Chuyên đề: Bồi dưỡng HSG Bài tập thế điện cực và sức điện động của pin diện hóa

I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Trong quá trình ôn luyện cho học sinh thi học sinh giỏi các cấp chuyên đề
pin điện và thế điện cực là một chuyên đề khó và khá quan trọng nên các bài tập về
pin điện và thế điện cực thường xuyên có mặt trong các kì học sinh giỏi quốc gia.
Trong thực tế tài liệu viết về bài tập thế điện cực và pin điện còn ít nên
nguồn tư liệu để giáo viên và học sinh nghiên cứu còn hạn chế do đó nội dung kiến
thức và kĩ năng giải các bài tập thế điện cực và pin điện cung cấp cho học sinh
chưa được nhiều. Vì vậy, khi gặp các bài toán thế điện cực và pin điện các em
thường lúng túng trong việc tìm ra phương pháp giải phù hợp.
Việc đề xuất một hệ thống bài luyện tập với các dạng khác nhau kèm theo
lời giải hoặc hướng dẫn là một việc cần thiết cho các giáo viên và học sinh. Nếu có
được hệ thống bài tập đa dạng được chắt lọc từ các đề thi olimpic và đề thi học
sinh giỏi quốc gia hỗ trợ cho công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, nhằm chuẩn bị tốt
cho các kì thi olimpic và kì thi học sinh giỏi quốc gia tốt hơn.
Trên cơ sở đó, tôi chọn chuyên đề “ Bài tập thế điện cực và sức điện động
của pin diện hóa”. Với hy vọng chuyên đề này sẽ là một tài liệu tham khảo phục
vụ cho việc luyện tập của các em học sinh và cho công tác giảng dạy của các đồng
nghiệp.


II. Nội dung:
Bài 1: Cho: Eo ở 25oC của các cặp Fe2+ / Fe và Ag+ / Ag tương ứng bằng - 0,440 V
và 0,800 V. Dùng thêm điện cực hiđro tiêu chuẩn, viết sơ đồ của pin được dùng để
xác định các thế điện cực đã cho. Hãy cho biết phản ứng xảy ra khi pin được lập từ
hai cặp đó hoạt động.
(Đề thi HSGQG NĂM 2000 Bảng A)
Hướng dẫn
 H2 (Pt)  H+ 1M
 Fe2+ 1M  Fe 
p = 1at
o

2+
E Fe / Fe = - 0,440 V
cực Fe: cực  ; cực H: cực 
Phản ứng :
Fe  2e
= Fe2+
2 H+ + 2e
= H2
+
Fe + 2 H = Fe2+ + H2
 H2 ( Pt )  H+ 1M  Ag+ 1M  Ag 
p = 1at
EoAg+/Ag = 0,800 V
cực Ag: cực  ; cực H: cực 
Phản ứng :
H2  2e
= 2H+
Ag+ + e
= Ag
+
H2 + 2 Ag = 2Ag + 2 H+
Fe2+

 Fe

Ag+ 1M

Ag 

Eopin = EoAg+/Ag - EoFe2+/ Fe = 1,24 V

cực Ag: cực  ; cực Fe: cực 
Phản ứng :
Fe
 2e
=
Fe2+
2 Ag+ + 2e
= 2 Ag
+
Fe + 2 Ag = 2Ag + 2 Fe2+
Bài 2:
0

Cho E Fe

3

Fe

0
 0,036V ; E Fe
2

Fe

 0,44V ; E I02

2I



0,54V ; TFe (OH ) 2 10  14,78 ; TFe (OH )3 10  37, 42

a/ Tính sức điện động của pin:
Pt ( H 2 ;1atm) H  1M Fe 3 0,5M ; Fe 2 0,025M Pt

b/ Viết phương trình phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực và phương trình hóa học khi
pin hoạt động
c/ Dung dịch KI có phản ứng với dung dịch FeCl3 không? Giải thích?
d/ Tính khử của Fe2+ biến đổi như thế nào khi tăng?
Hướng dẫn
0
a/ Ta có: Fe2+ + 2e  Fe ; G1  2 F .E Fe Fe
2

