b) Tính:
- Sđđ chuẩn của pin được lắp từ 2 điện cực này.
- Sđđ của pin nếu nồng độ của ion H+ và SO2-4 tương ứng bằng 0,1M và 2M.
- Sđđ của pin khi hệ đạt đến trạng thái cân bằng.
Câu 32.
a) Viết phản ứng oxi hóa etanal (axetanđehit) bởi ion Ag+.
56
b) Thiết lập một pin điện trên cơ sở phản ứng oxi hóa đã viết ở câu a).
c) Xác định thế khử tiêu chuẩn của cặp CH3COOH/CHO.
Cho thế đẳng nhiệt, đẳng áp chuẩn tạo thành ΔG0298(kJ/mol): CH3CHO (-133,5);
CH3COOH (-389,6); H2O (-236,9); + 2
0 2H /H
E = 0,00V ; +
0 Ag /Ag
E = 0,8V. Câu 33. Người ta thêm dư bột kẽm vào dd CuSO4 0,1M.
Tính nồng độ của các ion Cu2+ và Zn2+ trong dd lúc cân bằng.
Biết 2+
0 Zn /Zn
E = - 0,76V, 2+
0 Cu /Cu
E = 0,34V.
Câu 34. Người ta tạo ra một pin gồm 2 điện cực sau:
Zn| Zn(NO3)2 0,1M và Ag| AgNO3 0,1M có thế chuẩn tương ứng bằng - 0,76V và 0,80V.
a) Thiết lập sơ đồ pin với các dấu của hai cực b) Viết phản ứng khi pin làm việc.
c) Tính sđđ E của pin.
d) Tính các nồng độ khi pin không có khả năng phát điện (pin đã dùng hết).
Câu 35. Người ta lắp một pin từ một điện cực Pt| Fe3+, Fe2+ (1) và một điện cực Ag|Ag+ (2). Biết E1 = 0,771V và E2 = 0,799V. Nếu nồng độ của các ion trên điện cực (1) bằng nhau thì nồng độ Ag+ ở điện cực 2 phải bằng bao nhiêu để sđđ của pin bằng 0?
Câu 36. Hai điện cực hiđro được ghép với nhau để tạo pin điện. Một điện cực có pH = 1, pH của điện cực còn lại chưa biết. Sđđ của pin đo được là 1,6V. Điện cực ở đó có nồng độ H+ đã biết tích điện dương. Hỏi nồng độ H+ chưa biết sẽ lớn hơn hay nhỏ hơn 0,1M? Tìm nồng độ H+ chưa biết này.
Câu 37. Hai cốc 1 và 2 chứa các dd với nồng độ của các ion như sau:
1: [Fe3+] = 0,2M, [Fe2+] = 0,1M;
2: [Fe3+] = 0,1M, [Fe2+] = 0,2M.
a) Nhúng vào hai dd hai thanh platin và nối hai dd bằng một cầu muối. Xác định sđđ E của pin.
57
b) Nối hai điện cực bằng dây dẫn, tính nồng độ của các ion Fe2+ và Fe3+
trong mỗi cốc lúc cân bằng. Nếu mỗi cốc đựng một lít dd thì điện lượng đã qua dây dẫn là bao nhiêu?
Câu 38. Dd A gồm AgNO3 0,05M và Pb(NO3)2 0,1M. Thêm 10ml KI 0,25 M và HNO3 0,2M vào 10ml dd A. Sau phản ứng người ta nhúng một điện cực Ag vào dd B vừa thu được và ghép thành pin (có cầu muối tiếp xúc hai dd) với một điện cực có Ag nhúng vào dd X gồm AgNO3 0,01M và KSCN 0,04M.
a) Viết sơ đồ pin.
b) Tính sđđ Epin tại 250C.
c) Viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin hoạt động.
d) Tính hằng số cân bằng của phản ứng
Chỉ số tích số tan pKs: AgI là 16; PbI2 là 7,86; AgSCN là 12. E0Ag+/Ag = 0,799V.
Câu 39. Một pin được tạo ra từ ghép hai điện cực gồm một tấm Pb tiếp xúc với Pb2+
0,1M và một tấm Pb khác phủ PbSO4(r) nhúng vào dd SO42- 0,1M. Tìm sđđ E của pin; cực nào tích điện dương? Tìm
PbSO4
T . Cho biết 2+
0 Pb /Pb
E = - 0,126V,
4
0 PbSO /Pb
E = - 0,355V. Câu 40.
a) Hãy tạo ra một pin mà trong đó xảy ra phản ứng:
2 2
Pb(r) + CuBr dd 0,01M PbBr (r) + Cu(r)
b) Hãy biểu diễn pin theo hệ thống kí hiệu qui ước và viết phương trình nửa phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực.
c) Nếu ở 250C sđđ của pin 0,442V thì tích số tan của PbBr2(r) bằng bao nhiêu? Cho 2+
0 Pb /Pb
E = - 0,126V; 2+
0 Cu /Cu
E = 0,34V. Câu 41. Cho một pin được biểu diễn bằng sơ đồ:
(+) Hg| HgO(r) || OH-, H2 (1atm)| Pt (-) a) Viết phản ứng xảy ra ở các điện cực.
b) Tính sđđ của pin. Cho biết thế đẳng áp, đẳng nhiệt tạo thành chuẩnΔG0298 (kJ/mol) của H2O (-237) và của HgO (-58,5).
58
c) Chứng minh rằng sđđ của pin này không phụ thuộc vào pH. Tính tích số
tan của HgO. Cho biết: 2+ +
2
0 0
2H /H Hg /Hg
E = 0,34V, E = 0,34V. Câu 42. Để tạo pin Daniell người ta sử dụng:
- Một cốc chứa 100 cm3 dd CuSO4 1M có nhúng một tấm Cu.
- Một cốc khác chứa 100cm3 dd ZnSO4 1M có nhúng một tấm Zn.
a) Dùng hai dây dẫn nối hai tấm Cu và Zn với nhau qua một miliampe kế.
Điều gì sẽ xảy ra?
b) Dùng thêm một dây Pt để nối hai dd với nhau, điều gì sẽ xảy ra?
c) Thay dây Pt ở (b) bằng giấy lọc tẩm dd Na2SO4. Điều gì sẽ xảy ra? Nếu ở trường hợp này có một dòng điện lưu thông thì hãy:
- Cho biết chiều dòng điện.
- Cho biết có những ion nào chuyển dịch và chuyển dịch theo chiều nào khi có dòng điện.
- Chỉ ra các cực dương và âm của pin.
d) Tính sđđ của pin Daniell đã cho bằng hai phương pháp (dựa vào các thế điện cực và dựa vào năng lượng ΔG0 của phản ứng trong pin).
Biết các thế chuẩn: 2+ 2+
0 0
Cu /Cu Zn /
0
E = 0,34V, E Zn= - 0,76V, ΔG = 211884,2J/mol. Câu 43. Cho pin: (-) Pt | H2(1atm), H+, (C) || Cl-, (C), AgCl(r) | Ag (+)
a) Viết các phản ứng oxi hóa - khử ở các điện cực và các phản ứng hóa học của pin.
b) Tính sđđ của pin ở 298K theo V.
c) Xác định ΔG0pin ở 298K của phản ứng của pin.
Cho biết: E0(Ag+/Ag) = 0,779V; E0(H+/H2) = 0,00V; TAgCl = 1,6.10-10.
Câu 44. Người ta thực hiện một pin nhiên liệu với methanol lỏng và không khí.
a) Viết phản ứng xảy ra trong pin và các điện cực.
b) Tính sđđ chuẩn của pin và thế khử chuẩn của cặp CO2/CH3OH.
Cho biết E0(O2/H2O) = 1,23V; thế đẳng nhiệt, đẳng áp tạo thành chuẩn (kJ/mol) của CH3OH(l) (-166,4); CO2(k) (-394,44); H2O(l) (-237,2).
Câu 45. Phản ứng oxi hóa trong dd xảy ra như sau:
59
+ 2+
aq aq
Cd(r) + 2Hg Cd + 2Hg(l) Từ phản ứng này hãy:
a) Thiết lập một sơ đồ pin điện hoàn chỉnh.
b) Tính các giá trị G, H và S ở 45oC.
Cho biết sđđ của pin được viết dưới dạng biểu thức sau:
E = 0,6708 – 1,02.10-4(T – 298) – 2,4.10-6(T – 298)2V.