Dãy điện hóa của kim loại

Dãy điện hóa của kim loại bao gồm lý thuyết chi tiết ý nghĩa dãy điện hóa của kim loại, kèm theo các ví dụ phương trình phản ứng, cũng như luyện tập các nội dung câu hỏi bài tập củng cố.

1. Khái niệm cặp oxi hoá – khử của kim loại

Dạng tổng quát

Thí dụ: 

Ag⁺ + 1e ⇄ Ag

Cu²⁺ + 2e ⇄ Cu

Các nguyên tử kim loại (Ag, Cu, …) đóng vai trò là chất khử, các ion kim loại (Ag⁺, Cu²⁺…) đóng vai trò là chất oxi hóa.

Ví dụ: Cặp oxi hoá – khử Ag⁺/Ag; Cu²⁺/Cu; Fe²⁺/Fe

2. Dãy điện hóa của kim loại

Dãy điện hóa của kim loại là dãy các cặp oxi hóa khử của kim loại được sắp xếp theo chiều tăng dần tính oxi hóa của ion kim loại và giảm dần tính khử của kim loại. 

Dãy điện hóa của kim loại

3. Ý nghĩa về dãy điện hóa của kim loại

3.1. So sánh tính oxi hóa – khử

Tính oxi hóa của ion kim loại Mⁿ⁺ càng mạnh thì tính khử càng yếu và ngược lại.

3.2. Xác định được chiều phản ứng của oxi hóa – khử

Dự đoán được chiều của phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử theo quy tắc alpha.

Quy tắc alpha

Thí dụ: Phản ứng giữa 2 cặp Cu²⁺/Cu và Ag⁺/Ag xảy ra theo chiều ion Ag+ oxi hóa Cu tạo thành ion Cu²⁺ và Ag

3.3. Xác định suất điện động chuẩn của pin điện hóa 

Suất điện động của pin E là hiệu của thế điện cực dương (E₍₊₎) và điện cực âm (E_(-)). Điện cực dưowng là điện cực có thế lớn hơn và suất điện động của pin luôn là số dương.

Thí dụ: Suất điện động chuẩn của pin điện hóa Zn- Cu 

E^o _pin = E^o_Cu2+/Cu - E^o_Zn2+/Zn = 0,34 - (-0,76) = 1,1V

4. Tính chất của kim loại dãy điện hóa của kim loại

Từ dãy điện hóa của kim loại đầy đủ, ta có thể xác định được tính chất của các chất trong dãy điện hóa.

Tính chất hóa học nổi bật nhất của kim loại là tính khử. Công thức tổng quát như sau:

R → Rⁿ⁺+ ne (với 1 ≤ n ≤ 3).

4.1. Tác dụng với phi kim

Kim loại có thể tác dụng với phi kim để tạo ra muối. Các phi kim thường gặp như clo, oxi hay lưu huỳnh. Các muối tạo ra đều có điểm chung là sẽ kết tủa.

Thí dụ:

Tác dụng với clo: 2Fe + Cl₂ 2FeCl₃

4.2. Tác dụng với dung dịch axit

Kim loại có thể tác dụng với dung dịch axit để tạo ra muối và giải phóng khí hoặc nước. Tuy nhiên, với những trường hợp ngoại lệ đã được nêu trong phần ý nghĩa của dãy điện hóa kim loại sẽ không có phản ứng với dung dịch axit.

Khi tác dụng với Dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng thì kim loại khử H⁺ tạo thành H₂

Thí dụ:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Khi kim loại tác dụng với dung dịch HNO₃, H₂SO₄ đặc: kim loại khử N⁺⁵, S⁺⁶ xuống số mức oxi hóa thấp hơn

Thí dụ:

3Mg + 8HNO₃ → 3Mg(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

trong đó, HNO₃ loãng còn NO sinh ra ở dạng khí.

4.3. Tác dụng với nước

Phản ứng này sẽ đúng với kim loại nhóm IA và IIA. Sản phẩm được tạo thành sẽ là một dung dịch kiềm và khí hidro.

Thí dụ:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ (khí)

4.4. Tác dụng với muối

Đây là tính chất thể hiện việc kim loại mạnh hơn sẽ khử ion kim loại yếu hơn trong muối thành kim loại tự do. Sản phẩm được tạo thành sẽ là một muối mới và kim loại mới.

Thí dụ:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu