Cặp oxi hóa - khử là gì (chi tiết nhất)

Bài viết Cặp oxi hóa - khử là gì lớp 12 chi tiết nhất là kiến thức có trong chương trình Hóa học 12 giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm về Cặp oxi hóa - khử.

Cặp oxi hóa - khử là gì (chi tiết nhất)

1. Cặp oxi hóa - khử là gì?

- Dạng oxi hoá và dạng khử tương ứng của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hoá - khử của kim loại.

Ví dụ: Al³⁺/Al; Zn²⁺/Zn; Cu²⁺/Cu.

- Tổng quát, dạng oxi hoá (Mⁿ⁺) và dạng khử (M) của cùng một kim loại tạo nên cặp oxi hoá - khử Mⁿ⁺/M, giữa chúng có mối quan hệ:

- Chú ý:

+ Trong cặp oxi hoá - khử của kim loại, dạng oxi hoá và dạng khử có thể tồn tại ở dạng ion đơn nguyên tử, ion đa nguyên tử hoặc dạng phân tử.

Ví dụ: Fe³⁺/Fe²⁺; [Ag(NH₃)₂]⁺/Ag; AgCl/Ag;...

+ Các nguyên tố phi kim cũng có các cặp oxi hoá - khử tương ứng.

Ví dụ: 2H ⁺/H₂; Cl₂/2Cl^- ;...

2. Kiến thức mở rộng

2.1. Điện cực

Ứng với mỗi cặp oxi hoá - khử có thể thiết lập một điện cực, tại đó tồn tại cân bằng giữa dạng oxi hoá và dạng khử.

Ví dụ:

Đối với cặp Zn²⁺/Zn, thiết lập được điện cực kẽm bằng cách cho thanh Zn tiếp xúc trực tiếp với dung dịch muối chứa ion Zn²⁺.

Tương tự, đối với cặp Cu²⁺/Cu cũng thiết lập được điện cực đồng.

Tại ranh giới giữa kim loại và dung dịch chất điện li của mỗi điện cực tồn tại cân bằng:

Zn²⁺ + 2e  ⇌ Zn;                                  Cu²⁺ + 2e ⇌ Cu

Điện cực kim loại có nồng độ ion kim loại bằng 1 M và nhiệt độ thường được chọn là 25 °C (298 K) được gọi là điện cực ở điều kiện chuẩn.

2.2. Thế điện cực chuẩn

- Mỗi điện cực ở điều kiện chuẩn có một đại lượng đặc trưng về điện thế, gọi là thế điện cực chuẩn.

- Thế điện cực chuẩn gắn liền với cặp oxi hoá - khử tương ứng nên thường được kí hiệu là E°_{oxi hoá/khử} và thường có đơn vị là volt (vôn).

- Thực nghiệm không đo được giá trị tuyệt đối của thế điện cực chuẩn nhưng đo được sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực ở điều kiện chuẩn.

Do vậy, bằng cách quy ước thế điện cực chuẩn của hydrogen bằng 0:

$2H^{+}+2e \rightleftharpoons H_2 E_{2H+/H_2}^o =0V$

Từ đó, thế điện cực chuẩn của một điện cực khác được xác định bằng thực nghiệm trên cơ sở đo sự chênh lệch điện thế giữa điện cực đó với điện cực hydrogen chuẩn.

- Giá trị thế điện cực chuẩn là đại lượng đánh giá khả năng khử của dạng khử, khả năng oxi hoá của dạng oxi hoá trong điều kiện chuẩn:

+ Giá trị thế điện cực chuẩn càng nhỏ thì dạng khử có tính khử càng mạnh, dạng oxi hoá có tính oxi hoá càng yếu.

+ Giá trị thế điện cực chuẩn càng lớn thì dạng khử có tính khử càng yếu, dạng oxi hoá có tính oxi hoá càng mạnh.

2.3. Ý nghĩa của thế điện cực chuẩn

a) So sánh tính khử, tính oxi hoá giữa các cặp oxi hoá - khử

- Giữa hai cặp oxi hoá - khử, cặp có giá trị thế điện cực chuẩn nhỏ hơn thì dạng khử có tính khử mạnh hơn, còn dạng oxi hoá có tính oxi hoá yếu hơn và ngược lại.

Ví dụ: ${E_{C{u}^{2+}/Cu}^o}_{ }=+0,340V<E_{A{g}^{+}/Ag }^o +0,799V$ nên tính khử của Cu mạnh hơn Ag, tính oxi hoá của ion Cu²⁺ yếu hơn Ag⁺ ở điều kiện chuẩn.

