Cách
Xác Định Dấu Của Điện Cực Kim Loại
Khi Nối Với Điện Cực Hydrogen Chuẩn (SHE)
Volt-kế quả thực luôn hiển thị một giá trị dương, vì nó đo độ
lớn của hiệu điện thế (sức điện động của pin), chứ không trực tiếp cho
chúng ta biết dấu của từng điện cực. Để xác định điện cực nào là âm (anode) và
điện cực nào là dương (cathode), chúng ta cần dựa vào chiều di chuyển của
electron trong mạch ngoài, được xác định bằng cách kết nối Volt-kế.
Nguyên tắc xác định
Quy ước quốc tế trong điện
hóa học xác định dấu của các điện cực như sau:
·
Điện cực Âm (Anode): Là nơi xảy ra phản ứng oxi hóa (chất khử, cho electron). Các
electron di chuyển từ điện cực này ra mạch ngoài.
·
Điện cực Dương (Cathode): Là nơi xảy ra phản ứng khử (chất oxi hóa, nhận electron). Các
electron di chuyển vào điện cực này từ mạch ngoài.
Do đó, chìa khóa để xác
định dấu của điện cực kim loại là phải biết được electron đang di chuyển từ điện
cực kim loại đến điện cực Hydrogen hay ngược lại.
Phương pháp thực nghiệm
Trong phòng thí nghiệm,
khi thiết lập một pin điện hóa gồm một điện cực kim loại cần đo và một điện cực
Hydrogen tiêu chuẩn (SHE), chúng ta sẽ nối chúng với một Volt-kế.
1.
Nối các điện cực với Volt-kế:
o
Nối điện cực kim loại vào đầu
nối âm (-) của Volt-kế.
o
Nối điện cực Hydrogen tiêu chuẩn
(SHE) vào đầu nối dương (+) của Volt-kế.
2.
Quan sát kết quả trên Volt-kế:
o
Trường hợp 1: Volt-kế hiển thị
giá trị dương.
§ Ý nghĩa: Cách mắc nối của bạn là chính xác
theo dòng chảy thực tế của electron. Điều này có nghĩa là electron đang di chuyển
từ điện cực kim loại (nối với đầu âm) sang điện cực Hydrogen (nối với đầu
dương).
§ Kết luận:
· Điện cực kim loại là điện cực Âm (Anode). Tại đây xảy ra sự oxi hóa:
· Điện cực Hydrogen (SHE) là điện cực Dương (Cathode). Tại đây xảy ra sự khử:
·
Dấu của sức (suất) điện động tiêu
chuẩn của kim loại này sẽ là âm. Ví dụ, khi đo kẽm (Zn), Volt-kế sẽ chỉ
0.76V, và ta kết luận thế điện cực chuẩn của Zn là -0.76V.
o
Trường hợp 2: Volt-kế không hiển
thị giá trị (hoặc hiển thị giá trị âm/lỗi).
§ Ý nghĩa: Cách mắc nối của bạn đang ngược
với chiều dòng chảy thực tế của electron. Để có số đo, bạn phải đảo ngược cách
kết nối.
§ Thao tác: Đảo lại cách nối dây: nối điện cực
kim loại vào đầu dương (+) của Volt-kế
và SHE vào đầu âm (-). Lúc này
Volt-kế sẽ hiển thị một giá trị dương.
§ Kết luận:
·
Điện cực kim loại là điện cực Dương (Cathode). Tại đây xảy ra sự khử:
·
Điện cực Hydrogen (SHE) là điện cực Âm (Anode). Tại đây xảy ra sự oxy hóa:
·
Dấu của suất điện động tiêu chuẩn
của kim loại này sẽ là dương. Ví dụ, khi đo đồng (Cu), sau khi đảo dây, Volt-kế
sẽ chỉ 0.34V, và ta kết luận thế điện cực chuẩn của Cu là +0.34V.
Tóm tắt đơn giản
Nói một cách ngắn gọn, bạn
hãy luôn mặc định nối điện cực Hydrogen (SHE) vào đầu dương (+) của Volt-kế.
·
Nếu Volt-kế hiển thị số dương,
điện cực kim loại là cực âm và có thế điện cực chuẩn mang dấu âm.
·
Nếu bạn phải đảo dây để Volt-kế
hiển thị số dương (tức là nối kim loại vào đầu dương), thì điện cực kim loại đó
là cực dương và có thế điện cực chuẩn mang dấu dương.
Bằng cách này, dựa vào quy
ước kết nối với Volt-kế, chúng ta có thể suy ra chiều của dòng electron và từ
đó xác định chính xác dấu của điện cực kim loại.
Tính toán Thế Điện cực Chuẩn cho Kẽm (Zn) và Đồng (Cu)
Đây là hai ví dụ tính toán cụ thể cho trường hợp đo thế điện cực của Kẽm
(Zn) và Đồng (Cu) khi ghép với điện cực Hydrogen chuẩn (SHE).
Ta luôn có công thức tính sức điện động của pin:
Theo quy ước, thế điện cực chuẩn của Hydrogen được đặt bằng 0:
Ví dụ 1: Điện cực Kẽm (Zn)
Khi ghép một thanh
kẽm nhúng trong dung dịch Zn²⁺ 1M với điện cực Hydrogen chuẩn
(SHE), Volt-kế đo được sức điện động của pin là 0,76 V.
1. Xác định dấu
điện cực:
·
Để Volt-kế chỉ giá trị dương, ta
phải nối điện cực Kẽm (Zn) vào đầu âm (-) và điện cực Hydrogen
(SHE) vào đầu dương (+) của Volt-kế.
·
Cách mắc nối này cho thấy electron
(e⁻) di chuyển từ Kẽm sang Hydrogen.
·
Kết luận:
o
Kẽm (Zn) là cực âm (Anode), nơi xảy ra sự oxy hóa.
o
Hydrogen (SHE) là cực dương (Cathode), nơi xảy ra sự khử.
2. Viết phương
trình phản ứng:
·
Tại Anode (-): Zn → Zn²⁺ + 2e (Sự oxy hóa)
·
Tại Cathode (+): 2H⁺ + 2e → H₂ (Sự khử)
· Phản ứng tổng quát của pin: Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂
3. Tính toán thế
điện cực chuẩn của Kẽm:
Áp dụng công thức tính :
Vậy, thế điện cực chuẩn của kẽm là -0,76 V.
Ví dụ 2: Điện cực Đồng (Cu)
Khi ghép một
thanh đồng nhúng trong dung dịch Cu²⁺ 1M với điện cực Hydrogen chuẩn
(SHE). Giả sử ta vẫn mặc định nối điện cực Hydrogen (SHE) vào đầu dương (+)
của Volt-kế, và Cu và điện cực âm thì volt-kế sẽ báo lỗi (Error, nếu là volt-kế số), hoặc kim không nhảy
(volt-kế dùng kim chỉ thị).
Vậy ta cần đảo chiều, nối ngược lại
Volt-kế đo được sức
điện động của pin là 0,34 V.
·
Để Volt-kế chỉ giá trị dương, lần
này ta phải nối điện cực Đồng (Cu) vào đầu dương (+) và điện cực
Hydrogen (SHE) vào đầu âm (-) của Volt-kế.
·
Cách mắc nối này cho thấy electron
(e⁻) di chuyển từ Hydrogen sang Đồng.
·
Kết luận:
o
Hydrogen (SHE) là cực âm (Anode), nơi xảy ra sự oxi hóa.
o
Đồng (Cu) là cực dương (Cathode), nơi xảy ra sự khử.
2. Viết phương
trình phản ứng:
·
Tại Anode (-): H₂ → 2H⁺ + 2e (Sự oxy hóa)
·
Tại Cathode (+): Cu²⁺ + 2e → Cu (Sự khử)
· Phản ứng tổng quát của pin: H₂ + Cu²⁺ → 2H⁺ + Cu
3. Tính toán
thế điện cực chuẩn của Đồng:
Áp dụng công thức tính :
Vậy, thế điện cực chuẩn của đồng là +0.34 V.
Chúc luôn vui với Hóa.
HọcHóa.TT
Comments
Post a Comment