BÀI TẬP PIN ĐIỆN ------
1. Bài tập có hướ ng ng dẫn giải 1.1. Dạng sức điện động của pin
Bài 1
Hướ ng ẫn ng d ẫ
1
Bài 2
Hướ ng ẫn ng d ẫ
Bài 3
ng d ẫ Hướ ng ẫn
2
1.2. Tính hệ số hoạt độ trung bình
Bài 4
ng d ẫ Hướ ng ẫn
Bài 5
Hướ ng ẫn ng d ẫ
3
Bài 6
Hướ ng ẫn ng d ẫ
Bài 7
Hướ ng ẫn ng d ẫ
1.3. Xác định tích số tan của muối khó tan
4
Bài 8
ng d ẫ Hướ ng ẫn
Bài 9
Hướ ng ẫn ng d ẫ
5
1.4. Xác định số vận tải
Bài 10
Hướ ng ẫn ng d ẫ
6
1.5. Xác định hằng số cân bằng
Bài 11
ng d ẫ Hướ ng ẫn
7
1.6. Tính hằng số không bền của ion phứ c
Bài 12
Hướ ng ẫn ng d ẫ
1.7. Tính hằng số phân ly c ủa ion
Bài 13
Hướ ng ẫn ng d ẫ
8
1.8. Xác định pH của dung dịch Bài 14
Hướ ng ẫn ng d ẫ
9
ng nhiệt của pin 1.9. Xác định hiệu ứ ng
Bài 15
Hướ ng ẫn ng d ẫ
10
Bài 16
ng d ẫ Hướ ng ẫn
1.10. Bài tập nâng cao Bài 17: Pin nhiên liệu hiện nay đang đượ c các nhà khoa h ọc hết sức quan tâm. Pin này ho ạt động dựa trên phản ứng: 2CH3OH(l) + 3O2(k) → 2CO2(k) + 4H2O(l) 1. Viết sơ đồ pin và các phản ứng xảy ra tại các điện cực sao để khi pin hoạt động xảy ra phản ứng ở trên? ng Gibbs ΔG° của phản ứng? 2. Cho thế chuẩn của pin E ° = 1.21 V hãy tính bi ến thiên năng lượ ng pH=0 là 1,23V. Hãy tính giá tr ị E °c ở pH=14. pH=14. 3. Biết thế điện cực chuẩn của Catot ở pH=0 Không tính toán hãy so sánh E ° pin ở pH=0 pH=0 và pH=14? 4. Nêu những ưu điểm của việc sử dụng phản ứng này trong pin nhiên liệu so vớ i việc đốt cháy CH3OH? ng d ẫ Hướ ng ẫn
1. anot: CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e catot: O2 + 4H+ + 4e → 2H 2O phản ứng: 2CH3OH + 3O2 → 4H2O + 2CO 2 Sơ đồ pin (-) Pt(CO2)│CH3OH, H+││ H+│Pt(O2) (+) (12 mol)(96500 J/V-1.mol)(1.21 V) = – 1.40×10 1.40×103 kJ 2. ΔGo = – n FE o = – (12 3. Sử dụng phương trình Nernst E
E0
RT
4 F
4
14 ln H 1, 23 0, 059 lg 10 0, 40 (V )
Trong phản ứng không xuất hiện H+ hay OH- nên Eo pin không phụ thuộc pH. ng và không mất NL trong suốt quá trình biến đổi nên công có ích 4. Không mất nhiệt ra môi trườ ng thực hiện nhiều hơn. Bài 18: Tính nồng độ độ ban ban đầu của HSO biết r ằng ằng khi đo sức điện động của pin 02M ) ║ MnO4 (0, 05M ); Mn2 (0, 01M ); HSO4 (C ) │Pt Pt │ (0,1 M ); 3 (0, 02 25oC có giá tr ị 0,824(V). ở 25 4
M
11
Cho
o
MnO4
/ Mn 2
51(V ) 1, 51
;
o
3 / 3
0,5355 0,5355((V ) và
a ( HSO HSO4
1,0.10
)
2
ng d ẫ Hướ ng ẫn
Ở điện cực dương (bên phải): Mn MnO O
8H
4
2
5e
Mn
4H 2O
8
E phải=
o
/ Mn2
MnO4
0, 0592
5
điện cực âm (bên trái): Etrái =
o
I 3
/ 3 I
0, 0592 2
8
MnO4 . H 0, 05. H 0, 0592 lg . lg 1, 51 5 0, 01 Mn2
3 I
I3
2e
I 3 0, 0592 0, 02 lg 0, 5355 lg 0, 574(V ) 2 (0,1)3 I
E pin = E+ - E- = 0,824 Suy ra:
0, 824 1, 51
0,059 5
lg
0,05. H
0, 01
Giải ra ta đượ c: c: [H+] = 0,54 (M) = x Từ cân bằng: HSO HSO4 H C 0 Ban đầu: Cân bằng: (C – x) x
a
x
2
Cx
x
8
0, 574
K a = 1,0.10-2
2
SO4
0 x
2
x C
a
,346(M ) Thay giá tr ị x =0,54 và K a = 1,0.10-2 vào, ta tính đượ c C 0,34 Bài 19: Cho 25,00 ml dung dịch chứa Cu(NO3)2 0,06M và Pb(NO 3)2 0,04M tr ộn vào 25,00 ml dung dịch chứa NaIO3 0,12M và HIO 3 0,14M thu đượ c dung dịch Y. 1. Tính nồng độ cân bằng của Cu2+, Pb2+ trong dung dịch Y. 2. Cho điện cực Cu nhúng vào Y r ồi ghép thành pin với điện cực Ag nhúng vào dung dịch Z gồm đồ pin điện, chỉ rõ dấu của điện cực. AgNO3 0,01M và NaI 0,04M ở 25 250C. Viết sơ đồ pin Biết: pK s của Cu(IO3)2, Pb(IO3)2, AgI lần-1lượ t là 7,13 ; 12,61 ; 16,00
HSO4
C*u (OH )
10 8 ; P*b (OH )
10
7 ,8
; EC0u 2
/Cu
0, 337V ; EP0b 2
/ Pb
0,126V ; EA0g
/ Ag
0, 799V
ng d ẫ Hướ ng ẫn
Sau khi tr ộn, C 0, 03M ; C 0, 02M ; C 0, 07M ; C 0,13M ng axit mạnh nên bỏ qua sự tạo phức hiđroxo của ion kim loại Vì môi trườ ng 2+ Pb + 2IO3- Pb(IO3)2 K 3 = 1012,61 >> phản ứng hoàn toàn C bđ 0,02 0,13 [ ] 0 0,09 2+ Cu + 2IO3- Cu(IO3)2 K 4 = 107,13 >> phản ứng hoàn toàn C bđ 0,03 0,09 [ ] 0 0,03 Thành phần giớ i hạn của dung dịch Y gồm: Pb(IO3)2; Cu(IO3)2; IO3-; H+; Na+; NO3Có các cân b ằng: Pb(IO3)2 Pb2+ + 2IO3(4) K 3-1 = 10-12,61 Cu(IO3)2 Cu2+ + 2IO3(5) K 4-1 = 10-7,13 Vì K 3-1 << K 4-1 nên ta tính theo cân b ằng (5), bỏ qua cân bằng (4). Cu(IO3)2 Cu2+ + 2IO3(5) K 4-1 = 10-7,13 C bđ 0,03 [ ] x 0,03 + 2x 5 1 8, 237.10 0 << 0,03 Theo cân bằng (5): K 4 x.(0, 0033 2 x) 2 10 7,13 8,237.1 Cu
2
Pb
2
H
IO3
x
12
Nồng độ IO3- coi như không đổi.
Pb(IO3)2 Pb2+ + 2IO3(4) K 3-1 = 10-12,61 C bđ 0,03 [ ] y 0,03 + 2y Theo cân bằng (5): y = 2,727.10-10. Thế của điện cực Cu nhúng vào dung dịch Y là E
Cu
2
EC0u / Cu Cu 2
/ Cu Cu
0,0592 2
log Cu 2 0,216(V).
Vì [Pb2+] r ất nhỏ không oxi hóa đượ c Cu. * Xét dung dịch Z: Ag+ + I- AgI K 6 = K s-1 = 1016 >> C bđ 0,01 0,04 Sau 0 0,03 Thành phần giớ i hạn của dung dịch: AgI; I-; Na+, NO3AgI Ag+ + I- K 6-1 = 10-16 C bđ 0 0,03 [ ] x 0,03 + x 1 16 03 x) 10 10 x = 3,333.10-15 K 6 x.(0, 03 Thế điện cực Ag nhúng vào dung dịch Z là:
15 0 0 ,05 ,0 5 9 2lo 2l o g 0 ,79 ,7 9 9 0 ,05 ,0 5 9 2lo 2l o g ( 3 ,33 ,3 3 3 . 1 0 ) 0,05 ,058(V ) E Ag / Ag EAg Ag / Ag
Vì E Ag Ag E Cu Cu nên sơ đồ pin là (-) Ag│AgI, I- 0,03 M || || Pb(IO3)2; Cu(IO3)2; IO3- 0,03 M │Cu │Cu (+) Bài 20: Cho sơ đồ pin: (-) Ag │AgNO31,000.10-1M; NH3 1M ║ Ag2SO4(bão hoà) │Ag (+) Tính hằng số tạo phức Ag(NH3)2+ biết EoAg+/Ag = 0,800V; K sAg2SO4 = 1,100.10 -5;
2
/
/
E pin = 0,390V. + Tại catot E(+): Theo cân b ằng: Ag2SO4 K s = 1,10.10 -5
Hướ ng ẫn ng d ẫ
2Ag+ + SO42-
2S S => [Ag ] = (2S) .S = K s + => [Ag ] = 2S = 2.(K s/4)1/3 => E(+) = EoAg+/Ag + 0,0592lg[Ag+] = EoAg+/Ag + 0,0592lg2.(K s/4)1/3 = 0,8 + 0,0592lg2.(1,1.10 -5/4)1/3 = 0,708(V). + Tại anot E(-): Theo cân b ằng: Ag+ + 2NH3 Ag(NH3)2+ β = ? Co 0,1 1 0 [] x (0,8+2x) (0,1-x) => β = (0,1-x)/x.(0,8+2x) = 0,1/0,8x => [Ag+] = x = 1/8β => E(-) = EoAg+/Ag + 0,0592lg[Ag+] = 0,8 + 0,0592lg1/8β = 0,747 - 0,0592lgβ => E pin = 0,708 - 0,747 + 0,0592lgβ = 0,390 => β = 107,247 Bài 21: Tính nồng độ ban độ ban đầu của HSO4- biết r ằng ở 25 25oC, suất điện độ ng của pin + 2
.[SO42-]
2
Pt | I − 0,1 (M) I 3− 0,02 (M) || MnO 4− 0,05 (M) Mn2+ 0,01 (M) HSO 4− C (M) | Pt 0 0 1,51(V); E 0,5355(V); K = 10-2. có giá tr ị 0,824 (V). E MnO I / 3 I / Mn HSO 4
2
3
4
13
-
MnO4 + 8H + 5e→ Mn2+ + 4H2O
Ở điệ Ở điện cự c phải: E phải = E
0
MnO4 / Mn
2
0,0592
+
5
Etrái =
I 3 / 3 I
+
8 MnO4 ].[ H ] [ MnO
lg
2 [ Mn Mn ]
0,0592 2
lg
[ I 3 ]
3
[ I ]
= 0,5355 +
E pin = E phải - Etrái => 0,824 = 1,51 + => [H ] = 0,05373 (M) Mặt khác từ cân b ằng HSO4- → H+ + SO42Co C [ ] C – [H [H+] [H+] [H+] [ H ]2
10
2
C [ H
]
(0,054)2 C 0,054)
0,0592
0,0592 5
+
= 1,51 +
0,0592 5
0,05[ H | ]8
lg
0,01
3I- → I3- + 2e
Ở điện cực trái: 0 E
ng d ẫ Hướ ng ẫn
+
2
lg
0,02 (0,1)
3
=0,574
lg( 5.[ H ]8 ) 0,574
K a = 10-2
=> [HSO4-]=0,3456 M
Bài 22: Cho ba pin điệ n hóa v ớ i sức điện động tương ứ ng ở 298K: 298K: + Pin 1: Hg | Hg2Cl2 | KCl (bão hoà) || Ag (0,0100M) | Ag có E1 = 0,439V. Pin 2: Hg | Hg2Cl2 | KCl (bão hoà) || AgI (bão hoà) | Ag có E 2 = 0,089V. Pin 3: Ag | AgI (bão ( bão hoà), PbI2 (bão hoà) || KCl (bão hoà) |Hg2Cl2 | Hg có E3 = 0,230V. a) Tính tích số tan của AgI. b) Tính tích số tan của PbI2. Cho: E0(Ag+/Ag) = 0,799V. ng d ẫ Hướ ng ẫn
a. Tính thế của điện cực calomen: – E (calomen) trong đó E1 = E(Ag+/Ag) – E + o E(Ag /Ag) = E (Ag+/Ag) + 0,0592 log [Ag +] = 0,681 V
→ E (calomen) = 0,242V Tính nồng độ ion bạc: E2 = E(AgI (bão hòa)/Ag//Ag) – Ecalomen Ecalomen ⇒ E(AgI (bão hòa)/Ag//Ag) = 0,331V
E(Ag+/Ag) = Eo (Ag+/Ag) + 0,0592 log [Ag +] = 0,331 ⇒ [Ag+] = 1,22.10 -8 M [Ag+] = [I-] ⇒ Tích số tan AgI: K s,s, AgI = 1,48.10-16 b. E3 = Ecalomen Ecalomen – E(AgI E(AgI (bão hoà), PbI2 (bão hoà)/Ag) ⇒ E(AgI (bão hoà), PbI 2 (bão hoà)/Ag) = 0,012V E(Ag+/Ag) = Eo (Ag+/Ag) + 0,0592 log [Ag +] = 0,012 V -14 ⇒ [Ag+] = 4,89.10 M ⇒ [I-] = = 3,02.10 -3M = [Ag+] + 2 [Pb 2+] ⇒ [Pb2+] = 1,51.10 -3 M Tích số tan: K s,s, PbI2 = 1,37.10 -8 Bài 23: Cho pin sau sau : H2(Pt), PH =1atm / H+: 1M || MnO : 1M, Mn2+: 1M, H+: 1M / Pt Biết r ằng sức điện độ ng của pin ở 25 250 C là 1,5V. a) H a ̃y cho biết phản ứng thực tế xảy ra trong pin và t ́nh E 0MnO /Mn ? 4
2
4
2+
b) Sức điện độ ng của pin thay đổi như thế nào khi thêm m ột ́t NaHCO3 vào nửa tr a ́ i của pin? ng d ẫ Hướ ng ẫn
Phản ứng thực tế xảy ra trong pin: Do E pin = 1,5 V > 0 nên cực Pt - (phải) là catot, cực hiđro - (trái) là anot do đó phản ứng thực tế xảy ra trong pin sẽ trùng với phản phản ứng quy ước: - Catot: - Anot:
MnO + 8H+ + 5e H2 4
Mn2+ + 4H2O 2H+ + 2e 14
→ phản ứng trong pin: 2MnO + 6H+ + 5H2 * E
=E
0
pin
0
MnO4 / Mn
2
-E
0 2 H
/ H 2
2Mn2+ + 8H2O
4
= 1,5 V
→E = 1,5 V * Nếu thêm một ít NaHCO3 vào nửa trái của pin sẽ xảy ra pư: HCO3- + H+ H2O + CO2 0
MnO4 / Mn
2
+
→ [H ] giảm giảm nên E E pin = (E
MnO 4 / Mn
2
2 H
-E
2 H
=
/ H 2
/ H 2
0,059 2
. lg
H
giảm , do đó:
P H
2
) sẽ tăng
0,18V ; E 0 / Bài 24: Cho E 0 / ( ) 1,695V ( )2 Cr(OH)3 CrO2- + H+ + H2O K = 1,0.10 -14 1. Hãy thiết lập sơ đồ pin đồ pin đượ đượ c hình thành bở i hai cặ p oxi oxi hóa hóa - khử CrO CrO42-/ CrO2- và MnO4-/ MnO(OH)2. 2. Tính hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra trong pin. 3. Tính E pin biết nồng độ của ion CrO42- là 0,010M; CrO2- là 0,030M; MnO 4- là 0,2M. 4. Mô tả chiều chuyển động của các electron, cation, anion trong quá trình pin ho ạt động. 2
CrO4
Cr OH 3
MnO4
MnO OH
Hướ ng ẫn ng d ẫ
2-
1. Xét cặ p CrO4 / Cr(OH)3 3E /0,0592 CrO42- + 4H2O + 3e Cr(OH)3 + 5OHK1 10 Cr(OH)3 CrO2- + H+ + H2O K = 10-14 H+ + OHH2 O K w-1 = 1014 1 3E /0,0592 CrO42- + 2H2O + 3e CrO2- + 4OHK 2 K1.K.K w 10 Eo CrO42-/ CrO2- = Eo CrO42-/ Cr(OH)3 = - 0,18V < E o MnO4-/ MnO(OH)2 sơ đồ pin: (-)Pt | CrO42-, CrO2-, OH- || MnO4-, H+, MnO(OH)2 | Pt (+) 2. Tính K của phản ứng: MnO4- + 4H+ + 3e MnO(OH)2 + H2O K 1 = 103.1,695/0,0592 CrO2- + 4OHCrO42- + 2H2O + 3e K 2-1 = (103.(-0,18)/0,0592)-1 4| H2O H+ + OHK w = 10-14 MnO4- + CrO2- + H2O MnO(OH)2 + CrO42K = K 1.K 2-1.(K w)4 = 1039
1
3. E pin = Eo pin + Tính
Eo pin
0,0592 3
lg
2
[CrO 4 ] o
0,0592 3
1
[MnO [MnO 4 ].[CrO2 ]
dựa vào K ph ản ứng ta có E pin =
E pin = 0,77 +
lg
0,2.0,03 0,01
39.0,0592 3
= 0,77V
= 0,7656V
4. Ở mạch ngoài: Các eletron chuy ển động từ anôt (-) sang catot (+) Ở mạch trong : - Dung dịch bên anot có CrO 2-, OH- đi đến bề mặt anot tham gia ph ản ứng làm dung d ịch giảm lượ ng ng ion âm ở anot để dung dịch luôn trung hòa so với lượng ion dương các ion âm c ủa cầu muối s ẽ đi vào dung dị ch ở anot điện. - Dung dịch bên catot có ion MnO 4-, H + đi đến b ề m ặt catot tham gia ph ản ứng làm dung d ịch giảm lượ ng ng ion dương so với lượ ng ở catot để dung dịch ng ion âm các ion dương củ a c ầu mu ối s ẽ đi vào dung d ịch ở catot luôn trung hòa điện.
