Mở đầu: Người ta dùng hai sợi dây làm bằng hai kim loại khác nhau cắm vào một quả chanh và nối với một bóng đèn 3 V thì thấy bóng đèn sáng. Như vậy, quả chanh có cắm hai sợi dây kim loại khác nhau đóng vai trò như một viên pin, phát sinh ra dòng điện. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin như thế nào?
Lời giải:
- Cấu tạo của pin điện hoá: Pin Galvani là pin điện hoá có cấu tạo gồm hai điện cực, mỗi điện cực ứng với một cặp oxi hoá – khử và thường nối với nhau qua cầu muối.
- Nguyên tắc hoạt động của pin điện hoá: Trong pin điện hoá, quá trình oxi hoá và quá trình khử xảy ra trên hai điện cực và electron được truyền từ chất khử sang chất oxi hoá qua dây dẫn. Khi đó, năng lượng của phản ứng hoá học sẽ chuyển thành năng lượng điện.
1. Cặp oxi hoá – khử của kim loại
Thảo luận 1: Xác định dạng oxi hoá và dạng khử trong các quá trình (2) và (3).
Lời giải:
- Quá trình (2): dạng oxi hoá là Cu2+, dạng khử là Cu.
- Quá trình (3): dạng oxi hoá là Ag+, dạng khử là Ag
Thảo luận 2: Viết các cặp oxi hoá – khử trong quá trình (2) và (3).
Ví dụ 1:
Cu2+ + 2e ⇌ Cu (2)
Ag+ + 1e ⇌ Ag (3)
Lời giải:
- Cặp oxi hóa khử ở quá trình (2): Cu2+/Cu.
- Cặp oxi hóa khử ở quá trình (3): Ag+/Ag.
Luyện tập: Viết các cặp oxi hoá – khử của kim loại Na, Mg và Al.
Lời giải:
- Các cặp oxi hoá – khử của kim loại Na, Mg và Al lần lượt là: Na+/Na; Mg2+/Mg và Al3+/Al.
2. Thế điện cực chuẩn của kim loại và pin Galvani
Thảo luận 3: Quan sát Hình 12.1, hãy mô tả cấu tạo của pin Galvani. Cho biết cực dương, cực âm và chiều di chuyển của electron trong pin.
- Pin Galvani Zn-Cu gồm điện cực kẽm và điện cực đồng được nối với nhau bởi cầu muối.
- Cực dương: Cu, cực âm: Zn.
- Chiều di chuyển của electron trong pin: đi từ cực âm sang cực dương (ngược chiều dòng điện).
Thảo luận 4: Điện cực nào tan dần trong pin Galvani Zn – Cu?
Lời giải:
3. Ý nghĩa của dãy thế điện cực chuẩn kim loại
Thảo luận 5: Dựa vào Bảng 12.1, hãy sắp xếp theo chiều tăng dần tính oxi hoá của các ion Li+, Fe2+, Ag+ và chiều tăng dần tính khử của các kim loại tương ứng.
Lời giải:
Ta có: nên:
- Chiều tăng dần tính oxi hoá: Li+, Fe2+, Ag+.
- Chiều tăng dần tính khử: Ag, Fe, Li.
Thảo luận 6: Cho Al và Ag vào dung dịch HCl 1 M. Dựa vào Bảng 12.1, dự đoán phản ứng nào có thể xảy ra. Viết phương trình hoá học của phản ứng (nếu có).
Lời giải:
Phản ứng có thể xảy ra là phản ứng cho Al vào dung dịch HCl 1 M. Phương trình hoá học: 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑
Thảo luận 7: Dựa vào Bảng 12.1, xác định cathode và anode trong pin điện hoá Zn-Pb gồm điện cực chuẩn Zn2+/Zn và điện cực chuẩn Pb2+/Pb. Tính sức điện động chuẩn của pin.
Lời giải:
4. Một số loại pin khác
Thảo luận 8: Hãy nêu một số ứng dụng của pin mặt trời trong đời sống.
Lời giải:
Một số ứng dụng của pin mặt trời trong đời sống:
+ Trạm xe bus chiếu sáng tự động bằng pin mặt trời.
+ Ứng dụng pin mặt trời cho phương tiện giao thông.
+ Ứng dụng pin mặt trời cho trụ đèn đường, đèn giao thông.
+ Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời …
Thảo luận 9: Hãy nêu một số thiết bị sử dụng acquy mà em biết.
Lời giải:
- Một số thiết bị sử dụng acquy mà em biết: xe máy, ô tô, đèn thắp sáng,…
Thảo luận 10: Tìm hiểu và nêu ưu, nhược điểm của pin nhiên liệu, pin mặt trời và acquy.
Lời giải:
Vận dụng: Lắp ráp thêm một số pin đơn giản từ các nguyên liệu khác và đo sức điện động của pin.
Lời giải:
Ví dụ: Lắp pin chuối
Chuẩn bị:
Hoá chất: các thanh kim loại: kẽm, đồng; quả chuối…
Dụng cụ: dây điện có sẵn kẹp cá sấu hai đầu, vôn kế.
Tiến hành:
- Cắm hai thanh kim loại vào quả chuối.
- Nối cực âm của vôn kế với thanh kẽm và cực dương của vôn kế với thanh đồng.
Chú ý: Không để hai thanh kim loại tiếp xúc với nhau.
Đo sức điện động của pin.
Bài tập
Bài tập 1: Cho các kim loại: K, Mg, Al, Ag. Hãy viết các cặp oxi hoá – khử tạo bởi các kim loại đó và dựa vào bảng giá trị thế điện cực chuẩn, sắp xếp theo thứ tự giảm dần tính oxi hoá của các ion kim loại tương ứng.
Lời giải:
- Các cặp oxi hoá – khử tạo bởi các kim loại đó là: K+/K, Mg2+/Mg, Al3+/Al, Ag+/Ag.
- Thứ tự giảm dần tính oxi hoá là: Ag+, Al3+, Mg2+, K+.
Bài tập 2: Xác định chiều của các phản ứng hoá học xảy ra giữa các cặp oxi hoá – khử: Cu2+/Cu, Zn2+/Zn và Ag+/Ag ở điều kiện chuẩn. Giải thích và viết phương trình hoá học.
Lời giải:
Chiều của phản ứng hóa học xảy ra giữa các cặp oxi hóa – khử: Kim loại của cặp oxi hoá - khử có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn có thể khử được cation kim loại của cặp oxi hoá - khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn ở điều kiện chuẩn.
Ta có:
Các phương trình hoá học có thể xảy ra là:
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu;
Zn + 2Ag+ → Zn2+ + 2Ag;
Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag;
Bài tập 3: Trong pin điện hoá, quá trình khử
A. xảy ra ở cực âm.
B. xảy ra ở cực dương.
C. xảy ra ở cực âm và cực dương.
D. không xảy ra ở cả cực âm và cực dương.
Đáp án: B
- Trong pin điện hoá, quá trình khử xảy ra ở cathode (điện cực dương).
Bài tập 4: Khi pin Galvani Zn-Cu hoạt động thì nồng độ
A. Cu2+ giảm, Zn2+ tăng.
B. Cu2+ giảm, Zn2+ giảm.
C. Cu2+ tăng, Zn2+ tăng.
D. Cu2+ tăng, Zn2+ giảm.
Đáp án: A
Bài tập 5: Cho một pin điện hoá được tạo bởi các cặp oxi hoá khử Fe2+/Fe, Ag+/Ag ở điều kiện chuẩn. Quá trình xảy ra ở cực âm khi pin hoạt động là
A. Fe → Fe2+ + 2e.
B. Fe2+ + 2e → Fe.
C. Ag+ + le → Ag.
D. Ag → Ag+ + le.
Đáp án: A
Phản ứng oxi hoá – khử diễn ra trong pin:
Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag
Trong pin điện hoá, cực âm là anode, xảy ra quá trình nhường electron.
Vậy, quá trình xảy ra ở cực âm khi pin hoạt động là: Fe → Fe2+ + 2e.
Bài tập 6: Dựa vào Bảng 12.1, tính sức điện động chuẩn của các pin điện hoá tạo bởi các cặp oxi hoá – khử sau: Fe2+/Fe và Cu2+/Cu; Sn2+/Sn và Ag+/Ag; Pb2+/Pb và Ag+/Ag.
Lời giải:
Sức điện động chuẩn của các pin điện hoá tạo bởi các cặp oxi hoá – khử là:
- Fe2+/Fe và Cu2+/Cu: 
- Sn2+/Sn và Ag+/Ag: 
- Pb2+/Pb và Ag+/Ag: 