CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “PHẢN ỨNG
2.3. Dạng 3: Bài tập về các loại điện cực và pin
2.3.1. Bài tập ở mức độ nhận biết
2.3.1.1. Bài tập có lời giải
Câu 1. Trình bày các loại điện cực thông dụng trong phòng thí nghiệm.
Trả lời:
a) Điện cực loại 1
- Cấu tạo: là điện cực cấu tạo bởi một kim loại hoặc một phi kim tiếp xúc với một ion kim loại hoặc ion phi kim đó.
46 - Sơ đồ tổng quát:
+ Điện cực kim loại: M|Mn+ hay Mn+, C|M (C là nồng độ của Mn+ trong dd).
Phản ứng xảy ra trên điện cực: Mn+ + ne M
+ Điện cực phi kim: Men-, C|Me (C là nồng độ của Men- trong dd). Phản ứng xảy ra trên điện cực: Me+ ne Men-
b) Điện cực loại 2
- Cấu tạo: gồm một kim loại được phủ một lớp hợp chất khó tan thường là muối. Toàn bộ được tiếp xúc với dd chứa anion của hợp chất khó tan. (Gồm một kim loại tiếp xúc với muối ít tan của kim loại đó và dd muối có chung anion với muối ít tan).
- Sơ đồ tổng quát: A-|MA, M (MA là muối ít tan: rắn và M là kim loại: rắn) - Phản ứng xảy ra trên điện cực: MA + e M + A -
c) Điện cực khí
Cấu tạo: thường gồm một thanh platin có phủ một lớp platin xốp (làm tăng diện tích bề mặt điện cực và hấp phụ mạnh chất khí), được hấp phụ khí trên bề mặt và nhúng trong dd chứa ion của chất khí đó.
- Ví dụ:
+ Điện cực Hiđro: H+(C)|H2(
H2
p ), Pt hoặc Pt, H2(
H2
p )|H+(C) Phản ứng xảy ra trên điện cực: 2H + 2e + H2
+ Điện cực Oxi: Pt,O2(pO2)|OH- C
Phản ứng xảy ra trên điện cực: O + 4e + 2H O 2 2 4OH- d) Điện cực oxi hóa - khử
- Cấu tạo: là một điện cực cấu tạo bởi một tấm Pt nhúng vào dd chứa đồng thời cả 2 dạng oxi hóa và khử.
- Sơ đồ tổng quát: Oxh, kh|Pt.
e) Điện cực Quinhiđron
- Cấu tạo: gồm một thanh platin nhúng trong dd nghiên cứu đã có sẵn hỗn hợp của Q: quihiđron (C6H4O2) và H2Q: hiđroquinon (C6H4(OH)2) với tỉ lệ mol là 1:1.
47 - Sơ đồ: Pt|Q, H2Q.
- Phản ứng xảy ra trên điện cực là: 6 4 2 6 4 2
+ 2e + +
C H O 2H C H OH
Câu 2. Trình bày khái niệm, cấu tạo của pin, kể tên một số loại pin điện thường gặp.
Trả lời:
- Khái niệm: là dụng cụ biến hóa năng thành điện năng, dòng điện phát sinh trong pin là kết quả của các phản ứng xảy ra trên các điện cực.
- Cấu tạo: pin điện được cấu tạo từ 2 điện cực, mỗi điện cực được nhúng vào một dd điện ly thích hợp.
- Kí hiệu:
Cực (-) bên trái Cực (+) bên phải
Điện cực nhúng vào dd ( | )
Giữa 2 dd là cầu nối (cầu muối) ( || ) Ví dụ: (-) Zn| ZnSO4 || CuSO4 | Cu (+)
- Một số loại pin điện thường gặp: Pin Galvani, pin nồng độ, pin thuận nghịch Jacobi - Daniel, …
Câu 3. Trình bày công thức tính suất điện động (Sđđ) của pin.
Trả lời:
Sđđ của pin là giá trị được đo bằng thực nghiệm và được tính bằng biểu thức:
Epin = EP – ET = E(+) – E(-). Trong đó:
Điện cực bên phải: cực dương (+) hay catot, xảy ra quá trình khử:
(+)Mn+ + ne M
Điện cực bên trái: cực âm (-) hay anot, xảy ra quá trình oxi hóa:
Ví dụ: H2 2H + 2e+
Phản ứng oxi hóa - khử xảy ra trong pin: 2M + nHn+ 2 2M + 2nH+
48
Câu 4. Trình bày cách xác định thế điện cực và thế điện cực tiêu chuẩn.
Trả lời:
Ứng với mỗi nửa phản ứng oxi hóa - khử, mỗi điện cực có một điện thế xác định gọi là thế điện cực: E(+), E(-). Thế của điện cực chuẩn gọi là thế điện cực tiêu chuẩn hay thế chuẩn của điện cực. Kí hiệu là: E , E0+ 0-.
Thế điện cực tiêu chuẩn của cặp oxi hóa - khử Mn+/M có trị số bằng sđđ của pin tạo bởi điện cực hiđro tiêu chuẩn ( +
2
0 2H /H
E = 0V ) và điện cực của kim loại M.
Giá trị thế cân bằng của một điện cực phụ thuộc vào:
- Bản chất kim loại làm điện cực.
- Nồng độ của chất tham gia vào cân bằng xảy ra trên bề mặt điện cực.
- Chất nền và bản chất của chất nền được sử dụng.
2.3.1.2. Bài tập tự giải
Câu 5. Xác định các điện cực loại 1, 2, điện cực khí, điện cực oxi hóa - khử trong các điện cực sau đây. Viết phản ứng tương ứng xảy ra trên các điện cực này. Cu2+|Cu;
KCl|Hg2Cl2, Hg; Zn2+|Zn; Fe3+, Fe2+|Pt;MnO ,H ,Mn |Pt-4 + 2+ ; MnO ,H ,Mn |Pt-4 + 2+ ; Se2-|Se;
2
- Cl
Pt, Cl2(p )|2Cl .
Câu 6. Sơ đồ các pin hoạt động trên cơ sở các phản ứng oxi hóa - khử:
3 2 3 2
Sn + Pb(NO ) Sn(NO ) + Pb; 2HCl + ZnZnCl + H2 2 A. (-) Sn | Sn(NO3)2 || Pb(NO3)2 | Pb (+); (-) H2(Pt) | HCl || ZnCl2 | Zn (+) B. (-) Sn | Sn(NO3)2 || Pb(NO3)2 | Pb (+); (-) Zn | ZnCl2 || HCl | H2(Pt) (+) C. (-) Pb | Pb(NO3)2 || Sn(NO3)2 | Sn (+); (-) H2(Pt) | HCl || ZnCl2 | Zn (+) D. (-) Pb | Pb(NO3)2 || Sn(NO3)2 | Sn (+); (-) Zn | ZnCl2 || HCl | H2(Pt) (+)
Câu 7. Xác định phản ứng xảy ra trên các điện cực và công thức tính suất điện động của pin.
a) (-) Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu(+) b) (-) Pt, H2 | H+ || Cu2+ | Cu(+) c) (-) Pt | Sn4+, Sn 2+ || Fe3+, Fe2+ | Pt
49
Câu 8. Xác định sơ đồ các pin điện được sử dụng để đo thế của điện cực kẽm Zn2+|Zn; điện cực bạc - bạc clorua Cl-|AgCl, Ag.