pH = 0: Bài 25: Cho giản đồ quá trình khử - thế khử, thế khử chuẩn được đo ở pH
15
1. Tính và 2. Bằng cách tính toán, cho bi ết Cr 3+ có thể dị phân thành Cr 2+ và Cr(V) đượ c không? 298K 3. Viết quá trình xảy ra vớ i hệ oxi hóa - khử − / 3+ và tính độ biến thiên thế của hệ ở 298K
khi pH tăng 2 đơn vị 4. Phản ứng giữa K 2Cr 2O7 vớ i H2O2 trong môi trường axit (loãng) được dùng để nhận biết crom vì sản phẩm tạo thành có màu xanh. Vi ết phương trình ion của phản ứng xảy ra và cho biết phản ứng này có thuộc loại phản ứng oxi hóa khử hay không? Vì sao Cho R = 8,314 J/molK; F = 96500 C/mol
Hướ ng ẫn ng d ẫ
1. Từ giản đồ ta có 3 = -0,408 + 2.(-0,912) → = -0,744 V 0,55 + 1,34 + - 0,744.3 = 0,293.6 → = 2,1 V 2. Cr(V) + 2e → Cr 3+ (1) E = ,3+, = 1,72 V 2Cr 3+ + 2e → 2Cr 2+ (2) E = -0,408 V từ (1) và (2) ta có 3Cr 3+ → 2Cr 2+ + Cr(V) ∆3 1,72)F = 4,256F > 0 ∆G3 = -2F E + 2FE = -2(-0,408 – 1,72)F 3+ → Cr không thể dị phân thành Cr 2+ và Cr(V) đượ c + 3+ 3. Cr O− 14H + 6e → 2Cr + 7H2O E = E
/
E = E
/
ln
]() [
[ ] −(p+) RT [Cr O− ) ](10 ln 6F [Cr 3+ ]
vậy độ biến thiên của thế E2 – E E1 = 14. ln10-2 = - 0,276 V + 4. Cr O− 4H O 2H → 2CrO 5H O Phản ứng trên không phải là phản ứng oxi hóa khử vì số oxi hóa của các nguyên tố không thay đổi trong quá trình phản ứng. Trong CrO5, số oxi hóa của Crom là +6 và c ủa O là -2 và -1, do peoxit CrO 5 có cấu trúc
Bài 26 1. Thiết lậ p một sơ đồ pin đồ pin để xác định tích số tan của AgI. Viết các phương trình phản ứng xảy ra trên mỗi điện cực và trong pin. c. 2. Tính độ tan tại 25oC của AgI trong nướ c. Cho: E 0Ag
+
Ag
= 0,80V; E 0AgI/Ag,I- = -0,15V;
Hướ ng ẫn ng d ẫ
1. Để xác định tích số tan K S của AgI, cần thiết lập sơ đồ pin đồ pin có các điện cực Ag làm vi ệc thuận + nghịch vớ i Ag . Điện cực Ag nhúng trong dung dịch nào có [Ag+] lớn hơn sẽ 16
đóng vai trò catot. Vậy sơ đồ pin đồ pin như sau: (-) Ag │ I-(aq), AgI(r) ║ Ag+(aq) Hoặc: (-) Ag, AgI(r) │ I-(aq) ║ Ag+(aq) Phản ứng ở c cực âm: Ag(r) + I−(aq) Phản ứng ở c cực dương: Ag+(aq) + e Phản ứng xảy ra trong pin: Ag+(aq) + I-(aq) 1
0 0 -E + Ag /Ag /Ag AgI/ AgI/Ag Ag,I ,I
( E
Trong đó K = K .K 2 = 10 -1 S
) / 0,059
1
│ Ag(r) (+) │ Ag(r) (+) AgI(r) + e Ag(r) AgI(r)
≈ 1,0.1016
K 11 K 2 K S-1
(1)
K S = 1,0.10−16.
2. Gọi S là độ tan của AgI trong nướ c nguyên chất, ta có: K S = 10-16 AgI↓ Ag+ + IS S Vì quá trình tạo phức hidroxo của Ag+ không đáng kể, I- là anion của axit mạnh HI, nên: S = K =1,0.10-8 M Bài 27: Cho sơ đồ pin đồ pin điện hoá tại 25oC : (-)Ag, AgBr/KBr (1M) || Fe3+ (0,05M), Fe2+ (0,1M)/Pt(+) a) Viết sơ đồ phản ứng xảy ra trong pin và chiều chuyển dịch điện tích khi pin hoạt động. b) Tính E pin. c) Tính nồng độ các ion trong mỗi điện cực khi pin phóng điện hoàn toàn. S
o o Cho: EAg = 0,799V ; EFe = 0,771 V + 3+ /Ag /Fe2+ -13 . ThÓt K s, AgBr = 10-13 ThÓtÝ Ých mçi mç i ®i Ön cùc l µ 100ml 100ml
ng d ẫ Hướ ng ẫn
a) Phản ứng điện cực: Anot (-) : Ag + Br - AgBr + 1e Catot (+): Fe3+ + 1e Fe2+ Phản ứng trong pin: Fe3+ + Ag + Br - Fe2+ + AgBr b) Tính E pin: áp dụng phương trình Nec ta có: o
EFe3+/Fe2+ = E
3+
Fe
T¹i T¹ i anot: not:
2+
/Fe
K Br 1M
[Fe3+] 0,0592 + lg 0,753 V 2+ = 0,753 1 [Fe ] K + + Br 1M 1M
AgBr AgBr Ag+ + Br K AgBr -13 [A g+] = AgBr = 10-13 mol/lit [Br ] o EAg+/Ag = EAg + 0,0592 lg [Ag [A g+] = 0,0294 V + /Ag 1 Epin = E(+) - E(-) = 0,7236 V
c) Ta có cân b ằng:
17
Fe3+ + Ag A g + Br Br Fe2+ + A gBr gBr L µ tæhî p cña c¸c c¸ c c©n b»ng sa sau: Fe3+ + e Fe2+ Ag A g+ + e Ag A g+ + Br - AgBr
(1) K 1 = ?
0,771 - 0,799
-13)-1 = 3,365 .1012 rÊt lí n K 1 = 10 .(10-13 Coi như (1) xảy ra hoàn toàn. Vì thể tích 2 điện cực bằng nhau nên TPGH: Fe3+ : 0M; Fe2+: 0,15M; Br - : 0,95M. Xét cân bằng: 0,0592
Co
Fe2+ + A gBr gBr 0,15
Fe3+ + Ag A g + Br Br - (2) 0,95 0
-13 K 2 = K 1-1 = 2,97.10-13
-x x x C [ ] 0,15 - x x 0,95 + x [ Fe3+] .[Br .[Br -] x(0,95 + x) -13 K2 = = = 2,97 .10-13 2+ 0,15 - x [Fe ]
Giả sử x << 0,15 < 0,95 x = 4,69.10-14 -14 [ Fe3+] = 4,96 .10-14 mol /l ; [Fe2+] = 0,15 0,15 mol/ mol/ll K -13 [ Br -] = 0,9 0,95 5 mo mol /l ; [Ag [ Ag+] = [Br s-] = 1,053 1,053 .10-13 mol/l
Bài 28: Sắt bị ăn mòn ngoài không khí do phản ứng: 2Fe(r) + O2(k) + 4H+(aq) = 2Fe2+(aq) + 2H2O(l) 1. Tính thế chuẩn của phản ứng này. 2. Thế chuẩn có thay đổi không nếu pH được điều chỉnh về 4. 3. Tính tích số tan của Fe(OH)2. 4. M ột phương pháp để bảo vệ sắt khỏi bị ăn mòn là phủ lên nó một l ớ p thi ếc. Nếu l ớ p thi ếc bị xây xát thì sắt sẽ bị ăn mòn nhanh chóng. Hãy giải thích vấn đề này. Biết giá tr ị thế chuẩn của các cặp như sau: Eo(Fe2+/Fe) = -0,44V; Eo(O2/H2O) = 1,23V ; Eo(Fe(OH)2/Fe) = -0,88V ; E o(Sn2+/Sn) = -0,14V. 1. 2.
