Giải SGK Hoá học 12 Bài 15. Thế điện cực và nguồn điện hóa học

- Cấu tạo của pin điện hoá: Pin Galvani là pin điện hoá có cấu tạo gồm hai điện cực, mỗi điện cực ứng với một cặp oxi hoá – khử và thường nối với nhau qua cầu muối.

- Vai trò của phản ứng oxi hoá – khử trong hoạt động của pin điện hoá: Trong pin điện hoá, quá trình oxi hoá và quá trình khử xảy ra trên hai điện cực và electron được truyền từ chất khử sang chất oxi hoá qua dây dẫn. Khi đó, năng lượng của phản ứng hoá học sẽ chuyển thành năng lượng điện.

- Lắp ráp pin điện hoá đơn giản:

Chuẩn bị:

Hoá chất: các thanh kim loại: kẽm, đồng, nhôm, sắt; quả chanh (hoặc quả cam, quả chuối, củ khoai tây,...).

Dụng cụ: dây điện có sẵn kẹp cá sấu hai đầu, vôn kế.

Tiến hành:

- Chọn hai điện cực là hai kim loại khác nhau, ví dụ như thanh kẽm và thanh đồng.

- Cắm hai thanh kim loại vào quả chanh.

- Nối cực âm của vôn kế với thanh kẽm và cực dương của vôn kế với thanh đồng.

Chú ý: Không để hai thanh kim loại tiếp xúc với nhau.

1. Phương trình ion thu gọn:

Zn + Cu$^{2+}$ → Zn$^{2+}$ + Cu

2. Quá trình oxi hoá nguyên tử Zn:

Quá trình khử ion Cu$^{2+}$:

a) Phương trình hoá học của phản ứng ở dạng ion thu gọn:

Fe + 2H$^{+}$ → Fe$^{2+}$ + H$_{2}$

b) Các cặp oxi hoá – khử trong phản ứng trên: Fe$^{2+}$/Fe, 2H$^{+}$/H$_{2}$.

Sắp xếp các cặp oxi hoá – khử trên theo chiều giảm dần tính khử của dạng khử:

Na$^{+}$/Na; Mg$^{2+}$/Mg; Al$^{3+}$/Al; Zn$^{2+}$/Zn; Fe$^{2+}$/Fe; 2H$^{+}$/H$_{2}$; Cu$^{2+}$/Cu; Ag$^{+}$/Ag.

1. Ta có:

2. Xét phản ứng (1): Zn có tính khử mạnh hơn Cu; Cu$^{2+}$ có tính oxi hoá mạnh hơn Zn$^{2+}$.

Xét phản ứng (2): Cu có tính khử mạnh hơn Ag; Ag$^{+}$ có tính oxi hoá mạnh hơn Cu$^{2+}$.

3. Nhận xét: Chất khử của cặp oxi hoá – khử có thế điện cực nhỏ hơn tác dụng với chất oxi hoá của cặp oxi – hoá khử có thế điện cực lớn hơn, tạo ra dạng oxi hoá và dạng khử tương ứng.

Các phương trình hoá học:

a) Ni + 2H$^{+}$ → Ni$^{2+}$ + H$_{2}$;

b) Fe + Cu$^{2+}$ → Fe$^{2+}$ + Cu;

c) 3Zn + 2Au$^{3+}$ → 3Zn$^{2+}$ + 2Au.

1. Thí nghiệm 1:

Quá trình oxi hoá: Zn → Zn$^{2+}$ + 2e;

Quá trình khử: Cu$^{2+}$ + 2e → Cu.

Thí nghiệm 2:

Quá trình oxi hoá: Zn → Zn$^{2+}$ + 2e;

Quá trình khử: Cu$^{2+}$ + 2e → Cu.

2. Trong thí nghiệm 1, quá trình oxi hoá và quá trình khử cùng xảy ra trên bề mặt của một thanh kim loại.

3. Trong thí nghiệm 2, bóng đèn lại sáng vì các quá trình oxi hoá, quá trình khử xảy ra trên hai điện cực và electron được truyền từ chất khử sang chất oxi hoá qua dây dẫn thì năng lượng của phản ứng hoá học sẽ chuyển thành năng lượng điện.

a) Thanh Cu là nguồn cung cấp electron nên đóng vai trò là anode (cực âm). Ở thanh Cu xảy ra quá trình: Cu → Cu$^{2+}$ + 2e.

Thanh Ag là nơi nhận electron nên đóng vai trò là cathode (cực dương). Ở thanh Ag xảy ra quá trình: Ag$^{+}$ + 1e → Ag.

Phương trình hoá học của phản ứng xảy ra trong pin:

Cu + 2Ag$^{+}$ → Cu$^{2+}$ + 2Ag

b) Sức điện động chuẩn của pin:

Giá trị này bằng với giá trị hiển thị trên vôn kế.

c) Chiều của dòng electron chạy qua dây dẫn: Electron được truyền từ chất khử sang chất oxi hoá qua dây dẫn hay chiều từ anode sang cathode.

Học sinh tiến hành thí nghiệm và đo sức điện động của pin.

Tham khảo các bước sau: (Nguồn Internet)

Phân loại các loại pin sử dụng trong gia đình:

- Acquy: là nguồn điện được sử dụng phổ biến trong các phương tiện giao thông, thiết bị lưu điện, phát điện…

- Pin nhiên liệu: là loại pin điện hoá chuyển đổi hoá năng thành năng lượng điện năng thông qua phản ứng oxi hoá – khử.

- Pin Mặt Trời gồm nhiều tấm vật liệu bán dẫn được ghép nối với nhau, có khả năng chuyển đổi quang năng thành điện năng.

- Pin lithium – ion: thuộc loại pin sạc, sử dụng trong laptop, điện thoại, máy quay phim, phương tiện giao thông chạy điện …

- Pin khô: thuộc loại pin sơ cấp, không sạc, được dùng trong thiết bị điều khiển, máy ảnh, đồ chơi …

Cách thu gom, xử lí pin khi hết hạn sử dụng để bảo vệ môi trường:

- Không nên vứt pin đã hết hạn vào thùng rác sinh hoạt vì trong cấu tạo mỗi viên pin đều chứa các kim loại nặng, độc hại.

- Cho các pin hết hạn vào lọ thuỷ tinh sạch, để nơi khô ráo, tránh nhiệt độ quá cao, tránh xa tầm tay trẻ em … rồi đưa đến các điểm thu gom pin đã qua sử dụng. Các điểm này thường có ở siêu thị, cửa hàng tiện ích hoặc sảnh chung cư …

- Lắp ráp được một số loại pin điện hoá đơn giản, ví dụ:

Chuẩn bị:

Hoá chất: các thanh kim loại: kẽm, đồng, nhôm, sắt; quả chanh (hoặc quả cam, quả chuối, củ khoai tây,...).

Dụng cụ: dây điện có sẵn kẹp cá sấu hai đầu, vôn kế.

Tiến hành:

- Chọn hai điện cực là hai kim loại khác nhau, ví dụ như thanh kẽm và thanh đồng.

- Cắm hai thanh kim loại vào quả chanh.

- Nối cực âm của vôn kế với thanh kẽm và cực dương của vôn kế với thanh đồng.

Chú ý: Không để hai thanh kim loại tiếp xúc với nhau.

- Phân loại pin phục vụ cho nhu cầu sử dụng, tái chế và bảo vệ môi trường:

- Acquy: là nguồn điện được sử dụng phổ biến trong các phương tiện giao thông, thiết bị lưu điện, phát điện…

- Pin nhiên liệu: là loại pin điện hoá chuyển đổi hoá năng thành năng lượng điện năng thông qua phản ứng oxi hoá – khử.

- Pin Mặt Trời gồm nhiều tấm vật liệu bán dẫn được ghép nối với nhau, có khả năng chuyển đổi quang năng thành điện năng.

- Pin lithium – ion: thuộc loại pin sạc, sử dụng trong laptop, điện thoại, máy quay phim, phương tiện giao thông chạy điện …

- Pin khô: thuộc loại pin sơ cấp, không sạc, được dùng trong thiết bị điều khiển, máy ảnh, đồ chơi …