Giải Hóa học 12 trang 73
Lời giải chi tiết SGK Lớp 12 · Môn HĂ³a Há»c · Trang 73–74
Tóm tắt lý thuyết
Ý nghĩa của thế điện cực chuẩn ($E^o$):
- $E^o$ càng nhỏ → dạng khử có tính khử càng mạnh, dạng oxi hoá có tính oxi hoá càng yếu.
- $E^o$ càng lớn → dạng khử có tính khử càng yếu, dạng oxi hoá có tính oxi hoá càng mạnh.
Dãy điện hoá của kim loại (sắp theo chiều $E^o$ tăng dần):
| Dạng oxi hoá | $K^+$ | $Ca^{2+}$ | $Na^+$ | $Mg^{2+}$ | $Al^{3+}$ | $Zn^{2+}$ | $Fe^{2+}$ | $Ni^{2+}$ | $Sn^{2+}$ | $Pb^{2+}$ | $2H^+$ | $Cu^{2+}$ | $Ag^+$ | $Au^{3+}$ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dạng khử | K | Ca | Na | Mg | Al | Zn | Fe | Ni | Sn | Pb | $H_2$ | Cu | Ag | Au |
→ Tính oxi hoá của dạng oxi hoá tăng dần từ trái sang phải; tính khử của dạng khử giảm dần.
Quy tắc alpha (α): chất khử của cặp có $E^o$ nhỏ tác dụng với chất oxi hoá của cặp có $E^o$ lớn, tạo ra dạng oxi hoá và dạng khử tương ứng.
Bài 3: Sắp xếp các cặp oxi hoá – khử theo chiều giảm dần tính khử
Đề: Cho các cặp $Na^+/Na$, $Mg^{2+}/Mg$, $Zn^{2+}/Zn$, $Al^{3+}/Al$, $Fe^{2+}/Fe$, $Ag^+/Ag$, $2H^+/H_2$, $Cu^{2+}/Cu$. Sắp xếp theo chiều giảm dần tính khử của dạng khử.
Lời giải:
Tính khử của dạng khử giảm dần khi $E^o$ tăng dần. Tra Bảng 15.1:
| Cặp | $E^o$ (V) |
|---|---|
| $Na^+/Na$ | −2,71 |
| $Mg^{2+}/Mg$ | −2,37 |
| $Al^{3+}/Al$ | −1,66 |
| $Zn^{2+}/Zn$ | −0,76 |
| $Fe^{2+}/Fe$ | −0,44 |
| $2H^+/H_2$ | 0,00 |
| $Cu^{2+}/Cu$ | +0,34 |
| $Ag^+/Ag$ | +0,80 |
Vậy thứ tự giảm dần tính khử của dạng khử:
$$Na > Mg > Al > Zn > Fe > H_2 > Cu > Ag$$
Bài 4: Điều kiện kim loại M tác dụng với acid và với nước
Đề: Ở điều kiện chuẩn, kim loại M tác dụng được với dung dịch acid ($H^+$), với nước khi $E^o_{M^{n+}/M}$ thoả mãn điều kiện nào?
Lời giải:
- Tác dụng với dung dịch acid ($H^+$): M chỉ khử được $H^+$ thành $H_2$ khi tính khử của M mạnh hơn $H_2$, tức là
$$E^o_{M^{n+}/M} < E^o_{2H^+/H_2} = 0\,V$$
→ M đứng trước $H_2$ trong dãy điện hoá (K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb...).
- Tác dụng với nước: chỉ những kim loại có tính khử rất mạnh, tức $E^o_{M^{n+}/M}$ rất âm (các kim loại nhóm IA và IIA như K, Na, Ca, Ba) mới khử được nước ở điều kiện chuẩn:
$$Na + H_2O \rightarrow NaOH + \tfrac{1}{2}H_2$$
Bài 5: Viết phương trình phản ứng giữa các cặp oxi hoá – khử
Nguyên tắc (quy tắc α): chất khử của cặp có $E^o$ nhỏ phản ứng với chất oxi hoá của cặp có $E^o$ lớn.
a) $Ni^{2+}/Ni$ ($E^o = -0,26\,V$) và $2H^+/H_2$ ($E^o = 0\,V$)
Vì $E^o_{Ni^{2+}/Ni} < E^o_{2H^+/H_2}$ nên Ni (chất khử mạnh hơn) tác dụng với $H^+$:
$$Ni + 2H^+ \rightarrow Ni^{2+} + H_2\uparrow$$
b) $Fe^{2+}/Fe$ ($E^o = -0,44\,V$) và $Cu^{2+}/Cu$ ($E^o = +0,34\,V$)
Vì $E^o_{Fe^{2+}/Fe} < E^o_{Cu^{2+}/Cu}$ nên Fe tác dụng với $Cu^{2+}$:
$$Fe + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu$$
c) $Zn^{2+}/Zn$ ($E^o = -0,76\,V$) và $Au^{3+}/Au$ ($E^o = +1,50\,V$)
Vì $E^o_{Zn^{2+}/Zn} < E^o_{Au^{3+}/Au}$ nên Zn tác dụng với $Au^{3+}$. Cân bằng electron (Zn nhường 2e, Au³⁺ nhận 3e → bội chung 6):
$$3Zn + 2Au^{3+} \rightarrow 3Zn^{2+} + 2Au$$
Trong cả ba phản ứng, kim loại đứng trước (thế nhỏ hơn) đẩy được kim loại/khí của cặp đứng sau ra khỏi dung dịch, đúng theo chiều dự đoán của quy tắc alpha.