ĐỒ ÁN BÀI tập PIN điện

1. Bài tập có hướng dẫn giải 1.1. Dạng sức điện động của pin Bài 1 Hướng dẫn Bài 2 Hướng dẫn Bài 3 Hướng dẫn 1.2. Tính hệ số hoạt độ trung bình Bài 4 Hướng dẫn 1. Bài tập có hướng dẫn giải 1.1. Dạng sức điện động của pin Bài 1 Hướng dẫn Bài 2 Hướng dẫn Bài 3 Hướng dẫn 1.2. Tính hệ số hoạt độ trung bình Bài 4 Hướng dẫn 1. Bài tập có hướng dẫn giải 1.1. Dạng sức điện động của pin Bài 1 Hướng dẫn Bài 2 Hướng dẫn Bài 3 Hướng dẫn 1.2. Tính hệ số hoạt độ trung bình Bài 4 Hướng dẫn 1. Bài tập có hướng dẫn giải 1.1. Dạng sức điện động của pin Bài 1 Hướng dẫn Bài 2 Hướng dẫn Bài 3 Hướng dẫn 1.2. Tính hệ số hoạt độ trung bình Bài 4 Hướng dẫn

BÀI TẬP PIN ĐIỆN

-—IJŗ -1 Bài tập có hướng dẫn giải

1.1 Dạng sức điện động của pin

Bài 1

Hướng dẫn

Bài 2

Hướng dẫn

Bài 9

Hướng dẫn

1.4 Xác định số vận tải

Bài 10

Hướng dẫn

1.5 Xác định hằng số cân bằng

Bài 11

Hướng dẫn

1.8 Xác định pH của dung dịch

Bài 16

Hướng dẫn

1.10 Bài tập nâng cao

Bài 17: Pin nhiên liệu hiện nay đang được các nhà khoa học hết sức quan tâm Pin này hoạt động

dựa trên phản ứng: 2CH3OH(l) + 3O2(k) → 2CO2(k) + 4H2O(l)

1 Viết sơ đồ pin và các phản ứng xảy ra tại các điện cực sao để khi pin hoạt động xảy ra phản ứng ở

trên?

2 Cho thế chuẩn của pin E° = 1.21 V hãy tính biến thiên năng lượng Gibbs ΔG° của phản ứng?

Không tính toán hãy so sánh E°pinở pH=0 và pH=14?

4 Nêu những ưu điểm của việc sử dụng phản ứng này trong pin nhiên liệu so với việc đốt cháy

CH3OH?

Hướng dẫn

Sơ đồ pin (-)Pt(CO2)│CH3OH,

H+││ H+│Pt(O2) (+)

2 ΔGo = –nFEo = –(12 mol)(96500 J/V-1.mol)(1.21 V) = –1.40×103 kJ

Trong phản ứng không xuất hiện H+ hay OH

-nên Eo

pin không phụ thuộc pH

4 Không mất nhiệt ra môi trường và không

mất NL trong suốt quá trình biến đổi nên công

có ích thực hiện nhiều hơn

biết rằng khi đo sức điện động của pin

Thay giá trị x =0,54 và Ka = 1,0.10-2 vào, ta tính được C HSO4  0,346( )M

dịch chứa NaIO3 0,12M và HIO3 0,14M thu được dung dịch Y

1 Tính nồng độ cân bằng của Cu2+, Pb2+ trong dung dịch Y

2 Cho điện cực Cu nhúng vào Y rồi ghép thành pin với điện cực Ag nhúng vào dung dịch Z gồm

AgNO3 0,01M và NaI 0,04M ở 250C Viết sơ đồ pin điện, chỉ rõ dấu của điện cực

Biết: pKs của Cu(IO3)2, Pb(IO3)2, AgI lần lượt là 7,13 ; 12,61 ; 16,00

Vì môi trường axit mạnh nên bỏ qua sự tạo phức hiđroxo của ion kim loại

Pb2+ + 2IO3- — Pb(IO3)2 K3 = 1012,61 >> �phản ứng hoàn toàn

Bài 20: Cho sơ đồ pin:

(-) Ag │AgNO31,000.10-1M; NH3 1M ║ Ag2SO4(bão hoà) │Ag (+)

