Trong quá trình ôn luyện cho học sinh thi học sinh giỏi các cấp chuyên đề pin điện và thế điện cực là một chuyên đề khó và khá quan trọng nên các bài tập về pin điện và thế điện cực thường xuyên có mặt trong các kì học sinh giỏi quốc gia.Trong thực tế tài liệu viết về bài tập thế điện cực và pin điện còn ít nên nguồn tư liệu để giáo viên và học sinh nghiên cứu còn hạn chế do đó nội dung kiến thức và kĩ năng giải các bài tập thế điện cực và pin điện cung cấp cho học sinh chưa được nhiều. Vì vậy, khi gặp các bài toán thế điện cực và pin điện các em thường lúng túng trong việc tìm ra phương pháp giải phù hợp.
Trang 1I ĐẶT VẤN ĐỀ:
Trong quá trình ôn luyện cho học sinh thi học sinh giỏi các cấp chuyên đề
pin điện và thế điện cực là một chuyên đề khó và khá quan trọng nên các bài tập về
pin điện và thế điện cực thường xuyên có mặt trong các kì học sinh giỏi quốc gia
Trong thực tế tài liệu viết về bài tập thế điện cực và pin điện còn ít nên nguồn tư liệu để giáo viên và học sinh nghiên cứu còn hạn chế do đó nội dung kiến thức và kĩ năng giải các bài tập thế điện cực và pin điện cung cấp cho học sinh chưa được nhiều Vì vậy, khi gặp các bài toán thế điện cực và pin điện các em thường lúng túng trong việc tìm ra phương pháp giải phù hợp
Việc đề xuất một hệ thống bài luyện tập với các dạng khác nhau kèm theo lời giải hoặc hướng dẫn là một việc cần thiết cho các giáo viên và học sinh Nếu có được hệ thống bài tập đa dạng được chắt lọc từ các đề thi olimpic và đề thi học sinh giỏi quốc gia hỗ trợ cho công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, nhằm chuẩn bị tốt cho các kì thi olimpic và kì thi học sinh giỏi quốc gia tốt hơn
Trên cơ sở đó, tôi chọn chuyên đề “ Bài tập thế điện cực và sức điện động
của pin diện hóa” Với hy vọng chuyên đề này sẽ là một tài liệu tham khảo phục
vụ cho việc luyện tập của các em học sinh và cho công tác giảng dạy của các đồng nghiệp
Trang 2II Nội dung:
Bài 1: Cho: Eo ở 25oC của các cặp Fe2+ / Fe và Ag+ / Ag tương ứng bằng - 0,440 V
và 0,800 V Dùng thêm điện cực hiđro tiêu chuẩn, viết sơ đồ của pin được dùng để xác định các thế điện cực đã cho Hãy cho biết phản ứng xảy ra khi pin được lập từ hai cặp đó hoạt động
(Đề thi HSGQG NĂM 2000 Bảng A)
Hướng dẫn
H2 (Pt) H+ 1M Fe2+ 1M Fe
p = 1at
EoFe2+/ Fe = - 0,440 V cực Fe: cực ; cực H: cực Phản ứng : Fe 2e = Fe2+
2 H+ + 2e = H2
Fe + 2 H+ = Fe2+ + H2
H2 ( Pt ) H+ 1M Ag+ 1M Ag
p = 1at
EoAg+/Ag = 0,800 V cực Ag: cực ; cực H: cực Phản ứng : H2 2e = 2H+
Ag+ + e = Ag
H2 + 2 Ag+ = 2Ag + 2 H+
Fe Fe2+ Ag+ 1M Ag
Eopin = EoAg+/Ag - EoFe2+/ Fe = 1,24 V cực Ag: cực ; cực Fe: cực Phản ứng : Fe 2e = Fe2+
2 Ag+ + 2e = 2 Ag
Fe + 2 Ag+ = 2Ag + 2 Fe2+
Bài 2:
78 , 14 )
( 0
2
0
0 3 0 , 036 ; 2 0 , 44 ; 2 0 , 54 ; 2 10 ; 3 10
I
I Fe
Fe Fe
E
a/ Tính sức điện động của pin:
Pt M Fe
M Fe
M H
atm
H
Pt( ; 1 ) 1 3 0 , 5 ; 2 0 , 025
2
b/ Viết phương trình phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực và phương trình hóa học khi pin hoạt động
c/ Dung dịch KI có phản ứng với dung dịch FeCl3 không? Giải thích?
d/ Tính khử của Fe2+ biến đổi như thế nào khi tăng?
Hướng dẫn
a/ Ta có: Fe2+ + 2e Fe ;G1 2F.E Fe0 2 Fe
Fe3+ + 3e Fe ;G2 3F.E Fe03 Fe
Trang 3Và Fe3+ + 1e Fe2+ ;G3 F.E Fe03 Fe2
Như vậy ta có:
V E
E F E
F E
F G
G
G . Fe0 Fe 3 Fe0 Fe 2 Fe0 Fe Fe0 Fe 0 , 77
1 2
Fe
E 0 , 77 0 , 059 lg 2 0 , 79
3
E (V)
Suy ra : E pin = 0,79 – 0 =0,79V
b/ Viết phản ứng xảy ra ở các điện cực và xảy ra trong pin:
Cực(-): H2 2H+ +2e Cực (+): Fe3+ +1e Fe2+
Phản ứng xảy ra trong pin: 2Fe3+ + H2 2Fe2+ + 2H+
0
2 2
3 Fe I I
E : nên dung dịch KI có phản ứng với dung dịch FeCl3 được theo phương trình sau:
2KI + 2FeCl3 I2 +2FeCl2 +2KCl
d/ Ta có:
Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3; Suy ra:
42 , 37
3 10
OH Fe
Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2; Suy ra:
78 14
2 10
OH Fe
Fe
E Fe Fe 0 , 77 0 , 059 lg 0 , 77 0 , 059 lg10 .10 0 , 26 0 , 059
78 , 14 42 , 37 2
3
2
và điện cực kia là một sợi dây Pt nhúng vào dung dịch muối Fe2+ và Fe3+ Biết
V E
V E
Fe
Fe Ag
Ag0 0 , 80 ; 0 0 , 77
2
a/ Viết phương trình hóa học khi pin hoạt động
b/ Tính sức điện động của pin ở điều kiện chuẩn?
c/ Nếu [Ag+] = 0,10M và [Fe3+] = [Fe2+] = 1,0M thì phản ứng trong pin xảy ra như thế nào?
d/ Hãy rút ra nhận xét về ảnh hưởng của nồng độ chất tan đến giá trị của thế điện cực và chiều hướng của phản ứng xảy ra trong pin
Hướng dẫn
a/ Phản ứng xảy ra khi pin hoạt động: Ag+ + Fe2+ Fe3+ + Ag (1)
b/ Sức điện động của pin ở điều kiện chuẩn:
) ( 03 , 0 77 , 0 80 , 0
0 0
0
2
E E
E pin Ag Ag Fe Fe
c/ Nếu [Ag+] = 0,10M và [Fe3+] = [Fe2+] = 1,0M thì suất điện động trong pin sẽ là:
Trang 4
0 , 1 1 , 0 lg 1
059 , 0 03 , 0
lg 059 , 0
3
2
V Fe
Fe Ag n
E
E pin pin
Vậy phản ứng (1) sẽ xảy ra theo chiều ngược lại
Kết quả trên cho thấy:
- Ở điều kiện chuẩn thì suất điện động của pin là 0,03V
- Khi nồng độ của Ag+ giảm đi 10 lần thì thế điện cực của cặp Ag+/Ag là:
) ( 74 , 0 059 , 0 80 , 0 10 lg 1
059 ,
E
E Ag Ag Ag Ag
Và suất điện động của pin sẽ là: E pin E Ag Ag E Fe3 Fe2 0 , 74 0 , 77 0 , 03 (V)
Khi nồng độ Ag+ giảm đi 10 lần, thế điện cực của cặp Ag+/Ag trở nên nhỏ hơn thế điện cực của cặpFe3+/Fe2+ và phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại(Epin<0) Vậy nồng độ của chất tan có khả năng làm thay đổi thế điện cực và chiều của phản ứng
Bài 4:
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
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 1 M) 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 pin hoạt động
3
0
I /I
2+
0
Cu /Cu
(Đề thi HSGQG NĂM 2012)
Hướng dẫn:
2
các quá trình xảy ra như sau:
2 MnO-4 + 16 H+ + 15 I- � 2 Mn2+ + 5 I-3 + 8 H2O 0,01 0,5
- 0,425 0,01 0,025
2
2 7
-Cr O + 14 H+ + 9 I- � 2 Cr3+ + 3
-3
I + 7 H2O
Trang 50,01 0,425 0,025
- 0,335 0,02 0,055
2 Fe3+ + 3 I- � 2 Fe2+ + I3
0,01 0,335 0,055
- 0,32 0,01 0,06
Thành phần của dung dịch Y: I3- 0,060 M; I- 0,32 M; Mn2+ 0,01 M; Cr3+ 0,02 M;
Fe2+ 0,01 M
b) I3- + 2 e � 3 I-
3
Do
3
0
0
Cu / Cu
I- và phản ứng: 2 Cu2+ + 3 I- � 2 Cu+ +
-3
I hầu như xảy ra theo chiều nghịch Nhưng nếu dư I- thì sẽ tạo kết tủa CuI Khi đó 2+ 2+
Cu /CuI Cu /Cu
S(CuI)
K
1
0,863 V
Như vậy 2+
0
Cu /CuI
E = 0,863 V >
3
0
CuI:
2 Cu2+ + 5 I- � 2 CuI� +
-3
I
d) Vì 2+
0
Cu /CuI
E = 0,863 V >
3
I /I -
-E = 0,54 V � điện cực Pt nhúng trong dung dịch Y là
anot, điện cực Pt nhúng trong dung dịch gồm Cu2+, I- (cùng nồng độ 1 M), có chứa kết tủa CuI là catot Vậy sơ đồ pin như sau:
(-) Pt│I3- 0,060 M; I- 0,32 M║CuI; Cu2+ 1 M; I- 1 M │Pt (+) Trên catot: Cu2+ + I- + e � CuI�
Trên anot: 3 I- � I3- + 2e
Phản ứng trong pin: 2 Cu2+ + 5 I- � 2 CuI� + I3
Trang 6-III KẾT LUẬN
Trên đây là một số dạng bài tập về thế điện cực và sức điện động của pin điện hóa đã có hướng dẫn giải ngắn gọn, chi tiết
Do thời gian và trình độ có hạn nên tôi chưa làm được những vấn đề sau:
- Hệ thống cơ sở lý thuyết
- Sắp xếp, phân chia hệ thống các dạng bài tập
- Tăng số lượng bài tập
Rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp và giúp đỡ của các em học sinh
và quý thầy cô
Đăk Mil, ngày 20 tháng 10 năm 2014
Sưu tầm và biên soạn
NGUYỄN XUÂN THỌ