Eo1 =
Hướ ng ẫn ng d ẫ
1.67V
E = 1,43V 3. Fe(OH)2(r) + 2e = Fe(r) + 2OH-(aq) E3 = -0,88V Fe2+(aq) + 2e = Fe (r) E1 = -0,44V Vậy Fe(OH)2(r) = Fe2+(aq) + 2OH-(aq) có E = -0,44V Ta có ∆Go = -nFE = -RTlnK spsp K spsp = 1,3.10-15 4.
Khi phủ thiếc lên lớp sắt thì thiếc sẽ bị oxy hóa tạo thành lớp oxit bền bảo vệ bề mặt. Tuy nhiên nếu lớp thiếc bị xây xát thì sẽ xảy ra phản ứng tự phát sau: Fe + Sn2+ = Fe2+ + Sn. Trong đó Fe đóng vai trò cực âm sẽ bị ăn mòn nhanh chóng
Bài 29
18
Cho: E 0Ag
+
Ag
= 0,80V; E A0 gI/Ag,I - = -0,15V; EA0 u 3+/Ag = 1,26V; EF0e 3+/Fe = -0,037V; EF0e 2+/Fe = -0,440V.
1. Thiết lậ p một sơ đồ pin đồ pin để xác định tích số tan của AgI. Viết các phương trình phản ứng xảy ra trên mỗi điện cực và trong pin. c. 2. Tính độ tan tại 25oC của AgI trong nướ c. 3. Lập pin điện trong đó xảy ra sự oxi hoá ion Fe2+ thành ion Fe3+ và ion Au3+ bị khử thành ion Au+. Viết các phương trình phản ứng xảy ra trên mỗi điện c ực và trong pin. Tính sức điện động chuẩn của pin và hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra trong pin này. Hướ ng ẫn ng d ẫ
1. Để xác định tích số tan K S của AgI, cần thiết lập sơ đồ pin đồ pin có các điện cực Ag làm việc thuận nghịch vớ i Ag+. Điện cực Ag nhúng trong dung dịch nào có [Ag +] lớn hơn sẽ
đóng vai trò catot. Vậy sơ đồ pin đồ pin như sau: (-) Ag │ I-(aq), AgI(r) ║ Ag+(aq) │ Hoặc: (-) Ag, AgI(r) │ I-(aq) ║ Ag+(aq) │ Phản ứng ở c cực âm: Ag(r) + I−(aq) AgI(r) + e Phản ứng ở c cực dương: Ag+(aq) + e Ag(r) Phản ứng xảy ra trong pin: pin: Ag+(aq) + I-(aq) AgI(r) ( E0
-E 0 Ag+ /Ag /Ag AgI/ AgI/Ag Ag,I ,I-
1
Ag(r) (+) Ag(r) (+) K 11 K 2 K S-1
) / 0,059
Trong đó K = K 1 .K 2 = 10 ≈ 1,0.1016 2. Gọi S là độ tan của AgI trong nướ c nguyên chất, ta có: AgI↓ Ag+ + IK S = 10-16 -1 S
(1) K S = 1,0.10−16.
S S + Vì quá trình tạo phức hidroxo của Ag không đáng kể, I- là anion của axit mạnh HI, nên: S = K =1,0.10-8 M c: quá trình oxi hóa Fe2+ xảy ra trên anot, quá trình khử Au3+ xảy ra trên catot, do đó điện 3. Theo qui ướ c: cực Pt nhúng trong dung dịch Fe3+, Fe Fe2+ là anot, điện cực Pt nhúng trong dung dịch Au3+, Au+ là catot: (-) Pt │ Fe3+(aq), Fe2+(aq) ║ Au3+(aq), Au+(aq) │ Pt (+) Phản ứng ở c cực âm: 2x Fe2+(aq) Fe3+(aq) + e K 11 Phản ứng ở c cực dương: Au3+(aq) + 2e Au+(aq) K 2 Phản ứng trong pin: Au3+(aq) + 2Fe2+(aq) Au+(aq) + 2Fe3+(aq) K (2) S
0
0
2( E -E ) / 0 ,059 K = (K 11 )2.K 2 = 10 Au3+/ AuAu Fe3+/F/Fe2+ n c a c p Fe3+/Fe2+ c tính (ho c tính theo
Trong đó thế khử chuẩ ủ ặ Fe3+ + 3e Fe2+ + 2e
Fe Fe
Fe3+
Fe2+
+e
đượ ặ E0(1) = -0,037 V, G0(1) = -3FE0(1) E0(2) = -0,440 V, G0(2) = - 2F E 0(1)
E0(3)
=
-ΔG
0
F
(3)
=
ΔG0 (1) - ΔG 0 (2) F
hằng số cân bằng) như sau:
= 3E0(1)- 2E0(2) = 0,77V
2(1,260,77) / 0,05 0,059 9 = 1016,61 → K = (K 1 1 )2.K 2 = 102(1,26 Ở điều kiện tiêu chuẩn, sức điện động chuẩn của pin trên sẽ là:
E0pin = E0 Au3+/Ag+ - E0Fe3+/Fe2+ = 0,49 V
Bài 30 1. Cho 2 tế bào điện hoá: (A) Cu/ CuSO4 1 M// FeSO 4 1 M, Fe2(SO4)3 0,5 M/ Pt (B) Pt/ FeSO4 1 M, Fe2(SO4)3 0,5 M// CuSO4 1 M/ Cu a) Viết nửa phản ứng tại anot và catot cho m ỗi tế bào điện hoá. 0 b) Tính G298 và E của mỗi tế bào điện hoá, từ đó cho biết giữa (A) và (B) trườ ng ng hợ p nào là tế ng hợ p nào là tế bào Galvani. bào điện phân, trườ ng 0
298
19
0 Cho E 298 của : Cu2+/ Cu là +0,34 V; Fe 3+/Fe2+ là 0,77 V. 2. Biết E của : Cu2+/Cu+ là +0,15V; I2/2I- là +0,54V. Dung dịch bão hoà CuI trong nướ c ở 25 250C có nồng độ là 10-6 M. Hãy cho biết có thể định lượ ng ng 2+ Cu trong dung dịch nướ c thông qua phản ứng vớ i dung dịch KI hay không? 0
298
Hướ ng ẫn ng d ẫ
1. a) Nửa phản ứng tại anot và catot cho mỗi tế bào điện hoá: Đối vớ i (A): Cu/ CuSO4 1 M// FeSO4 1 M, Fe2(SO4)3 0,5 M/ Pt - Anot: Cu - 2e Cu2+ - Catot: Fe3+ + e Fe2+ Đối vớ i (B): Pt/ FeSO4 1 M, Fe2(SO4)3 0,5 M// CuSO4 1 M/ Cu - Anot: Fe2+ - e Fe3+ - Catot: Cu2+ + 2e Cu b) Ta thấy ở m mỗi điện cực nồng độ các ion Cu2+, Fe2+, Fe3+ đều là 1M. CuSO4 → Cu2+ + SO421 1 1 FeSO4 → Fe2+ + SO421 1 1 Fe2(SO4)3 → 2Fe3+ + 3SO420,5 1 1,5
Như vậy có ∆E = ∆E0 - Vớ i tế bào (A): E (0 ) E 0 A
0
3
Fe
/ Fe2
E
Cu
2
/ Cu
0,77 0,34 0,43V
Ta có : G(0 ) nFE 0 2.96500.0,43 82990( J / mol ) . Có G(0 ) 0 A là tế bào Galvani. - Vớ i tế bào (B): E (0 ) E 0 / E 0 / 0,34 0,77 0,43V Ta có: G(0 ) nFE 0 2.96500.(0,43) 82990( J / mol ) 0 G( ) 0 B là t ế bào điện phân. 2.- Dung dịch bão hoà CuI trong nướ c có nồng độ 10-6 M CuI Cu+ + IK S -6 -6 10 10 + -6 -6 K S = [Cu ].[I ] = 10 .10 = 10-12 - Tính E E A
A
B
Cu
2
3
Cu
Fe
Fe
2
B
B
0
0
3
Cu
2
/ CuI
0 ,15
Cu2+ + e Cu+ + ICu2+ + I- + e
Cu+ CuI
K 1
10
0, 0592
K 2 = 1012 K 3 = K 1.K 2 = 1014,534
CuI
0 E 3
Mặt khác
K 3
10 0, 0592
0 E 3
Cu2+ + 2I0
E
0 E 3
0
E
I 2
/ 2 I
0
0,86V E I
2
/ 2 I
, như vậy phản ứng sau có thể xảy ra:
CuI + 1/2I 2 K
0,86 0,54 0,32V
0, 32
r ất lớ n, n, thực tế coi như phản ứng này xảy ra hoàn toàn. Vậy có thể định lượ ng ng Cu2+ trong dung dịch nướ c thông qua phản ứng vớ i KI. Bài 31 1. Hãy trình bày cách thi ết lập sơ đồ pin sao cho khi pin hoạt động thì xảy ra phản ứng: H3AsO4 + NH3 → H 2AsO4 + NH 4+ K
10
0 , 0592
2,54.10
5
20
2. Tính sức điện động của pin ở điề ở điều kiện tiêu chuẩn ( E pin ). 3. Biết CH3AsO AsO4 = 0,025 M; C NH3 = 0,010 M. a) Tính sức điện động của pin. b) Tính thế của từng điện cực khi hệ đạt tr ạng thái cân bằng. 9, 24 (pK Cho: pK ai(H a = - lgK a, vớ i K a là hằng số phân li axit). p H ai(H3AsO4 ) = 2,13; 6,94; 11,50; pK a(NH a(NH+ ) 2
4
1 atm; ở 25 25 oC:
2, 303
RT
F
0, 0592.
ng d ẫ Hướ ng ẫn
1. Phản ứng xảy ra trong pin đượ c tổ hợ p từ các cân bằng sau: + + H AsO H3AsO4 H 2 4 + NH3 +H+ NH 4 + H3AsO4 + NH3 K (*) H 2 AsO4 + NH 4 Như vậy các cân bằng trên đều liên quan đến quá trình cho - nhận H+, do đó có thể chọn điện cực hiđro để thiết lậ p pin. Vì giá tr ị thế của điện cực hiđro ( E 2H+ /H ) phụ thuộc vào [H+]: 2
0,0592
E 2H+ /H =
2
2
+ 2
lg
[H ] pH
2
nên điện cực platin nhúng trong dung dịch H3AsO4(có [H+] lớn hơn) có thế dương hơn, sẽ là catot. Ngượ c lại điện cực platin nhúng trong dung dịch NH3 sẽ là anot. Vậy ta có sơ đồ pin: (-) Pt(H2)│NH3(aq)║ H3AsO4(aq) │Pt (H2) (+)
p H = 1atm = 1atm 2. Quá trình oxi hóa x ảy ra trên anot: + H2 2e K=1 2H + + -1 2 9,24)2 2NH3 +H+ NH 4 (K a ) = (10 p H
2NH3 + H2 0
Ea
=
2
2
2 NH4+ + 2e
9,24 . 2 . 0,0592 -2
0
Ec
=
(1)
= - 0,547 (V)
Quá trình khử xảy ra trên catot: + + 2H3AsO4 H 2H++ 2e K=1 H2 2H3AsO4 + 2e
0
-2.E -2.Ea /0,0592 /0,0592
K1=10
H 2AsO-4 (K a1 ) 2 = (10-2,13)2 0
2.E /0,0592 /0,0592 =10 0 c H2 + 2 H2AsO-4 K2 =1 (2)
-2,13 . 2 . 0,0592 2
= - 0,126 0,126 (V)
Vậy Epin = E0c - E0a = 0,421 (V). -1 E/0,0592 E0 = E = 0,421 (V)) (H oặc t từ (*) ta có: K = K a1 a1.(K a) = 10 pin 3. Do sự phân li của nướ c trong dung dịch NH3 0,010 M và trong dung d ịch H3AsO4 0,025 M không đáng kể, nên: a) Tại dung dịch của nửa pin trái: + NH3 +H2O K b = 10-4,76 NH 4 + OH [ ] 0,010-x x x + -4 -3 + -11 (M) [ NH 4 ] = [OH ] = x = 4,08.10 (M); [NH 3] = 9,59.10 (M); [H ] = 2,45.10 21
Từ (1), ta có: Ea =
0 Ea
+
0,0592 2
lg
Vì pH2 1atm nên: Ea = -0,547 +
[NH [NH+4 ]2 [NH [NH3 ]2 .p H
0,059 ,0592
2
2
2
4 4,08. ,08.10 = - 0,63 (V) lg 3 9,59.10
(H oặc E Ea = 0,0592.lg[H+]) K a2 K a3 Đối vớ i H3AsO4, vì K a1 a1 a2 a3 nên tại dung dịch của nửa pin phải: -2,13 H3AsO4 H+ + H2 AsO-4 K a1 a1=10 [ ] 0,025-x x x + [ H 2 AsO4 ] = [H ] = x = 0,0104 (M); [H 3AsO4] = 0,0146 (M) Từ (2), ta có: Ec =
Ec = -0,126 +
0 Ec
+
0,0592
0,05 ,0592 2
2
lg
[H3AsO4 ]2 [H2AsO4 ]2.p H2
,0146 0,014 lg 0, 0104
2
- 0,12 (V)
(H oặc E Ec = 0,0592.lg[H+]) E pin = -0,12 + 0,63 = 0,51 (V) b) Khi hệ đạt tr ạng thái cân bằng thì thế của 2 điện cực bằng nhau: Ec = Ea H3AsO4 + NH3 H2AsO-4 + NH 4+ K = 107,11 0,025 0,010 0,015 0,010 0,010 Hệ thu đượ c gồm: NH 4+ 0,010 M; H2AsO-4 0,010 M; H3AsO4 0,015 M. Do sự phân li của + NH 4 và của nước không đáng kể, do đó pH củ a hệ đượ c tính theo cân b ằng: H3AsO4 H+ + H2 AsO-4 K a1 =10-2,13 [ ] 0,015-x x 0,010+x + -3 0,010 (M); [ H 2AsO-4 ] 0,015 (M). [H ] = x = 4,97.10 (M); [H3AsO4]
Ea = Ec =
0 Ec
+
0,0592 2
2
lg
[H3AsO4 ]
[H2AsO4 ]2.p H2
= -0,126 +
0, 05 0592 2
01 0, 01 lg 0, 015
2
- 0,136 (V)
(H oặc E Ea = Ec = 0,0592.lg[H+]) Bài 32: Cho một pin: Pt/ Fe3+ (0,01M), Fe2+ (0,05M), H+ (1M) // KCl bão hoà, Hg2Cl2(R)/Hg a) Viết phương trình phả n ứng xảy ra khi pin ho ạt động. b) Thêm NaOH vào vào bên trái của pin cho đế n khi [OH-] = 0,02M (Coi th ể tích dung d ịch không thay đổ i).
Tính SĐĐ của pin khi đó? Biết:
0
E
3
Fe
Fe
0,77V ,
ECal = 0,244V,
2
tại nhiệt độ khảo sát. a. Tính
E
Fe
3
/ Fe Fe
2
: Fe
K s ( Fe( OH ) 3
ng d ẫ Hướ ng ẫn
3
2 1e Fe
[H+] = 1M => Không x ảy ra thuỷ phân E Fe
3+
/ Fe Fe2
E
0
3+
Fe
/ Fe Fe
2
0,0592 1
Fe3 0, 729V lg Fe2 22
10
37,5
,
K s ( Fe(OH ) 2
10
15, 6
,
RT nF
ln
0,0592
n
lg
Vì
E
Fe
3+
/ Fe Fe
2
Cực dương: Fe3
Cực âm:
do đó ta có:
E Cal
2 1e Fe
2 Hg
2Cl
Hg 2Cl 2 2e
=> Phương trình phả n ứng xảy ra: 2Fe 2 Hg 2Cl 2 2Fe3 2Hg 2Cl
b. Khi thêm NaOH vào cực Fe3+/Fe2+ đến chỉ có [OH-] = 0,02M ta có: Fe Fe
3
Fe OH 3OH 3
2
Fe OH 2OH 2
Ks Fe OH
Fe 3
OH
2
E Fe
3+
OH
/ Fe Fe 2
E
0
3+
Fe
2
3
Ks Fe OH
Fe
3
2
/ Fe Fe
2
0,0592 1
lg
Ks Fe OH 3 Ks Fe OH 2 . OH
37,5
E Fe3+ / Fe Fe2
0, 77 0, 0592 lg
10 10
15,6
.0, 02 02
0, 426 (V)
Khi đó E Fe / FeFe E Cal Vậy lúc đó: * Cực dương là cự c calomen 3+
2
2Hg 2Cl Hg 2 Cl2 2e
* Cực âm là cực Fe3+/ Fe2+
Fe OH
E pin
2
OH Fe OH3 1e
ECal EFe3+ / Fe 2 Fe
0, 244 0, 426 0, 67 (V)
Bài 33 1. Tr ộn hai thể tích bằng nhau c ủa hai dung d ịch SnCl2 0,100 M và FeCl 3 0,100 M. Xác đị nh nồng độ các ion thiếc và ion s ắt khi cân bằng ở 25 250C. Tính thế của các c ặ p oxi hóa khử khi cân bằng. 2. Khi nhúng m ột sợ i Ag vào dung d ịch Fe2(SO4)3 2,5.10-2 M. Xác định n ồng độ c ủa Fe 3+, Fe 2+ và Ag+ khi cân bằng ở 25 250C. o Sn4+ = Sn2 +
Biet E
Sn2+ +
Fe3+
o
0,15 V ; E 3+ = 0,77 V ; Eo Fe Ag+ = 0, 80 V 2+ Fe Ag
Sn4+
Fe2+
ng d ẫ Hướ ng ẫ n giải
1. 2 + 2 CMcb 0,05-x 0,05-2x x 2x lgK = 2.(0,77 – 0,15)/ 0,15)/ 0,059 = 21 => K = 1021 K r ất lớ n và nồng độ Fe3+cho phản ứng nhỏ hơn nhiều so vớ i Sn2+ => phản ứng gần như hoàn toàn 2x 0,05 [Fe2+] = 0,05 M; [Sn4+] = 0,025 M; [Sn2+] = 0,025 M; [Fe3+] = M 2 0,025. 0,05 21 = 0,0025 => = [Fe 3+] = 1,58.10-12 M K= => 1.10 2 2 0,025.
23
Khi cân bằng Ecb = 0,77 + 0,059 lg
2.
Ag + Fe3+ 0,05 – x
CMcb
0,77 0,80 ,80
lgK =
0,059
Ta có:
x
2
12
1,58.10 0,05
0,059
= 0,15 +
2
lg
0,025 0,025
= 0,15 V
Ag+ + Fe2+ x x
= -0,51 => K = 0,31
= 0,31 => x = [Ag+] = [Fe2+] = 4,38.10-2 M
0, 05 05 x
[Fe3+] = 6. 10-3 M. Ecb = 0,77 + 0,059 lg
6.10
3
4,38.10
2
= 0,80 + 0,059 lg 4,38.10-2 = 0,72 V
Bài 34
Dung dịch X gồm Cu(NO3)2 0,06M và Pb(NO3)2 0,04M 1. Tính pH của dd X. 2. Cho 25,00 ml dd X tr ộn vào 25,00 ml dung d ịch NaIO3 0,12M và HIO 3 0,14M thu đượ c dung dịch Y. Cho điện cực Cu nhúng vào dung d ịch Y r ồi ghép thành pin v ới điện c ực Ag nhúng vào dung d ịch Z gồm AgNO3 0,01M và NaI 0,04M ở 25 250C. a. Viết sơ đồ pin đồ pin điện? b. Tính suất điện độ ng của pin ở 25 250C ? Biết: pK s của Cu(IO3)2, Pb(IO3)2, AgI lần lượ t là 7,13 ; 12,61 ; 16,00 C*u (OH )
10 8 ; P*b (OH )
10
7 ,8
; EC0u 2
/ Cu
0, 337V ; EP0b 2
/ Pb
0,126V ; EA0g
/ Ag
Cu(OH)+ + H+
(1)
K 1 = 10-8
Pb2+ + H2O
Pb(OH)+ + H+
(2)
K 2 = 10-7,8
C
Cu
2
.K 1
≈C
2
Pb
0, 799V
Hướ ng ẫ n giải ng d ẫ
1. Ta có các cân b ằng: Cu2+ + H2O
Vì
+ H2O + OH(3) K w = 10-14 H .K 2 >> K w nên ta có thể tính pH theo cân b ằng (1) và (2), bỏ qua cân b ằng (3).
Theo điều kiện proton, ta có: H Cu(OH ) Pb(OH ) Theo cân b ằng (1), (2), ta có : K . Cu K . Pb h K . Cu K . Pb h 2
1
2
2
h
2
2
1
h
2
độ ban đầu, ta tính đượ c h = 3,513.10 -5(M) Giả sử nồng độ cân bằng của Cu2+, Pb2+ là nồng độ ban Tính lại nồng độ cân bằng của Cu2+, Pb2+ theo giá tr ị H+ ở trên trên + Gọi x, y lần lượ t là nồng độ cân bằng của Cu(OH) , Pb(OH)+ Theo cân b ằng (1), (2) ta có 5 x.3,513.10 8 5 10 x 1, 708.10 K1 0,06 x . 5 y.3,513.10 7 ,8 5 10 y 1, 805.10 K 2 0,04 y độ ban đầu nên nồng độ cân bằng c ủa Cu2+, Pb2+ coi như bằ ng n ồng độ Giá tr ị của x, y r ất nh ỏ so vớ i n ồng độ ban ban đầu (k ết quả lặ p) Vậy [H+] = 3,513.10-5 ; pH = 4,454 2. a/ Sau khi tr ộn
24
C
Cu
2
0, 03M ; CPb2
0, 02M ; CH
0, 07M ;CIO
0,13M
3
Vì môi trườ ng ng axit mạnh nên b ỏ qua sự tạo phức hiđroxo củ a các ion kim lo ại Các phản ứng: Pb2+ + 2IO3- K 3 = 1012,61 >> Pb(IO3)2 C bđ 0,02 0,13 [ ] 0 0,09 Cu2+ + 2IO3- K 4 = 107,13 >> Cu(IO3)2 C bđ 0,03 0,09 [ ] 0 0,03 Thành phần giớ i hạn của dung d ịch Y gồm: Pb(IO3)2; Cu(IO3)2; IO3-; H+; Na+; NO3Có các cân b ằng: 2+ Pb(IO3)2 (4) K 3-1 = 10-12,61 Pb + 2IO3
2+ Cu(IO3)2 Cu + 2IO3 Vì K 3-1 << K 4-1 nên ta tính theo cân b ằng (5) 2+ Cu(IO3)2 Cu + 2IO3 C bđ 0,03 [ ] x 0,03 + 2x 03 2 x)2 10 Theo cân b ằng (5): K4 1 x.(0, 03
x
(5)
K 4-1 = 10-7,13
(5)
K 4-1 = 10-7,13
7 ,13
5
8,237.10 << 0,03
Thế của điện cực Cu nhúng vào dung d ịch Y là 0,0592 0 2 E 2 E 2 Cu 0,216(V) log Cu / Cu Cu Cu / Cu Cu 2 * Xét dung dịch Z:
Phương trình phả n ứng: Ag+ + I- K 6 = K s-1 = 1016 >> phản ứng hoàn toàn AgI C bđ 0,01 0,04 Sau 0 0,03 Thành phần giớ i hạn của dung d ịch: AgI; I-; Na+, NO3Có cân b ằng: AgI Ag+ + IK 6-1 = 10-16 C bđ 0 0,03 [ ] x 0,03 + x 1 .(0, 03 03 x) 10 10 16 x = 3,333.10 -15 K 6 x Thế điện cực Ag nhúng vào dung d ịch A là: 15 0 0 , 0 5 9 2 l o g 0 , 7 9 9 0 , 0 5 9 2 l o g ( 3 , 3 3 3 . 1 0 ) E Ag / Ag EAg Ag / Ag
0, 05 058(V ) 0,
Vì E Ag
/ Ag
E Cu
2
/Cu
nên điện c ực Cu là catot ở bên đồ pin, điệ n c ực Ag là anot ở bên bên trái sơ đồ bên phải sơ đồ pin,
pin. Vậy, sơ đồ pin là (-) Ag│AgI, dung dị ch I- 0,03 M ║ Pb(IO3)2; Cu(IO3)2; IO3- 0,03 M ; H+; Na+; NO3-│Cu (+) b/ Ở 250C, E pin = E(+) - E(-) = 0,216 – (-0,058) (-0,058) = 0,274 (V)
25
Bài 35: Dung dịch X g ồm K 2Cr 2O7 0,010M; KMnO4 0,010M; Fe2(SO4)3 0,0050M và H 2SO4 (pH của dung dịch bằng 0).Thêm dung d ịch KI vào dung d ịch X cho đến nồng độ của KI là 0,50M, đượ c dung dịch Y (coi thể tích không thay đổ i khi thêm KI vào dung d ịch X). a. Hãy mô t ả các quá trình x ảy ra và cho bi ết thành phần của dung d ịch Y. b. Tính thế của điện cực platin nhúng trong dung d ịch Y. c. Cho biết khả năng phả n ứng của Cu2+ vớ i I- (dư) ở điề ở điều kiện tiêu chuẩn.Giải thích. d. Viết sơ đồ pin đồ pin đượ c ghép b ởi điện cực platin nhúng trong dung d ịch Y và điện cực platin nhúng trong dung d ịch gồm Cu2+, I- (cùng nồng độ 1M) và chất r ắn CuI. viết phương trình hoá họ c của các ph ản ứng xảy ra trên từng điện cực và xảy ra trong pin khi ho ạt động. Cho: E0(Cr 2O72-/Cr 3+) = 1,330V; E 0(MnO4-/Mn2+)= 1,510V; E0(Fe3+/Fe2+) = 0,771V; E 0(I3-/I-)= 0,5355V; E0(Cu2+/Cu+) = 0,153V; pKs(CuI) = 12; ở 25 250C: 2,303
RT
F
0,0592; Cr(z = 24).
ng d ẫ Hướ ng ẫ n giải 0
a) Do E MnO
4
/Mn
2+
= 1,51 V > E
0 2Cr2 O7
/Cr
3+
= 1,33 V > E
0
0
3+
Fe
= 0,771V > E -
2+
/Fe
-
I3 /I
= 0,5355 V, nên các quá trình
xảy ra như sau: + 16 H+ + 15 I- 2 Mn2+ + 5 I 3- + 8 H2O 0,01 0,5 0,425 0,01 0,025 Cr O + 14 H+ + 9 I- 2 Cr 3+ + 3 I3- + 7 H2O 0,01 0,425 0,025 0,335 0,02 0,055 2 Fe3+ + 3 I- 2 Fe2+ + I 0,01 0,335 0,055 0,32 0,01 0,06 Thành phần của dung dịch Y: I3- 0,060 M; I - 0,32 M; Mn2+ 0,01 M; Cr3+ 0,02 M; Fe 2+ 0,01 M. 2
-
MnO 4
2
2
7
3
b.
-
I3
+ 2 e
3 I-
E
-
I 3 /I
-
= 0,5355 +
0 c. Do E I- /I- = 0,5355 V >
E
3
Cu2+ + 3 I-
2 Cu+ +
0,0592 2
0 Cu -
2+
I3
/Cu
0,06
.log
(0,32)
= 0,153 V nên
E
0 Cu
2+
/ Cu Cu I
= 0,54 V.
về nguyên tắc Cu 2+ không oxi hóa đượ c I - và ph ản ứng: 2
hầu như xả y ra theo chiều nghịch.
Nhưng Nhưng nếu dư I- thì sẽ tạo k ết tủa CuI. Khi đó Như vậy
3
E
0 Cu
2+
/CuI
=E
0 Cu
2+
/Cu
+ 0,0592.log
1
0,863 V.
K S(CuI)
0 = 0,863 V > E I- /I- = 0,5355 V Cu2+ sẽ oxi hóa đượ c I- do tạo thành CuI: 3
2 Cu2+ + 5 I-
2 CuI +
-
I3
Bài 36 caùc giaù trò theá ñieän cöïc : E0Fe2+/Fe = -0,44V ; E0Fe3+/Fe2+ = 0,77V 1/ Cho bieát caùc a) Xaùc ñònh E 0 cuûa caëp Fe 3+/ Fe b) Töø keát quûa thu ñöôïcv haõy chöùng minh raèng khi cho saét kim loaïi taùcduïng vôùi dung dòch HCl 0,1M chæ coù theå t heå taïo thaønh Fe 2+ chuù khoâng theå taïo thaønh Fe 3+. 2/ Töø caùc dö kieän cuûa baûng theá ñieän cöïc chuaån cuûa moät soá caëp oxi hoùa – khöû, chöùng minh raèng caùc kim loaïi coù theá ñieän cöïc aâm ôû ñieàu kieän chuaån ñaåy ñöôïc hidro ra khoûi dung dòch axit. ng d ẫ Hướ ng ẫn 1/ a)
Fe2 + 2e = Fe
(1) (1)
0
G1
= -n1E10F = -2. -2.(-0 (-0,44).F ).F 26
Fe3 + 1e = Fe2+ (2)
G2
Fe3 + 3e = Fe
G3
(3)
0
= -n2E20F = -1.(0,77).F
0
= G10 + G20
G30 = -n3E30F = -3E30F = -2. -0,44 1 0 77 F
E3
.
2
0
0 44 0 77 ,
,
3
0, 036
,
.
V
b) Trong dung dòch HCl 0,1M H 101 (mol /l )
0 E2H 0, 059 lg H 0, 059 V /H
E2H / H 2
2
0
E
2
Fe
/ Fe Fe
0
E
2H / H2
0
E
3
2
Fe / Fe Fe
H+ chæ oxi hoùa Fe thaønh Fe 2+ . 2/ Phaûn
öùng :
M + nH
+
= M
n+
+
n 2
H2
(1)
Nhö vaäy coù caùc baùn phöông trình phaûn öùng : 0 2H+ + 2e = H2 (2) E = 0V 2H / H
2
Mn+ + ne = M
0
(3)
E
M
n
/M
Ñeå ñöôïc phaûn öùng (1) phöông trình (2) nhaân vôùi ñoù G cuûa phaûn öùng seõ laø :
G=
n
2
G(2) -
0 = -nF( E2H
n
G(3) = - .2F.
/ H2
0
E
2
- E0M
n
/M
0
- ( -n.F.
2H / H 2
E
M
n
/M
n 2
roái tröø ñi phöông trình (3). Khi
)
)
Ñeå chi phaûn öùng xaûy ra thì 0 0 > 0 E E M /M 2H / H
G < 0. Vaäy :
n
2
0
E0M / M < 0 . Bài 37: Một pin đượ c cấu tạo bởi 2 điện cực: điện cực thứ nhất gồm một thanh đồ ng nhúng trong dung d ịch Cu2+ có nồng độ 10-2 M; điện cực thứ 2 gồm một thanh đồng nhúng trong dung d ịch phức chất [Cu(NH3)4]2+ có nồng độ 10-2 M. Sức điện độ ng của pin ở 25 250C là 38 mV. ở điện cực âm. a.Tính nồng độ (mol.l-1) của ion Cu2+ trong dung d ịch ở điệ b.Tính hằng số bền của phức chất. Biết : E = 0,34 V. Vì
E
2H / H2
= 0V
n
0
Cu
2
/ Cu
ng d ẫ Hướ ng ẫn
a. Điện cực Cu nhúng trong dung d ịch phức chất [Cu(NH3)4]2+: E
= E
0
Cu
2
/ Cu
Cu
2
/ Cu
+
0,059 2
lg[Cu2+]
2+
Mà [Cu ] tự do trong dung d ịch này thấp hơn so với điện cực Cu2+/Cu còn lại, nên điện cực Cu nhúng trong dung d ịch phức chất [Cu(NH3)4]2+ có điện thế < điện cực còn l ại và đóng vai trò cự c âm. Ta có pin : (-) Cu [Cu(NH3)4]2+ 10-2MCu2+ 10-2M Cu (+) Sức điện độ ng của pin :
E = E Cu
2
/ Cu
(+) - E Cu2
/ Cu
(-) =
0,038 =
0,059 2
lg
10
2
[Cu 2 ](
lg[Cu ](-) = -3,288 Vậy [Cu2+] trên điện cực âm = 5,15 10-4M 2+
27
)
b. [Cu(NH3)4]2+ [ ] 10-2 M
Vì : 2
K b
[Cu ( NH 3 ) 4 ] [Cu
2
][ NH 3 ]
4
2
10
5,15 10
4
5,15 10
Cu2+ + 4NH3 -4 5,15 10 M 45,1510-4M 4
4
(4 5,15 10 )
4
1,023 1012
Bài 38: Dung dịch X gồm K 2Cr 2O7 0,010 M; KMnO4 0,010 M; Fe 2(SO4)3 0,0050 M và H 2SO4 (pH của dung dịch bằng 0). Thêm dung d ịch KI vào dung d ịch X cho đến nồng độ của KI là 0,50 M, đượ c dung dịch Y (coi thể tích không thay đổ i khi thêm KI vào dung d ịch X). a) Hãy mô t ả các quá trình x ảy ra và cho bi ết thành phần của dung d ịch Y. b) Tính thế của điện cực platin nhúng trong dung d ịch Y. ở điều kiện tiêu chuẩn. Giải thích. c) Cho bi ết khả năng phả n ứng của Cu2+ vớ i I- (dư) ở điề 0 0 0 0 Cho: E = 1,330 V; E = 1,510 V; E = 0,771 V; E = 0,5355 V Cr O /Cr MnO /Mn Fe /Fe I /I 2 7
2
E
3+
0 Cu
2+
/C u
2+
3+
2+
4
3
= 0,153 V; pK s(CuS) = 12. Hướ ng ẫn ng d ẫ
a. Do E 0MnO
4
/Mn
2+
= 1,51 V > E
trình xảy ra như sau: 2 MnO-4 + 16 H+ + 15 I0,01 [ ] -
0
0
2Cr2 O7
= 1,33 V > E
3+
/Cr
2 Mn2+ + 5
0
3+
Fe
2+
/Fe
= 0,771V > E -
-
I3 /I
= 0,5355 V, nên các quá
-
+ 8 H2O (1) 0,5 0,425 0,01 0,025 Cr O + 14 H+ + 9 I- 2 Cr 3+ + 3 I 3- + 7 H2O (2) 0,01 0,425 0,025 [ ] 0,335 0,02 0,055 2 Fe3+ + 3 I- 2 Fe2+ + I - (3) 0,01 0,335 0,055 [ ] 0,32 0,01 0,06 Thành phần của dung dịch Y: I - 0,060 M; I- 0,32 M; Mn2+ 0,01 M; Cr 3+ 0,02 M; Fe 2+ 0,01 M.
