Hóa Đại cương bài tập chương 16 – Điện hóa học

GIẢI ĐÁP BTTN HĐC CHƯƠNG 16 – ĐIỆN HÓA HỌC֎Nguyên tắc quan trọng khi giải bài tập về pin điện hóa nguyên tố Galvanic:  Chú ý tên gọi điện cực + và - : *Vẫn tuân theo định nghĩa của điệ

GIẢI ĐÁP BTTN HĐC CHƯƠNG 16 – ĐIỆN HÓA HỌC

֎Nguyên tắc quan trọng khi giải bài tập về pin điện hóa

(nguyên tố Galvanic):

 Chú ý tên gọi điện cực (+) và (-) :

*Vẫn tuân theo định nghĩa của điện cực (trong cả bình điện

phân và pin điện hóa!):

 Anod : là nơi diễn ra quá trình oxi-hóa (Kh – ne → Ox)

 Catod : là nơi diễn ra quá trình khử (Ox + ne → Kh)

*Nhưng khi áp dụng gọi cho bình điện phân và pin điện hóa thì trái ngược nhau:

*Giải thích là do hai quá trình này ngược chiều nhau

 Cách xác định điện cực (+) hay (-) :

*Chú ý: Trước khi trả lời bất cứ câu hỏi nào về pin thì việc đầu tiên có tính quyết định là phải xác định cho đúng đâu là cực (+) và cực (-) Có 3 cách:

 Cách 1 : So sánh vị trí của 2 kim loại điện cực theo dãy điện hóa của kim loại (đã học ở cấp 3): KL nào đứng

trước (hay bên trái) là cực (-) ; đứng sau (hay bên phải

là cực (+)

K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Pb2+ 2H + Cu2+ Fe3+

Ag+ Hg2+ Au3+ (OX) φ0

K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb H 2 Cu

Fe2+ Ag Hg Au (KH) .

(-) 0.0

(+) >φ0

TD: Pin tạo bởi 2 điện cực:

(1): Zn|Zn2+ 1M và (2): Cu|Cu2+ 1M thì ký hiệu pin là:

(-) Zn|Zn 2+ 1M || Cu 2+ 1M|Cu (+) (Chú ý: một khi pin đã

ký hiệu thì phải tuân theo qui luật này: âm trước, dương sau)

 Cách 2 : Dùng qui luật cân bằng vật chất:

*Trong pin nồng độ (2 điện cực cùng một KL nhưng khác nồng độ cation KL):

=> Cực nào có nồng độ lớn phải giảm nồng độ xuống, nồng độ nhỏ hơn phải tăng nồng độ lên Từ đây suy ra quá trình điện cực ở mỗi bên và suy ra electron xuất phát

từ cực nào sang cực còn lại và suy ra chiều dòng điện ngược lại Dòng điện thì đi từ cực dương sang âm Suy

ra xác định được cực (+) và (-).

TD 1: Pin nồng độ tạo bởi 2 điện cực: [=>điện cực có

nồng độ lớn hơn là cực dương (+) ]

(1): Cu|Cu2+1M => Cu2+ + 2e → Cu (+)

Qt Khử (có đồng bám)

e => i =>

(2): Cu|Cu2+0.01M => Cu → Cu2+ + 2e (-)

Qt Ox (đồng bị ăn mòn)

*Trong pin áp suất (2 điện cực cùng một KL, cùng nồng

độ ion dd, khác áp suất khí thoát ra):

=> Cực nào có áp suất lớn phải giảm áp suất tức giảm số mol khí xuống và ngược lại.

TD 2: Pin áp suất tạo bởi 2 điện cực: [=>điện cực có áp suất nhỏ hơn là cực dương (+) ]

(1): Pt|2H+1M| H2 1atm => H2 → 2H+ + 2e

(-) Qt Ox

e => i => (2): Pt|2H+1M| H2 0.1atm => 2H+ +2e → H2

(+) Qt Khử

 Cách 3 : Tính thế điện cực φ theo phương trình Nernst Điện cực nào có φ lớn hơn hay dương hơn là điện cực dương (+), còn lại là (-)

càng mạnh.

φ càng âm: dạng Kh có tính Kh càng mạnh.

 Các cách tính sức điện động E(V) :

(1) E = φ (+) – φ (-) > 0 và E 0 = φ 0

(+) – φ 0

(-)

(2) ∆G = -nFE và ∆G 0 = -nFE 0 {Trong đó: ∆G

(đơn vị là J); F = 96500 C }

Với: ∆G = ∆H - T∆S và ∆G 0 = -RT lnK C (trong dd)

֎Giải các bài tập:

16.5 Chọn nhận xét sai

Cho nguyên tố Ganvanic gồm điện cực hidro tiêu chuẩn (1) và điện cực H2(p H

(2) Ở nhiệt độ nhất định nguyên tố này có:

a) Sức điện động giảm khi pha loãng dung dịch ở điện cực (2)

b) Thế điện cực của điện cực (2) giảm khi nồng độ của dung dịch HCl giảm

c) Điện cực (1) làm điện cực dương

d) Quá trình oxy hóa xảy ra trên điện cực (2)

Giải: (Đây là pin nồng độ)

(1): Pt|2H + (1M)|H 2 (P= 1atm) => [H+] 2H+ + 2e → H2

(+): Qt Kh

e

=> i

(2): Pt|2H + (0.1M)|H 2 (P= 1atm) => [H+] H2 → 2H+ + 2e

(-): Qt Ox

(a) Sai! Vì thế điện cực của điện cực hydrô tính bằng công thức: φ = 0.059 lg[H + ] Mà sức điện động E = φ (+) – φ (-) = φ 1 –

φ 2 nên khi giảm [H + ] ở φ 2 thì φ 2 càng giảm, dẫn tới E tăng (b): Đúng.

(c): Đúng.

=> (ĐA a)

16.6 Chọn đáp án đúng.

Cho nguyên tố ganvanic tạo bởi điện cực (1) (gồm một thanh

Ag nhúng trong dung dịch AgNO3 0,001N) và điện cực (2)

(gồm thanh Ag nhúng trong dung dịch AgNO3 0,1N) Đối với

nguyên tố này có:

a) Quá trình khử xảy ra trên cực (1)

b) Cực (1) là cưc dương

c) Điện cực (2) bị tan ra

d) Ở mạch ngoài electron chuyển từ điện cực (1) sang điện cực (2)

Giải: (Đây cũng là pin nồng độ)

(1): Ag|Ag + 0.001N => Ag → Ag+ + e (-) : Qt Ox (Bạc bị tan ra)

e => i

(2): Ag|Ag + 0.1N => Ag+ + e → Ag (+) : Qt Kh (Có kết tủa bạc) => (ĐA d)

16.7 Chọn phương án đúng:

Nguyên tố Ganvanic Zn Zn 2+ (1M) ∥Ag + (1M) Ag có sức điện

động thay đổi như thế nào khi tăng nồng độ Zn2+ và Ag+ một số lần như nhau Cho biết thế khử tiêu chuẩn của các cặp Zn2+/Zn

và Ag+/Ag lần lượt bằng –0,763V và 0,799V

Giải:

*Ag là điện cực dương (+) và Zn là điện cực âm (-) Sức điện

động: E = φ (+) – φ (-) = φ Ag – φ Zn

*φ Ag+ ¿

Ag =φ Ag+

Ag

0

thì φ Ag

*φ Zn2+ ¿

Zn =φ Zn2+

Zn

0

tăng

=> (ĐA c)

16.8 Chọn đáp án sai.

Cho nguyên tố ganvanic tạo bởi 2 điện cực hydro nhúng vào dung dịch HCl 1M Điện cực (1) có áp suất hydro là 0,1atm Điện cực (2) có áp suất hydro là 1atm Đối với nguyên tố này có:

1) Quá trình khử xảy ra trên cực (1)

2) Ở mạch ngoài electron chuyển từ điện cực (1) sang điện cực (2)

3) Cực (2) là cưc âm

4) Sức điện động của pin ở 250C là 0,059V

5) Tại điện cực (2) có khí hydro bay lên.

Giải: (Đây là pin áp suất)

(1): Pt|2H + 1M| H 2 0.1atm => 2H+ +2e → H2 (+)

Qt Khử

e => i => (2): Pt|2H + 1M| H 2 1atm => H2 → 2H+ + 2e (-)

Qt Ox

=> (1) Đúng.

