Giải SGK Hóa 12 Cánh diều Bài 11: Nguồn điện hoá học - Giải SGK Hóa học 12 - Cánh Diều

Mở đầu: Quan sát hình dưới đây:

Hình 11.1 mô tả một số loại pin thường được sử dụng trong đời sống. Vậy hoạt động của các pin trên dựa trên loại phản ứng hoá học nào?

Lời giải:

- Hoạt động của các pin trên dựa trên loại phản ứng oxi hóa – khử.

I. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin Galvani

Câu hỏi 1: Khi nhúng một thành kẽm vào dung dịch CuSO4 thì electron từ thanh kẽm sẽ chuyển trực tiếp hay gián tiếp đến ion Cu2+ trong dung dịch? Giải thích.

Lời giải:

- Electron từ thanh kẽm sẽ chuyển trực tiếp đến ion Cu2+ trong dung dịch vì thanh kẽm được nhúng (tiếp xúc trực tiếp) với CuSO4.

Luyện tập 1: Hãy mô tả cấu tạo mỗi pin Galvani sau:

a) Fe-Cu.

b) Cu-Ag.

c) Fe-Ag.

Lời giải:

a) Cấu tạo pin Galvanin từ Fe – Cu: Thanh kim loại Fe được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Fe²⁺; thanh kim loại Cu được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Cu²⁺ và 2 cốc dung dịch được nối với nhau bằng cầu muối. Để xác định được hoạt động của pin, 2 thanh kim loại được nối vào 1 vôn kế bằng dây dẫn.

b) Cấu tạo pin Galvanin từ Cu - Ag: Thanh kim loại Cu được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Cu²⁺; thanh kim loại Ag được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Ag⁺ và 2 cốc dung dịch được nối với nhau bằng cầu muối. Để xác định được hoạt động của pin, 2 thanh kim loại được nối vào 1 vôn kế bằng dây dẫn.

c) Cấu tạo pin Galvanin từ Fe - Ag: Thanh kim loại Fe được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Fe²⁺; thanh kim loại Ag được nhúng trực tiếp vào cốc đựng dung dịch Ag⁺ và 2 cốc dung dịch được nối với nhau bằng cầu muối. Để xác định được hoạt động của pin, 2 thanh kim loại được nối vào 1 vôn kế bằng dây dẫn.

Luyện tập 2: Hãy nêu nguyên tắc hoạt động của pin Galvani Zn-Ag và viết phương trình hoá học của phân ứng xảy ra trong pin.

Lời giải:

- Nguyên tắc hoạt động của pin Galvani Zn-Ag:

+ Tại anode (Zn): Zn nhường electron, chuyển thành ion Zn2+ tan vào dung dịch.

+ Tại cathode (Ag): Ion Ag+ trong dung dịch nhận electron (từ điện cực Zn qua dây dẫn chuyển sang điện cực Ag) chuyển thành Ag bám lên điện cực Ag.

- Phương trình hóa học:

Câu hỏi 2: Cho biết thế điện cực chuẩn của cặp $E_{Z n^{2 +} / Z n}^{o}$ = -0,763V và $E_{C u^{2 +} / C u}^{o}$ = 0,340V.

Hãy tìm biểu thức liên hệ hai giá trị này với giá trị sức điện động chuẩn của pin Zn-Cu (bằng 1,103 V).

Lời giải:

$E_{p i n}^{o}$ Zn-Cu = $E_{C u^{2 +} / C u}^{o}$ - $E_{Z n^{2 +} / Z n}^{o}$ = 0,340 – (–0,763) = 1,103 V.

Luyện tập 3: Từ Bảng 10.1, hãy so sánh sức điện động chuẩn của pin Galvani Zn-Ni và Sn-Cu.

Lời giải:

II. Thực hành lắp một số pin đơn giản

Thí nghiệm: Thực hành lắp pin đơn giản

Chuẩn bị:

- Hoá chất: Hai thanh (hoặc dây) kim loại khác nhau (ví dụ đồng, kẽm,...), dung dịch chất điện li (ví dụ dung dịch HCI, H2SO4 loãng, NaCl,... hoặc quả chanh, quả táo,...).

- Dụng cụ: Vôn kế (hoặc đèn led nhỏ để nhận biết sự xuất hiện của dòng điện), dây dẫn, cốc thuỷ tinh.

Tiến hành:

- Cắm hai thanh (hoặc dây) kim loại vào cốc chứa dung dịch chất điện li (hoặc quả chanh, quả táo,.....)

- Đo sức điện động giữa hai thanh (hoặc dây) kim loại bằng vôn kế (Hình 11.3).

Thí nghiệm Thực hành lắp pin đơn giản

Yêu cầu: Quan sát và mô tả hiện tượng xảy ra.

Chú ý an toàn: Hai thanh kim loại trong pin không được chạm vào nhau.

