Tài liệu Các chuyên đề chuyên sâu môn hóa học dành cho bồi dưỡng hsg chuyên hóa

BTC TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XI ---------*--------- KỶ YẾU CHUYÊN ĐỀ MÔN HOÁ Lạng Sơn, tháng 7 năm 2015 MỤC LỤC CÁC NỘI DUNG 1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐIỆN HOÁ HỌC VÀ BÀI TẬP DÙNG CHO BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI- THPT Chuyên Hùng Vương - Phú Thọ PHẦN A: MỞ ĐẦU PHẦN B: NỘI DUNG Chương I: Ôn tập và bổ sung một số kiến thức về điện hóa học Chương II: Hệ thống bài tập trắc nghiệm Chương III :Hệ thống bài tập tự luận Chương IV : Một số bài tập điện hóa trong các đề thi học sinh giỏi khu vực và quốc gia PHẦN C: KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT 2. ĐIỆN HÓA HỌC VÀ CÁC DẠNG BÀI TẬP BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI - THPT Chuyên Chu Văn An – Lạng Sơn PHẦN A: MỞ ĐẦU PHẦN B: NỘI DUNG I/ Pin điện hóa II/ Điện phân III/ Bài tập ấp dụng KẾT LUẬN 3. VÀI NÉT VỀ ĐIỆN HÓA TRONG HỌC SINH GIỎI - THPT Chuyên Sơn La PHẦN I: MỞ ĐẦU PHẦN II: NỘI DUNG II.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN II.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG OXH – KHỬ II.3: HỆ THỐNG CÂU HỎI, BÀI TẬP PHẦN III: KẾT LUẬN 4. PIN ĐIỆN HÓA - THPT Chuyên Lào Cai LỜI MỞ ĐẦU Phần A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÓM TẮT Phần B: BÀI TẬP VẬN DỤNG Phần C: MỘT SỐ KIẾN THỨC THỰC TIỄN VỀ PIN ĐIỆN HÓA KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5. ĐIỆN HÓA HỌC - THPT Chuyên Tuyên Quang PHẦN I: MỞ ĐẦU PHẦN II: NỘI DUNG Chương 1. PHẢN ỨNG OXI HÓA- KHỬ Chương 2. PIN ĐIỆN Chương 3. SỰ ĐIỆN PHÂN PHẦN III. KẾT LUẬN 6. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA HỢP CHẤT DỊ VÒNG - THPT Chuyên Chu Văn An – Lạng Sơn PHẦN I: MỞ ĐẦU PHẦN II: NỘI DUNG Phần 1. Hệ thống hóa lí thuyết cơ bản của Hợp chất dị vòng Phần 2. Một số bài luyện tập về Hợp chất dị vòng PHẦN III. KẾT LUẬN PHỤ LỤC – Tổng hợp nhận xét ngắn gọn từ kết quả chấm của chuyên đề khoa học trại hè hùng vương 2 Trang 2 2 5 5 14 50 80 99 102 102 102 102 108 111 136 137 137 138 139 142 144 187 188 188 189 195 228 237 239 239 240 240 243 262 269 270 270 271 271 274 308 311 TRƯỜNG THPT CHUYÊN HÙNG VƯƠNG - PHÚ THỌ CHUYÊN ĐỀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐIỆN HOÁ HỌC VÀ BÀI TẬP DÙNG CHO BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI PHẦN A: MỞ ĐẦU I. Lí do chọn đề tài Đầu thế kỉ XXI, nền giáo dục của thế giới có những bước tiến lớn với nhiều thành tựu về mọi mặt. Hầu hết các quốc gia nhận thức sự cần thiết và cấp bách phải đầu tư cho giáo dục. Luật Giáo dục 2005 của nước ta đã khẳng định: “Phát triển giáo dục là quốc sách hàng đầu nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài”. Như vậy, vấn đề bồi dưỡng nhân tài nói chung, đào tạo học sinh giỏi, học sinh chuyên nói riêng đang được nhà nước ta đầu tư hướng đến. Trong hội nghị toàn quốc các trường THPT chuyên, Phó Thủ tướng, nguyên Bộ trưởng Bộ GD&ĐT Nguyễn Thiện Nhân nhấn mạnh: “Hội nghị được tổ chức nhằm tổng kết kết quả đạt được, những hạn chế, bất cập, đồng thời đề ra mục tiêu, giải pháp nhằm xây dựng, phát triển các trường THPT chuyên thành hệ thống các trường THPT chuyên chất lượng cao làm nhiệm vụ phát hiện, bồi dưỡng tài năng trẻ, đáp ứng yêu cầu phát triển đất nước trong thời kỳ đổi mới và hội nhập”. Hệ thống các trường THPT chuyên đã đóng góp quan trọng trong việc phát hiện, bồi dưỡng học sinh năng khiếu, tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho đất nước, đào tạo đội ngũ học sinh có kiến thức, có năng lực tự học, tự nghiên cứu, đạt nhiều thành tích cao góp phần quan trọng nâng cao chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thông. Tuy nhiên một trong những hạn chế, khó khăn của hệ thống các trường THPT chuyên trong toàn quốc đang gặp phải đó là chương trình, sách giáo khoa, tài liệu cho môn chuyên còn thiếu, chưa cập nhật và liên kết giữa các trường. Bộ Giáo Dục và Đào tạo chưa xây dựng được chương trình chính thức cho học sinh chuyên nên để dạy cho học sinh, giáo viên phải tự tìm tài liệu, chọn giáo trình phù hợp, phải tự xoay sở để biên soạn, cập nhật giáo trình. Bộ môn Hóa học là một trong các bộ môn khoa học cơ bản, rất quan trọng. Mỗi mảng kiến thức đều vô cùng rộng lớn. Đặc biệt là những kiến thức giành cho học sinh chuyên hóa, học sinh giỏi cấp khu vực, cấp Quốc Gia, Quốc tế. Trong đó điện hoá học là một trong các nội dung rất quan trọng. Phần này thường có trong các đề thi học sinh giỏi lớp 10, 11 khu vực; Olympic trại hè Hùng Vương hoặc gắn với các kiến thức phần kim loại trong các đề thi học sinh giỏi Quốc Gia, Quốc Tế. Tuy nhiên, trong thực tế giảng dạy ở các trường phổ thông nói chung và ở các trường chuyên nói riêng, việc dạy và học phần kiến thức về điện hoá gặp một số khó khăn: - Đã có tài liệu giáo khoa dành riêng cho học sinh chuyên hóa, nhưng nội dung kiến thức lí thuyết về điện hoá còn sơ sài chưa đủ để trang bị cho học sinh, chưa đáp ứng được yêu cầu của các kì thi học sinh giỏi các cấp. - Tài liệu tham khảo về mặt lí thuyết thường được sử dụng là các tài liệu ở bậc đại học, cao đẳng đã được biên soạn, xuất bản từ lâu. Khi áp dụng những tài liệu này cho học sinh phổ thông gặp rất nhiều khó khăn. Giáo viên và học sinh thường không đủ thời gian nghiên cứu do đó khó xác định được nội dung chính cần tập trung là vấn đề gì. - Trong các tài liệu giáo khoa chuyên hóa lượng bài tập rất ít, nếu chỉ làm các bài trong đó thì HS không đủ “lực” để thi vì đề thi khu vực, HSGQG, Quốc Tế hằng năm thường cho rộng và sâu hơn nhiều. Nhiều đề thi vượt quá chương trình. 