Hóa học lớp 12 · KNTT · Chương 5

Lý thuyết Hóa học 12 Bài 17: Ôn tập chương 5

Chương 5: Pin điện và điện phân · Kết nối tri thức với cuộc sống

Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12 Bài 17: Ôn tập chương 5 theo chương trình SGK Kết nối tri thức với cuộc sống. Hệ thống hoá toàn bộ kiến thức trọng tâm, phương trình phản ứng hóa học KaTeX chuẩn, bảng biểu trực quan và câu hỏi củng cố có lời giải chi tiết.

Lớp

10 11 12

Môn

Toán học Vật lý Hóa học Ngữ văn Tiếng Anh Sinh học Lịch sử Địa lý Giáo dục kinh tế & pháp luật Tin học Công nghệ

I. Cặp oxi hoá – khử của kim loại

Dạng oxi hoá $( M^{n +} )$ và dạng khử (M) của cùng một kim loại tạo nên cặp oxi hoá - khử, giữa chúng có mối quan hệ: $M^{n +} + ne \to M$

II. Thế điện cực chuẩn

a) Khái niệm

- Thế điện cực chuẩn là đại lượng đánh giá khả năng khử giữa các dạng khử và khả năng oxi hoá giữa các dạng oxi hoá ở điều kiện chuẩn.

b) Ý nghĩa

- Giá trị thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá - khử Mn+/M càng lớn thì tính oxi hoá của ion Mn+ càng mạnh và tính khử của kim loại càng yếu và ngược lại.

- Phản ứng hoá học giữa hai cặp oxi hoá - khử xảy ra theo chiều: Chất oxi hoá của cặp oxi hoá - khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn oxi hoá chất khử của cặp oxi hoá - khử có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn.

III. Nguồn điện hoá học

a) Pin Galvani

- Pin Galvani có cấu tạo gồm hai điện cực, mỗi điện cực ứng với một cặp oxi hoá - khử và thường nối với nhau qua cầu muối.

- Ở anode xảy ra quá trình oxi hoá, còn ở cathode xảy ra quá trình khử.

- Sức điện động chuẩn của pin: $E_{pin}^{o} = E_{cathode}^{o} - E_{anode}^{o}$

b) Một số nguồn điện khác

- Acquy thuộc loại pin sạc, được sử dụng phổ biến trong nhiều loại ô tô.

- Pin nhiên liệu và pin Mặt Trời là những nguồn năng lượng sạch, tiềm năng.

IV. Điện phân

a) Thứ tự điện phân

- Tại anode, chất khử mạnh hơn bị oxi hoá trước.

- Tại cathode, chất oxi hoá mạnh hơn bị khử trước.

b) Ứng dụng

- Nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân nóng chảy:

$2Al_{2}O_{3}\overset{dpnc}{\to}4Al + 3O_{2}$

- Đồng được tinh luyện bằng phương pháp điện phân với anode bằng đồng thô.

- Mạ điện được sử dụng để trang trí bề mặt hoặc bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn.

III. Bảng so sánh Pin điện hóa và Bình điện phân

Bảng đối chiếu toàn diện bản chất và quy tắc hoạt động của hai hệ thống điện hóa học cốt lõi:

Tiêu chí so sánh	Pin điện hóa (Galvani)	Bình điện phân
Bản chất năng lượng	Hóa năng $\to$ Điện năng (phát sinh dòng điện)	Điện năng $\to$ Hóa năng (cưỡng bức phản ứng xảy ra)
Tính tự phát	Phản ứng oxi hóa - khử tự phát ( $E_{\text{pin}}^o > 0$ )	Phản ứng không tự phát (cần nguồn điện ngoài $U > E^o$ )
Cực Anode	Cực Âm (-), xảy ra QUÁ TRÌNH OXI HÓA (nhường e)	Cực Dương (+), xảy ra QUÁ TRÌNH OXI HÓA (nhường e)
Cực Cathode	Cực Dương (+), xảy ra QUÁ TRÌNH KHỬ (thu e)	Cực Âm (-), xảy ra QUÁ TRÌNH KHỬ (thu e)
Chiều dòng electron	Từ Anode sang Cathode qua mạch ngoài	Từ nguồn điện ngoài đi vào Cathode, hút từ Anode về nguồn
Ứng dụng tiêu biểu	Pin khô, pin lithium-ion, ắc quy, pin nhiên liệu	Luyện kim nhôm, tinh luyện đồng, mạ kim loại, xút - clo

🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)

Hệ thống hóa toàn diện Chương 5: Pin điện hóa (nguồn điện hóa học) và Bình điện phân.
Bảng đối chiếu bản chất giữa Pin điện hóa và Bình điện phân: - Pin điện hóa: Biến hóa năng thành điện năng dựa trên phản ứng oxi hóa – khử tự phát ( $E_{\text{pin}}^o > 0$ ). Anode là cực âm (xảy ra oxi hóa), Cathode là cực dương (xảy ra khử). - Bình điện phân: Biến điện năng thành hóa năng để cưỡng bức phản ứng oxi hóa – khử không tự phát xảy ra. Anode là cực dương (nối cực dương nguồn ngoài, xảy ra oxi hóa), Cathode là cực âm (nối cực âm nguồn ngoài, xảy ra khử).
Thứ tự phóng điện và định luật bảo toàn electron trong điện phân: Tổng số mol electron nhường ở anode luôn bằng tổng số mol electron nhận ở cathode ( $n_e = \frac{It}{F}$ ).
Phương pháp giải toán tổng hợp: Lập bảng thứ tự điện phân tại hai cực, xác định thời điểm ion kim loại hết, thời điểm nước bắt đầu điện phân tại các cực, bài toán đồ thị điện phân.

