Dãy điện hóa của kim loại

Tài liệu tham khảo dãy điện hóa của kim loại
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Dãy điện hóa của kim loạiDãy điện hóa của kim loại DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠII – KHÁI NIỆM VỀ CẶP OXI HÓA – KHỬ CỦA KIM LOẠIDạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa – khử. Một cặp oxi hóa– khử được biểu diễn dưới dạng oxi hóa/khử (Mn+/M).Ví dụ: Cu2+ và Cu tạo thành một cặp oxi hóa – khử Cu2+/CuII – PIN ĐIỆN HÓA1. Khái niệm về pin điện hóa, suất điện động và thế điện cựca) Cấu tạo pin điện hóa:Hai cốc thủy tinh, một cốc chứa 50 ml dung dịch CuSO4 1M, cốc kia chứa 50 ml dung dịch ZnSO4 1M.Nhúng một lá Cu vào dung dịch CuSO4, một lá Zn vào dung dịch ZnSO4. Nối hai dung dịch bằng một hìnhchữ U đựng dung dịch Na2SO4 (hoặc KNO3). Ống này được gọi là cầu muối. Thiết bị nói trên được gọi làpin điện hóa vì khi nối hai lá kim loại bằng một dây dẫn sẽ đo được một dòng điện đi từ lá Cu (điện cực+) đến lá Zn (điện cực –)b) Suất điện động và thế điện cực:- Sự xuất hiện dòng điện đi từ cực Cu sang cực Zn chứng tỏ rằng có sự chênh lệch điện thế giữa haiđiện cực nói trên, tức là trên mỗi điện cực đã xuất hiện một thế điện cực nhất định- Suất điện động của pin (E) là hiệu của thế điện cực dương (E(+)) và điện cực âm (E(-)). Điện cực dươnglà điện cực có thế lớn hơn và suất điện động của pin luôn là số dương E = E(+) – E(-)- Suất điện động chuẩn của pin (Eo) là suất điện động khi nồng độ ion kim loại ở điện cực đều bằng1M (ở 25oC) Eo = Eo(+) – Eo(-) hoặc Eo = Eocatot – Eoanot- Ví dụ Eo = EoCu2+/Cu – EoZn2+/Zn gọi là suất điện động chuẩn của pin điện hóa Zn – Cu2. Cơ chế phát sinh dòng điện trong pin điện hóaa) Quan sát thí nghiệm:Chuẩn bị sẵn pin điện hóa Zn – Cu, nối hai điện cực Zn và Cu bằng một dây dẫn, trên dây có mắc nốitiếp một vôn kế:- Xuất hiện dòng điện một chiều từ lá Cu (cực +) sang lá Zn (cực –) nhưng chiều di chuyển của dòngelectron mạch ngoài thì ngược lại, từ lá Zn (cực –) sang lá Cu (cực +). Suất điện động của pin đo được là1,10 V- Điện cực Zn bị ăn mòn dần- Có một lớp kim loại đồng bám trên điện cực Cu- Màu xanh của cốc đựng dung dịch CuSO4 bị nhạt dầnb) Giải thích hiện tượng của thí nghiệm:- Điện cực Zn bị oxi hóa: Zn → Zn2+ + 2e (sự mất electron xảy ra trên bề mặt lá Zn và lá Zn trở thànhnguồn electron nên đóng vai trò cực âm, các electron theo dây dẫn đến cực Cu). Do vậy cực Zn bị ăn mòn- Trong cốc đựng dung dịch CuSO4, các ion Cu2+ di chuyển đến lá Cu, tại đây chúng bị khử thành Cu kimloại bám trên cực đồng: Cu2+ + 2e → Cu. Nồng độ Cu2+ trong dung dịch giảm dần, khiến cho màu xanhtrong dung dịch nhạt dần- Trong quá trình hoạt động của pin điện hóa Zn – Cu, nồng độ ion Zn2+ trong cốc đựng dung dịch ZnSO4tăng dần, nồng độ ion Cu2+ trong cốc kia giảm dần. Đến một lúc nào đó, dòng electron trong dây dẫnkhông còn, dòng điện tự ngắt- Để duy trì được dòng điện trong quá trình hoạt động của pin điện hóa, người ta dùng cầu muối. Vai tròcủa cầu muối là trung hòa điện tích của 2 dung dịch: các ion dương Na+ hoặc K+ và Zn2+ di chuyển quacầu muối đến cốc đựng dung dịch CuSO4. Ngược lại , các ion âm SO42- hoặc NO3- di chuyển qua cầumuối đến dung dịch ZnSO4- Ở mạch ngoài (dây dẫn), dòng electron đi từ cực Zn sang cực Cu còn dòng điện đi từ cực Cu sang cựcZn. Vì thế điện cực Zn được gọi là anot (nơi xảy ra sự oxi hóa), điện cực Cu được gọi là catot (nơi xảyra sự khử). Vậy trong pin điện hóa, anot là cực âm còn catot là cực dương- Phương trình hóa học của phản ứng xảy ra trong pin điện hóa Zn – Cu: quy tắc α Cu2+ + Zn → Zn2+ + Cuc) Kết luận:- Có sự biến đổi nồng độ của các ion Cu2+ và Zn2+ trong quá trình hoạt động của pin- Năng lượng của phản ứng oxi hóa – khử trong pin điện hóa đã sinh ra dòng điện một chiều- Những yếu tố ảnh hưởng đến suất điện động của pin điện hóa như: nhiệt độ, nồng độ của ion kimloại, bản chất của kim loại làm điện cựcIII – THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI1. Điện cực hiđro chuẩnĐể có thể so sánh thế điện cực giữa hai cặp oxi hóa – khử, điều cần thiết trước hết là thế điện cực củachúng phải được so sánh với một tiêu chí nào đó. Có nghĩa là ta phải chọn cặp oxi hóa – khử để quy chiếuvà quy ước nó có thế điện cực bằng 0. Cặp quy chiếu được chọn là cặp oxi hóa – khử 2H+/H2 Cấu tạo của điện cực hiđro chuẩn: gồm một thanh platin (Pt) được đặt trong một dung dịch axit có nồng độ ion H+ là 1M (pH = 0). Bề mặt điện cực hấp thụ khi hiđro, được thổi liên tục vào dung dịch dưới áp suất 1 atm. Như vậy trên bề mặt điện cực hiđro xảy ra cân bằng oxi hóa – khử của cặp oxi hóa – khử 2H+/H2 Quy ước rằng: thế điện cực của điện cực hiđro chuẩn bằng 0,00 V ở mọi nhiệt độ, tức là: ...