Tính hằng số tạo phức Ag(NH3)2+ biết Eo

Bài 22: Cho ba pin điện hóa với sức điện động tương ứng ở 298K:

Pin 1: Hg | Hg2Cl2 | KCl (bão hoà) || Ag+ (0,0100M) | Ag có E1 = 0,439V

Pin 2: Hg | Hg2Cl2 | KCl (bão hoà) || AgI (bão hoà) | Ag có E2 = 0,089V

Pin 3: Ag | AgI (bão hoà), PbI2 (bão hoà) || KCl (bão hoà) |Hg2Cl2 | Hg có E3 = 0,230V

a) Tính tích số tan của AgI

b) Tính tích số tan của PbI2

Cho: E0(Ag+/Ag) = 0,799V

Hướng dẫn

a Tính thế của điện cực calomen:

E1 = E(Ag+/Ag) – E (calomen) trong đó

E(Ag+/Ag) = Eo (Ag+/Ag) + 0,0592 log [Ag+] = 0,681 V

→ E (calomen) = 0,242V

Tính nồng độ ion bạc: E2 = E(AgI (bão hòa)/Ag//Ag) – Ecalomen ⇒ E(AgI (bão hòa)/Ag//Ag) = 0,331VE(Ag+/Ag) = Eo (Ag+/Ag) + 0,0592 log [Ag+] = 0,331

⇒ [Ag+] = 1,22.10-8 M

[Ag+] = [I-] ⇒ Tích số tan AgI: Ks, AgI = 1,48.10-16

b E3 = Ecalomen – E(AgI (bão hoà), PbI2 (bão hoà)/Ag)

⇒ E(AgI (bão hoà), PbI2 (bão hoà)/Ag) = 0,012V

E(Ag+/Ag) = Eo (Ag+/Ag) + 0,0592 log [Ag+] = 0,012 V

⇒ [Ag+] = 4,89.10-14M

a) Hãy cho biết phản ứng thực tế xảy ra trong pin và tính -4 2+

0 MnO /Mn

E

?

b) Sức điện động của pin thay đổi như thế nào khi thêm một ít NaHCO3 vào nửa trái của pin?

Hướng dẫn

Phản ứng thực tế xảy ra trong pin:

Do Epin = 1,5 V > 0 nên cực Pt - (phải) là catot, cực hiđro - (trái) là anot do đó phản ứng thực tế xảy ra trongpin sẽ trùng với phản ứng quy ước:

1 Hãy thiết lập sơ đồ pin được hình thành bởi hai cặp oxi hóa - khử CrO42-/ CrO2- và MnO4-/ MnO(OH)2

2 Tính hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra trong pin.

3 Tính Epin biết nồng độ của ion CrO42- là 0,010M; CrO2- là 0,030M; MnO4- là 0,2M

4 Mô tả chiều chuyển động của các electron, cation, anion trong quá trình pin hoạt động.

Eo CrO42-/ CrO2- = Eo CrO42-/ Cr(OH)3 = - 0,18V < Eo MnO4-/ MnO(OH)2

sơ đồ pin: (-)Pt | CrO42-, CrO2-, OH- || MnO4-, H+, MnO(OH)2 | Pt (+)

[MnO ].[CrO ] [CrO ]



Tính Eo

pin dựa vào K phản ứng ta có Eopin = = 0,77V

Epin = 0,77 + lg = 0,7656V

 4

 4

 4

/ 2

4 MnMnO

0 /

lg.2

059,0

4 Ở mạch ngoài: Các eletron chuyển động từ anôt (-) sang catot (+)

Ở mạch trong :

- Dung dịch bên anot có CrO2-, OH- đi đến bề mặt anot tham gia phản ứng làm dung dịch giảm lượng ion âm

so với lượng ion dương  các ion âm của cầu muối sẽ đi vào dung dịch ở anot để dung dịch luôn trung hòađiện

- Dung dịch bên catot có ion MnO4-, H+ đi đến bề mặt catot tham gia phản ứng làm dung dịch giảm lượng iondương so với lượng ion âm  các ion dương của cầu muối sẽ đi vào dung dịch ở catot để dung dịch luôntrung hòa điện

