Giải Hóa học 12 trang 87
Lời giải chi tiết SGK Lớp 12 · Môn HĂ³a Há»c · Trang 87–88
Lưu ý nhỏ trước khi vào bài: ảnh em gửi thực ra là trang 85 và 86 của sách (Bài 17 – Ôn tập chương 5), không phải 87–88. Cô vẫn giải đầy đủ nội dung trong ảnh nhé.
Tóm tắt lý thuyết (Hệ thống hoá kiến thức)
Cặp oxi hoá – khử của kim loại
- Dạng oxi hoá $M^{n+}$ và dạng khử $M$ tạo thành cặp, liên hệ: $M^{n+} + ne \rightleftharpoons M$.
Thế điện cực chuẩn
- Là đại lượng đánh giá khả năng khử của dạng khử và khả năng oxi hoá của dạng oxi hoá ở điều kiện chuẩn.
- Giá trị $E^o_{M^{n+}/M}$ càng lớn → ion $M^{n+}$ oxi hoá càng mạnh, kim loại $M$ khử càng yếu (và ngược lại).
- Phản ứng xảy ra theo chiều: chất oxi hoá của cặp có thế lớn hơn oxi hoá chất khử của cặp có thế nhỏ hơn.
Nguồn điện hoá học
- Pin Galvani gồm hai điện cực nối qua cầu muối; anode xảy ra oxi hoá, cathode xảy ra khử.
- Sức điện động chuẩn: $E^o_{pin} = E^o_{cathode} - E^o_{anode}$.
Điện phân
- Anode: chất khử mạnh hơn bị oxi hoá trước. Cathode: chất oxi hoá mạnh hơn bị khử trước.
- Ứng dụng: sản xuất nhôm ($2Al_2O_3 \xrightarrow{đpnc} 4Al + 3O_2$), tinh luyện đồng, mạ điện.
Bài 1: Xét các cặp oxi hoá – khử
Đề cho:
| Cặp oxi hoá – khử | $Al^{3+}/Al$ | $Ag^{+}/Ag$ | $Mg^{2+}/Mg$ | $Fe^{2+}/Fe$ |
|---|---|---|---|---|
| $E^o$ (V) | $-1{,}676$ | $+0{,}799$ | $-2{,}356$ | $-0{,}44$ |
Nguyên tắc cần nhớ: thế điện cực chuẩn càng nhỏ (âm) thì tính khử của kim loại càng mạnh.
a) Kim loại có tính khử mạnh nhất, yếu nhất
- Thế nhỏ nhất là $Mg^{2+}/Mg = -2{,}356$ → Mg khử mạnh nhất.
- Thế lớn nhất là $Ag^{+}/Ag = +0{,}799$ → Ag khử yếu nhất.
Đáp án A. Mg, Ag.
b) Số kim loại khử được ion $H^+$ thành $H_2$
Cặp $2H^+/H_2$ có $E^o = 0$. Kim loại khử được $H^+$ khi $E^o_{M^{n+}/M} < 0$.
- Mg ($-2{,}356$), Al ($-1{,}676$), Fe ($-0{,}44$): đều âm → khử được.
- Ag ($+0{,}799$): dương → không khử được.
Có 3 kim loại → Đáp án C. 3.
c) Số kim loại khử được ion $Ag^+$ thành Ag
Kim loại khử được $Ag^+$ khi $E^o_{M^{n+}/M} < E^o_{Ag^+/Ag} = +0{,}799$.
- Mg, Al, Fe đều có thế nhỏ hơn $+0{,}799$ → khử được.
- Ag không tự khử ion của chính nó.
Có 3 kim loại → Đáp án C. 3.
Bài 2: Pin điện hoá Pb²⁺/Pb và Zn²⁺/Zn
Cho: $E^o_{Pb^{2+}/Pb} = -0{,}126\,V$ ; $E^o_{Zn^{2+}/Zn} = -0{,}762\,V$.
a) Xác định anode, cathode
Điện cực có thế nhỏ hơn đóng vai trò anode (bị oxi hoá), thế lớn hơn là cathode.
- $E^o_{Zn^{2+}/Zn} = -0{,}762 < E^o_{Pb^{2+}/Pb} = -0{,}126$.
- Anode: cực kẽm (Zn). Cathode: cực chì (Pb).
b) Quá trình điện cực và phương trình phản ứng
- Anode (oxi hoá): $Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e$
- Cathode (khử): $Pb^{2+} + 2e \rightarrow Pb$
- Phản ứng tổng: $Zn + Pb^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Pb$
c) Sức điện động chuẩn của pin
$$E^o_{pin} = E^o_{cathode} - E^o_{anode} = -0{,}126 - (-0{,}762) = 0{,}636\,V$$
Bài 3: Tìm kim loại M cho pin M²⁺/M và Ag⁺/Ag
Cho: $E^o_{pin} = 1{,}056\,V$ ; $E^o_{Ag^+/Ag} = +0{,}799\,V$.
| Cặp | $Fe^{2+}/Fe$ | $Ni^{2+}/Ni$ | $Sn^{2+}/Sn$ | $Cu^{2+}/Cu$ | $Ag^{+}/Ag$ |
|---|---|---|---|---|---|
| $E^o$ (V) | $-0{,}44$ | $-0{,}257$ | $-0{,}137$ | $+0{,}340$ | $+0{,}799$ |
a) Kim loại nào phù hợp với M
Các kim loại Cu, Fe, Ni, Sn đều có thế nhỏ hơn $Ag^+/Ag$, nên M là anode, Ag là cathode:
$$E^o_{pin} = E^o_{Ag^+/Ag} - E^o_{M^{2+}/M}$$
$$\Rightarrow E^o_{M^{2+}/M} = 0{,}799 - 1{,}056 = -0{,}257\,V$$
Giá trị $-0{,}257\,V$ ứng với cặp $Ni^{2+}/Ni$.
Vậy M là Ni.
b) Chọn M để pin có sức điện động chuẩn lớn nhất
$E^o_{pin}$ lớn nhất khi $E^o_{M^{2+}/M}$ nhỏ nhất. Trong các kim loại Cu, Fe, Ni, Sn thì Fe có thế nhỏ nhất ($-0{,}44\,V$).
$$E^o_{pin} = 0{,}799 - (-0{,}44) = 1{,}239\,V$$
Vậy chọn M là Fe, khi đó pin có sức điện động chuẩn lớn nhất là $1{,}239\,V$.
Tổng kết nhanh: Bài 1 đáp án lần lượt A – C – C; Bài 2 pin có $E^o = 0{,}636\,V$ với Zn là anode; Bài 3 M là Ni, và chọn Fe để pin mạnh nhất ($1{,}239\,V$). Em nắm chắc quy tắc "thế nhỏ → khử mạnh → làm anode" là giải nhanh được cả ba bài này.