Luyện tập Nguồn điện hóa học CD

Hai điện cực kim loại trong pin Galvani phải khác nhau về bản chất hoá học.

Quá trình hoạt động của pin Cu-Ag :

Cu → Cu²⁺ + 2e → tăng nồng độ ion Cu²⁺.

Ag⁺ + 1e → Ag → giảm nồng độ ion Ag⁺.

Có thể tạo ra pin Galvani dựa trên nguyên tắc: Pin tạo bởi hai điện cực kim loại khác nhua tiếp xúc cùng một dung dịch chất điện li.

→ Trường hợp có pin Galvani là: Một cực nhôm và một cực đồng cùng nhúng vào nước muối.

Phản ứng diễn ra trong pin Galvani Zn-Ag là: 

Zn(s) + 2Ag⁺(aq) ⟶ Zn²⁺(aq) + 2Ag(s).

Ta có:

Pin Zn – Cu: E^o_pin = E^o_Cu²⁺/Cu – E^o_Zn²⁺/Zn = +0,340 – (–0,763) = 1,103 V

Pin Zn – Pb: E^o_pin = E^o_Pb²⁺/Pb – E^o_Zn²⁺/Zn = –0,126 –(–0,763)  = 0,637 V

Pin Al – Zn: E^o_pin = E^o_Zn²⁺/Zn – E^o_Al³⁺/Al = –0,763 – (–1,676) = 0,913 V

Pin Pb – Cu: E^o_pin = E^o_Cu²⁺/Cu  – E^o_Pb²⁺/Pb = +0,340 – (–0,126) = 0,466 V

E^o_(Cu-X) = 0,46 V > 0 → tính khử của X < Cu.

E^o_(Y-Cu) = 1,1 V > E^o_(Z-Cu) = 0,47V > 0 → Tính khử của Y > Z > Cu.

Tóm lại: tính khử tăng dần theo chiều X, Cu, Z, Y.

Giá thành pin nhiên liệu cao vì cấu tạo phức tạp của pin (gồm các điện cực phủ xúc tác, lớp màng đặc biệt giữ hai điện cực, dung dịch trong pin,...) cũng như phải có bộ phận lưu trữ nhiên liệu đặc biệt là hydrogen. 

Sức điện động của pin (E^o_pin) tạo từ hai cặp oxi hóa – khử X^m+/X và Yⁿ⁺/Y (trong đó E^o_X^m+/X < E^o_Yⁿ⁺/Y) được tính theo công thức sau: 

E^o_pin = E^o_Yⁿ⁺/Y – E^o_X^m+/X.

Pin Volta được cấu tạo gồm một điện cực bằng đồng và một điện cực bằng kẽm cùng nhúng trong dung dịch muối ăn.

Cầu muối có vai trò trung hòa điện tích mỗi dung dịch trong pin, duy trì dòng điện trong quá trình hoạt động pin điện hóa.

Trên cực âm (anode) của pin điện hóa xảy ra quá trình oxi hóa → trong pin điện hóa Zn – Cu, bán phản ứng xảy ra ở cực âm của pin là:

Zn → Zn²⁺ + 2e.

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.

Ta có:

E^o_pin = E^o_Ag⁺/Ag – E^o_Sn²⁺/Sn

⇒ E^o_Sn²⁺/Sn = E^o_Ag⁺/Ag – E^o_pin = 0,799 – 0,937 = –0,138 V

Từ phương trình phản ứng ta thấy: Kim loại Fe mạnh hơn kim loại Ni, ion Fe²⁺ có tính oxi hóa yếu hơn ion Ni²⁺.

Trong pin Galvani trên:

- Kim loại mạnh hơn (Fe) đóng vai trò anode (điện cực âm của pin), kim loại yếu hơn (Ni) đóng vai trò cathode (điện cực dương của pin).

- Phản ứng trên các điện cực:

Cực (–): Fe → Fe²⁺ + 2e

Cực (+): Ni²⁺ + 2e → Ni

E^o_pin= E^o_Ni²⁺/Ni – E^o_Fe²⁺/Fe = –0,257 – (–0,440) = 0,183 V

- Electron di chuyển từ cực âm (Fe) sang cực dương (Ni).

Ta có:

E^o_Zn−Ag = E^o_Ag⁺/Ag − E^o_Zn²⁺/Zn = 0,799 − (−0,763) = 1,562 V

E^o_Mg−Zn = E^o_Zn²⁺/Zn − E^o_Mg²⁺/Mg = − 0,763 − (−2,356) = 1,593 V

E^o_Zn−Hg = E^o_Hg²⁺/Hg − E^o_Zn²⁺/Zn = 0,854 − (−0,763) = 1,617 V

E^o_Mg−Hg = E^o_Hg²⁺/Hg − E^o_Mg²⁺/Mg = 0,854 − (−2,356) = 3,210 V

Sức điện động chuẩn của pin điện hóa Galvani Zn – Pb:

E^o_pin = E^o_Pb²⁺/Pb – E^o_Zn²⁺/Zn = –0,126 –(–0,763) = 0,637 V

Trong pin điện hóa Cu-Ag tại điện cực đồng xảy ra quá trình oxi hóa Cu.

Xe ô tô điện sử dụng nguồn điện là acquy.

E^o_(Cu-Ag) = E^o_Ag⁺/Ag – E^o_Cu²⁺/Cu = +0,799 – E^o_Cu²⁺/Cu = 0,459 V

⇒ E^o_Cu²⁺/Cu = 0,799 – 0,459 = 0,340 V

E^o_(Zn-Cu) = E^o_Cu²⁺/Cu – E^o_Zn²⁺/Zn = 0,340 – E^o_Zn²⁺/Zn = 1,1 V

⇒ E^o_Zn²⁺/Zn = 0,340 – 1,103 = –0,763 V