Bài 25: Cho giản đồ quá trình khử - thế khử, thế khử chuẩn được đo ở pH = 0:

1 Tính và

2 Bằng cách tính toán, cho biết Cr3+ có thể dị phân thành Cr2+ và Cr(V) được không?

3 Viết quá trình xảy ra với hệ oxi hóa - khử và tính độ biến thiên thế của hệ ở 298K khi pH tăng 2

đơn vị

4 Phản ứng giữa K2Cr2O7 với H2O2 trong môi trường axit (loãng) được dùng để nhận biết crom vì sản phẩm tạo thành có màu xanh Viết phương trình ion của phản ứng xảy ra và cho biết phản ứng này có thuộc loại phản ứng oxi hóa khử hay không? Vì sao

Cho R = 8,314 J/molK; F = 96500 C/mol

Bài 26

1 Thiết lập một sơ đồ pin để xác định tích số tan của AgI Viết các phương trình phản ứng xảy ra

trên mỗi điện cực và trong pin

2 Tính độ tan tại 25oC của AgI trong nước

đóng vai trò catot Vậy sơ đồ pin như sau:

(-) Ag │ I - (aq), AgI(r) ║ Ag + (aq) │ Ag(r) (+)

Hoặc: (-) Ag, AgI(r) │ I - (aq) ║ Ag + (aq) │ Ag(r) (+)

Phản ứng ở cực âm: Ag(r) + I−(aq) AgI(r) + e K1 1

Phản ứng ở cực dương: Ag+(aq) + e Ag(r) K2

Phản ứng xảy ra trong pin: Ag+(aq) + I-(aq) AgI(r) K-1S (1)

Phản ứng trong pin: Fe3+ + Ag + Br-  Fe2+ + AgBr

1M AgBr Ag+ + Br-

[Ag+] = = 10 K [BrAgBr-] -13 mol/lit

Fe3+/Fe2+ Fe3+ /Fe 2+

1M 1M

 Coi như (1) xảy ra hoàn toàn.

Vì thể tích 2 điện cực bằng nhau nên TPGH: Fe3+ : 0M; Fe2+: 0,15M; Br- : 0,95M

[Fe3+] = 4,96 10-14 mol/l ; [Fe2+] = 0,15 mol/l

[Br-] = 0,95 mol/l ; [Ag+] = = 1,053 10 [Br K-s] -13 mol/l

Bài 28: Sắt bị ăn mòn ngoài không khí do phản ứng: 2Fe(r) + O2(k) + 4H+

(aq) = 2Fe2+

(aq) + 2H2O(l)

1 Tính thế chuẩn của phản ứng này.

2 Thế chuẩn có thay đổi không nếu pH được điều chỉnh về 4.

3 Tính tích số tan của Fe(OH)2

4 Một phương pháp để bảo vệ sắt khỏi bị ăn mòn là phủ lên nó một lớp thiếc Nếu lớp thiếc bị xây

xát thì sắt sẽ bị ăn mòn nhanh chóng Hãy giải thích vấn đề này

Biết giá trị thế chuẩn của các cặp như sau: Eo(Fe2+/Fe) = -0,44V; Eo(O2/H2O) = 1,23V ;

1 Thiết lập một sơ đồ pin để xác định tích số tan của AgI Viết các phương trình phản ứng xảy ra

trên mỗi điện cực và trong pin

2 Tính độ tan tại 25oC của AgI trong nước

3 Lập pin điện trong đó xảy ra sự oxi hoá ion Fe 2+ thành ion Fe 3+ và ion Au 3+ bị khử thành ion Au +.Viết các phương trình phản ứng xảy ra trên mỗi điện cực và trong pin Tính sức điện động chuẩn củapin và hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra trong pin này

Hướng dẫn

1 Để xác định tích số tan KS của AgI, cần thiết lập sơ đồ pin có các điện cực Ag làm việc thuận

nghịch với Ag+ Điện cực Ag nhúng trong dung dịch nào có [Ag+] lớn hơn sẽ

đóng vai trò catot Vậy sơ đồ pin như sau:

(-) Ag │ I - (aq), AgI(r) ║ Ag + (aq) │ Ag(r) (+)

Hoặc: (-) Ag, AgI(r) │ I - (aq) ║ Ag + (aq) │ Ag(r) (+)

