Dãy điện hóa của kim loại: thứ tự, ý nghĩa, quy tắc anpha, phản ứng giữa kim loại và ion và bài tập có đáp án

Dãy điện hóa của kim loại sắp xếp các cặp oxi hóa - khử theo thế điện cực chuẩn tăng dần: tính khử của kim loại giảm, tính oxi hóa của ion kim loại tăng. Quy tắc alpha, thứ tự các phản ứng, bài toán nhúng thanh kim loại vào dung dịch muối, ví dụ và bài tập có đáp án Hóa 12.

Dãy điện hóa là gì?

Dãy điện hóa của kim loại (hay dãy hoạt động hóa học) là dãy các cặp oxi hóa - khử sắp xếp theo chiều thế điện cực chuẩn $E^\circ$ tăng dần. Theo chiều đó, tính khử của kim loại giảm dần và tính oxi hóa của ion kim loại tăng dần.

Thứ tự và ý nghĩa

$$\ce{K+/K} < \ce{Na+/Na} < \ce{Ca^{2+}/Ca} < \ce{Mg^{2+}/Mg} < \ce{Al^{3+}/Al} < \ce{Zn^{2+}/Zn} < \ce{Fe^{2+}/Fe} < \ce{Ni^{2+}/Ni} < \ce{Sn^{2+}/Sn} < \ce{Pb^{2+}/Pb} < \ce{2H+/H2} < \ce{Cu^{2+}/Cu} < \ce{Fe^{3+}/Fe^{2+}} < \ce{Ag+/Ag} < \ce{Au^{3+}/Au}$$

Kim loại đứng trước H đẩy được H khỏi dung dịch acid loãng (HCl, $\ce{H2SO4}$ loãng).
Kim loại đứng trước (trừ các kim loại tác dụng với nước) đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối.
Quy tắc $\alpha$: chất oxi hóa mạnh nhất phản ứng với chất khử mạnh nhất trước, tạo chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn.

Ví dụ phản ứng

Ví dụ 1

Cho Fe dư vào dung dịch $\ce{AgNO3}$. Viết các phản ứng.

Fe khử $\ce{Ag+}$ trước: $\ce{Fe + 2Ag+ -> Fe^{2+} + 2Ag}$. Nếu $\ce{Ag+}$ còn dư sau khi Fe hết: $\ce{Ag+ + Fe^{2+} -> Ag + Fe^{3+}}$. Với Fe dư, kết quả là $\ce{Fe^{2+}}$.

Ví dụ 2

Cho Zn vào dung dịch chứa $\ce{Cu^{2+}}$ và $\ce{Fe^{2+}}$. Phản ứng nào xảy ra trước?

$\ce{Cu^{2+}}$ có tính oxi hóa mạnh hơn nên bị khử trước: $\ce{Zn + Cu^{2+} -> Zn^{2+} + Cu}$; sau đó $\ce{Zn + Fe^{2+} -> Zn^{2+} + Fe}$.

Ví dụ 3

Nhúng thanh Fe vào dung dịch $\ce{CuSO4}$, sau một thời gian khối lượng thanh tăng $0{,}8$ g. Tính khối lượng Cu bám vào.

$\ce{Fe + Cu^{2+} -> Fe^{2+} + Cu}$: mỗi mol phản ứng thanh tăng $64 - 56 = 8$ g. Tăng $0{,}8$ g ứng với $0{,}1$ mol, $m_{\ce{Cu}} = 6{,}4$ g.

Ví dụ 4

Cu có tan trong dung dịch $\ce{FeCl3}$ không?

Có, vì $E^\circ_{\ce{Fe^{3+}/Fe^{2+}}} = 0{,}77 > E^\circ_{\ce{Cu^{2+}/Cu}} = 0{,}34$: $\ce{Cu + 2Fe^{3+} -> Cu^{2+} + 2Fe^{2+}}$.

Xem bài: Tính chất của kim loại

Xem bài: Thế điện cực chuẩn và sức điện động của pin

Những lỗi thường gặp

Bài tập thực hành

Sắp xếp tính khử tăng dần: Ag, Cu, Fe, Zn.
Cho Cu vào dung dịch $\ce{AgNO3}$. Viết phương trình và nêu hiện tượng.
Nhúng thanh Zn vào dung dịch $\ce{CuSO4}$, thanh Zn tăng hay giảm khối lượng?
Fe có tan trong dung dịch $\ce{ZnCl2}$ không?
Nhúng thanh Cu nặng $10$ g vào dung dịch $\ce{AgNO3}$, sau một thời gian lấy ra nặng $11{,}52$ g. Tính khối lượng Ag bám vào.

Đáp án

$\ce{Ag} < \ce{Cu} < \ce{Fe} < \ce{Zn}$.
$\ce{Cu + 2Ag+ -> Cu^{2+} + 2Ag}$; thanh Cu phủ lớp Ag trắng, dung dịch hóa xanh.
Giảm, vì $65 > 64$: mỗi mol phản ứng thanh giảm $1$ g.
Không, vì Fe đứng sau Zn.
Mỗi mol Cu phản ứng tạo $2$ mol Ag, tăng $216 - 64 = 152$ g; tăng $1{,}52$ g ứng với $0{,}01$ mol Cu, $0{,}02$ mol Ag, $m_{\ce{Ag}} = 2{,}16$ g.