0
Fe3+ + 3e  Fe ; G2  3F .E Fe

3

Fe


0
; G3  F .E Fe

Và Fe3+ + 1e  Fe2+
Như vậy ta có:
0
G3 G2  G1   F .E Fe

3

Fe 2 

3

Fe 2 

0
0
0
 3F .E Fe
 2 F .E Fe
 E Fe
3
2
3
Fe
Fe

Fe2 

0,77V

 Fe  0,79V
 Fe 
3

E    0,77  0,059. lg

2

E    0 (V)

Suy ra : Epin= 0,79 – 0 =0,79V
b/ Viết phản ứng xảy ra ở các điện cực và xảy ra trong pin:
Cực(-): H2 
2H+ +2e
Cực (+): Fe3+
+1e

 Fe2+

Phản ứng xảy ra trong pin: 2Fe3+
+
H2  2Fe2+ +
2H+
0
0
c/ Do E Fe Fe  E I 2 I : nên dung dịch KI có phản ứng với dung dịch FeCl3 được
theo phương trình sau:
2KI +
2FeCl3 
I2
+2FeCl2
+2KCl
d/ Ta có:
3

Fe

3+

Fe

2+

2



2

+
+



3

Fe

2

10  37, 42

OH 

 3

 14.78

10
2OH  Fe(OH)2; Suy ra:  Fe  
OH 
 Fe  0,77  0,059. lg 10 .10
0,77  0,059. lg
 Fe 
OH 
2

-

 2

3

Suy ra: E Fe



3
3OH  Fe(OH)3; Suy ra: Fe 

-

2

 37 , 42

14 , 78



0,26  0,059 pH

Vậy khi pH tăng thì tính khử của Fe2+ tăng.
Bài 3: Một pin điện gồm điện cực là một sợi dây Ag nhúng vào dung dịch AgNO3
và điện cực kia là một sợi dây Pt nhúng vào dung dịch muối Fe2+ và Fe3+. Biết
0
E Ag


Ag

0
0,80V ; E Fe
3

0,77V
Fe 2 

a/ Viết phương trình hóa học khi pin hoạt động
b/ Tính sức điện động của pin ở điều kiện chuẩn?
c/ Nếu [Ag+] = 0,10M và [Fe3+] = [Fe2+] = 1,0M thì phản ứng trong pin xảy ra như
thế nào?
d/ Hãy rút ra nhận xét về ảnh hưởng của nồng độ chất tan đến giá trị của thế điện
cực và chiều hướng của phản ứng xảy ra trong pin.
Hướng dẫn
a/ Phản ứng xảy ra khi pin hoạt động: Ag+ + Fe2+  Fe3+ + Ag (1)

b/ Sức điện động của pin ở điều kiện chuẩn:
0
0
E pin
 E Ag


Ag

0
 E Fe
3

Fe 2 

0,80  0,77 0,03(V )

c/ Nếu [Ag+] = 0,10M và [Fe3+] = [Fe2+] = 1,0M thì suất điện động trong pin sẽ là:


E pin  E 0pin 







0,059
Ag  . Fe 2

0,059 0,1.1,0
lg
0,03 
lg
 0,03(V )  0
3
n
1
1,0
Fe





Vậy phản ứng (1) sẽ xảy ra theo chiều ngược lại.
Kết quả trên cho thấy:
- Ở điều kiện chuẩn thì suất điện động của pin là 0,03V
- Khi nồng độ của Ag+ giảm đi 10 lần thì thế điện cực của cặp Ag+/Ag là:
0,059
lg 10  1 0,80  0,059 0,74(V )
1
Và suất điện động của pin sẽ là: E pin  E Ag  Ag  E Fe3
E Ag 

Ag

0
 E Ag


Ag



Fe 2 

0,74  0,77  0,03(V )

 Khi nồng độ Ag+ giảm đi 10 lần, thế điện cực của cặp Ag+/Ag trở nên nhỏ hơn

thế điện cực của cặpFe3+/Fe2+ và phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại(Epin<0). Vậy
nồng độ của chất tan có khả năng làm thay đổi thế điện cực và chiều của phản ứng.
Bài 4:
Dung dịch X gồm K2Cr2O7 0,010 M; KMnO4 0,010 M; Fe2(SO4)3 0,0050 M
và H2SO4 (pH của dung dịch bằng 0). Thêm dung dịch KI vào dung dịch X cho đến
nồng độ của KI là 0,50 M, được dung dịch Y (coi thể tích không thay đổi khi thêm
KI vào dung dịch X).
a) Hãy mô tả các quá trình xảy ra và cho biết thành phần của dung dịch Y.
b) Tính thế của điện cực platin nhúng trong dung dịch Y.
c) Cho biết khả năng phản ứng của Cu 2+ với I- (dư) ở điều kiện tiêu chuẩn. Giải
thích.
d) Viết sơ đồ pin được ghép bởi điện cực platin nhúng trong dung dịch Y và điện
cực platin nhúng trong dung dịch gồm Cu 2+, I- (cùng nồng độ 1 M) và chất rắn CuI.
Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trên từng điện cực và xảy ra
trong pin khi pin hoạt động.
0
0
0
0