Phản ứng ở cực âm: Ag(r) + I−(aq) AgI(r) + e K1 1

Phản ứng ở cực dương: Ag+(aq) + e Ag(r) K2

Phản ứng xảy ra trong pin: Ag+(aq) + I-(aq) AgI(r) KS-1 (1)

(-) Pt │ Fe 3+ (aq), Fe 2+ (aq) ║ Au 3+ (aq), Au + (aq) │ Pt (+)

Phản ứng ở cực âm: 2x Fe2+(aq) Fe3+(aq) + e K1 1

Phản ứng ở cực dương: Au3+(aq) + 2e Au+(aq) K2

Phản ứng trong pin: Au3+(aq) + 2Fe2+(aq) Au+(aq) + 2Fe3+(aq) K (2)

1 Cho 2 tế bào điện hoá:

(A) Cu/ CuSO4 1 M// FeSO4 1 M, Fe2(SO4)3 0,5 M/ Pt

(B) Pt/ FeSO4 1 M, Fe2(SO4)3 0,5 M// CuSO4 1 M/ Cu

a) Viết nửa phản ứng tại anot và catot cho mỗi tế bào điện hoá

b) Tính và của mỗi tế bào điện hoá, từ đó cho biết giữa (A) và (B) trường hợp nào là tế bào điện phân, trường hợp nào là tế bào Galvani

Cho của : Cu2+/ Cu là +0,34 V; Fe3+/Fe2+ là 0,77 V

2 Biết của : Cu2+/Cu+ là +0,15V; I2/2I- là +0,54V

Dung dịch bão hoà CuI trong nước ở 250C có nồng độ là 10-6 M Hãy cho biết có thể định lượng

Cu2+ trong dung dịch nước thông qua phản ứng với dung dịch KI hay không?

Hướng dẫn

1 a) Nửa phản ứng tại anot và catot cho mỗi tế bào điện hoá:

Đối với (A): Cu/ CuSO4 1 M// FeSO4 1 M, Fe2(SO4)3 0,5 M/ Pt

1 1 1

Fe2(SO4)3 → 2Fe3+ + 3SO4

0,5 1 1,5Như vậy có ∆E = ∆E0

- Với tế bào (A):

Ta có :

Có A là tế bào Galvani

- Với tế bào (B):

Ta có:

B là tế bào điện phân

2.- Dung dịch bão hoà CuI trong nước có nồng độ 10-6 M

rất lớn, thực tế coi như phản ứng này xảy ra hoàn toàn

Vậy có thể định lượng Cu2+ trong dung dịch nước thông qua phản ứng với KI

3 Biết CH AsO 3 4

= 0,025 M; CNH 3

= 0,010 M

a) Tính sức điện động của pin

b) Tính thế của từng điện cực khi hệ đạt trạng thái cân bằng

Cho:pKai(H AsO ) 3 4

= 2,13; 6,94; 11,50; pKa(NH )+4 9, 24

(pKa = - lgKa, với Ka là hằng số phân li axit).pH 2 

1 atm; ở 25 oC:

RT2,303 0,0592

2

+ 2 2H /H

-2.E /0,0592 1

�E0a=

9,24 2 0,0592

-2 = - 0,547 (V)Quá trình khử xảy ra trên catot:

b) Thêm NaOH vào bên trái của pin cho đến khi [OH-] = 0,02M (Coi thể tích dung dịch không thay đổi).

Tính SĐĐ của pin khi đó?

Biết: , ECal = 0,244V, , , tại nhiệt độ khảo sát

3 0

b Khi thêm NaOH vào cực Fe3+/Fe2+ đến chỉ có [OH-] = 0,02M ta có:

 

 

3

3 2

Fe / Fe

Fe / Fe

2

Ks Fe OH0,0592

0, V; 0,77V; 0, V80Biet

Hướng dẫn giải

1 Sn2+ + 2 Fe3+ � Sn4+ + 2 Fe2+

CMcb 0,05-x 0,05-2x x 2x

lgK = 2.(0,77 – 0,15)/ 0,059 = 21 => K = 1021

0,025 0,05

0,025. => 1.1021 = 2

0, 0025

 =>  = [Fe3+] = 1,58.10-12 MKhi cân bằng Ecb = 0,77 + 0,059 lg

121,58.100,05

a Viết sơ đồ pin điện?

b Tính suất điện động của pin ở 250C ?

Biết: pKs của Cu(IO3)2, Pb(IO3)2, AgI lần lượt là 7,13 ; 12,61 ; 16,00

>> Kw nên ta có thể tính pH theo cân bằng (1) và (2), bỏ qua cân bằng (3)

Theo điều kiện proton, ta có: � � � � � � H  Cu OH ( )� � � �  Pb OH ( )� �

Giả sử nồng độ cân bằng của Cu2+, Pb2+ là nồng độ ban đầu, ta tính được h = 3,513.10-5(M)

Tính lại nồng độ cân bằng của Cu2+, Pb2+ theo giá trị H+ ở trên

Gọi x, y lần lượt là nồng độ cân bằng của Cu(OH)+, Pb(OH)+

Theo cân bằng (1), (2) ta có

Vì K3-1 << K4-1 nên ta tính theo cân bằng (5)

Bài 35: Dung dịch X gồm K2Cr2O7 0,010M; KMnO4 0,010M; Fe2(SO4)3 0,0050M và H2SO4 (pH của dung

dịch bằng 0).Thêm dung dịch KI vào dung dịch X cho đến nồng độ của KI là 0,50M, được dung dịch Y (coi thể tích không thay đổi khi thêm KI vào dung dịch X).

a Hãy mô tả các quá trình xảy ra và cho biết thành phần của dung dịch Y.

b Tính thế của điện cực platin nhúng trong dung dịch Y.

c Cho biết khả năng phản ứng của Cu2+ với I- (dư) ở điều kiện tiêu chuẩn.Giải thích

d Viết sơ đồ pin được ghép bởi điện cực platin nhúng trong dung dịch Y và điện cực platin nhúng

trong dung dịch gồm Cu2+, I- (cùng nồng độ 1M) và chất rắn CuI viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trên từng điện cực và xảy ra trong pin khi hoạt động

Cho: E0(Cr2O72-/Cr3+) = 1,330V; E0(MnO4-/Mn2+)= 1,510V; E0(Fe3+/Fe2+) = 0,771V; E0(I3-/I-)= 0,5355V;

E0(Cu2+/Cu+) = 0,153V; pKs(CuI) = 12; ở 250C: 2,303

RT

F 0,0592; Cr(z = 24)

2 MnO-4 + 16 H+ + 15 I- � 2 Mn2+ + 5 I-3 + 8 H

2O 0,01 0,5

- 0,335 0,02 0,055

2 Fe3+ + 3 I- � 2 Fe2+ + 3

-I 0,01 0,335 0,055

0,0592 0,060,5355 + log

nên về nguyên tắc Cu2+ không oxi hóa được I- và phản ứng: 2

Cu2+ + 3 I- � 2 Cu+ + I3- hầu như xảy ra theo chiều nghịch.

2/ Từ các dư kiện của bảng thế điện cực chuẩn của một số cặp oxi hóa

– khử, chứng minh rằng các kim loại có thế điện cực âm ở điều kiệnchuẩn đẩy được hidro ra khỏi dung dịch axit

E 

- 0 n /

M M

E  )Để chi phản ứng xảy ra thì G < 0 Vậy :

Bài 37: Một pin được cấu tạo bởi 2 điện cực: điện cực thứ nhất gồm một thanh đồng nhúng trong dung dịch

Cu2+ có nồng độ 10-2 M; điện cực thứ 2 gồm một thanh đồng nhúng trong dung dịch phức chất [Cu(NH3)4]2+

có nồng độ 10-2 M Sức điện động của pin ở 250C là 38 mV

a.Tính nồng độ (mol.l-1) của ion Cu2+ trong dung dịch ở điện cực âm

Ta có pin : (-) Cu [Cu(NH3)4]2+ 10-2MCu2+ 10-2M Cu (+)

Sức điện động của pin :

Bài 38: Dung dịch X gồm K2Cr2O7 0,010 M; KMnO4 0,010 M; Fe2(SO4)3 0,0050 M và H2SO4 (pH của dung

dịch bằng 0) Thêm dung dịch KI vào dung dịch X cho đến nồng độ của KI là 0,50 M, được dung dịch Y (coi thể tích không thay đổi khi thêm KI vào dung dịch X).