Lời giải:

- Hiện tượng: Kim chỉ trong vôn kế dịch chuyển vì có sự xuất hiện của dòng điện.

III. Giới thiệu một số loại pin thông dụng khác

Vận dụng 1: Tìm hiểu và cho biết một số hạn chế nếu sử dụng pin Galvani Zn-Cu trong đèn pin.

Lời giải:

- Việc sử dụng pin Galvani Zn-Cu trong đèn pin có thể gây ô nhiễm môi trường và ngộ độc kim loại ở các làng nghề tái chế và thu gom, đồng thời tuổi thọ của loại pin này thấp và không phù hợp để sử dụng lâu dài.

Luyện tập 4: Hãy nêu một số trường hợp sử dụng acquy trong thực tế mà em biết.

Lời giải:

- Sử dụng acquy trong ô tô, xe máy, xe điện,…

Câu hỏi 3: Mỗi phát biểu sau đây là đúng hay sai?

a) Pin mặt trời biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

b) Pin mặt trời là nguồn năng lượng xanh.

c) Khi hoạt động, pin mặt trời không gây hiệu ứng nhà kính.

d) Khi hoạt động, pin mặt trời gây mưa acid và làm Trái Đất nóng lên.

Lời giải:

a) Đúng. Pin mặt trời biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

b) Đúng vì khi hoạt động pin mặt trời sử dụng nguồn năng lượng vô tận là ánh sáng mặt trời, không tạo ra bất cứ sản phẩm hóa học nào trong quá trình hoạt động nên thân thiện với môi trường.

c) Đúng. Khi hoạt động, pin mặt trời không gây hiệu ứng nhà kính.

d) Sai. Vì pin mặt trời không tạo ra bất kì một sản phẩm hoá học nào trong quá trình hoạt động nên thân thiện với môi trường.

Vận dụng 2: Tìm hiểu và giải thích những vùng miền nào ở Việt Nam thích hợp với việc phát triển điện mặt trời.

Lời giải:

- Tại Việt Nam, những tỉnh ở khu vực miền Trung và miền Nam rất thích hợp với việc phát triển điện mặt trời nhờ điều kiện tự nhiên thuận lợi với lượng bức xạ mặt trời và tổng số giờ nắng trong năm cao.

Bài tập

Bài tập 1: Sử dụng bảng thế điện cực chuẩn, xác định sức điện động chuẩn của pin Galvani tạo bởi các cặp oxi hoá – khử sau, đồng thời chỉ ra điện cực dương, điện cực âm của pin trong mỗi trường hợp:

a) Ni2+/Ni và Ag+/Ag.

b) Zn2+/Zn và 2H+/H2

Lời giải:

Bài tập 2: Nêu ý kiến của em về nhận định: Pin nhiên liệu hydrogen và pin mặt trời sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tương lai.

Lời giải:

Theo em nhận định trên là đúng vì:

- Pin nhiện liệu hydrogen mang lại hiệu suất cao, không tạo ra các sản phẩm gây ô nhiễm môi trường.

- Pin mặt trời sử dụng nguồn năng lượng vô tận là ánh sáng mặt trời, không tạo ra bất cứ sản phẩm hóa học nào trong quá trình hoạt động nên thân thiện với môi trường.

Với ưu điểm vượt trội hơn so với nhược điểm thì tương lai con người sẽ khắc phục được những nhược điểm đang tồn tại để các nhiên liệu trên sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi.

Bài tập 2: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về pin Galvani?

A. Anode là điện cực dương.

B. Cathode là điện cực âm.

C. Ở điện cực âm xảy ra quá trình oxi hoá.

D. Dòng electron di chuyển từ cathode sang anode.

Đáp án: C

Bài tập 4: Những phát biểu nào sau đây là đúng?

a) Phản ứng hoá học xảy ra trong pin Galvani là phản ứng tự diễn biến.

b) Trong pin Galvani, điện cực âm là nơi xảy ra quá trình khử.

c) Sức điện động của pin Galvani là hiệu điện thế giữa hai điện cực.

d) Pin Galvani tạo ra dòng điện từ quá trình vật lí.

Lời giải:

Những phát biểu đúng là: (a)

Phát biểu b) sai vì trong pin Galvani, điện cực âm là nơi xảy ra quá trình oxi hóa.

Phát biểu c) sai vì sức điện động của pin Galvani là hiệu giữa thế điện cực chuẩn của các cặp oxi hóa khử.

Phát biểu d) sai vì pin Galvani tạo ra dòng điện từ phản ứng oxi hóa – khử gián tiếp.

Bài tập 5: Cho phản ứng trong một pin Galvani như sau:

2Cr(s) + 3Cu2+(aq) → 2Cr3+(aq) + 3Cu(s)

Hãy cho biết quá trình xảy ra ở anode và cathode khi pin hoạt động.

Lời giải:

Khi pin hoạt động:

Tại anode (Cr) xảy ra:

Tại cathode (Cu) xảy ra: