Bài 11. Nguồn điện hóa học trang 76, 77, 78 Hóa 12 Cánh diều: Hình 11.1 mô tả một số loại pin thường được sử dụng trong đời sống...

Câu hỏi:

Quan sát hình dưới đây:

Hình 11.1 mô tả một số loại pin thường được sử dụng trong đời sống. Vậy hoạt động của các pin trên dựa trên loại phản ứng hóa học nào?

Hướng dẫn giải :

Một số loại pin được sử dụng dựa trên nguyên tắc của phản ứng oxi hóa – khử.

Lời giải chi tiết :

Hoạt động của các pin trên dựa trên phản ứng oxi hóa – khử.

Câu hỏi:

Khi nhúng một thanh kẽm vào dung dịch CuSO₄ thì electron từ thanh kẽm sẽ chuyển trực tiếp hay gián tiếp đến ion Cu²⁺ trong dung dịch? Giải thích.

Hướng dẫn giải :

Nếu hai cặp oxi hóa – khử của phản ứng không tiếp xúc trực tiếp với nhau và được nối với nhau qua dây dẫn điện, thì dòng electron được chuyển gián tiếp từ chất khử sang chất oxi hóa thông qua dây dẫn điện tạo thành dòng điện.

Phản ứng xảy ra trong pin điện hóa là phản ứng oxi hóa – khử gián tiếp (tức là electron không chuyển trực tiếp từ chất khử sang chất oxi hóa), năng lượng của phản ứng hóa học lúc này được giải phóng dưới dạng điện năng.

Lời giải chi tiết :

Khi nhúng một thanh kẽm vào dung dịch CuSO₄ thì electron từ thanh kẽm được chuyển trực tiếp đến ion Cu²⁺ vì thanh kẽm được tiếp xúc trực tiếp với dung dịch CuSO₄.

Câu hỏi:

Hãy mô tả cấu tạo mỗi pin Galvani sau:

a) Fe – Cu

b) Cu – Ag

c) Fe – Ag

Hướng dẫn giải :

Dựa vào cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin Galvani

Lời giải chi tiết :

a) Cấu tạo pin Galvanin từ Fe – Cu: Thanh kim loại Fe được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Fe²⁺; thanh kim loại Cu được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Cu²⁺ và 2 cốc dung dịch được nối với nhau bằng cầu muối. Để xác định được hoạt động của pin, 2 thanh kim loại được nối vào 1 vôn kế bằng dây dẫn.

b) Cấu tạo pin Galvanin từ Cu - Ag: Thanh kim loại Cu được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Cu²⁺; thanh kim loại Ag được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Ag⁺ và 2 cốc dung dịch được nối với nhau bằng cầu muối. Để xác định được hoạt động của pin, 2 thanh kim loại được nối vào 1 vôn kế bằng dây dẫn.

c) Cấu tạo pin Galvanin từ Fe - Ag: Thanh kim loại Fe được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Fe²⁺; thanh kim loại Ag được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Ag⁺ và 2 cốc dung dịch được nối với nhau bằng cầu muối. Để xác định được hoạt động của pin, 2 thanh kim loại được nối vào 1 vôn kế bằng dây dẫn.

Câu hỏi:

Hãy nêu nguyên tắc hoạt động của pin Galvani Zn – Ag và viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra trong pin.

Hướng dẫn giải :

Nguyên tắc hoạt động của pin Galvani dựa trên phản ứng oxi hóa – khử tự diễn biến, trong đó electron chuyển từ cực âm sang cực dương, thông qua một dây dẫn điện.

Lời giải chi tiết :

Pin Galvanin Zn – Ag hoạt động theo nguyên tắc:

Anode (Zn): Zn nhường electron, chuyển thành ion Zn²⁺ tan vào dung dịch

Cathode (Cu): ion Ag+ trong dung dịch nhận electron (từ điện cực Zn qua dây dẫn chuyển sang điện cực Ag) chuyển thành Ag bám lên điện cực Zn.