a) Hãy mô tả các quá trình xảy ra và cho biết thành phần của dung dịch Y.

b) Tính thế của điện cực platin nhúng trong dung dịch Y.

c) Cho biết khả năng phản ứng của Cu2+ với I- (dư) ở điều kiện tiêu chuẩn Giải thích

2 MnO-4 + 16 H+ + 15 I- � 2 Mn2+ + 5 I-3 + 8 H

2O (1) 0,01 0,5

[ ] - 0,335 0,02 0,055

2 Fe3+ + 3 I- � 2 Fe2+ + 3

-I (3) 0,01 0,335 0,055

nên về nguyên tắc Cu2+ không oxi hóa được I- Nhưng nếu dư I

-thì sẽ tạo kết tủa CuI Khi đó

1/ Xác định chiều của phản ứng trong điều kiện chuẩn và tính hằng số cân bằng của phản ứng ở 298K

2/ Xác định chiều của phản ứng xảy ra trong dung dịch Fe3+ 0,1M ; Fe2+ 0,01M và Ag+ 0,001M khi cho bột Ag vàodung dịch trên?

EAg+/Ag = 0,8 + 0,059.log(0,001) = 0,623V

EFe3+/Fe2+ = 0,77 + 0,059.log.(0,1/0,01) = 0,829V

E = 0,829 – 0,623 = 0,206V

Do E > 0 nên phản ứng xảy ra theo chiều :

Fe3+ + Ag Fe2+ + Ag+

Bài 40

a/ Thế khử chuẩn của cặp Cu2+ /Cu = 0,34V Nhúng một sợi dây Cu vào dung dịch CuSO4 0,01M Tính thế

điện cực của Cu2+ /Cu trong điều kiện trên

b/ Hòa tan 0,1 mol amoniac vào 100 ml dung dịch trên (thể tích thay đổi không đáng kể) ; chấp nhận chỉ xảy

Thế điện cực giảm 0,361V => ECu2+ /Cu = 0,12V

Theo phương trình Nerst :

a/ Tính sức điện động của pin điện hóa đó Biết E0Ag+/Ag = 0,8V ; E0Cu2+/Cu = 0,34V

b/ Khi nối hai điện cực bằng 1 dây dẫn qua điện kế thì kim điện kế chỉ chiều dòng điện như thế nào ? Khi

Trong pin xảy ra phản ứng : Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2Ag

Do E0Ag >> E0Cu nên phản ứng xảy ra hoàn toàn :

Khi kim điện kế chỉ vạch 0 thế của 2 điện cực bằng nhau : EAg = ECu

b) Viết phương trình phản ứng khi pin làm việc

c) Tính E của pin

d) Tính các nồng độ khi pin không có khả năng phát điện (pin đã dùng hết)

Hướng dẫn

a   Zn | Zn(NO ) 3 2(0,1M) || AgNO (0,1M) | Ag( )3 

b Tại (-) có sự oxi hóa Zn – 2e → Zn2+





d Khi hết pin Epin = 0

Gọi x là nồng độ M của ion Ag+ giảm đi trong phản ứng khi hết pin Ta có:

pin

0,1 x0,059

Pt H2 HCl 0,02 M AgCl / Ag

P = 1 atm CH3COONa 0,04 MCho E0 AgCl / Ag = 0,222 v KCH3COOH = 1,8 10-5

Hướng dẫn

1 Phản ứng theo quy ước :

2 AgCl + 1e → Ag + Cl

H2 - 2e → 2 H+ - 2AgCl + H2 → 2Ag + 2Cl- + 2H+Trong dung dịch

HCl = H+ + Cl0,02 0,02 0,02

-CH3COONa = CH3COO- + Na+ 0,04 0,04 0,04

CH3COO- + H+ — CH3COOH

bđ 0,04 0,02

pư 0,02 0,02 0,02[ ] 0,02 0,02

Phản ứng xảy ra: 2Cu2+ + 5I — 2CuI + I

Sự oxi hóa (anod): 3I — I + 2e- (a)