3 - Tài liệu tham khảo phần bài tập vận dụng các kiến thức lí thuyết về điện hoá cũng rất ít, chưa có sách bài tập dành riêng cho học sinh chuyên hóa về các nội dung này. Để khắc phục điều này, tự thân mỗi GV dạy trường chuyên phải tự vận động, mất rất nhiều thời gian và công sức bằng cách cập nhật thông tin từ mạng internet, trao đổi với đồng nghiệp, tự nghiên cứu tài liệu…Từ đó, GV phải tự biên soạn nội dung chương trình dạy và xây dựng hệ thống bài tập để phục vụ cho công việc giảng dạy của mình. Xuất phát từ thực tiễn đó, là giáo viên trường chuyên, chúng tôi rất mong có được một nguồn tài liệu có giá trị và phù hợp để giáo viên giảng dạy - bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và cũng để cho học sinh có được tài liệu học tập, tham khảo. Trong năm học này chúng tôi tập trung biên soạn chuyên đề : ĐIỆN HOÁ và một số dạng bài tập hay gặp trong các đề thi học sinh giỏi khu vực và quốc gia. Trong thời gian tới nhờ sự quan tâm đầu tư của nhà nước, của Bộ Giáo Dục cùng với sự nỗ lực của từng giáo viên dạy chuyên, sự giao lưu học hỏi, chia sẻ kinh nghiệm của các trường chuyên trong khu vực và cả nước chúng tôi hi vọng sẽ có 1 bộ tài liệu phù hợp, đầy đủ giành cho giáo viên và học sinh chuyên. II. Mục đích nghiên cứu Đúc rút và tổng kết kinh nghiệm trong rất nhiều năm giảng dạy đội tuyển hoá học quốc gia để từ đó hoàn thành chuyên đề ‘MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐIỆN HOÁ VÀ BÀI TẬP DÙNG CHO BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN HOÁ HỌC ‘ để làm tài liệu phục vụ cho giáo viên trường chuyên giảng dạy, ôn luyện, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và làm tài liệu học tập cho học sinh chuyên hoá. Ngoài ra còn là tài liệu tham khảo cho giáo viên môn hóa học và học sinh yêu thích môn hóa học nói chung. III. Nhiệm vụ 1- Nghiên cứu chương trình hóa học phổ thông nâng cao và chuyên hóa học, phân tích các đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, khu vực, cấp quốc gia, quốc tế và đi sâu về nội dung liên quan đến vấn đề điện hoá . 2- Sưu tầm, lựa chọn trong tài liệu giáo khoa, sách bài tập cho sinh viên, trong các tài liệu tham khảo. Các đề thi học sinh giỏi các cấp có nội dung liên quan; phân loại, xây dựng các bài tập lí thuyết và tính toán các bài tập cả trắc nghiệm và tự luận. 3- Đề xuất phương pháp xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập dùng cho việc giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp ở trường THPT chuyên IV. Giả thuyết khoa học Nếu giáo viên giúp học sinh nắm vững vấn đề lí thuyết và xây dựng được hệ thống bài tập chất lượng, đa dạng, phong phú đồng thời có phương pháp sử dụng chúng một cách thích hợp thì sẽ nâng cao được hiệu quả quá trình dạy- học và bồi dưỡng học sinh giỏi, chuyên hóa học. V. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thực tiễn dạy học và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học ở trường THPT chuyên - Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp dạy học hóa học, các tài liệu về bồi dưỡng học sinh giỏi, các đề thi học sinh giỏi, . . . - Thu thập tài liệu và truy cập thông tin trên internet có liên quan đến đề tài. - Đọc, nghiên cứu và xử lý các tài liệu. VI. Điểm mới của chuyên đề - Chuyên đề đã xây dựng được hệ thống hệ thống lí thuyết cơ bản có mở rộng và nâng cao một cách hợp lí và hệ thống bài tập gồm 168 bài có phân loại rõ ràng các dạng câu hỏi lí thuyết, các dạng bài tập về điện hoá học để làm tài liệu phục vụ cho học sinh và giáo viên trường chuyên học tập. giảng dạy, ôn luyện, bồi dưỡng trong các kì thi học sinh giỏi các cấp và làm tài liệu học tập cho học sinh 4 đặc biệt cho học sinh chuyên về điện hoá. Ngoài ra còn là tài liệu tham khảo mở rộng và nâng cao cho giáo viên môn hóa học và học sinh yêu thích môn hóa học nói chung. - Đề xuất phương pháp xây dựng và sử dụng có hiệu quả hệ thống bài tập hóa học NỘI DUNG Chương I: Ôn tập và bổ sung một số kiến thức về điện hoá Chương II: Hệ thống bài tập trắc nghiệm gồm 90 bài - hướng dẫn giải Chương III: Hệ thống bài tập tự luận gồm 59 bài - hướng dẫn giải Chương IV: Các bài tập chọn lọc trong các đề thi học sinh giỏi hoá học khu vực và quốc gia gồm 19 bài và hướng dẫn giải chi tiết. 5 PHẦN B : NỘI DUNG CHƯƠNG 1: ÔN TẬP VÀ BỔ SUNG MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐIỆN HOÁ HỌC I. Điện cực và thế điện cực. 1. Điện cực. Điện cực là một vật đẫn điện được thường được đặt tiếp xúc với môi trường phi kim (chẳng hạn dung dịch chất điện giải) của mạch điên và trên bề mặt của nó xẩy ra quá trình oxi hoá hoặc quá trình khử. Chẳng hạn, điện cực Cu,CuSO4 là tấm kim loại đồng nhúng trong dung dịch CuSO4, trên bề mặt của nó xảy ra quá trình khử ion Cu2+ hoặc oxi hoá đồng kim loại. Vật liệu dùng làm điện cực có thể tham gia hoặc không tham gia vào phản ứng điện hoá. Điện cực trơ là loại điện cực mà vật liệu điện cực không có vai trò hoá học trong các phản ứng xẩy ra trên điện cực. Điện cực làm bằng kim loại quý, điện cực than chì là những ví dụ về điện cực trơ. Trong các phản ứng oxi hoá – khử thông thường, chất khử trực tiếp nhường electron cho chất oxi hoá. Còn trong phản ứng điện hoá học, sự khử và sự oxi hoá xảy ra trên các điện cực khác nhau. Vì thế, người ta phân biệt điện cực ở đó xảy ra sự khử với điện cực ở đó xảy ra sự oxi hoá và đặt tên là catot và anot: ∗ Catot là điện cực mà tại đó xảy ra sự khử, tức là xảy ra quá trình nhận electron. ∗ Anot là điện cực mà tại đó xảy ra sự oxi hoá, tức là xảy ra quá trình nhường electron. 1.1. Anot và catot trong quá trình điện phân Khi điện phân dung dịch HCl (hình bên), các điện cực được nối với hai cực của nguồn điện (acquy). Điện cực nối với cực âm sẽ tích điện âm. Điện cực kia nối với cực dương của nguồn sẽ tích điện dương. Điện trường do hai điện cực tạo ra trong dung dịch làm cho các ion âm Cl− đi về điện cực dương. Tại đây, hai ion Cl− nhường 2 electron để tạo ra 1 phân tử khí Cl2: 2Cl−(dd) − 2e− → Cl2(k) Như vậy, khi điện phân, cực dương là nơi xảy ra sự oxi hoá ion Cl−. Theo định nghĩa nói ở trên, cực dương là anot. Theo chiều ngược lại, các ion dương H+ đi về điện cực âm. Tại đây, hai ion H+ sẽ nhận 2 electron để trở thành phân tử H2: 2H+(dd) + 2e− → H2 (k) Điện cực âm là nơi xảy ra sự khử ion H+. Theo định nghĩa nói ở trên, cực âm là catot. Phản ứng hoá học xảy ra trong toàn bộ hệ : Dòng diên 2HCl ⎯⎯⎯⎯ (1) → H2 + Cl2 Clo là một phi kim điển hình, phản ứng mãnh liệt với hiđro. Phản ứng (1) tức là sự phân li HCl thành hiđro không thể tự diễn biến, nhưng đã xảy ra một cách cưỡng bức nhờ năng lượng của dòng điện. 1.2. Anot và catot trong pin điện hoá Xét một pin điện hoá được tạo ra bằng cách nối điện cực Zn nhúng trong dung dịch ZnSO4 với điện cực Cu nhúng trong dung dịch CuSO4. Cầu muối chứa dung dịch chất điện li đóng vai trò như một dây dẫn, làm cho mạch kín để dòng điện có thể lưu thông. Tại điện cực Zn, một kim loại hoạt động mạnh hơn Cu, nguyên tử Zn nhường electron để trở thành ion Zn2+ đi vào dung dịch. Những electron này theo dây dẫn đi sang điện cực đồng,, nơi mà các electron này được ion Cu2+ trong dung dịch CuSO4 thu nhận để trở thành nguyên tử Cu bám vào điện cực Cu. Sự chuyển electron này làm phát sinh dòng điện. Vì vậy, ta gọi đây là một pin điện hoá, hay nguyên tố Ganvani. 6 Khi các nguyên tố Ganvani đầu tiên được phát hiện, người ta chưa tìm ra electron và đinh ninh rằng dòng điện là dòng chuyển dời của các điện tích dương, vì thế chiều dòng điện được quy ước là chiều chuyển động của các điện tích dương, tức là ngược với chiều chuyển động của dòng electron mà ngày nay chúng ta đã biết. Người ta cũng quy ước rằng dòng điện đi từ cực dương sang cực âm trong pin điện hoá. Như vậy điện cực đồng là cực dương còn điện cực kẽm là cực âm. Trong pin điện hoá này,tại cực âm (Zn) xảy ra sự oxi hoá kẽm: Zn (r) − 2e− → Zn2+(dd) Tại cực dương xảy ra sự khử ion Cu2+: Cu2+(dd) + 2e− → Cu(r) Toàn bộ phản ứng xảy ra trong pin: Zn(r) + Cu2+(dd) → Zn2+ (dd) + Cu(r) (2) Phản ứng (2) có thể tự diễn biến, vì Zn đứng trước Cu trong dãy hoạt động hoá học của các kim loại. Áp dụng định nghĩa đã nêu về catot và anot thì trong pin điện hoá Zn-Cu - Tại điện cực âm (Zn) xảy ra sự oxi hoá Zn thành Zn2+ nên cực âm là anot. - Tại điện cực dương (Cu) xảy ra sự khử Cu2+ thành Cu nên cực dương là catot. Như vậy dấu của catot và anot trong pin và trong hệ điện phân là ngược nhau. Sự chuyển hoá năng lượng trong pin và trong sự điện phân cũng ngược nhau. Trong pin điện, một phản ứng hoá học tự diễn ra và năng lượng của phản ứng này chuyển thành điện năng. Còn trong điện phân, năng lượng của dòng điện đã gây ra sự tiến hành cưỡng bức một phản ứng hoá học không có khả năng tự diễn biến. 2. Thế điện cực và sức điện động của pin điện Trở lại ví dụ về pin điện hoá Zn-Cu. Sự xuất hiện dòng điện đi từ cực đồng sang cực kẽm chứng tỏ rằng giữa hai điện cực có sự chênh lệch điện thế, tức là trên mỗi điện cực đã xuất hiện một thế điện cực. Hiệu của thế điện cực dương (E+) và thế điện cực âm (E-) chính là động lực gây ra sự chuyển động của điện tích trong mạch vì thế được gọi là sức điện động (Epin), viết tắt là SĐĐ: Epin = E+ - E(3) 3. Sức điện động chuẩn và thế điện cực chuẩn 3.1. Thế điện cực chuẩn. SĐĐ của pin điện, có thể đo được bằng thực nghiệm (chẳng hạn nhờ một von kế có điện trở rất lớn). Nó phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất điện hoá của các kim loại dùng làm điện cực và nồng độ của các ion trong dung dịch tiếp xúc với các điện cực. Để có thể so sánh tính chất điện hoá của các kim loại, người ta đo SĐĐ trong trường hợp nồng độ các ion trong các dung dịch bằng 1 M và áp suất rieng phần của các chất khí có tham gia vào phản ứng điện cực bằng 1 atm. SĐĐ đo được trong điều kiện như vậy gọi là SĐĐ chuẩn (E0pin). còn thế điện cực của các điện cực trong các điều kiện ấy gọi là thế điện cực chuẩn (E+0, E-0). Phương trình (3) khi ấy có dạng: E0pin = E+0 - E-0 (4) Cần chú ý rằng khái niệm thế điện cực chuẩn chỉ gắn với điều kiện nồng độ các ion trong các dung dịch bằng 1 M và áp suất rieng phần của các chất khí có tham gia vào phản ứng điện cực bằng 1 atm. Thế điện cực chuẩn phụ thuộc vào nhiệt độ. Chỉ có thế điện cực chuẩn của điện cực hiđro được quy ước bằng không ở mọi nhiệt độ. 3.2. Điện cực hidro chuẩn Khi đo SĐĐ chuẩn (E0pin), người ta chỉ xác định được hiệu các thế điện cực chuẩn của cực dương và cực âm, nhưng không xác định được giá trị riêng rẽ của các thế điện cực chuẩn. Vì thế người ta đưa ra khái niệm 7 điện cực hidro chuẩn và quy ước rằng thế điện cực của điện cực này bằng 0,000 V ở mọi nhiệt độ. Điện cực hidro chuẩn được tạo ra bằng cách sục khí hydro ở áp suất 1 atm vào một tấm kim loại Platin phủ muội Platin nhúng trong dung dịch H+ có nồng độ 1 M (hình 2). Hình 2 Bán phản ứng xảy ra trên điện cực hidro: 2H+ + 2e− → H2 3.3. Tính thế điện cực chuẩn dựa vào đo SĐĐ chuẩn (E0pin) và quy ước về thế điện cực của điện cực hidro chuẩn (E0(hidro) = 0) Nếu ta thiết lập một pin điện hoá bao gồm điện cực nghiên cứu chuẩn (đóng vai trò cực dương) và điện cực hidro chuẩn (hình 3) thì: E0pin = E0+ − E0(hidro) = E0+ − 0,000 = E0+ > 0 (5) Khi điện cực hidro chuẩn đóng vai trò cực dương: E0pin = E0(hidro) - E0- = 0,000 - E0- = - E0- > 0 → E0- < 0 (6) Như vậy thế điện cực chuẩn của một điện cực ở bất kì nhiệt độ nào đều có trị tuyệt đối bằng SĐĐ chuẩn (E0pin)pin điện hoá bao gồm điện cực nghiên cứu chuẩn và điện cực hidro chuẩn. Khi điện cực nghiên cứu đóng vai trò cực dương, thế điện cực chuẩn của nó (E0) có dấu dương. Khi điện cực nghiên cứu đóng vai trò cực âm, thế điện cực chuẩn của nó (E0) có dấu âm. Bằng cách nói trên người ta xác định được thế điện cực chuẩn của các điện cực tạo thành từ một kim loại nhúng trong dung dịch muối của nó. Bán phản ứng trên các điện cực này có thể viết ở dạng chung: Mn+ + ne → M (7) Trong đó ne là số electron, M kí hiệu kim loại. Vì phương trình (7) biểu diễn quá trình quá trình khử ion kim loại, nên các giá trị thế điện cực chuẩn đo được (hoặc tính được) được gọi là thế khử chuẩn và kí hiệu là EM0 n+ / M , chẳng hạn E0Zn2+ /Zn hay E0Cu 2+ /Cu ... Bảng 1 cung cấp các giá trị thế khử chuẩn ở 25oC của một số nguyên tố thường gặp BẢNG 1: Thế điện cực chuẩn ở 25oC của một số nguyên tố thường gặp Nguyên tố Bán phản ứng Thế điện cực chuẩn E0, Von Li Li+ + 1e− → Li −3,045 + − K K + 1e → K −2,925 8 Ca Ca2+ + 2e− → Ca −2,87 + − Na Na + 1e → Na −2,714 2+ − Mg Mg + 2e → Mg −2,37 3+ − Al Al + 3e → Al −1,66 2+ − Zn Zn + 2e → Zn −0,763 3+ − Cr Cr + 3e → Cr −0,74 2+ − Fe Fe + 2e → Fe −0,44 2+ Cd Cd + 2e− → Cd −0,403 2+ − Ni Ni + 2e → Ni −0,25 2+ − Sn Sn + 2e → Sn −0,14 2+ Pb Pb + 2e− → Pb −0,126 + − H2 2H + 2e → H2 −0,000 2+ − Cu +0,337 Cu + 2e → Cu I2 +0,535 I2 + 2e− → 2I− 2+ − Hg +0,789 Hg + 2e → Hg + − Ag +0,799 Ag + e → Ag Br2 +1,08 Br2 + 2e− → 2Br− − − Cl2 +1,360 Cl2 + 2e → 2Cl 3+ − Au +1,50 Au + 3e → Au F2 +2,87 F2 + 2e− → 2F− Dựa vào bảng số liệu trên ta thấy: -Thế điện cực càng âm thì kim loại có tính khử càng mạnh và ion của nó có tính oxi hoá càng yếu. -Thế điện cực càng dương thì kim loại có tính khử càng yếu và ion của nó có tính khử càng mạnh. Với phi kim, thể điện cực càng dương, tính oxi hoá của nó càng mạnh và tính khử ion của nó càng yếu. Người ta có thể xếp kim loại thành một dãy theo thứ tự tăng dần thế khử chuẩn. Chú thích: Thế oxi hoá chuẩn là giá trị ngược dấu của thế khử chuẩn. Chẳng hạn thế oxi hoá chuẩn của điện cực kẽm, kí hiệu là E0Zn/Zn 2+ sẽ là +0,763 và tương ứng với bán phản ứng: Zn(r) − 2e− → Zn2+(dd) Theo đề nghị của IUPAC, các bảng số liệu thường cung cấp giá trị thế khử chuẩn. Trong khi ở Mĩ và Canada, người ta hay dùng thế oxi hoá chuẩn. Thế khử chuẩn là đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhưng người ta quy ước rằng thế điện cực hidro chuẩn luôn bằng 0,000 V ở mọi nhiệt độ, để việc đo thế điện cực bằng cách so sánh với điện cực hidro được thuận tiện. Trong các tài liệu người ta cũng thường sử dụng thuật ngữ thế của pin điện với nghĩa của SĐĐ. Trong ví dụ về pin Zn-Cu chúng ta đã thấy rằng nếu phản ứng oxi hoá khử Zn(r) + Cu2+(dd) → Zn2+ (dd) + Cu(r) được bố trí sao cho sự khử và sự oxi hoá xảy ra riêng biệt trên các điện cực khác nhau làm cho sự trao đổi electron phải thực hiện gián tiếp qua dây dẫn thì sẽ hình thành một pin điện hoá. Sử dụng quy ước về thế điện cực hidro chuẩn có thể xác định được thế khử chuẩn của các cặp oxi hoá - khử nói trên. Về nguyên tắc, bất kì phản ứng oxi hoá khử nào cũng có thể được bố trí như vậy. Vì thế, tương tự như với các cặp oxi hoá – khử Cu2+/Cu, Zn2+/Zn, người ta cũng xác định được