CHƯƠNG V : ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI TIẾT : . BÀI 20 : DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI. 1) Mục đích yêu cầu : – Biết khái niệm cặp xi hóa − khử, pin điện hóa, sự di chuyển của các phân tử mang điện trong pin điện hóa. − Biết dãy thế điện cực chuẩn của kim loại, cách xác đònh thế điện cực chuẩn và những phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực của pin điện hóa. − Biết dự đoán chiều của phản ứng oxi hóa − khử trong pin điện hóa, tính suất điện động chuẩn của pin điện hóa. 2) Trọng tâm : – Dãy điện hóa của kim loại, thế điện cực chuẩn. 3) Đồ dùng dạy học : – HTTH, thí nghiệm pin điện hóa Zn − Cu … 4) Tiến trình : Phương pháp Nội dung Pin điện hóa Zn − Cu I. KHÁI NIỆM VỀ CẶP OXI HÓA − KHỬ CỦA KIM LOẠI: Cation kim loại nhận e → nguyên tử kim loại. Kim loại nhường e → cation kim loại. TD: 2 Fe 2e Fe + → + ¬  . 2 Cu 2e Cu + → + ¬  . Ag 1e Ag + → + ¬  . Tổng quát : { { n dạng oxi hóa dạng khử M ne M + → + ¬  . − Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa − khử. Các cặp oxi hóa − khử trên được viết như sau: 2 2 Fe /Fe ; Cu / Cu ; Ag / Ag + + + . − Tổng quát : n M / M + . II. PIN ĐIỆN HÓA : 1. Khái niệm về pin điện hóa, suất điện động và thế điện cực : • TN: Hai cốc thủy tinh (50ml dd CuSO 4 1M, 50ml dd ZnSO 4 1M). Nhúng lá Cu → dd CuSO 4 , lá Zn → dd ZnSO 4 . Nối 2 dd bằng ống hình chữ U dựng dd NH 4 NO 3 (hoặc KNO 3 ) → cầu muối. Đó là Pin điện hóa → có dòng điện đi từ lá Cu (+) → lá Zn (−). • Sự xuất hiện dòng điện → sự chênh lệch điện thế giữa 2 điện cực → Thế điện cực. − Hiệu điện thế lớn nhất giữa 2 điện cực pin (E ) → là hiệu điện thế của điện cực dương ( ) (E ) + với thế điện Trang 1 1.10 Cầu muối Lá đồng (Cu) Lá kẽm (Zn) Dd kẽm sunfat (Zn 2+ + SO 4 2− ) Dd đồng (II) sunfat (Cu 2+ + SO 4 2− ) V CHƯƠNG V : ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI Phương pháp Nội dung cực âm ( ) E − được gọi là suất điện động của pin điện hóa pin ( ) ( ) (E E E ) + − = − . − Suất điện động của pin điện hóa → số dương, phụ thuộc bản chất của KL làm điện cực, C dd và t o . − Suất điện động của pin điện hóa khi nồng độ ion kim loại đều bằng 1M (ở 25 o C) → là Suất điện động chuẩn, ký hiệu: o pin E . Tương tự: o o o pin ( ) ( ) E E E + − = − . TD: 2 2 o o o pin (Cu /Cu) (Zn / Zn) E E E + + = − → Suất điện động → đo bằng vôn kế có điện trở lớn. TD: TN trên: pin (E ) 1,10V= . 2. Cơ chế phát sinh dòng điện trong pin điện hóa : • Ở lá Zn, xảy ra sự oxi hoá các nguyên tử Zn thành Zn 2+ . 