(2) Sai.

(3) Đúng.

(4) Đúng E = φ1 – φ2 = 0,059 lg ¿¿ = 0,059 lg P2

P1 = 0,059 lg

1

0 ,1 = 0,059 V

=> (ĐA a)

16.9 Chọn đáp án đúng Cho nguyên tố ganvanic tạo bởi điện cực

(1) (gồm một thanh Ag nhúng trong dung dịch AgNO3 0,001N)

và điện cực (2) (gồm thanh Ag nhúng trong dung dịch AgNO3

0,1N) Đối với nguyên tố này có:

a) Quá trình oxy hóa xảy ra trên cực (2)

b) Cực (2) là anod

c) Điện cực (1) có kết tủa bạc

d) Sức điện động của pin ở 250C là E = 0,118V

Giải: (Đây cũng là pin nồng độ)

(1): Ag|Ag + 0.001N => Ag → Ag+ + e (-) : Qt Ox (Bạc bị tan ra)

e => i

(2): Ag|Ag + 0.1N => Ag+ + e → Ag (+) : Qt Kh (Có kết tủa bạc)

(d) Đúng:

0.1

(ĐA d)

16.10 Chọn phương án đúng:

Pin Sn  Sn2+ 1M ∥ Pb2+ 0,46M  Pb được thiết lập ở 250C Cho biết thế điện cực tiêu chuẩn ϕ Sn 2+/Sn

0

0

1) Sức điện động của pin E = 0V

2) Sức điện động của pin E = 0,01V

3) Ở mạch ngoài, electron chuyển từ điện cực Sn sang điện cực Pb

4) Ở điện cực Pb có Pb bám vào; ở điện cực Sn, Sn bị tan ra

Giải:

* (-) Sn  Sn 2+ 1M ∥ Pb 2+ 0,46M  Pb (+) (Đây là pin cho sẵn

cực dương và âm đã xác định)

*φ Pb2+ ¿

Pb =φ Pb2+

Pb

0

+0.0592 lg¿ ¿ ¿¿

*φ Sn2+ ¿

Sn =φ Sn2+

Sn

0

+0.0592 lg¿ ¿ ¿¿

=> (ĐA c)

16.11 và 16.12: Dùng tính chất của điện thế Ox-Kh φ:

* φ càng dương: dạng Ox có tính Ox càng mạnh.

* φ càng âm: dạng Kh có tính Kh càng mạnh.

16.13 Chọn phương án đúng:

Cho hai pin có ký hiệu và sức điện động tương ứng:

(-)ZnZn2+ ∥Pb2+Pb(+) E1 = 0,63V

(-)PbPb2+ ∥Cu2+Cu(+) E2 = 0,47V

Vậy sức điện động của pin (-)ZnZn2+∥Cu2+Cu(+) sẽ là:

Giải:

*Cộng hai pin lại giống như ghép nối tiếp sẽ được pin thứ 3 nên

E 3 = E 1 + E 2 = 1.1(V) => (ĐA b)

16.14 Chọn trường hợp đúng:

Tính thế khử chuẩn ϕ Fe 3+/ Fe 2+

0

ở 250C trong môi trường acid Cho biết thế khử chuẩn ở 250C trong môi trường acid: ϕ Fe 3+ / Fe 3 O4

0

=0.353V

và ϕ Fe 3 O4/ Fe 2+

0

Giải:

*Biểu diễn mỗi quá trình điện cực đã cho thành như sau Sau đó

xử lý các phương trình điện cực:

3Fe3+ + e + 4H2O → Fe3O4 + 8H+ ϕ Fe 3+ / Fe 3 O4

0

=0.353V

(1)

Fe3O4 + 2e + 8H+ → 3Fe2+ + 4H2O ϕ Fe 3 O4/ Fe 2+

0

(2)

Fe3+ + e → Fe2+

(3)

(1)+(2)

3 =(3) => ϕ

Fe 3+/ Fe 2+

0

=> (ĐA a)

16.15 Tính thế điện cực tiêu chuẩn của Cu2+/Cu+ khi có mặt ion I- Cho biết ϕ

Cu 2+/Cu+

0

= 0,16V, TCuI = 1 ×10-11,96

Giải:

