Giải chi tiết Hóa học 12 cánh diều bài 10 Thế điện cực chuẩn của kim loại

MỞ ĐẦU

Cho hai kim loại X và Y cùng hai cation tương ứng là X^m+ và Yⁿ⁺. Xét phản ứng hóa học:

nXs+mYn+(aq)                  nXm+(aq)+mY(s) 

1. Phản ứng hóa học trên thuộc loại phản ứng nào?
2. Có thể dự đoán chiều của phản ứng hóa học trên dựa vào cơ sở nào?

Bài làm chi tiết:

1. Phản ứng hóa học trên thuộc loại phản ứng oxi hóa – khử.
2. Có thể dựa vào thế điện cực chuẩn của các chất để dự đoán chiều của phản ứng.

I. CẶP OXI HÓA – KHỬ CỦA KIM LOẠI

Câu hỏi 1: Cho hai phản ứng sau: 

Zns+Cu2+aq                   → Zn2+aq+Cus            (1)

Cus+2Ag+aq                   → Cu2+aq+2Ags        (2)

Hãy xác định chất oxi hóa, chất khử trong mỗi phản ứng trên.

Bài làm chi tiết:

Ở phản ứng (1): Chất oxi hóa là Cu²⁺, chất khử là Zn.

Ở phản ứng (2): Chất oxi hóa là Ag⁺, chất khử là Cu.

Luyện tập 1: Viết các cặp oxi hóa – khử của các kim loại trong hai phản ứng (1) và (2) ở trên.

Bài làm chi tiết:

Ở phản ứng (1), cặp oxi hóa – khử gồm: Zn²⁺/Zn và Cu²⁺/Cu.

Ở phản ứng (2), cặp oxi hóa – khử gồm: Cu²⁺/Cu và Ag⁺/Ag.

Luyện tập 2: Hãy viết cặp oxi hóa – khử của các kim loại trong dãy sau:

Bài làm chi tiết:

Những cặp oxi hóa – khử của kim loại theo dãy bao gồm: Mg²⁺/Mg, Al³⁺/Al, Zn²⁺/Zn, Fe³⁺/Fe, Fe²⁺/Fe, Fe³⁺/Fe²⁺, Sn²⁺/Sn, Pb²⁺/Pb, H⁺/H, Cu²⁺/Cu, Ag⁺/Ag và Au³⁺/Au.

II. THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI

Câu hỏi 2: So sánh thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa – khử Fe²⁺/Fe và Pb²⁺/Pb. Từ đó, so sánh tính oxi hóa của Fe²⁺ và Pb²⁺, tính khử của Fe và Pb.

Bài làm chi tiết:

Thế điện cực chuẩn của: EoFe2+/Fe= -0,440 V; EoPb2+/Pb= -0,126 V

Vì EoFe2+/Fe<EoPb2+/Pb => Tính oxi hóa của Pb2+>Fe2+; tính khử của Fe>Pb.

Luyện tập 3: Hãy sắp xếp các ion sau theo chiều tăng dần tính oxi hóa: Na⁺, Zn²⁺, Au³⁺, Ni²⁺, H⁺.

Bài làm chi tiết:

Chiều tăng dần oxi hóa của các ion: Na⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, H⁺, Au³⁺.

Câu hỏi 3: Phản ứng nào sau đây có thể xảy ra ở điều kiện chuẩn? Giải thích.

1. Zns+Fe3+aq                   →  ?
2. Ags+Sn2+aq                   →  ?

Bài làm chi tiết:

1. Phản ứng này có xảy ra do tính oxi hóa của Fe3+>Cu2+ và tính khử của Cu>Fe2+ (vì EoCu2+/Cu<EoFe3+/Fe2+).
2. Phản ứng này không xảy ra do tính oxi hóa của Ag+>Sn2+ mà tính khử của Sn>Ag (vì EoAg+/Ag<EoSn2+/Sn).

BÀI TẬP

Bài 1: Kim loại M tan được trong dung dịch HCl 1 M ở 25^oC tạo muối MCl_n và H₂. Hãy so sánh giá trị thế điện cực chuẩn của cặp Mⁿ⁺/M và 2H⁺/H₂. Giải thích.

Bài làm chi tiết:

Do phản ứng trên xảy ra chứng tỏ tính oxi hóa của H+>Mn+ và tính khử của M>H2, vậy nên Eo2H+/H2>EoMn+/Mn.

Bài 2: Cho các cặp oxi hóa – khử sau:

1. Mg²⁺/Mg và Cu²⁺/Cu.
2. Zn²⁺/Zn và Fe²⁺/Fe.
3. Ag⁺/Ag và Au³⁺/Au.

Viết các phương trình hóa học của phản ứng theo chiều tự diễn biến từ các cặp oxi hóa – khử tương ứng đã cho.

Bài làm chi tiết:

Phương trình hóa học tương ứng:

1. Mg+Cu2+                      → Mg2++Cu.
2. Zn+Fe2+                      → Zn2++Fe.
3. 3Ag+Au3+                      → 3Ag++Au.

Bài 3: Thế điện cực chuẩn của cặp M⁺/M (M là kim loại) bằng –3,040 V. Những phát biểu liên quan đến cặp oxi hóa – khử M⁺/M nào dưới đây là đúng?

Bài làm chi tiết:

1. Đúng.
2. Đúng.
3. Sai. Do EoM+/M rất nhỏ nên M có tính khử mạnh.
4. Sai. Do EoM+/M rất nhỏ nên ion M có tính oxi hóa yếu.

Bài 4: Chromium (Cr) thường được sử dụng để mạ lên kim loại do Cr tạo được lớp phủ sáng bóng. Hãy cho biết thiết bị kim loại được mạ Cr có bền trong môi trường là dung dịch Fe(NO₃)₂ không. Giải thích.

Cho biết thế điện cực chuẩn của cặp Cr²⁺/Cr là –0,910 V.

Bài làm chi tiết:

Do EoFe2+/Fe>EoCr2+/Cr (dựa vào Bảng 10.1) nên tính khử của Cr>Fe và tính oxi hóa của Fe2+>Cr2+. 

Do phản ứng oxi hóa – khử xảy ra nên thiết bị kim loại được mạ Cr thường không bên trong môi trường là dung dịch Fe(NO₃)₂.