2 Zn Zn 2e + → + • Lá Zn đóng vai trò cực âm. Tại đây xảy ra sự khử các ion Cu 2+ trong dd → Cu. 2 Cu 2e Cu + + → . • Trong cầu muối, các cation 4 NH + (hoặc K + ) di chuyển sang dd CuSO 4 , các anion 3 NO − di chuyển sang dd 4 ZnSO → cân bằng điện tích → dd trung hòa điện. • Ở mạch ngoài, dòng e từ cực Zn → cực Cu (dòng điện quy ước: từ cực Cu → cực Zn). Cực Zn (anot) xảy ra sự oxi hóa. Cực Cu (catot) xảy ra sự khử ion 2 Cu + . • Trong pin điện hóa, anot là cực âm, catod là cực dương. • Các phản ứng oxi hóa trên bề mặt các điện cực của pin điện hóa có thể viết tổng hợp theo phương trình rút gọn: 2 2 Zn Cu Cu Zn + + + → + . → Trong pin điện hóa Zn−Cu xảy ra phản ứng oxi hóa khử: Cu 2+ (chất oxi hóa mạnh hơn) đã oxi hóa Zn (chất khử mạnh hơn) thành 2 Zn + (chất oxi hóa yếu hơn) và Cu (chất khử yếu hơn) và năng lượng hóa học của phản ứng oxi hóa khử đã chuyển hóa thành điện năng. III. THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI : 1. Điện cực Hidro chuẩn : Trang 2 g 2 Zn (aq) + 2e − Zn e − I g 2 Cu (aq) + 2e − Cu e − I H H 2 : : 1 2+ 2+ Kẽmbò oxihóathànhZn Sự mất electron xảy ratrênbềmặt lákẽm. IonCu bòkhử thànhCu Sự nhậnelectron xảy ratrênbềmặt láđồng. 2 2 4 Zn SO + − + 2 2 4 Cu SO + − + 2 4 SO − 3 NO − 2 Zn + 4 NH + 4 NH + 3 NO − Sự dichuyểncủacác ion trong cầu muốikhi pinhoạt động. CHƯƠNG V : ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI Phương pháp Nội dung • Cấu tạo điện cực chuẩn Hidro: Pt phủ muội Pt nhúng trong dd axit nồng độ H + là 1M, hấp phụ khí hidro, áp suất 1atm. Bề mặt điện cực hidro xảy ra cân bằng oxi hóa − khử của cặp oxi hóa − khử 2 2H /H + . • Người ta chấp nhận một cách quy ước rằng thế điện cực của điện cực hidro chuẩn bằng 0,00V ở mọi nhiệt độ, tức là : 2 o 2H /H E 0,00V + = . 2. Thế điện cực chuẩn của kim loại : − Điện cực KL mà nồng độ ion trong dd bằng 1M gọi là điện cực chuẩn. − Thế điện cực chuẩn của KL cần đo được chấp nhận bằng suất điện động của pin tạo bởi điện cực hidro chuẩn và điện cực chuẩn của kim loại cần đo. TD1: (SGK) → 2 o Zn /Zn E 0,76V + = − . TN: Xác đònh thế điện cực chuẩn của cặp Zn 2+ /Zn. Phản ứng xảy ra trên điện cực âm (catot): 2 Zn Zn 2e + → + . Phản ứng trên điện cực dương (anot): 2 2H 2e H + + → . Phản ứng oxi hóa − khử xảy ra trong pin điện hóa: 2 2 Zn 2H Zn H + + + → + . TD2: (SGK) → o Ag / Ag E 0,80V + = + . Trang 3 Tấm Pt Dd axit H 2 0.76 Tấm platin Lá kẽm (Zn) H 2 (1atm) Dd axit 1M pH=0 Dd ZnSO 4 1M V CHƯƠNG V : ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI Phương pháp Nội dung TN: Xác đònh thế điện cực chuẩn của cặp Ag + /Ag. Phản ứng xảy ra trên điện cực âm (catot): 2 H 2H 2e + → + . Phản ứng trên điện cực dương (anot): Ag e Ag + + → . Phản ứng oxi hóa − khử xảy ra trong pin điện hóa: 2 2Ag H 2Ag 2H + + → + . IV. DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI : • Dãy thế điện cực chuẩn của KL là dãy sắp xếp các KL theo thứ tự tăng dần thế điện cục chuẩn. • Dãy thế điện cực chuẩn ỏ 25 o C một số cặp n M / M + (M: KL thông dụng) có trò số tính ra volt (V). K /K : 2,93V + − ; Na /Na : 2,71V + − ; 2 Mg /Mg : 2,37V + − ; 3 Al / Al : 1,66V + − ; 2 Zn / Zn : 0,76V + − ; 2 Fe /Fe : 0,44V + − ; 2 Ni /Ni : 0,26V + − ; 2 Sn / Sn : 0,14V + − ; 2 Pb /Pb : 0,13V + − ; 2 2H /H : 0,00V + ; 2 Cu / Cu : 0,34V + + ; Ag / Ag : 0,80V + + ; 3 Au / Au : 1,50V + + ; … V. Ý NGHĨA CỦA DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI : 1) So sánh tính oxi hóa − khử : Trong d/m nước: • Thế điện cực chuẩn KL n o M /M E + càng lớn thì thì tính oxi hóa của cation n M + càng mạnh và tính khử của KL M càng yếu và ngược lại. 2) Xác đònh chiều của phản ứng oxi hóa khử : Trang 4 0.80 Tấm platin Lá bạc (Ag) H 2 (1atm) Dd axit 1M pH=0 Dd AgNO 3 1M V CHƯƠNG V : ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI Phương pháp Nội dung a) Cation kim loại trong cặp oxi hóa − khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn có thể oxi hóa được kim loại trong cặp có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn). Ta quy tắc α (anpha). 2 2Ag Cu Cu 2Ag. + + + → + b) KL trong cặp oxi hóa − khử có thế điện cực chuẩn âm khử được ion Hidro của dd axit. (Cation H + trong cặp 2 2H /H + có thể oxi hóa được KL trong cặp cặp oxi hóa − khử có thế điện cực chuẩn âm). 2 2 Mg 2H Mg H + + + → + . 3) Xác đònh suất điện động chuẩn của pin điện hóa : Suất điện động chuẩn của pin điện hóa o pin (E ) = Thế điện cực chuẩn cực dương − Thế điện cực chuẩn cực âm. Thí dụ: Suất điện động pin điện hóa Zn − Cu: 2 2 o o o pin Cu / Cu Zn / Zn E E E + + = − 0,34V ( 0,76V) 1,10V= − − = . Suất điện động pin điện hóa Zn − Pb: 2 2 o o o pin Pb /Pb Zn / Zn E E E + + = − 0,13V ( 0,76V) 0,63V= − − − = 4) Xác đònh thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa khử:: Có thể xác đònh được thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa − khử khi biết suất điện động chuẩn của pin điện hóa o pin (E ) và thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa − khử còn lại. Thí dụ: Xác đònh thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa − khử 2 Ni /Ni + 2 o Ni /Ni (E ) + . Trang 5 Chấtoxihóayếu Chấtoxihóamạnh Chấtkhử mạnh Chấtkhửyếu Ag + Ag 2 Cu + Cu 2H + 2 H 2 Mg + Mg CHƯƠNG V : ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI Phương pháp Nội dung Biết : o pin(Ni Cu) E 0,60V − = và 2 o Cu /Cu E 0,34V + = + . Cực (+) là điện cực đồng. 2 2 o o o pin Cu /Cu Ni /Ni E E E + + = − 2 2 o o o pin Ni /Ni Cu /Cu E E E + + = − 0,34V 0.60V 0,26V= + − = − . • Củng cố : GVPV lại : Dãy điện hóa và thế điện cực chuẩn. • Bài tập : 1 − 8 Trang 122− SGK12NC . Trang 6 . CƯƠNG VỀ KIM LOẠI TIẾT : . BÀI 20 : DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI. 1) Mục đích yêu cầu : – Biết khái niệm cặp xi hóa − khử, pin điện hóa, sự di chuyển của các. – HTTH, thí nghiệm pin điện hóa Zn − Cu … 4) Tiến trình : Phương pháp Nội dung Pin điện hóa Zn − Cu I. KHÁI NIỆM VỀ CẶP OXI HÓA − KHỬ CỦA KIM LOẠI: Cation