φ Cu2+ ¿

Cu+ ¿=φ ' 0+0.059

1 .lg¿¿¿¿

¿φ ' 0 − 0.059 lg T CuI

¿{φ ' 0

− 0.059 lg T CuI }+0.059 lg¿ ¿

=> φ0¿{φ ' 0

16.16 Tính thế điện cực tiêu chuẩn của Fe3+/Fe2+ khi có mặt ion

OH- Cho biết thế điện cực tiêu chuẩn của Fe3+/Fe2+ bằng 0,77V, tích số tan của Fe(OH)2 và Fe(OH)3 lần lượt là: 1 ×10-15,0, 1 ×

10-37,5

Giải:

φ Fe3+ ¿

Fe2+ ¿=φ ' 0

+0.0591 lg¿¿¿¿

¿{φ ' 0

T Fe (OH )2}−0.059 lg ⁡[OH −

]

T Fe (OH )2}=0.77+0.059.lg10−37.5

16.17 Chọn phương án đúng:

Một điện cực Cu nhúng vào dung dịch CuSO4, thế của điện cực này sẽ thay đổi như thế nào khi:

1) Thêm Na2S (có kết tủa CuS) 2) Thêm NaOH (có kết tủa Cu(OH)2)

3) Thêm nước (pha loãng) 4) Thêm NaCN (tao phức [Cu(CN)4]

2-Giải:

φ Cu2+ ¿

Cu =φ Cu2+

Cu

0

+0.0592 lg ⁡¿ ¿¿

Trong cả 4 trường hợp đều làm giảm [Cu2+] nên thế điện cực

giảm => (ĐA c)

16.18 Chọn phương án đúng:

Thế của điện cực đồng thay đổi như thế nào khi pha loãng dung dịch muối Cu2+ của điện cực xuống 10 lần:

Giải:

φ Cu2+ ¿

Cu =φ Cu2+

Cu

0

+0.0592 lg ⁡¿ ¿¿

*Khi [Cu2+] giảm 10 lần thì lg[Cu2+] giảm 1 đơn vị => thế điện cực giảm 0.0295 V => (ĐA d)

16.27 Chọn đáp án đúng:

Cho phản ứng: Sn 4+ + Cd ⇄ Sn 2+ + Cd 2+

Thế khử chuẩn ϕ

Sn 4+/ Sn 2+

0

0

=−0 40V

1) Phản ứng diễn ra theo chiều nghịch ở điều kiện tiêu chuẩn 2) Ký hiệu của pin tương ứng là:

(-)PtSn2+,Sn4+∥Cd2+Cd(+)

3) Sức điện động tiêu chuẩn của pin E0 = 0,25V

4) Hằng số cân bằng của phản ứng ở 250C là 4 x1018

Giải:

*Phản ứng diễn ra theo chiều thuận vì ϕ

Sn 4+/Sn 2+

0

ϕ

Cd 2+/Cd

0

=−0 40V

=> (1): Sai!

(2): Sai! Ký hiệu đúng là: (-)Cd2+Cd|| Sn2+,Sn4+|Pt.

(3): Sai! E0 = φ0

(+) – φ0

(-) = 0.15-(-0.40) = 0.55 (V)

(4): Đúng ∆ G0=−nF E0

=− RTln K C

=> lnK C=nF E0

=> (ĐA a)

16.28 Chọn đáp án đúng:

Cho thế khử tiêu chuẩn ở 250C và ở pH = 0 của bán phản ứng:

MnO−4 +8 H++5 e→ Mn 2++4 H2O ϕ MnO−4 / Mn 2+

0

= 1,51V 1) Khi C MnO−4 =C Mn 2+=1 M và pH = 5, ở 250C ϕ MnO−4 / Mn 2+=1.04 V

2) Khi tăng pH môi trường thì tính oxi hóa của MnO−4 giảm, tính khử của Mn2+ tăng

3) MnO−4 là chất oxi hóa mạnh trong môi trường base

4) Mn2+ là chất khử mạnh trong môi trường acid

Giải:

4

−

Mn2+ ¿=φ MnO4

−

Mn2+ 0 +0.0595 lg[MnO4

−

].¿ ¿ ¿ ¿¿