Bài 15. Thế điện cực và nguồn điện hoá học

Mục tiêu bài học

• Nêu được khái niệm cặp oxi hoá – khử của kim loại và thế điện cực chuẩn.
• So sánh được tính oxi hoá – khử của các cặp dựa vào giá trị thế điện cực chuẩn; dự đoán chiều phản ứng.
• Mô tả được cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của pin Galvani Zn–Cu và tính được sức điện động chuẩn.
• Nêu được nguyên tắc hoạt động của một số nguồn điện hoá học: acquy, pin nhiên liệu, pin lithium-ion.

Khái niệm chính

Cặp oxi hoá – khử

Dạng oxi hoá và dạng khử của cùng một nguyên tố, ví dụ $Cu^{2+}$/Cu.

Thế điện cực chuẩn

Thế của điện cực đo ở điều kiện chuẩn so với điện cực hydrogen chuẩn.

Điện cực hydrogen chuẩn

Điện cực Pt tiếp xúc $H_2$ 1 bar và $H^+$ 1 M, quy ước thế bằng 0 V.

Pin Galvani

Thiết bị biến năng lượng của phản ứng oxi hoá – khử tự xảy ra thành điện năng.

Anode của pin

Điện cực âm, nơi xảy ra sự oxi hoá.

Cầu muối

Ống chứa dung dịch điện li giúp trung hoà điện tích hai dung dịch, khép kín mạch.

Công thức

• $E^\circ_{\text{pin}} = E^\circ_{\text{cathode}} - E^\circ_{\text{anode}}$

  Sức điện động chuẩn của pin

  • $E^\circ_{\text{pin}}$sức điện động chuẩn(V)
  • $E^\circ_{\text{cathode}}$thế điện cực chuẩn cực dương(V)
  • $E^\circ_{\text{anode}}$thế điện cực chuẩn cực âm(V)

• $Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu$

  Phản ứng xảy ra trong pin Zn–Cu

Thí nghiệm

• Lắp pin Galvani Zn–Cu

  Học sinh thực hành

  Mục đích: Đo sức điện động của pin Zn–Cu

  Nối hai nửa pin bằng cầu muối và dây dẫn; vôn kế chỉ khoảng 1,1 V, lá Zn mòn dần, Cu bám lên lá đồng.

  Dụng cụ: lá Zn, lá Cu, dung dịch $ZnSO_4$ 1 M, dung dịch $CuSO_4$ 1 M, cầu muối $KNO_3$, vôn kế

• Kim loại tác dụng với dung dịch muối

  Học sinh thực hành

  Mục đích: Dự đoán chiều phản ứng theo thế điện cực

  Sắt khử được $Cu^{2+}$ vì cặp $Fe^{2+}$/Fe có thế nhỏ hơn $Cu^{2+}$/Cu.

  Dụng cụ: đinh sắt, dung dịch $CuSO_4$, ống nghiệm

  Làm thí nghiệm ảo