Phản ứng diễn ra trong pin là: Zn(s) + Ag⁺ (aq) \( \to \) Zn²⁺ (aq) + Ag(s)

Câu hỏi:

Cho biết thế điện cực chuẩn của cặp:

\(E_{Z{n^{2 + }}/Zn}^o = - 0,763V\)và \(E_{C{u^{2 + }}/Cu}^o = 0,340V\). Hãy tìm biểu thức liên hệ hai giá trị này với giá trị sức điện động chuẩn của pin Zn – Cu (bằng 1,103V)

Hướng dẫn giải :

Sức điện động của pin (\(E_{pin}^o\)) tạo từ hai cặp oxi hóa – khử X^m+/X và Yⁿ⁺/Y (trong đó \(E_{{X^{m + }}/X}^o < E_{{Y^{n + }}/Y}^o\)) được tính theo công thức sau: \(E_{pin}^o = E_{{Y^{n + }}/Y}^o - E_{{X^{m + }}/X}^o\)

Lời giải chi tiết :

\(E_{pin}^o\) = \(E_{oxi}^o - E_{khu}^o\)= \(E_{C{u^{2 + }}/Cu}^o\)- \(E_{Z{n^{2 + }}/Zn}^o\)= 0,34 – (-0,763) = 1,103V

Câu hỏi:

Từ Bảng 10.1, hãy so sánh sức điện động chuẩn của pin Galvani Zn – Ni và Sn – Cu.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào Bảng 10.1 và công thức tính sức điện động chuẩn của pin: \(E_{pin}^o = E_{{Y^{n + }}/Y}^o - E_{{X^{m + }}/X}^o\)

Lời giải chi tiết :

Sức điện động chuẩn của pin Galvani Zn – Ni:

\(E_{pin(Zn - Ni)}^o = E_{N{i^{2 + }}/Ni}^o - E_{Z{n^{2 + }}/Zn}^o = - 0,257 - ( - 0,763) = 0,506V\)

Sức điện động chuẩn của pin Galvani Sn – Cu: \(E_{pin(Sn - Cu)}^o = E_{C{u^{2 + }}/Cu}^o - E_{S{n^{2 + }}/Sn}^o = 0,34 - ( - 0,138) = 0,478V\)

=> \(E_{Zn - Ni}^o > E_{Sn - Cu}^o\)

Câu hỏi:

Chuẩn bị:

- Hóa chất: Hai thanh (hoặc dây) kim loại khác nhau (ví dụ đồng, kẽm,…), dung dịch chất điện li (ví dụ dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng, NaCl,… hoặc quả chanh, quả táo,…).

- Dụng cụ: Vôn kế (hoặc đèn led nhỏ để nhận biết sự xuất hiện của dòng điện), dây dẫn, cốc thủy tinh.

Tiến hành:

- Cắm hai thanh (hoặc dây) kim loại vào cốc chứa dung dịch chất điện li (hoặc quả chanh, quả táo,…).

- Đo sức điện động giữa hai thanh (hoặc dây) kim loại bằng vôn kế (Hình 11.3)

Yêu cầu: Quan sát và mô tả hiện tượng xảy ra

Chú ý an toàn: Hai thanh kim loại trong pin không được chạm vào nhau.

Hướng dẫn giải :

Khi 2 thanh kim loại cắm trong dung dịch chất điện li sẽ tạo thành 1 pin điện

Lời giải chi tiết :

Vôn kế có sự dịch chuyển vì có sự xuất hiện dòng điện.

Câu hỏi:

Tìm hiểu và cho biết một số hạn chế nếu sử dụng pin Galvani Zn – Cu trong đèn pin.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào một số loại pin thông dụng.

Lời giải chi tiết :

Tìm hiểu và cho biết một số hạn chế nếu sử dụng pin Galvani Zn – Cu trong đèn pin.Hạn chế: tuổi thọ thấp; gây ô nhiễm môi trường và ngộ độc kim loại ở các làng nghề tái chế và thu gom pin.

Câu hỏi:

Hãy nêu một số trường hợp sử dụng acquy trong thực tế mà em biết.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào kiến thức về acquy.

Lời giải chi tiết :

Sử dụng acquy trong ô tô, xe máy, xe điện,…

Câu hỏi:

Mỗi phát biểu sau đây là đúng hay sai?

a) Pin mặt trời biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

b) Pin mặt trời là nguồn năng lượng xanh

c) Khi hoạt động, pin mặt trời không gây hiệu ứng nhà kính.

d) Khi hoạt động, pin mặt trời gây mưa acid và làm Trái Đất nóng lên.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào kiến thức về pin mặt trời.