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Lập bảng so sánh toàn diện giữa Pin Galvani và Bình điện phân về: Dấu của các điện cực, Quá trình xảy ra tại mỗi điện cực, Chiều dịch chuyển của electron, và Bản chất biến đổi năng lượng?

1. Bản chất biến đổi năng lượng: - Pin Galvani: Hóa năng

\to

Điện năng (phản ứng hóa học tự phát phát sinh dòng điện). - Bình điện phân: Điện năng

\to

Hóa năng (dòng điện một chiều ngoài thúc đẩy phản ứng hóa học). 2. Dấu và quá trình tại các điện cực: - Anode: Trong Pin là cực âm (-); Trong Bình điện phân là cực dương (+). Đều là nơi xảy ra QUÁ TRÌNH OXI HÓA (nhường e). - Cathode: Trong Pin là cực dương (+); Trong Bình điện phân là cực âm (-). Đều là nơi xảy ra QUÁ TRÌNH KHỬ (thu e). 3. Dòng electron ở mạch ngoài: - Pin Galvani: Electron tự chảy từ cực âm (anode) sang cực dương (cathode). - Bình điện phân: Dòng điện đẩy electron từ cực âm nguồn điện vào cathode, và hút electron từ anode về cực dương nguồn điện.

Khi điện phân dung dịch

NaCl

không có màng ngăn xốp thì sản phẩm thu được là gì? Giải thích cơ chế phản ứng?

Khi điện phân dung dịch

NaCl

có màng ngăn, ở cathode sinh ra

H_2

và dung dịch

NaOH

, ở anode sinh ra khí

Cl_2

. Tuy nhiên, khi KHÔNG có màng ngăn xốp ngăn cách giữa hai cực: 1. Khí

Cl_2

vừa sinh ra ở anode khuếch tán sang vùng cathode và phản ứng ngay với dung dịch

NaOH

tạo thành hỗn hợp muối sodium chloride và sodium hypochlorite:

Cl_2 + 2NaOH \to NaCl + NaClO + H_2O

2. Hỗn hợp dung dịch

NaCl

và

NaClO

này chính là dung dịch Nước Javel có tính tẩy màu, sát trùng cực kì mạnh nhờ tính oxi hóa mạnh của ion hypochlorite (

ClO^-

Thế nào là hiện tượng dương cực tan (anode tan) trong điện phân và ứng dụng của nó trong tinh luyện kim loại?

Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi anode của bình điện phân được làm bằng chính kim loại cần tinh chế hoặc cần mạ (ví dụ dùng anode bằng đồng thô trong dung dịch

CuSO_4

): - Tại anode (+): Bản thân kim loại anode bị oxi hóa tan dần vào dung dịch thành cation (

Cu \to Cu^{2+} + 2e

). Các tạp chất kim loại quý hơn đồng (như Ag, Au) không bị oxi hóa rụng xuống đáy tạo bùn anode; tạp chất kém quý hơn (Fe, Zn) bị oxi hóa tan vào dung dịch nhưng không bị kết tủa ở cathode. - Tại cathode (-): Cation

Cu^{2+}

trong dung dịch nhận electron bị khử thành kim loại đồng nguyên chất bám vào cathode (

Cu^{2+} + 2e \to Cu

). Kết quả là khối lượng anode giảm đúng bằng khối lượng cathode tăng thêm, nồng độ ion

Cu^{2+}

trong dung dịch không đổi, thu được đồng có độ tinh khiết cao

99{,}99\%

Điện phân

200\text{ mL}

dung dịch

NaCl

1\text{ M}

(điện cực trơ, màng ngăn xốp) với cường độ dòng điện

I = 2\text{ A}

trong thời gian

9650\text{ giây}

. Tính

pH

của dung dịch sau điện phân (coi thể tích dung dịch không đổi)?

Số mol electron trao đổi:

n_e = \frac{I \cdot t}{F} = \frac{2 \times 9650}{96500} = 0{,}20\text{ mol}

Số mol

NaCl

ban đầu:

n_{NaCl} = 0{,}2 \times 1 = 0{,}20\text{ mol}

. Phương trình điện phân dung dịch

NaCl

có màng ngăn:

2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{\text{đpdd, mn}} 2NaOH + Cl_2 \uparrow + H_2 \uparrow

Tại cathode:

2H_2O + 2e \to H_2 + 2OH^-

. Số mol ion

OH^-

sinh ra bằng số mol electron trao đổi:

n_{OH^-} = n_e = 0{,}20\text{ mol}

Nồng độ mol của ion

OH^-

trong dung dịch sau điện phân:

[OH^-] = \frac{0{,}20}{0{,}2} = 1{,}0\text{ M}

Tính

pH

của dung dịch:

\text{pOH} = -\log[OH^-] = -\log(1{,}0) = 0

\text{pH} = 14 - \text{pOH} = 14 - 0 = 14

Dung dịch có tính kiềm rất mạnh (

pH = 14

Đề luyện tập theo bài

Bài 17: Nhôm và hợp chất - Đề 1 (Nhận biết)28 câu hỏi · Nhận biết

Làm đề

Bài 17: Nhôm và hợp chất - Đề 2 (Thông hiểu)28 câu hỏi · Thông hiểu

Làm đề

Bài 17: Nhôm và hợp chất - Đề 3 (Vận dụng)28 câu hỏi · Vận dụng

Làm đề

Bài 17: Nhôm và hợp chất - Đề 4 (Tổng hợp)28 câu hỏi · Vận dụng cao

Làm đề

Bài 17: Nhôm và hợp chất - Đề 5 (Nâng cao)28 câu hỏi · Tổng hợp

Làm đề