Lý thuyết Thế điện cực và nguồn điện hóa học - Hóa 12 Chân trời sáng tạo

1. Cặp oxi hóa – khử của kim loại

- Xét một quá trình có ion kim loại Mⁿ⁺ đóng vai trò là chất oxi hóa và một quá trình kim loại M đóng vai trò là chất khử như sau:

Mⁿ⁺ + ne \( \to \) M

M \( \to \)Mⁿ⁺ + ne

- Trong trường hợp trên, chất oxi hóa (dạng oxi hóa) Mn+ và chất khử (dạng khử). M thuộc cùng một nguyên tố kim loại. Quá trình trên được viết gọn như sau:

      Mⁿ⁺     +    ne   \( \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} \)   M

Dạng oxi hóa                Dạng khử

- Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa – khử của kim loại đó.

2. Thế điện cực chuẩn của kim loại và pin galvani

- Pin Galvanin Zn – Cu gồm điện cực kẽm và điện cực đồng. Hai điện cực được nối với nhau bằng cầu muối. Khi pin hoạt động, ở điện cực âm (anode) xảy ra quá trình oxi hóa Zn và ở điện cực dương (cathode) xảy ra quá trình khử ion Cu²⁺.

- Thế điện cực chuẩn Eo của kim loại có thể xác định bằng cách đo sức điện động của pin tạo bởi điện cực hydrogen chuẩn và điện cực chuẩn của kim loại cần đo.

3. Ý nghĩa của dãy thế điện cực chuẩn kim loại

- Khi biết giá trị thế điện cực chuẩn của các cặp oxi hóa – khử, có thể so sánh được khả năng khử giữa các dạng khử và khả năng oxi hóa giữa các dạng oxi hóa ở điều kiện chuẩn.

- Kim loại trong cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn âm có thể khử được ion hydrogen (H⁺) trong dung dịch acid ở điều kiện chuẩn

- Sức điện động chuẩn của pin điện hóa: \(E_{pin}^o = E_ + ^o - E_ - ^o\)

4. Một số loại pin khác

- Pin nhiên liệu: hoạt động dựa trên phản ứng oxi hóa – khử giữa nhiên liệu và chất oxi hóa. Pin nhiên liệu phổ biến hiện nay là pin hydrogen. Ưu điểm của pin nhiên liệu là nhiên liệu được bổ sung liên tục nên thời gian hoạt động của pin không bị hạn chế. Nhược điểm của pin nhiên liệu là công nghiệp chưa được phổ biến và giá thành cao.

- Pin mặt trời bao gồm nhiều tế bào quang điện làm biến đổi năng lượng ánh sáng thành ănng lượng điện. Ưu điểm tạo được nguồn năng lượng xanh, thân thiện với môi trường, chi phí không quá cao, sử dụng lâu dài tuy nhiên, pin mặt trời cần được lắp đặt trên không gian rộng để pin tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Loại pin này khó di chuyển

- Acquy đơn giản là acquy chì, gồm bản cực dương bằng PbO₂, bản cực âm bằng Pb, cả hai điện cực được đặt vào dung dịch H₂SO₄ loãng.

SƠ ĐỒ TƯ DUY