thế khử chuẩn của các cặp oxi hoá – khử bất kì. Giá trị thế khử chuẩn của một số cặp oxi hoá – khử liên quan đến nhiều phản ứng vô cơ quan trọng được cho dưới đây: 9 MnO4− + 8H+ + 5e− → Mn2+ + 4H2O MnO4− + 4H+ + 3e− → MnO2(r) + 2H2O MnO4− + 2H2O + 3e− → MnO2(r ) + 4OH− Cr2O72− + 14H+ + 6e− → 2Cr3+ + 7H2O CrO4− + 4H2O + 3e− → Cr(OH)4− + 4OH− NO3− + 4H+ + 3e− → NO + 2H2O S2O82− + 2e− → 2SO42− 2SO42− + 4H+ + 2e− → S2O62− + 2H2O SO42− + H2O + 2e− → SO32− + 2OH− SO42− + 4H+ + 2e− → H2SO3 + H2O 2SO32− + 2H2O + 2e− → S2O42− + 4OH− 2SO32− + 3H2O + 4e− → S2O32− + 6OH− O2(k) + 4H+ + 4e− → 2H2O O2(k) + 2H2O + 4e− → 4OH− O3(k) + 2H+ + 2e− → O2(k) + H2O 2H2O + 2e− → H2 + 2OH− Fe3+ + e→ Fe2Chú thích: các giá trị ở trên là thế khử chuẩn ở 25oC. Chẳng hạn E0 = +1,507 V E0 = +1,70 V E0 = +0,60 V E0 = +1,33 V E0 = −0,13 V E0 = +0,96 V E0 = +1,96 V E0 = −0,25 V E0 = −0,936 V E0 = +0,172 V E0 = −1,13 V E0 = −0,576 V E0 = +1,229 V E0 = +0,401 V E0 = +2,07 V E0 = −0,828 V E0 = +0,77 V 0 = +1,507 V liên quan EMnO − / Mn2+ 4 2+ − đến bán phản ứng khử MnO4 trong môi trường axit thành Mn trong điều kiện [MnO4−]=1M và [Mn2+] = 1M. Mặc dù các giá trị ở trên là thế khử chuẩn, trong các tài liệu người ta vẫn hay dùng thuật ngữ thế oxi hoá – khử chuẩn để chỉ các giá trị này. 0 Khi cung cấp giá trị thế oxi hoá chuẩn người ta sẽ kí hiệu là: EMn = - 1,507 V. 2+ / MnO− 4 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến thế điện cực. 4.1. Ảnh hưởng của nồng độ, phương trình Nernst. Mối quan hệ giữa thế điện cực với nồng độ dạng oxi hoá và dạng khử được biểu diễn bằng phương trình Nernst: RT E = E0 (8) ln Q nF Ở 25oC, phương trình trở thành: 0, 059 E = E0 .lgQ (9) n với E là thế của điện cực tại điều kiện nồng độ bất kì, E0 là thế điện cực tại điều kiện tiêu chuẩn, R là hằng số khí, R = 8,31 J.mol−1.K−1, T là nhiệt độ Kenvin, n là số electron trao đổi trong bán phản ứng, Q, thường gọi là tỉ số phản ứng, là biểu thức có dạng giống như hằng số cân bằng nhưng các nồng độ có mặt trong biểu thức không phải là nồng độ khi hệ đạt đến cân bằng. Chẳng hạn có thể áp dụng phương tình Nernst để tính thế điện cực của điện cực kẽm khi nồng độ ion kẽm trong dung dịch bằng 0,01 M: 1 0, 059 lg =- 0,704 V E Zn2+ / Zn = E0Zn2+ / Zn [Zn 2+ ] 2 10 Chú ý rằng tỉ số phản ứng [Zn]/[Zn2+] =1/ [Zn2+] vì kẽm kim loại ở trạng thái rắn, nên theo quy ước về trạng thái chuẩn [Zn] = 1. Khi trong bán phản ứng biểu diễn quá trình khử dạng oxi hoá có mặt ion H+hoặc OH- thì trong phương trình Nernst cũng có mặt nồng độ H+ hoặc OH-. Chẳng hạn phản ứng khử ion MnO4− trong môi trường axit: MnO4− (dd) + 5e− + 8H+(dd) → Mn2+(dd) + 4H2O(l) EMnO− /Mn2+ = E0MnO− /Mn2+ 4 4 0, 059 [Mn 2+ ] lg 5 [MnO−4 ].[H + ]8 Khi [MnO4−] = 0,2M, [Mn2+] = 0,02 M và [H+] = 0,1 M ta có: 0,02 0, 059 lg EMnO− /Mn2+ = E0MnO− /Mn2+ 4 4 0,2.(10-1 )8 5 Sự phụ thuộc của thế điện cực vào nồng độ tạo ra khả năng thiết lập những pin nồng độ có hai điện cực làm bằng cùng một kim loại nhưng nhúng vào hai dung dịch có nồng độ khác nhau (hình 4) Hình 4. Sơ đồ một pin nồng độ Chú thích: Thế khử chuẩn của hidro được quy ước bằng 0,000. Trong nước, [H+][OH-] = 10-14. Thế điện cực của hidro trong nước có thể tính từ phương trình Nernst : pH RT pH 2 . RT E2H+/H2 = E02H+/H2 (20) ln [OH - ]2 ln + 2 2 = 0 2F 10−14 2F [H ] Khi PH2 = 1 atm, T = 298,15 K, (20) trở thành: RT E2H+/H2 = - 0,828 (21) ln[OH - ]2 2F Giá trị - 0,828 V được xem như thế khử chuẩn của nước tương ứng với bán phản ứng: 2H2O(l) + 2e− → 2OH(aq)− + H2(k) E0 = −0,828 V (22) Tuy nhiên, khi điện phân, ngay khi thế của catot đạt được giá trị - 0,828 V cũng chưa xảy ra sự khử cation H+ ở catot. Do ảnh hưởng của quá thế (xem phần quá thế ở dưới), để quan sát được phản ứng khử cation H+, cần có thế catot âm hơn so với thế khử chuẩn của nước (−0,828 V) 4.2. Ảnh hưởng của áp suất. Áp suất chỉ ảnh hưởng đến thế điện cực khi có sự tham gia của chất khí vào phản ứng trên bề mặt điện cực. Ảnh hưởng đó phản ảnh trong phương trình Nernst. Chẳng hạn như sự phụ thuộc của thế điện cực hydro vào áp suất khí H2 trên bề mặt điện cực platin làm thay đổi thế của điện cực hidro: 2H+(dd) + 2e− → H2(k) 11 P 0, 059 lg H+2 2 2 2 2 [H ] 4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng đến thế điện cực E thông qua sự thay đổi thế điện cực chuẩn E0 theo nhiệt độ và sự có mặt thừa số T trong phương trình Nernst. 5. Sơ đồ của pin điện Người ta quy ước viết sơ đồ của một pin điện hoá như sau: - Điện cực dương được đặt bên phải, điện cực âm ở bên trái sơ đồ. - Giữa kim loại điện cực và dung dịch chất điện giải đặt một gạch đơn thẳng đứng. - Giữa dung dịch bao quanh cực dương và dung dịch bao quanh cực âm đặt một gạch đôi thẳng đứng. Theo quy ước ấy, sơ đồ của pin Zn-Cu được viết như sau: (-)Zn|ZnSO4||CuSO4|Cu(+) Hoặc đơn giản hơn: (-)Zn|Zn2+||Cu2+|Cu(+) II. Chiều tự diễn biến của một phản ứng oxi hoá khử 1. Liên hệ giữa ΔG và SĐĐ Cho phản ứng oxi hoá – khử: Znr + Cu2+dd → Zn2+dd + Cur (2) 2+ 2+ Giữa ΔG của phản ứng trên và SĐĐ (Epin) của pin điện (-)Zn|Zn ||Cu |Cu(+) có mối liên hệ: ΔG = -nFEpin (9) 0 0 và, ở điều kiện chuẩn ΔG = -nFE pin (10) Trong các công thức trên: ΔG, ΔG0 lần lượt là biến thiên thế đẳng áp và biến thiên thế đẳng áp chuẩn của phản ứng xảy ra trong pin điện, Epin, E0pin lần lượt là SĐĐ và SĐĐ chuẩn của pin điện, N là số electron trao đổi, F là số Faraday, F = 96500 C/mol (C là Coulomb, đọc là Cu-long). Trong nhiệt động lực học, người ta đã chứng tỏ rằng, một quá trình chỉ có thể tự diễn biến nếu ΔG < 0. Từ (10) rút ra rằng phản ứng oxi hoá – khử trong pin điện chỉ có thể tự diễn ra nếu: Epin = E+ - E- > 0 hay E+ > E(11) Khi phản ứng diễn ra trong điều kiện chuẩn (nồng độ các ion trong dung dịch = 1M, áp suất riêng phần của các khí tham gia vào phản ứng trên điện cực = 1atm) tiêu chuẩn (11) trở thành: E0pin = E+0 - E-0 > 0 hay E+0 > E-0 (12) Trở lại với phăn ứng (2), ở điều kiện chuẩn, ta có: E0pin = E+0 - E-0 = E 0Cu 2+ /Cu − E0Zn2+ /Zn = 1,100 V E H + /H = E0H+ /H - → ΔG0 = -nFE0pin = - 2.96500.1,100 = - 212300 J ΔG0 < 0 nên ở điều kiện chuẩn, phản ứng (2) có thể tự xảy ra. Điều đó phù hợp với kết luận quen biết: kẽm có thể đẩy được đồng ra khỏi dung dịch muối đồng. Kim loại có thế khử chuẩn càng nhỏ (càng âm) có tính khử càng mạnh. Ion của các kim loại có thế khử chuẩn càng lớn (càng dương) có tính oxi hoá càng mạnh. Một cách tổng quát cặp oxi hoá khử có thế chuẩn khử cao hơn có thể oxi hoá được chất khử có thế khử chuẩn thấp hơn. Hiệu giữa thế khử chuẩn của chất oxi hoá và thế khử chuẩn của chất khử cũng gọi là thế chuẩn của phản ứng oxi hoá khử. Nếu phản ứng oxi hoá khử diễn ra trong pin điện thì thế chuẩn của phản ứng chính là SĐĐ chuẩn của pin điện. 2. Liên hệ giữa SĐĐ chuẩn (E0pin) và hằng số cân bằng 12 RTlnK = - ΔG0 = nFE0pin nFE 0pin Rút ra: K = e RT Ở 25oC và chuyển sang logarit thập phân (13) trở thành: (13) nE 0pin K = 10 0,059 (14) III. Sự điện phân 1. Định luật Faraday Hai định luật của Faraday về điện phân có thể tóm tắt chung bằng một biểu thức: ⎛ Q ⎞⎛ M ⎞ (15) m = ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ F ⎠⎝ z ⎠ Trong đó: m là khối lượng chất bị điện phân được giải phóng trên điện cực (g), Q là điện lượng đi qua bình điện phân (C), F là hằng số Faraday, F = 96485 C/mol, M là khối lượng mol (g/mol) Z là điện tích ion bị điện phân Vì Q = It (16) Nên (15) có thể viết lại thành: ⎛ It ⎞ ⎛ M ⎞ (17) m = ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ F ⎠⎝ z ⎠ Trong đó I là cường độ dòng điện (Ampe), t là thời gian (s). Phương trình (16) có thể viết dưới dạng: m It n= (18) = M zF Trong đó n là số mol chất bị điện phân được giải phóng trên điện cực. 2. Điện phân dung dịch 2.1. Sự phóng điện của H+ và OHa) Ở cực âm (catot) Ở cực âm, ngoài cation kim loại còn có mặt cation H+ do nước điện li mà tạo thành. Khi đó có thể xảy ra phản ứng: 2H+ + 2e → H2 (19) Vì thế, những kim loại có thế khử chuẩn rất âm (kiềm, kiềm thổ, Al), cation của chúng có tính oxi hoá yếu sẽ không bị khử tại cực âm. Chỉ những kim loại kém hoạt động hoá học Zn, Cr, Ni..., các kim loại quý) mới được giải phóng ở cực âm. b) Ở cực dương (anot) Ở cực dương, ngoài anion gốc axit còn có mặt anion OH- do nước điện li mà tạo thành. Khi đó có thể xảy ra phản ứng: 4OH- - 4e → O2 + 2H2O (20) Vì thế, những anion đơn giản như Cl-, Br-, I-... phóng điện được trên cực dương, còn nhiều anion gốc axit phức tạp, chằng hạn SO42-, sẽ không bị oxi hoá. 2.2. Sơ lược về quá thế Trong thực tế, quá trình oxi hoá anion ở anot và khử cation ở catot khi điện phân thường khá phức tạp. Để quan sát được bằng thực nghiệm quá trình khử cation kim loại trên catot, thế catot thường phải âm hơn thế khử chuẩn của kim loại. Để một anion thực tế bị oxi hoá, thế anot thường phải cao hơn thế oxi hoá chuẩn. Hiệu giữa điện thế cần phải có để xảy ra sự phóng điện của các ion trên điện 13 cực (gọi là thế phân hủy) với thế khử hoặc thế oxi hoá chuẩn (trong kĩ thuật điện phân thường gọi là thế điện cực cân bằng) được gọi là quá thế: η (quá thế) = E(phân hủy) – E(cân bằng) (21) Có nhiều loại quá thế: - Quá thế hoá học liên quan đến năng lượng hoạt động hoá của phản ứng hoá học trước khi sự trao đổi ion xảy ra. Quá thế hoá học thường có thể khắc phục nhờ sử dụng các chất xúc tác điện hoá đồng thể hoặc dị thể. - Quá thế hoạt động hoá liên quan đến năng lượng hoạt động hoá của quá trình trao đổi electron giữa các ion với bề mặt điện cực. - Quá thế nồng độ gây ra do sự giảm nồng độ các tiểu phân tích điện ở vùng gần bề mặt điện cực. - Quá thế do bọt khí do sự chậm giải hấp các bọt khí ra khỏi bề mặt điện cực. - Quá thế điện trở liên quan với sự sụt thế do điện trở thuần của dung dịch... Quá thế phụ thuộc vào vật liệu dùng làm điện cực, bản chất của ion trong dung dịch điện phân, mật độ dòng điện, nhiệt độ...Quá thế có vai trò quan trọng trong điện hoá học. Để minh họa, chúng ta xem xét sự sản xuất clo bằng điện phân dung dịch muối ăn. Thế oxi hoá chuẩn của clo: Cl- + 2e → Cl2 E0 = -1,360 V Thế oxi hoá chuẩn của OH4OH− → O2(k) + 2H2O + 4e− E0 = -0,401 V Nếu không có quá thế, OH- sẽ phóng điện ngay khi thế anot đạt được giá trị -0,401 V và Cl- sẽ còn lại trong dung dịch. Khi sử dụng anot bằng than chì, quá thế oxi trên than chì có giá trị rất lớn làm cho thế phân hủy của oxi vượt qua thế phân hủy của clo. Nhờ thế, ở anot xảy ra sự phóng điện của ion Cl-. ................................................................................................................................................................ *KẾT LUẬN: Trên đây là một số kiến thức cơ bản về điện hoá (có mở rộng và nâng cao hợp lí) giúp cho các em học sinh hiểu rõ và vận dụng nhanh để giải quyết tốt các dạng bài tập về điện hoá trong các đề thi học sinh giỏi khu vực và quốc gia. 14 CHƯƠNG 2 . HỆ THỐNG BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM II.1 Đề bài Bài 1. Cặp oxi hoá - khử của một nguyên tố kim loại được tạo ra bởi A. một chất oxi hoá và một chất khử. B. hai nguyên tố kim loại có độ hoạt động khác nhau tiếp xúc với nhau. C. dạng oxi hoá và dạng khử của nguyên tố kim loại đó. D. hai nguyên tố hoá học, một nguyên tố có tính oxi hoá, một nguyên tố có tính khử. Chọn đáp án đúng Bài 2. Có hai phát biểu liên quan đến cặp oxi hoá -khử Mn+/M: 1. Mn+ là dạng oxi hoá, M là dạng khử. 2. Phương trình hoá học thể hiện sự trao đổi electron giữa Mn+ và M được viết là : Mn+ → M + ne− Trong hai phát biểu này, A. chỉ có 1 đúng. B. chỉ có 2 đúng. C. cả 1 và 2 đều đúng. D. cả 1 và 2 đều sai. Chọn đáp án đúng Bài 3. Pin điện hoá Zn-Cu được mô tả ở hình vẽ bên. Có thể mô tả các quá trình diễn ra khi pin hoạt động như sau: 1. Nguyên tử Zn nhường electron chuyển thành ion Zn2+ tan vào dung dịch, ion Cu2+ nhận electron tạo ra nguyên tử Cu bám vào điện cực Cu. 2. Dòng điện mạch ngoài chạy từ thanh Zn sang thanh Cu. 3. Phản ứng xảy ra trong pin: Zn(r) + Cu2+(dd) → Zn2+(dd) + Cu Các mô tả chính xác gồm A. 2, 3. B. 1, 2. C. 1, 3. D. 1, 2, và 3. Chọn đáp án đúng Bài 4. Khi pin điện hoá chuẩn Ni - Cu hoạt động, 1. màu xanh của dung dịch CuSO4 nhạt dần theo thời gian. 2. nguyên tử Ni bị oxi hoá thành Ni2+ tan vào dung dịch theo quá trình: Ni(r) → Ni2+(dd) + 2e−. 15 Trong hai nhận xét này, A. chỉ có 1 đúng. B. chỉ có 2 đúng. C. cả 1 và 2 đều đúng. D. cả 1 và 2 đều sai. Chọn đáp án đúng Bài 5. Hai điện cực tạo ra từ hai kim loại A, B được nhúng vào hai ngăn của một bình chứa dung dịch muối nitrat kim loại tương ứng. Hai ngăn này được cách li bằng một vách xốp có nhiều lỗ nhỏ cho các ion đi qua, nhưng không để các dung dịch bị trộn lẫn. Nối hai điện cực với nhau bằng một dây dẫn, dòng electron chuyển động theo hướng như hình vẽ bên, nhận xét nào dưới đây không chính xác? A. Điện cực A là anot, điện cực B là catot. B. Ion dương sẽ chuyển động từ ngăn chứa điện cực B sang ngăn chứa điện cực A thông qua những lỗ nhỏ trên vách xốp. C. Kim loại A sẽ bị hòa tan vào trong dung dịch khi dòng electron chuyển sang điện cực B. D. Khối lượng điện cực A giảm xuống theo thời gian. Chọn đáp án đúng Bài 6. Một pin điện hoá được tạo ra bằng cách nối hai điện cực kim loại A, B. Kim loại A ngâm trong dung dịch Am+, kim loại B ngâm trong dung dịch Bm+. Khi pin hoạt động, một học sinh đã quan sát, ghi lại một số thông tin sau: 1. Khối lượng điện cực A tăng dần, khối lượng điện cực B giảm dần theo thời gian. 2. Xuất hiện dòng điện chạy từ điện cực B sang điện cực A. Biết rằng B đẩy được A ra khỏi dung dịch muối của nó, hãy cho biết trong hai thông tin trên, thông tin nào đã được ghi lại không chính xác? A. Chỉ 1 B. Chỉ 2 C. Cả 1 và 2 D. Không phải 1 lẫn 2 Chọn đáp án đúng Bài 7. Theo quy ước quốc tế, khi kết nối hai nửa pin để tạo ra một pin điện hoá thì điện cực nào có thế dương hơn sẽ được đặt ở phía bên phải, điện cực nào có thế âm hơn được đặt ở phía bên trái. Cho biết trong các pin dưới đây, pin nào được biểu diễn đúng quy ước? A. Chỉ pin 1 B. Chỉ pin 2. 16 C. Cả hai pin. D. Không phải 1 lẫn 2. Chọn đáp án đúng Bài 8. Một học sinh đưa ra ba nhận xét dưới đây về pin điện có sơ đồ như hình bên: 1. Điện cực khí hiđro chuẩn được duy trì hoạt động bằng cách thổi liên tục khí hiđro ở áp suất 1 atm lên tấm platin phủ muội platin ngâm trong dung dịch axit có nồng độ ion H+ 1M, 2. Đo sức điện động của pin này ta có thể xác định thế điện cực chuẩn của cặp M2+/M. 3. M là điện cực âm của pin. A. chỉ 1 đúng. B. 1 và 2 đúng. C. 1 và 3 đúng. D. cả ba đúng. Chọn đáp án đúng Bài 9. Cho một pin điện hoá chuẩn được hình thành từ điện cực M và điện cực khí hiđro đều ở điều kiện tiêu chuẩn như hình vẽ bên. Biết rằng Vôn kế chỉ giá trị 0,76 V, giá trị thế khử chuẩn của cặp M2+/M là A. +0,76 V. B. +1,52 V. C. −0,76 V. D. −1,52 V. Chọn đáp án đúng Bài 10. Khi pin điện hoá Cu - Ag hoạt động ở điều kiện tiêu chuẩn, 1. phương trình của phản ứng xảy ra trong pin: Cu(r) + 2Ag+(dd) → Cu2+(dd) + 2Ag(r) 2. khối lượng điện cực dương Cu giảm dần theo thời gian. Trong hai nhận xét này, A. chỉ 1 đúng. B. chỉ 2 đúng. C. cả 1 và 2 đều đúng. D. cả 1 và 2 đều sai. Chọn đáp án đúng Bài 11. Để xác định thế điện cực của cặp Mn2+/Mn người ta thiết lập một pin điện hoá chuẩn trong đó một nửa pin gồm điện cực Mn nhúng vào