Thế điện cực chuẩn và sức điện động của pin: điện cực hydrogen chuẩn, bảng E° và bài tập có đáp án Hóa 12
Thế điện cực chuẩn E° đo khả năng nhận electron của cặp oxi hóa - khử so với điện cực hydrogen chuẩn. Bảng giá trị E°, cách tính sức điện động chuẩn của pin E°pin = E°(+) - E°(-), dự đoán chiều phản ứng oxi hóa - khử, ví dụ pin Zn - Cu, Mg - Cu và bài tập có đáp án.
Thế điện cực chuẩn là gì?
Thế điện cực chuẩn $E^\circ$ của một cặp oxi hóa - khử đo khả năng nhận electron của dạng oxi hóa, được xác định so với điện cực hydrogen chuẩn (SHE) có thế quy ước bằng $0{,}00$ V. Biết thế điện cực chuẩn, ta tính được sức điện động của pin và dự đoán chiều phản ứng oxi hóa - khử.
Điện cực hydrogen chuẩn và bảng thế điện cực
Điện cực hydrogen chuẩn gồm thanh platinum phủ bột Pt nhúng trong dung dịch acid có $[\ce{H+}] = 1$ M, sục khí $\ce{H2}$ áp suất $1$ bar ở $25\ ^\circ\text{C}$: $\ce{2H+ + 2e <=> H2}$, $E^\circ = 0{,}00$ V.
| Cặp oxi hóa - khử | $E^\circ$ (V) | Cặp oxi hóa - khử | $E^\circ$ (V) |
|---|---|---|---|
| $\ce{Li+/Li}$ | $-3{,}04$ | $\ce{Ni^{2+}/Ni}$ | $-0{,}26$ |
| $\ce{K+/K}$ | $-2{,}93$ | $\ce{Pb^{2+}/Pb}$ | $-0{,}13$ |
| $\ce{Na+/Na}$ | $-2{,}71$ | $\ce{2H+/H2}$ | $0{,}00$ |
| $\ce{Mg^{2+}/Mg}$ | $-2{,}37$ | $\ce{Cu^{2+}/Cu}$ | $+0{,}34$ |
| $\ce{Al^{3+}/Al}$ | $-1{,}66$ | $\ce{Ag+/Ag}$ | $+0{,}80$ |
| $\ce{Zn^{2+}/Zn}$ | $-0{,}76$ | $\ce{Cl2/2Cl-}$ | $+1{,}36$ |
| $\ce{Fe^{2+}/Fe}$ | $-0{,}44$ | $\ce{Au^{3+}/Au}$ | $+1{,}50$ |
Cặp có $E^\circ$ càng lớn thì dạng oxi hóa càng mạnh, dạng khử càng yếu; cặp có $E^\circ$ càng nhỏ thì dạng khử càng mạnh.
Sức điện động chuẩn của pin
$$E^\circ_{\text{pin}} = E^\circ_{(+)} - E^\circ_{(-)}$$
Ví dụ 1
Tính sức điện động chuẩn của pin Zn - Cu.
Cực dương là Cu ($+0{,}34$), cực âm là Zn ($-0{,}76$): $E^\circ_{\text{pin}} = 0{,}34 - (-0{,}76) = 1{,}10$ V.
Ví dụ 2
Tính sức điện động chuẩn của pin Mg - Cu và pin Fe - Ag.
Mg - Cu: $0{,}34 + 2{,}37 = 2{,}71$ V. Fe - Ag: $0{,}80 + 0{,}44 = 1{,}24$ V.
Xem bài: Pin Galvani và nguồn điện hóa học
Dự đoán chiều phản ứng
Ví dụ 3
Phản ứng $\ce{Fe + Cu^{2+} -> Fe^{2+} + Cu}$ có xảy ra không?
Có, vì $E^\circ_{\ce{Cu^{2+}/Cu}} = +0{,}34 > E^\circ_{\ce{Fe^{2+}/Fe}} = -0{,}44$; $E^\circ_{\text{pin}} = 0{,}78$ V $> 0$.
Ví dụ 4
Cu có đẩy được $\ce{Zn^{2+}}$ ra khỏi dung dịch không?
Không, vì $E^\circ_{\ce{Zn^{2+}/Zn}} = -0{,}76 < E^\circ_{\ce{Cu^{2+}/Cu}}$.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Tính $E^\circ_{\text{pin}}$ của pin Zn - Ag.
- Tính $E^\circ_{\text{pin}}$ của pin Al - Cu.
- Phản ứng $\ce{Cu + 2Ag+ -> Cu^{2+} + 2Ag}$ có xảy ra không?
- Sắp xếp tính khử tăng dần: Cu, Zn, Fe, Ag.
- Điện cực hydrogen chuẩn có thế bằng bao nhiêu?
Đáp án
- $0{,}80 - (-0{,}76) = 1{,}56$ V.
- $0{,}34 - (-1{,}66) = 2{,}00$ V.
- Có, vì $E^\circ_{\ce{Ag+/Ag}} = 0{,}80 > E^\circ_{\ce{Cu^{2+}/Cu}} = 0{,}34$.
- $\ce{Ag} < \ce{Cu} < \ce{Fe} < \ce{Zn}$.
- $0{,}00$ V (quy ước).
Tổng kết
Bài học liên quan
Bài tiếp theo: Pin Galvani và nguồn điện hóa học
Xem tất cả bài học chủ điểm Pin điện và điện phân
Câu hỏi thường gặp
Thế điện cực chuẩn là gì?
Là thế của cặp oxi hóa - khử ở điều kiện chuẩn so với điện cực hydrogen chuẩn.
Sức điện động chuẩn của pin tính thế nào?
$E^\circ_{\text{pin}} = E^\circ_{(+)} - E^\circ_{(-)}$.
Điện cực hydrogen chuẩn có thế bao nhiêu?
$0{,}00$ V.
Làm sao dự đoán chiều phản ứng oxi hóa - khử?
Chất oxi hóa mạnh hơn (E° lớn hơn) oxi hóa chất khử mạnh hơn.