Lời giải chi tiết :

a) đúng vì pin mặt trời là loại pin biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

b) đúng vì không tạo ra bất cứ sản phẩm hóa học nào trong quá trình hoạt động.

c) đúng vì không tạo ra bất cứ sản phẩm hóa học nào trong quá trình hoạt động.

d) sai, vì pin mặt trời hoạt động không tạo ra bất cứ sản phẩm hóa học nào trong quá trình hoạt động.

Câu hỏi:

Tìm hiểu và giải thích những vùng miền nào ở Việt Nam thích hợp với việc phát triển điện mặt trời.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào kiến thức về pin mặt trời.

Lời giải chi tiết :

Những vùng miền trong khu vực miền Nam, miền Trung có thể thích hợp để phát triển điện mặt trời. Vì những vùng đó có lượng ánh sáng mặt trời đều, đủ mạnh để chuyển hóa quang năng thành điện năng

Câu hỏi:

Sử dụng bảng thế điện cực chuẩn, xác định sức điện động chuẩn của pin Galvani tạo bởi các cặp oxi hóa – khử sau, đồng thời chỉ ra điện cực dương, điện cực âm của pin trong mỗi trường hợp:

a) Ni²⁺/Ni và Ag⁺/Ag b) Zn²⁺/Zn và 2H⁺/H₂

Hướng dẫn giải :

Dựa vào Bảng 10.1 và công thức tính sức điện động chuẩn của pin: \(E_{pin}^o = E_{{Y^{n + }}/Y}^o - E_{{X^{m + }}/X}^o\).

Lời giải chi tiết :

a) \(E_{pin}^o(Ni - Ag) = E_{Ag + /Ag}^o - E_{Ni2 + /Ni}^o\)= 0,799 – (-0,257) = 1,056V

Điện cực dương (anode): Ni; điện cực âm (cathode): Ag

b) \[E_{pin}^o = E_{2{H^ + }/{H_2}}^o - E_{Z{n^{2 + }}/Zn}^o\]= 0 – (-0,763) = 0,763V

Điện cực dương (anode): Zn; điện cực âm (cathode) H⁺

Câu hỏi:

Nêu ý kiến của em về nhận định: Pin nhiên liệu hydrogen và pin mặt trời sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tương lai.

Hướng dẫn giải :

Pin xanh (sử dụng năng lượng từ nhiên liệu xanh) có nhiều lợi ích, ưu điểm

Lời giải chi tiết :

Pin nhiên liệu hydrogen và pin mặt trời sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tương lai là điều có thể xảy ra vì khi hoạt động các loại pin này không sinh ra các sản phẩm hóa học nào, hay các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nên thân thiện với môi trường.

Câu hỏi:

Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về pin Galvani?

A. Anode là điện cực dương

B. Cathode là điện cực âm

C. Ở điện cực âm xảy ra quá trình oxi hóa

D. Dòng electron di chuyển từ cathode sang anode.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào cấu tạo và hoạt động của pin Galvani.

Lời giải chi tiết :

D sai, vì dòng electron di chuyển từ anode sang cathode.

=> Đáp án D

Câu hỏi:

Những phát biểu nào sau đây là đúng?

a) Phản ứng hóa học xảy ra trong pin Galvani là phản ứng tự diễn biến.

b) Trong pin Galvani, điện cực âm là nơi xảy ra quá trình khử.

c) Sức điện động của pin Galvani là hiệu điện thế giữa hai điện cực.

d) Pin Galvani tạo ra dòng điện từ quá trình vật lí.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào kiến thức về pin Galvani.

Lời giải chi tiết :

a) đúng, phản ứng hóa học xảy ra trong pin Galvani là phản ứng oxi hóa – khử tự diễn biến.

b) đúng.

c) sai, sức điện động của pin Galvani là hiệu thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa – khử.

d) Sai, dòng điện từ tạo ra từ quá trình hóa học.

Câu hỏi:

Cho phản ứng trong một pin Galvani như sau:

2Cr(s) + 3Cu²⁺ (aq) \( \to \) 2Cr³⁺(aq) + 3Cu(s)

Hãy cho biết quá trình xảy ra ở anode và cathode khi pin hoạt động.

Hướng dẫn giải :

Xác định chất khử, chất oxi hóa

Lời giải chi tiết :

Anode: Cr

Quá trình xảy ra ở anode: Cr \( \to \) Cr³⁺ + 3e

Cathode: Cu

Quá trình xảy ra ở cathode: Cu²⁺ +2e \( \to \) Cu