dung dịch Mn2+ 1M, nửa pin còn lại là điện cực khí hiđro ở điều kiện chuẩn. Sức điện động của pin đo được khi pin hoạt động là 1,19 V. Mặt khác, Mn có thể đẩy được Fe ra khỏi dung dịch muối: Mn(r) + Fe2+(dd) → Mn2+(dd) + Fe(r) Cho biết trong hai nhận xét sau, nhận xét nào chính xác? 1. E0Mn 2+ /Mn = 1,19 V 17 2. Phản ứng xảy ra khi pin hoạt động: Mn(r) + 2H+(dd) → Mn2+(dd) + H2(k) A. Chỉ 1 B. Chỉ 2 C. Cả 1 và 2 D. Không phải 1 lẫn 2 Chọn đáp án đúng Bài 12. Một pin điện hoá được hình thành bằng cách kết nối hai điện cực tạo bởi kim loại M và Cu nhúng trong hai dung dịch muối nitrat nồng độ 1M của ion kim loại tương ứng ở 250C như hình hình vẽ. Vôn kế chỉ 0,57V; E0Cu2+/Cu (250C)= 0,34 V. Dãy nhận định nào dưới đây chính xác? A. E0M2+/M (250C) = +0,13 V; điện cực M là catot. B. E0M2+/M (250C) = +0,91 V; điện cực M là catot. C. E0M2+/M (250C) = −0,13 V; điện cực M là anot. D. E0M2+/M (250C) = +1,82 V; điện cực M là anot. Chọn đáp án đúng Bài 13. Một pin điện hoá được tạo nên từ hai điện cực chuẩn Al3+/Al và Mn2+/Mn. Al3+(dd) + 3e− Al0 (r) E0 = −1,66 V Mn2+(dd) + 2e− Mn0 (r) E0 = −1,18 V Xác định quá trình xảy ra tại anot của pin và thế chuẩn của pin. Quá trình xảy ra tại anot của pin A. Al3+(dd) Al0 (r) B. Al3+(dd) C. Mn2+(dd) D. Mn2+(dd) + + + 3e− Mn0 (r) + 2e− Thế chuẩn của pin 3e− +0,48 V Al0 (r) +0,48 V 2e− +2,84 V Mn0 (r) +2,62 V Chọn đáp án đúng Bài 14. Pin khô niken-cađimi, còn được gọi tắt là Nicad, sản sinh ra dòng điện nhờ phản ứng sau: Cd (r) + NiO2 (r) + 2H2O (l) → Cd(OH)2 (r) + Ni(OH)2 (r) Trong các nhận xét dưới đây, nhận xét nào chính xác? 1. NiO2 bị khử ở catot, Cd bị oxi hoá ở anot của pin. 2. Dòng electron trong mạch ngoài truyền từ anot sang catot của pin. A. Chỉ 1. B. Chỉ 2. C. Cả 1 và 2. D. Không phải 1 lẫn 2. Chọn đáp án đúng Bài 15. Trong bốn ion dưới đây, ion có tính oxi hoá lớn nhất ở điều kiện chuẩn là A. Ag+. B. Ca2+. C. Mg2+ 18 D. Fe3+ E0Fe3+/Fe2+ = +0,77 V; E0Fe3+/Fe2+ =; E0Fe3+/Fe2+ =; E0Fe3+/Fe2+ = Chọn đáp án đúng Bài 16. Cho: Sn2+(dd) + Mn2+(dd) + 2e− → Sn (r) E0 = −0,14V 2e− → Mn (r) E0 = −1,03V Ion hay nguyên tử nào ở trên có tính oxi hoá lớn nhất ? A. Mn2+ B. Sn2+ C. Mn D. Sn Chọn đáp án đúng Bài 17. Cho: Fe3+(dd) + e− → Fe2+(dd) E0 = +0,77 V Cu2+(dd) + e− → Cu+(dd) E0 = +0,15 V Ion nào ở trên có tính khử lớn nhất? A. Fe3+ B. Fe2+ C. Cu2+ D. Cu+ Chọn đáp án đúng Bài 18. Cho các thế điện cực chuẩn ở 25oC của một số cặp oxi hoá -khử: Bán phản ứng Thế điện cực chuẩn, V Fe3+(dd) + 1e− → Fe2+(dd) +0,77 Fe2+(dd) + 2e− → Fe(r) −0,44 Cu2+(dd) + 2e− → Cu(r) +0,34 Phản ứng nào dưới đây có thể tự xảy ra: 1. Fe(r) + Cu2+(dd) → Fe2+(dd) 2. Cu(r) + Fe3+(dd) → Cu2+(dd) + Fe2+(dd) 3. Fe(r) + Fe3+(dd) → + Cu(r) Fe2+(dd) A. Chỉ 1. B. Chỉ 1 và 3. C. Chỉ 2 và 3. D. Cả 1, 2, và 3. Chọn đáp án đúng Bài 19. Thực nghiệm đã cho thấy rằng: Ag không tan trong dung dịch Fe(NO3)3 trong khi Fe(NO3)2 khi tác dụng với AgNO3 tạo ra kết tủa Ag và muối Fe(NO3)3. Cho biết nhận xét nào dưới đây không chính xác. A. Fe2+ có tính khử mạnh hơn Ag. B. Fe3+ có tính oxi hoá yếu hơn Ag+. C. E0Fe3+ /Fe2+ > E 0Ag+ /Ag . D. Ag là kim loại hoạt động kém hơn Fe. Chọn đáp án đúng Bài 20. Thực nghiệm cho thấy rằng các phản ứng sau đều có thể tự xảy ra: 1. A(r) + B2+(dd) → A2+(dd) + B(r) 19 2. B(r) + 2D3+(dd) → 2D2+(dd) + B2+(dd) Dựa vào kết quả ở trên, hãy cho biết sự sắp xếp nào dưới đây là chính xác? A. E0 2+ < E0B2+ /B < E0D3+ /D2+ A /A B. E0 2+ < E0D3+ /D2+ < E0B2+ /B A /A C. E0D3+ /D2+ < E0 2+ < A /A D. E0 2+ < E0B2+ /B < E0D3+ /D2+ A /A E0B2+ /B Chọn đáp án đúng. Bài 21. Cho biết: E0 3+ 2+ = − 0,42V ; E0 2+ = - 0,25 V ; E0 2+ = − 0,90 V. Trong các phản Cr /Cr Ni /Ni Cr /Cr ứng sau, phản ứng nào có thể tự xảy ra: 1. Ni(r) + Cr2+(dd) 2. Cr(r) + 2Cr3+(dd) → 3Cr2+(dd) 3. Ni(r) + 2Cr3+(dd) → Ni2+(dd) A. chỉ 1. → Ni2+(dd) B. 1 & 2. + Cr(r) + 2Cr2+(dd) C. 2 & 3. D.chỉ 2. Chọn đáp án đúng Bài 22. Trong các dung dịch sau, những dung dịch nào thể sử dụng để loại bỏ tạp chất Fe ra khỏi hỗn hợp của nó với Ag nhằm thu được Ag tinh khiết mà không làm mất bạc? 1.H2SO4(l), 2.HNO3(l), A. 1, 2, 3 0 Cho E 3. HCl, 4.AgNO3, 5. Fe(NO3)3, 6.Cu(NO3)2 B.1,2, 3, 4 Fe3+/Fe2+ = +0,77 C. 1,2 3, 4, 5, 6 D. 1, 3, 4, 5 V... Chọn đáp án đúng Bài 23. Một mẫu Ag bị lẫn tạp chất Cu, Fe được xử lí bằng một lượng dư dung dịch A thì thu được Ag tinh khiết mà không làm mất bạc. Dung dịch A chứa A. NíSO4 C. AgNO3, Fe(NO3)3. B. Ag(NO3), Cu(NO3)2. D. AgNO3, HNO3(l). Chọn đáp án đúng Câu 24. Phản ứng nào dưới đây có thể tự xảy ra? A. Cu (r) + Ag+(dd) → B. Br2(l) + Cl− (dd) → C. Cu2+(dd) + H2O(l) → D. Au (r) + Mg2+(dd) → ([H+] = 1 M) Chọn đáp án đúng. Câu 25. Ion nào có mặt trong hai bán phản ứng dưới đây có tính khử lớn nhất? Fe3+(dd) + e− → Fe2+(dd) E0 = +0,77 V Cu2+(dd) + e− → Cu+(dd) E0 = +0,15 V A. Fe3+ B. Fe2+ C. Cu2+ D. Cu+ Chọn đáp án đúng Câu 26. Ion hay nguyên tử nào có mặt trong các bán phản ứng cho dưới đây có tính oxi hoá lớn nhất? Sn2+(dd) + 2e− → Sn (r) E0 = −0,14V Mn2+(dd) + 2e− → Mn (r) E0 = −1,03V A. Mn2+ B. Sn2+ C. Mn D. Sn Chọn đáp án đúng 20