Pin Galvani và nguồn điện hóa học: pin Zn - Cu, pin khô, acquy chì, pin lithium-ion và bài tập có đáp án Hóa 12

Pin Galvani biến đổi hóa năng của phản ứng oxi hóa - khử thành điện năng. Cấu tạo pin Zn - Cu, vai trò cầu muối, cực âm anode, cực dương cathode, một số nguồn điện hóa học thông dụng như pin khô, acquy chì, pin lithium-ion, pin nhiên liệu và bài tập có đáp án Hóa 12.

Pin Galvani là gì?

Pin Galvani là thiết bị biến đổi hóa năng của phản ứng oxi hóa - khử thành điện năng. Pin gồm hai điện cực nhúng trong dung dịch điện li thích hợp, nối với nhau bằng dây dẫn ngoài và cầu muối. Ở cực âm (anode) xảy ra sự oxi hóa, ở cực dương (cathode) xảy ra sự khử.

Pin Zn - Cu

Kí hiệu pin: $(-)\ \ce{Zn | Zn^{2+} || Cu^{2+} | Cu}\ (+)$.

Bộ phận	Quá trình
Anode (cực âm): Zn nhúng trong $\ce{ZnSO4}$	$\ce{Zn -> Zn^{2+} + 2e}$ (oxi hóa, Zn tan dần)
Cathode (cực dương): Cu nhúng trong $\ce{CuSO4}$	$\ce{Cu^{2+} + 2e -> Cu}$ (khử, Cu bám vào thanh Cu)
Dây dẫn ngoài	Electron chuyển từ Zn sang Cu
Cầu muối ($\ce{KCl}$, $\ce{KNO3}$)	Cân bằng điện tích hai nửa pin, duy trì dòng điện

Phản ứng tổng: $\ce{Zn + Cu^{2+} -> Zn^{2+} + Cu}$, sức điện động chuẩn $1{,}10$ V.

Ví dụ 1

Khi pin Zn - Cu hoạt động, khối lượng thanh Zn giảm $0{,}65$ g. Tính khối lượng Cu bám vào thanh Cu.

$n_{\ce{Zn}} = 0{,}01$ mol nên $n_{\ce{Cu}} = 0{,}01$ mol, $m = 0{,}64$ g.

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

Một số nguồn điện hóa học

Nguồn điện	Cấu tạo / phản ứng	Đặc điểm
Pin khô (Leclanché)	Zn (âm), $\ce{MnO2}$ và graphite (dương), chất điện li $\ce{NH4Cl}$	Pin sơ cấp, dùng một lần
Pin alkaline	Zn - $\ce{MnO2}$, chất điện li $\ce{KOH}$	Dung lượng lớn hơn pin khô
Acquy chì	$\ce{Pb + PbO2 + 2H2SO4 <=> 2PbSO4 + 2H2O}$	Pin thứ cấp, sạc được; $2$ V mỗi ngăn
Pin lithium-ion	Ion $\ce{Li+}$ dịch chuyển giữa cực graphite và $\ce{LiCoO2}$	Sạc được, nhẹ, dung lượng lớn
Pin nhiên liệu	$\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$ (cung cấp liên tục)	Hiệu suất cao, sản phẩm nước

Ví dụ 2

Acquy ô tô $12$ V gồm mấy ngăn?

Mỗi ngăn $2$ V nên có $12 : 2 = 6$ ngăn.

Sử dụng và xử lí pin an toàn

Pin cũ chứa kim loại nặng (Pb, Cd, Hg) và hóa chất ăn mòn, cần thu gom đúng nơi quy định để tái chế, không vứt lẫn vào rác sinh hoạt hay đốt.

Những lỗi thường gặp

Bài tập thực hành

Viết kí hiệu và các quá trình ở điện cực của pin Zn - Ag.
Khi pin Zn - Cu hoạt động, thanh Cu tăng $1{,}28$ g. Tính khối lượng Zn tan.
Nêu vai trò của cầu muối.
Pin nào sạc lại được: pin khô hay acquy chì?
Nêu hai lưu ý khi xử lí pin cũ.

Đáp án

$(-)\ \ce{Zn | Zn^{2+} || Ag+ | Ag}\ (+)$; $\ce{Zn -> Zn^{2+} + 2e}$ và $\ce{Ag+ + e -> Ag}$.
$n_{\ce{Cu}} = 0{,}02$ mol nên $n_{\ce{Zn}} = 0{,}02$ mol, $m = 1{,}3$ g.
Trung hòa điện tích giữa hai dung dịch, duy trì dòng điện.
Acquy chì.
Thu gom riêng để tái chế; không đốt, không vứt lẫn rác sinh hoạt.