Cho: E Cr O /Cr = 1,330 V; E MnO /Mn = 1,510 V; E Fe /Fe = 0,771 V; E I /I = 0,5355 V
2

2
7

3+

2+

3+


3

2+

4

E

0
Cu

2+

/Cu



= 0,153 V; pK s(CuI)  12; ở 25 oC: 2,303



RT
= 0,0592; Cr (z = 24).
F

(Đề thi HSGQG NĂM 2012)
Hướng dẫn:
2.
0

a) Do E MnO

4

/Mn

2+

= 1,51 V > E

0
2-

Cr2 O7 /Cr

3+

= 1,33 V > E

0
Fe

0

3+

/Fe

2+

= 0,771V > E -

I3 /I

-

= 0,5355 V, nên

các quá trình xảy ra như sau:
2 MnO -4 + 16 H+ + 15 I- � 2 Mn2+ + 5 I3- + 8 H2O
0,01
0,5
0,425
0,01
0,025
2+
- �

3+
Cr2 O 7 + 14 H + 9 I
2 Cr + 3 I3- + 7 H2O


0,01
0,425
0,025
0,335
0,02
0,055
3+
- �
2+
2 Fe + 3 I
2 Fe + I3
0,01
0,335
0,055
0,32
0,01
0,06
Thành phần của dung dịch Y: I-3 0,060 M; I- 0,32 M; Mn2+ 0,01 M; Cr3+ 0,02 M;
Fe2+ 0,01 M.
I 3 + 2 e � 3 Ib)
0,0592

E - - = 0,5355 +
I 3 /I
0

0
Do E I- /I- = 0,5355 V > E Cu
3

2+

2

/Cu 

.log

0,06
(0,32)

3

= 0,54 V.

= 0,153 V nên về nguyên tắc Cu2+ không oxi hóa được

I- và phản ứng: 2 Cu2+ + 3 I- � 2 Cu+ + I3- hầu như xảy ra theo chiều nghịch.
1
0
0
E
=
E
+
0,0592.log

�

Nhưng nếu dư I thì sẽ tạo kết tủa CuI. Khi đó Cu /CuI Cu /Cu
2+

2+

K S(CuI)

0,863 V.
0
Như vậy E Cu

2+

/CuI

0
= 0,863 V > E I- /I- = 0,5355 V � Cu2+ sẽ oxi hóa được I- do tạo thành
3

CuI:
2 Cu2+ + 5 I- � 2 CuI � + I30
d) Vì E Cu

2+

/CuI

= 0,863 V > E I- /I- = 0,54 V � điện cực Pt nhúng trong dung dịch Y là

3

anot, điện cực Pt nhúng trong dung dịch gồm Cu 2+, I- (cùng nồng độ 1 M), có chứa
kết tủa CuI là catot. Vậy sơ đồ pin như sau:
(-) Pt│ I-3 0,060 M; I- 0,32 M║CuI; Cu2+ 1 M; I- 1 M │Pt (+)
Trên catot: Cu2+ + I- + e � CuI �
Trên anot: 3 I- � I-3 + 2e
Phản ứng trong pin: 2 Cu2+ + 5 I- � 2 CuI � + I-3


III. KẾT LUẬN
Trên đây là một số dạng bài tập về thế điện cực và sức điện động của pin
điện hóa đã có hướng dẫn giải ngắn gọn, chi tiết.
Do thời gian và trình độ có hạn nên tôi chưa làm được những vấn đề sau:
- Hệ thống cơ sở lý thuyết.
- Sắp xếp, phân chia hệ thống các dạng bài tập.
- Tăng số lượng bài tập.
Rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp và giúp đỡ của các em học sinh
và quý thầy cô.

Đăk Mil, ngày 20 tháng 10 năm 2014
Sưu tầm và biên soạn

NGUYỄN XUÂN THỌ