Giải Hóa học 12 trang 71
Lời giải chi tiết SGK Lớp 12 · Môn HĂ³a Há»c · Trang 71–72
Phần lý thuyết: Điện cực và điều kiện chuẩn
Khi nhúng thanh kim loại vào dung dịch muối của chính nó, ta thu được một điện cực. Tại ranh giới kim loại – dung dịch luôn tồn tại cân bằng:
$$\text{Zn}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Zn} \qquad \text{Cu}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Cu}$$
Điện cực ở điều kiện chuẩn là điện cực có:
- Nồng độ ion kim loại bằng 1 M.
- Nhiệt độ 25 °C (298 K).
Hình 15.3 minh họa điện cực kẽm (thanh Zn nhúng trong dung dịch ZnSO₄) và điện cực đồng (thanh Cu nhúng trong dung dịch CuSO₄).
Em có biết: Điện cực hydrogen chuẩn
Điện cực hydrogen chuẩn gồm một lá Pt hấp phụ bão hòa khí H₂ (áp suất 1 bar), nhúng trong dung dịch acid có [H⁺] = 1 M. Tại ranh giới lá Pt và dung dịch tồn tại cân bằng:
$$2\text{H}^+ + 2e \rightleftharpoons \text{H}_2$$
Đây là điện cực được chọn làm mốc so sánh (Hình 15.4).
Phần lý thuyết: Thế điện cực chuẩn
Mỗi điện cực ở điều kiện chuẩn có một đại lượng đặc trưng về điện thế, gọi là thế điện cực chuẩn.
Những ý quan trọng cần nhớ:
- Thế điện cực chuẩn gắn với cặp oxi hóa – khử, kí hiệu $E^o_{\text{oxh/khử}}$, đơn vị volt (V).
- Thực nghiệm không đo được giá trị tuyệt đối, chỉ đo được sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực.
- Quy ước thế điện cực chuẩn của hydrogen bằng 0:
$$2\text{H}^+ + 2e \rightleftharpoons \text{H}_2 \qquad E^o_{2\text{H}^+/\text{H}_2} = 0\ \text{V}$$
Từ mốc này, đo chênh lệch điện thế với điện cực hydrogen chuẩn sẽ xác định được thế điện cực chuẩn của các cặp khác. Ví dụ:
$$E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0{,}762\ \text{V} \qquad E^o_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0{,}340\ \text{V}$$
Bảng 15.1: Giá trị thế điện cực chuẩn của một số cặp oxi hóa – khử
Đây là bảng tra rất quan trọng, các em nên thuộc xu hướng của nó. Bảng sắp xếp theo chiều $E^o$ tăng dần từ trên xuống.
| Nguyên tố | Bán phản ứng | $E^o$ (V) |
|---|---|---|
| Li | $\text{Li}^+ + 1e \rightleftharpoons \text{Li}$ | −3,040 |
| K | $\text{K}^+ + 1e \rightleftharpoons \text{K}$ | −2,924 |
| Ba | $\text{Ba}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Ba}$ | −2,92 |
| Ca | $\text{Ca}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Ca}$ | −2,84 |
| Na | $\text{Na}^+ + 1e \rightleftharpoons \text{Na}$ | −2,713 |
| Mg | $\text{Mg}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Mg}$ | −2,356 |
| Al | $\text{Al}^{3+} + 3e \rightleftharpoons \text{Al}$ | −1,676 |
| Zn | $\text{Zn}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Zn}$ | −0,762 |
| Cr | $\text{Cr}^{3+} + 3e \rightleftharpoons \text{Cr}$ | −0,74 |
| Fe | $\text{Fe}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Fe}$ | −0,44 |
| H₂ | $2\text{H}_2\text{O} + 2e \rightleftharpoons \text{H}_2 + 2\text{OH}^-$ | −0,414 ⁽²⁾ |
| Cd | $\text{Cd}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Cd}$ | −0,403 |
| Ni | $\text{Ni}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Ni}$ | −0,257 |
| Sn | $\text{Sn}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Sn}$ | −0,137 |
| Pb | $\text{Pb}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Pb}$ | −0,126 |
| H₂ | $2\text{H}^+ + 2e \rightleftharpoons \text{H}_2$ | 0,000 |
| Cu | $\text{Cu}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Cu}$ | +0,340 |
| Fe | $\text{Fe}^{3+} + 1e \rightleftharpoons \text{Fe}^{2+}$ | +0,771 |
| Ag | $\text{Ag}^+ + 1e \rightleftharpoons \text{Ag}$ | +0,799 |
| Hg | $\text{Hg}^{2+} + 2e \rightleftharpoons \text{Hg}$ | +0,853 |
| Br | $\text{Br}_2(aq) + 2e \rightleftharpoons 2\text{Br}^-$ | +1,087 |
| O | $\text{O}_2 + 4\text{H}^+ + 4e \rightleftharpoons 2\text{H}_2\text{O}$ | +1,229 |
| Cl | $\text{Cl}_2(aq) + 2e \rightleftharpoons 2\text{Cl}^-$ | +1,358 |
| Au | $\text{Au}^{3+} + 3e \rightleftharpoons \text{Au}$ | +1,52 |
Ghi chú dưới bảng:
- ⁽¹⁾ Nguồn: Dean, J. A. 1999. Lange's handbook of chemistry, McGraw-Hill, Inc.
- ⁽²⁾ Tại pH = 7.
Mẹo ghi nhớ xu hướng của bảng
Đọc bảng theo hai chiều mũi tên là nhớ được bản chất:
- Đi từ trên xuống dưới, $E^o$ tăng dần → tính oxi hóa của dạng oxi hóa (ion, phi kim) tăng dần. Ví dụ $\text{Au}^{3+}$, $\text{Cl}_2$ ở cuối bảng có tính oxi hóa rất mạnh.
- Đi từ dưới lên trên, tính khử của dạng khử (kim loại) tăng dần. Ví dụ Li, K, Na ở đầu bảng có tính khử rất mạnh.
Một quy tắc dùng nhiều khi xét phản ứng: cặp oxi hóa – khử có $E^o$ lớn hơn thì dạng oxi hóa của nó sẽ oxi hóa được dạng khử của cặp có $E^o$ nhỏ hơn (quy tắc alpha). Đây là nền tảng để các em xác định chiều phản ứng và làm bài về pin điện ở các trang sau.
Hai trang này thuần lý thuyết và bảng tra nên không có bài tập để giải. Nếu em gửi tiếp các trang có câu hỏi hoặc bài tập vận dụng, mình sẽ giải chi tiết từng câu cho em.