Giải Hóa học 12 trang 77

Tóm tắt lý thuyết

Hai trang này thuộc Bài 15 – Pin điện và điện phân (sách Kết nối tri thức), gồm:

• Một bài tập vận dụng về pin Galvani Cu–Ag (câu 6).
• Phần thực hành: Lắp ráp một pin đơn giản (pin chanh).
• Mục IV: Một số loại pin khác (acquy, pin nhiên liệu, pin Mặt Trời) cùng bảng ưu – nhược điểm.

Kiến thức then chốt cần nhớ:

• Trong pin Galvani: cực có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn là anode (cực âm, xảy ra oxi hoá); cực có thế lớn hơn là cathode (cực dương, xảy ra khử).
• Sức điện động chuẩn: $E^\circ_{pin} = E^\circ_{cathode} - E^\circ_{anode}$
• Dòng electron chạy trong dây dẫn từ anode sang cathode.

Một số giá trị thế điện cực chuẩn dùng trong bài:

---

Bài 6: Pin Galvani Cu – Ag (Hình 15.10)

Đề bài: Một pin Galvani được thiết lập ở điều kiện chuẩn theo sơ đồ Hình 15.10 (điện cực Cu nhúng trong dung dịch $CuSO_4$ 1 M, điện cực Ag nhúng trong dung dịch $AgNO_3$ 1 M, vôn kế chỉ 0,459 V). Dựa vào giá trị thế điện cực chuẩn ở Bảng 15.1, hãy:

a) Xác định anode, cathode và viết các quá trình ở mỗi điện cực. Viết phương trình hoá học của phản ứng trong pin.
b) Tính sức điện động chuẩn của pin và so sánh với giá trị trên vôn kế.
c) Xác định chiều dòng electron chạy qua dây dẫn.

Lời giải

So sánh: $E^\circ_{Cu^{2+}/Cu} = +0,34\,V < E^\circ_{Ag^{+}/Ag} = +0,80\,V$

Vì vậy điện cực Cu có thế nhỏ hơn nên bị oxi hoá (anode), điện cực Ag có thế lớn hơn nên xảy ra khử (cathode).

a) Xác định điện cực và các quá trình

• Anode (cực âm) – điện cực Cu, xảy ra quá trình oxi hoá:

$$Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^-$$

• Cathode (cực dương) – điện cực Ag, xảy ra quá trình khử:

$$2Ag^{+} + 2e^- \rightarrow 2Ag$$

• Phương trình phản ứng xảy ra trong pin (cộng hai quá trình):

$$Cu + 2Ag^{+} \rightarrow Cu^{2+} + 2Ag$$

b) Sức điện động chuẩn của pin

$$E^\circ_{pin} = E^\circ_{cathode} - E^\circ_{anode} = 0,80 - 0,34 = 0,46\,(V)$$

So sánh: vôn kế chỉ 0,459 V $\approx$ 0,46 V. Giá trị đo được gần như trùng khớp với giá trị tính toán, sai lệch nhỏ là do điều kiện thí nghiệm thực tế chưa thật chuẩn và sai số của dụng cụ đo.

c) Chiều dòng electron

Electron luôn đi ra từ cực bị oxi hoá (anode) đến cực bị khử (cathode) qua dây dẫn. Vậy electron chạy từ điện cực Cu (anode) sang điện cực Ag (cathode).

---

Phần thực hành: Lắp ráp một pin đơn giản (pin chanh)

Đây là hoạt động thực hành, không phải bài tập tính toán. Mình giải thích nguyên lý và dự đoán kết quả để bạn nắm chắc.

Nguyên lý: hai kim loại khác nhau (ví dụ kẽm và đồng) cắm vào quả chanh tạo thành một pin Galvani. Dịch chanh chứa acid đóng vai trò chất điện li.

• Kẽm có tính khử mạnh hơn đồng nên kẽm là anode (cực âm), đồng là cathode (cực dương). Vì vậy nối cực âm vôn kế với thanh kẽm, cực dương vôn kế với thanh đồng là đúng.
• Tại thanh kẽm (anode): $Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$
• Tại thanh đồng (cathode): ion $H^+$ trong dịch chanh nhận electron, $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2$

Kết quả dự đoán: vôn kế hiển thị một sức điện động nhỏ (thường vài trăm mV). Nếu mắc nối tiếp hai quả chanh (Hình 15.11 b), điện áp đo được sẽ tăng lên (cộng dồn các pin).

Lưu ý quan trọng: không để hai thanh kim loại chạm vào nhau, vì khi đó pin bị nối tắt (đoản mạch), vôn kế sẽ không đo được điện áp.

---

Mục IV: Một số loại pin khác (tóm tắt lý thuyết)

• Acquy: nguồn điện dùng phổ biến trong phương tiện giao thông, thiết bị lưu điện. Thuộc loại pin thứ cấp (pin sạc) – các chất phản ứng được tái tạo khi sạc bằng dòng điện một chiều.
• Pin nhiên liệu: chuyển hoá năng thành điện năng qua phản ứng oxi hoá – khử giữa nhiên liệu (methane, methanol, ethanol, hydrogen,…) và chất oxi hoá (thường là oxygen). Pin nhiên liệu hydrogen – oxygen nhiều triển vọng trong tương lai.
• Pin Mặt Trời (solar cell): gồm nhiều tấm vật liệu bán dẫn ghép nối, chuyển quang năng thành điện năng.

Bảng 15.2 – Ưu, nhược điểm:

Tóm lại, bài 6 cho kết quả $E^\circ_{pin} = 0,46\,V$ khớp với số đo 0,459 V; phần còn lại là thực hành pin chanh và lý thuyết về các loại pin thông dụng.