Điện cực là gì (chi tiết nhất)

Bài viết Điện cực 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 Điện cực.

Điện cực là gì (chi tiết nhất)

1. Điện cực là gì?

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. Kiến thức mở rộng

2.1. 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.

2.2. 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. Cho các cặp oxi hoá - khử của các kim loại và thế điện cực chuẩn tương ứng:

Cặp oxi hoá − khử	Li+/Li	Mg2+/Mg	Zn2+/Zn	Ag+/Ag
Thế điện cực chuẩn,V	−3,040	−2,356	−0,762	+0,799

Trong số các kim loại trên, kim loại có tính khử mạnh nhất là

A. Mg.

B. Zn.

C. Ag.

D. Li.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Kim loại có tính khử mạnh nhất thì thế điện cực chuẩn âm nhất ⟹ Li.

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. Cho dãy sắp xếp các kim loại theo chiều giảm dần tính khử: Na, Mg, Al, Fe. Trong số các cặp oxi hoá - khử sau, cặp nào có giá trị thế điện cực chuẩn nhỏ nhất?

A. Mg²⁺/Mg.

B. Fe²⁺/Fe.

C. Na⁺/Na.

D. Al³⁺/Al.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Dạng khử có tính khử càng mạnh thì cặp oxi hoá - khử có giá trị thế điện cực chuẩn càng nhỏ nên cặp Na⁺/Na nhỏ nhất.

Câu 6. Cho các cặp oxi hoá - khử của các halogen và thế điện cực chuẩn tương ứng:

Cặp oxi hoá - khử	F2/2F−	Cl2/2Cl−	Br2/2Br−	I2/2I−
Thế điện cực chuẩn (V)	+2,87	+1,358	+1,087	+0,621

Dãy sắp xếp các ion halide theo thứ tự giảm dần tính khử là

A. F⁻, Cl−, Br⁻, I⁻.

B. Cl⁻, F⁻, Br⁻, I⁻.

C. I⁻, Br⁻, Cl⁻, F⁻.

D. Br⁻, I⁻, F⁻, Cl⁻.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Dạng khử có tính khử càng mạnh thì cặp oxi hoá-khử có giá trị thế điện cực chuẩn càng nhỏ nên thứ tự đúng là I⁻, Br⁻, Cl⁻ ,F⁻.

Câu 7. Cho các cặp oxi hoá - khử của kim loại và thế điện cực chuẩn tương ứng:

Cặp oxi hoá - khử	Na+/Na	Ca2+/Ca	Ni2+/Ni	Au3+/Au
Thế điện cực chuẩn (V)	−2,713	−2,84	−0,257	+1,52

Trong các kim loại trên, số kim loại tác dụng được với dung dịch HCl ở điều kiện chuẩn, giải phóng khí H₂ là

A. 1.

B. 4.

C. 2.

D. 3.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Nếu $E_{M^{n+}/M}^o>E_{H^{+}/H_2}^o$thì kim loại M tác dụng được với dung dịch HCl sinh ra khí H₂ ⟹ Na, Ca, Ni.

Câu  8. Cặp oxi hoá - khử nào sau đây có giá trị thế điện cực chuẩn lớn hơn 0?

A. K⁺/K.

B. Li⁺/Li.

C. Ba²⁺/Ba.

D. Cu²⁺/Cu.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Theo quy ước: Cặp oxi hóa khử của kim loại có tính khử yếu đứng sau Hydrogen trong dãy điện hóa sẽ có thế điện cực chuẩn lớn hơn 0: Cu²⁺/Cu.

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

• Cặp oxi hóa - khử là gì

• Thế điện cực chuẩn là gì

• Quy tắc alpha là gì

• Pin điện hóa là gì

• Pin nhiên liệu là gì

• Pin mặt trời là gì

---