Giải SGK Hóa 12 Bài 12 (Chân trời sáng tạo): Thế điện cực và nguồn điện hoá học

Giải bài tập Hóa học 12 Bài 12: Thế điện cực và nguồn điện hoá học

Mở đầu trang 64 Hóa học 12: Người ta dùng hai sợi dây làm bằng hai kim loại khác nhau cắm vào một quả chanh và nối với một bóng đèn 3 V thì thấy bóng đèn sáng. Như vậy, quả chanh có cắm hai sợi dây kim loại khác nhau đóng vai trò như một viên pin, phát sinh ra dòng điện.

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin như thế nào?

Lời giải:

– Cấu tạo: Pin Galvani gồm 2 điện cực có thế điện cực khác nhau, thường được ghép với nhau qua cầu muối.

– Nguyên tắc hoạt động: Pin Galvani chuyển năng lượng của phản ứng hoá học thành năng lượng điện.

Câu hỏi 1 trang 64 Hóa học 12: Xác định dạng oxi hoá và dạng khử trong các quá trình (2) và (3).

Lời giải:

Quá trình (2): $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+2\mathrm{e}\overrightarrow{\leftarrow {}_{\text{vbox}to.5ex\text{vss}}}\mathrm{C}\mathrm{u}$

                    Dạng oxi hóa                             Dạng khử

Quá trình (3): $\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+1\mathrm{e}\overrightarrow{\leftarrow {}_{\text{vbox}to.5ex\text{vss}}}\mathrm{A}\mathrm{g}$

               Dạng oxi hóa                             Dạng khử

Câu hỏi 2 trang 64 Hóa học 12: Viết các cặp oxi hóa – khử trong quá trình (2) và (3).

Lời giải:

Cặp oxi hóa khử ở quá trình (2): Cu²⁺/Cu.

Cặp oxi hóa khử ở quá trình (3): Ag⁺/Ag.

Luyện tập trang 64 Hóa học 12: Viết các cặp oxi hoá – khử của kim loại Na, Mg và Al.

Lời giải:

Kim loại	Cặp oxi hóa – khử
Na	Na+/Na
Mg	Mg2+/Mg
Al	Al3+/Al

Câu hỏi 3 trang 65 Hóa học 12: Quan sát Hình 12.1, hãy mô tả cấu tạo của pin Galvani. Cho biết cực dương, cực âm và chiều di chuyển của electron trong pin.

Lời giải:

– Cấu tạo của pin Galvani: hai điện cực (Zn và Cu), cầu muối.

– Cực dương của pin là điện cực Cu, cực âm của pin là điện cực Zn.

– Electron di chuyển từ cực âm (thanh Zn) qua dây dẫn đến cực dương (thanh Cu).

Câu hỏi 4 trang 65 Hóa học 12: Điện cực nào bị tan dần trong pin Galvani Zn-Cu?

Lời giải:

Trong pin Galvani Zn-Cu, xảy ra các quá trình sau:

+ Anode (-): $\mathrm{Z}\mathrm{n}\to \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}+2\mathrm{e}$

+ Cathode (+): $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+2\mathrm{e}\to \mathrm{C}\mathrm{u}$

=> Điện cực Zn bị tan dần.

Câu hỏi 5 trang 66 Hóa học 12: Dựa vào Bảng 12.1, hãy sắp xếp theo chiều tăng dần tính oxi hoá của các ion Li⁺, Fe²⁺, Ag⁺ và chiều tăng dần tính khử của các kim loại tương ứng.

Lời giải:

Ta có: ${\mathrm{E}}_{\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}/\mathrm{L}\mathrm{i}}^{\mathrm{o}}<{\mathrm{E}}_{\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}/\mathrm{F}\mathrm{e}}^{\mathrm{o}}<{\mathrm{E}}_{\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}/\mathrm{A}\mathrm{g}}^{\mathrm{o}}$

– Tính oxi hóa: Li⁺ < Fe²⁺ < Ag⁺.

– Tính khử: Ag < Fe < Li.

Câu hỏi 6 trang 67 Hóa học 12: Cho Al và Ag vào dung dịch HCl 1 M. Dựa vào Bảng 12.1, dự đoán phản ứng nào có thể xảy ra. Viết phương trình hoá học của phản ứng (nếu có).

Lời giải:

– Ta có: ${\mathrm{E}}_{\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}/\mathrm{A}\mathrm{l}}^{\mathrm{o}}=-1,66(\mathrm{V})<0$;${\mathrm{E}}_{\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}/\mathrm{A}\mathrm{g}}^{\mathrm{o}}=0,8(\mathrm{V})>0$

=> Al phản ứng được với dung dịch HCl; Ag không phản ứng được với dung dịch HCl.

– Phương trình hóa học:$2\mathrm{A}\mathrm{l}+6\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\to 2\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3+3{\mathrm{H}}_2\uparrow$

Câu hỏi 7 trang 67 Hóa học 12: Dựa vào Bảng 12.1, xác định cathode và anode trong pin điện hoá Zn-Pb gồm điện cực chuẩn Zn²⁺/Zn và điện cực chuẩn Pb²⁺/Pb. Tính sức điện động chuẩn của pin.

Lời giải:

– Trong pin điện hóa Zn – Pb:

+ Cathode: Pb.

+ Anode: Zn.

– Sức điện động chuẩn của pin: ${\mathrm{E}}_{\mathrm{p}\mathrm{i}\mathrm{n}}^{\mathrm{o}}={\mathrm{E}}_{\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}/\mathrm{P}\mathrm{b}}^{\mathrm{o}}-{\mathrm{E}}_{\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}/\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{\mathrm{o}}=-0,13-(-0,76)=0,63(\mathrm{V})$

Câu hỏi 8 trang 68 Hóa học 12: Hãy nêu một số ứng dụng của pin mặt trời trong đời sống.

Lời giải:

Ứng dụng của pin mặt trời:

– Trạm sạc năng lượng mặt trời: cung cấp nguồn năng lượng vô tận để sạc các thiết bị di động như điện thoại, máy tính bảng, laptop…

– Thùng rác năng lượng mặt trời: thùng rác thông minh có chức năng lọc nước thải để nuôi cây xanh và có thể sạc pin điện thoại bằng năng lượng mặt trời ở Đà Nẵng.

– Đèn đường năng lượng mặt trời.

– Xe ô tô năng lượng mặt trời,…

Câu hỏi 9 trang 68 Hóa học 12: Hãy nêu một số thiết bị sử dụng acquy mà em biết.

Lời giải:

Các thiết bị sử dụng acquy: xe máy; ô tô; máy phát điện; hệ thống báo cháy, chống trộm;…

Câu hỏi 10 trang 68 Hóa học 12: Tìm hiểu và nêu ưu, nhược điểm của pin nhiên liệu, pin mặt trời và acquy.

Lời giải:

Các loại pin	Ưu điểm	Nhược điểm
Pin nhiên liệu	Thời gian hoạt động của pin không bị hạn chế.	– Chưa được phổ biến – Giá thành cao.
Pin mặt trời	– Thân thiện với môi trường. – Chi phí không quá cao. – Thời gian sử dụng dài.	– Phải lắp đặt ở không gian rộng rãi. – Khó di chuyển.
Acquy	– Dung lượng cao. – Tuổi thọ cao. – Khả năng chịu tải cao. – Dễ dàng tích hợp với nhiều thiết bị khác nhau.	– Thời gian sạc lâu. – Nặng. – Giá thành cao,…

Vận dụng trang 69 Hóa học 12: Lắp ráp thêm một số pin đơn giản từ các nguyên liệu khác và đo sức điện động của pin.

Lời giải:

Thí nghiệm. Lắp ráp pin khoai tây và đo sức điện động của pin.

– Dụng cụ: thanh kim loại đồng và kẽm; vôn kế; 2 dây dẫn.

– Nguyên liệu: 1 quả khoai tây tươi.

– Tiến hành thí nghiệm:

+ Bước 1: Cắm 2 thanh kim loại vào quả khoai tây và không để chúng chạm vào nhau.

+ Bước 2: Lắp hệ thống như Hình 12.6. Ghi nhận giá trị hiện trên vôn kế.

Bài tập

Bài 1 trang 69 Hóa học 12: Cho các kim loại: K, Mg, Al, Ag. Hãy viết các cặp oxi hoá – khử tạo bởi các kim loại đó và dựa vào bảng giá trị thế điện cực chuẩn, sắp xếp theo thứ tự giảm dần tính oxi hóa của các ion kim loại tương ứng.

Lời giải:

– Các cặp oxi hoá – khử: $\frac{{\mathrm{K}}^{+}}{\mathrm{K}};\frac{\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}}{\mathrm{M}\mathrm{g}};\frac{\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}}{\mathrm{A}\mathrm{l}};\frac{\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}}{\mathrm{A}\mathrm{g}}$

– Thứ tự giảm dần tính oxi hóa của các ion kim loại trên: Ag⁺; Al³⁺; Mg²⁺; K⁺.

Bài 2 trang 69 Hóa học 12: Xác định chiều của các phản ứng hoá học xảy ra giữa các cặp oxi hoá – khử: Cu²⁺/Cu, Zn²⁺/Zn và Ag⁺/Ag ở điều kiện chuẩn. Giải thích và viết phương trình hoá học.

Phương pháp giải:

– Kim loại của cặp oxi hoá – khử có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn có thể khử được cation kim loại của cặp oxi hoá – khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn ở điều kiện chuẩn.

– Sử dụng quy tắc alpha để xác định chiều phản ứng:

Lời giải:

Chiều của phản ứng hóa học xảy ra giữa các cặp oxi hóa – khử: Kim loại của cặp oxi hoá – khử có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn có thể khử được cation kim loại của cặp oxi hoá – khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn ở điều kiện chuẩn.

– Cặp oxi hoá – khử: Cu²⁺/Cu, Zn²⁺/Zn

Vì ${\mathrm{E}}_{\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}/\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{\mathrm{o}}<{\mathrm{E}}_{\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}/\mathrm{C}\mathrm{u}}^{\mathrm{o}}$ nên Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

– Cặp oxi hoá – khử: Cu²⁺/Cu, Ag⁺/Ag

Vì ${\mathrm{E}}_{\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}/\mathrm{C}\mathrm{u}}^{\mathrm{o}}<{\mathrm{E}}_{\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}/\mathrm{A}\mathrm{g}}^{\mathrm{o}}$ nên Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag

– Cặp oxi hoá – khử: Zn²⁺/Zn, Ag⁺/Ag

Vì ${\mathrm{E}}_{\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}/\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{\mathrm{o}}<{\mathrm{E}}_{\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}/\mathrm{A}\mathrm{g}}^{\mathrm{o}}$ nên Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag

Bài 3 trang 69 Hóa học 12: Trong pin điện hoá, quá trình khử

A. xảy ra ở cực âm.   

B. xảy ra ở cực dương.

C. xảy ra ở cực âm và cực dương. 

D. không xảy ra ở cả cực âm và cực dương.

Lời giải:

Trong pin điện hoá, quá trình khử xảy ra ở cực dương.

→ Chọn B.

Bài 4 trang 69 Hóa học 12: Khi pin Galvani Zn-Cu hoạt động thì nồng độ

A. Cu²⁺ giảm, Zn²⁺ tăng. 

B. Cu²⁺ giảm, Zn²⁺ giảm.

C. Cu²⁺ tăng, Zn²⁺ tăng.   

D. Cu²⁺ tăng, Zn²⁺ giảm.

Lời giải:

Khi pin Galvani Zn-Cu hoạt động, phản ứng xảy ra như sau: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Do đó nồng độ Cu²⁺ giảm, Zn²⁺ tăng.

→ Chọn A.

Bài 5 trang 69 Hóa học 12: Cho một pin điện hoá được tạo bởi các cặp oxi hoá khử Fe²⁺/Fe, Ag⁺/Ag ở điều kiện chuẩn. Quá trình xảy ra ở cực âm khi pin hoạt động là

A. Fe → Fe²⁺ + 2e   

B. Fe²⁺ + 2e → Fe

C. Ag⁺ + le → Ag         

D. Ag → Ag⁺ + 1e

Lời giải:

Vì ${\mathrm{E}}_{\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}/\mathrm{F}\mathrm{e}}^{\mathrm{o}}<{\mathrm{E}}_{\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}/\mathrm{A}\mathrm{g}}^{\mathrm{o}}$nên cực âm là Fe.

Khi pin hoạt động, ở điện cực âm (anode) xảy ra quá trình oxi hoá kim loại: Fe → Fe²⁺ + 2e

→ Chọn A.

Bài 6 trang 69 Hóa học 12: Dựa vào Bảng 12.1, tính sức điện động chuẩn của các pin điện hoá tạo bởi các cặp oxi hoá – khử sau: Fe²⁺/Fe và Cu²⁺/Cu; Sn²⁺/Sn và Ag⁺/Ag; Pb²⁺/Pb và Ag⁺/Ag.

Lời giải:

– Pin : Fe²⁺/Fe và Cu²⁺/Cu

${\mathrm{E}}_{\mathrm{p}\mathrm{i}\mathrm{n}}^{\mathrm{o}}={\mathrm{E}}_{\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}/\mathrm{C}\mathrm{u}}^{\mathrm{o}}-{\mathrm{E}}_{\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}/\mathrm{F}\mathrm{e}}^{\mathrm{o}}=0,34-(-0,44)=0,78(\mathrm{V})$

– Pin : Sn²⁺/Sn và Ag⁺/Ag

${\mathrm{E}}_{\mathrm{p}\mathrm{i}\mathrm{n}}^{\mathrm{o}}={\mathrm{E}}_{\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{2+}/\mathrm{A}\mathrm{g}}^{\mathrm{o}}-{\mathrm{E}}_{\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}/\mathrm{S}\mathrm{n}}^{\mathrm{o}}=0,8-(-0,14)=0,94(\mathrm{V})$

– Pin : Pb²⁺/Pb và Ag⁺/Ag

${\mathrm{E}}_{\mathrm{p}\mathrm{i}\mathrm{n}}^{\mathrm{o}}={\mathrm{E}}_{\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{2+}/\mathrm{A}\mathrm{g}}^{\mathrm{o}}-{\mathrm{E}}_{\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}/\mathrm{P}\mathrm{b}}^{\mathrm{o}}=0,8-(-0,13)=0,93(\mathrm{V})$

Xem thêm các bài giải bài tập Hóa Học lớp 12 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 11. Tơ – Cao su – Keo dán tổng hợp

Bài 12. Thế điện cực và nguồn điện hoá học

Bài 13. Điện phân

Bài 14. Đặc điểm cấu tạo và liên kết kin loại. Tính chất kim loại

Bài 15. Các phương pháp tách kim loại

Bài 16. Hợp kim – Sự ăn mòn kim loại