- Trên cơ sở so sánh giá trị thế điện cực chuẩn, các cặp oxi hoá - khử Mⁿ⁺/M được sắp xếp thành dãy theo chiều tăng dần thế điện cực chuẩn, thường gọi là dãy điện hoá của kim loại:

Dãy điện hoá thường được sử dụng để so sánh tính khử, tính oxi hoá giữa các cặp oxi hoá - khử.

b) Dự đoán chiều phản ứng giữa hai cặp oxi hoá - khử

- Chiều của phản ứng giữa hai cặp oxi hoá - khử có thể dự đoán được từ việc so sánh giá trị thế điện cực chuẩn: Chất khử của cặp oxi hoá - khử có thế điện cực nhỏ hơn tác dụng với chất oxi hoá của cặp oxi hoá - khử có thế điện cực lớn hơn, tạo ra dạng oxi hoá và dạng khử tương ứng.

- Có thể dự đoán chiều phản ứng dựa vào vị trí hai cặp oxi hoá - khử trong dãy điện hoá: Chất khử của cặp oxi hoá - khử đứng trước tác dụng với chất oxi hoá của cặp oxi hoá - khử đứng sau, tạo ra dạng oxi hoá và dạng khử tương ứng.

3. Bài tập minh họa

Câu 1. Kí hiệu cặp oxi hoá − khử ứng với quá trình khử: Fe²⁺ + 2e → Fe là

A. Fe³⁺/Fe²⁺.

B. Fe²⁺/Fe.

C. Fe³⁺/Fe.

D. Fe²⁺/Fe³⁺.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Dạng oxi hóa Fe²⁺ và dạng khử Fe tạo nên cặp oxi hóa − khử Fe²⁺/Fe.

Câu 2. Giá trị thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá − khử nào được quy ước bằng 0?

A. Na⁺/Na.

B. 2H⁺/H₂.

C. Al³⁺/Al.

D. Cl₂/2Cl^–.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Cặp oxi hoá − khử có thế điện cực chuẩn bằng 0 là 2H⁺/H₂.

Câu 3. Cặp oxi hóa – khử của kim loại là

A. Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại.

B. Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một hợp chất của kim loại.

C. Dạng oxi hóa và dạng khử của các dạng thù hình của một nguyên tố kim loại.

D. Dạng oxi hóa và dạng khử của một cation kim loại và kim loại đó.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Cặp oxi hóa – khử của kim loại là dạng oxi hóa và dạng khử tương ứng của một nguyên tố kim loại.

Câu 4. Dãy cation kim loại được sắp xếp theo chiều tăng dần tính oxi hóa từ trái sang phải là

A. Cu²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺.

B. Mg²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺.

C. Mg²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺.

D. Cu²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Dãy cation kim loại được sắp xếp theo chiều tăng dần tính oxi hóa từ trái sang phải là: Mg²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺.

Câu 5. Ion kim loại nào sau đây không bị khử bởi Zn?

A. Cu²⁺.

B. Ag⁺.

C. Al³⁺.

D. Hg²⁺.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Cặp Al³⁺/Al đứng trước cặp Zn²⁺/Zn trong dãy điện hóa nên Al³⁺ không bị khử bởi Zn.

Câu 6. Dãy kim loại sắp xếp theo chiều tăng dần tính khử từ trái sang phải là

A. Pb, Ni, Sn, Zn.

B. Pb, Sn, Ni, Zn.

C. Ni, Sn, Zn, Pb.

D. Ni, Zn, Pb, Sn.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Dãy kim loại sắp xếp theo chiều tăng dần tính khử từ trái sang phải là Pb, Sn, Ni, Zn.

Câu 7. Phản ứng X + Y²⁺ → X²⁺ + Y sẽ tự xảy ra nếu X và Y lần lượt là các chất nào sau đây?

A. Ni và Fe.

B. Ni và Zn.

C. Fe và Zn.

D. Zn và Ni.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Cặp Zn²⁺/Zn đứng trước cặp Ni²⁺/Ni trong dãy điện hóa nên có phản ứng: Zn + Ni²⁺ → Zn²⁺ + Ni.

Câu 8. Cho dung dịch FeCl₂ tác dụng với dung dịch AgNO₃ dư. Sau phản ứng có những chất kết tủa được sinh ra là

A. Fe và Ag.

B. FeCl₂ và AgCl.          

C. Fe và AgCl.

D. Ag và AgCl.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Phương trình hóa học của các phản ứng:

FeCl₂ + 2AgNO₃ $\to$ Fe(NO₃)₂ + 2AgCl¯

Fe(NO₃)₂ + 2AgNO₃ $\to$ Fe(NO₃)₃ + 2Ag¯

Vậy sau phản ứng có kết tủa AgCl và Ag được sinh ra.

Xem thêm các bài viết về định nghĩa & khái niệm môn Hóa học hay, chi tiết khác:

• Cao su tổng hợp là gì

• Điện cực là gì

• Thế điện cực chuẩn là gì

• Quy tắc alpha là gì

• Pin điện hóa là gì

• Pin nhiên liệu là gì

---