I3
2
2
7
3
3
-
b) E
-
I 3 /I
c) Do
+ 2 e
I3
E
0 - I 3 /I
-
= 0,5355 +
0,0592 2
= 0,5355 V > E
2+
/Cu
thì sẽ tạo k ết tủa CuI. Khi đó E C0 u
Như vậy
E
0 Cu
2+
/ Cu Cu I
= 0,863 V >
3
= 0,54 V.
(0,32)
0 Cu
0,06
.log
3 I-
2+
E
= 0,153 V nên về nguyên t ắc Cu2+ không oxi hóa đượ c I-. Nhưng Nhưng nếu dư I-
/CuI
0 - I3 /I
=E
0 Cu
2+
/Cu
= 0,5355 V
2 Cu2+ + 5 I-
+ 0,0592.log
1
K S(CuI)
0,863 V.
Cu2+ sẽ oxi hóa đượ c I- do tạo thành CuI:
2 CuI +
-
I3
Bài 39
Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag 0 + 0 3+ 2+ E Ag /Ag = 0,80V ; E Fe /Fe = 0,77V 1/ Xác định chiều của phản ứng trong điều kiện chuẩn và tính hằng số cân bằng của phản ứng ở 298K 298K 3+ 2+ + 2/ Xác định chiều của phản ứng xảy ra trong dung d ịch Fe 0,1M ; Fe 0,01M và Ag 0,001M khi cho b ột Ag vào dung dịch trên? ng d ẫ Hướ ng ẫn
1/
Fe2+
+
Ag+
Fe3+
+ 28
Ag
E0 pin = 0,8 – 0,77 0,77 = 0,03V => Ph ản ứng xảy ra theo chi ều thuận (En/0,059) K = 10 = 10(0,03/0,059) = 3,225 2/ E = E0 + (0,059/n).lg([oxh]/[kh]) EAg+/Ag = 0,8 + 0,059.log(0,001) 0,059.log(0,001) = 0,623V 3+ 2+ EFe /Fe = 0,77 + 0,059.log.(0,1/0,01) 0,059.log.(0,1/0,01) = 0,829V E = 0,829 – 0,623 0,623 = 0,206V Do E > 0 nên ph ản ứng xảy ra theo chi ều : Fe3+ + Ag Fe2+ + Ag+
Bài 40 a/ Thế khử chuẩn của cặ p Cu2+ /Cu = 0,34V. Nhúng m ột sợ i dây Cu vào dung d ịch CuSO4 0,01M. Tính thế điện cực của Cu2+ /Cu trong điều kiện trên b/ Hòa tan 0,1 mol mol amoniac vào 100 ml dung d ịch trên (thể tích thay đổi không đáng kể ) ; chấ p nhận chỉ xảy ra phản ứng : Cu2+ + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ Thế điện cực đo đượ c giảm đi 0,361V. Xác đị nh hằng số bền của phức [Cu(NH3)4]2+ Hướ ng ẫn ng d ẫ
a/ Áp dụng phương tr ình ình Nerst ta có : E 2+ Cu /Cu = 0,34 - 0,059/2 . lg0,01 = 0,281V b/ Ta thấy mol NH3 = 0,1 > > mol Cu 2+ = 0,001 mol => Cu2+ + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ Thế điện cực giảm 0,361V => ECu 2+ /Cu = 0,12V Theo phương tr ình ình Nerst : -0,08 = 0,34 + 0,059/2. log[Cu 2+] => [Cu2+] = 5,79 . 10 -15 [NH3] 0,1/0,1 – 5,79 5,79 . 10-15 1M [Cu(NH3)4]2+ = CCu2+ = 0,01M Vậy hằng số bền của phức bằng : K b = 0,01 / (5,79.10 -15) = 1,73.10 12 Bài 41: Ở 250C có 1 pin điệ n hóa gồm 2 điện cực : Điện cực catot kim loại Ag nhúng vào dung d ịch AgNO3 0,02M ; điện cực anot là kim lo ại Cu nhúng vào dung d ịch Cu(NO3)2 0,02M. Biết các điện cực nối vớ i nhau bằng cầu muối bão hòa KNO 3 trong aga – aga. aga. a/ Tính sức điện độ ng của pin điện hóa đó. Biế t E0Ag+/Ag = 0,8V ; E0Cu2+/Cu = 0,34V b/ Khi nối hai điện cực bằng 1 dây d ẫn qua điệ n k ế thì kim điện k ế chỉ chiều dòng điện như thế nào ? Khi kim điện k ế chỉ về vạch số 0 tức là dòng điệ n trong mạch bị ngắt thì nồng độ Ag+, Cu2+ trong mỗi điện cực là bao nhiêu ? ng d ẫ Hướ ng ẫn
pin chưa hoạt động) thì sức điện độ ng của pin là : a/ Khi chưa nối hai điệ n cực bằng dây dẫn ( pin E = Ec – E Ea = 0,8 + 0,059.log0,02 – 0,34 0,34 – 0,059.log0,02 0,059.log0,02 = 0,46V b/ Khi nối hai điện cực bằng dây d ẫn qua 1 điệ n k ế thì kim điện k ế chỉ chiều dòng điện ngượ c chiều electron tức là chi ều từ Ag sang Cu Trong pin x ảy ra phản ứng : Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2Ag 0 0 Do E Ag >> E Cu nên phản ứng xảy ra hoàn toàn : Khi kim điện k ế chỉ vạch 0 thế của 2 điện cực bằng nhau : EAg = ECu Khi đó [Cu2+] = 0,02 + 0,02/2 = 0,03M EAg = ECu => 0,34 + 0,059/2.log0,03 0,059/2.log0,03 = 0,8 0,8 + 0,059.[Ag +] => [Ag+] = 2,77.10-9 Bài 42: Ngườ i ta lậ p 1 pin gồm 2 nữa pin sau: Zn / Zn Zn (NO ) (0,1M) và Ag / Ag NO (0,1M) có thể chuẩn tương ứ ng bằng -0,76v và 0,80v ở 2 điện cực a) Thiết lập sơ đồ pin và các d ấu ở 2 b) Viết phương trình phản ứng khi pin làm vi ệc c) Tính E của pin d) Tính các nồng độ khi pin không có kh ả năng phát điện (pin đã dùng hế t) 3 2
3
ng d ẫ Hướ ng ẫn (0,1M) M) || AgNO gNO3 (0,1 (0,1M) M) | Ag() Zn | Zn ( NO3 )2 (0,1
a. – 2e → Zn2+ b. Tại (-) có sự oxi hóa Zn – 2e
29
Tại (+) có sự khử Ag+ : Ag+ + e → Ag Phản ứng tổng quát khi pin làm vi ệc: Zn + 2Ag+ → Zn2+ + 2Ag c.
E Zn 2 / Zn E 0 Zn 2 / Zn E Ag / Ag E 0 Ag / Ag
0,059
2 0,059
lg Zn 2
lg Ag
1
2
E pin = E Ag
/ Ag
E Zn / Zn E0 Ag / Ag E 0 Zn / Zn 2
0, 80 0, 76
2
0,059 2
10 1
lg
2
1
10
0,059 Ag lg 2 Zn 2
1, 56 0, 0295 1, 53v
d. Khi hết pin E pin = 0 Gọi x là nồng độ M của ion Ag+ giảm đi trong phả n ứng khi hết pin. Ta có: E pin
0,1 x 0,1
x
0,059
0
2
lg
0,1 x 0,1
2
x
1, 53
2
2
51,86
10
0
x
0,1M
2 x
Zn 2 0,1 0,15M 2 x Ag 0,1 .1051,86 4, 55.1027 M 2
Bài 43: Tính sức điện độ ng của pin : Pt H2 P = 1 atm
Cho E0 AgCl / Ag = 0,222 v
HCl 0,02 M CH3COONa 0,04 M
-5 K CH3COOH CH3COOH = 1,8. 10
Hướ ng ẫn ng d ẫ
1. Phản ứng theo quy ướ c : 2 AgCl + 1e → Ag + ClH2 - 2e → 2 H+ -----------------------------------2AgCl + H2 → 2Ag + 2Cl- + 2H+ Trong dung d ịch HCl = H+ + Cl0,02 0,02 0,02 CH3COONa = CH3COO- + Na+ 0,04 0,04 0,04 + CH3COO + H CH3COOH bđ 0,04 0,02
pư
bđ
[ ]
0,02
0,02
[ ] 0,02 CH3COOH CH3COO- + H+
0,02
0,02 – x
0,02
0,02 + x
0,02
0,02 K= 1,8.10-5
x
30
AgCl / Ag
0,02
x
x
0,02 x
1,8.10
x<< 0,02
5
x = 1,8.10-5
Cl- = 0,02 M H+ = 0,02 M CH3COO- = 0,02M CH3COOH = 0,02M
pin Pt / p = 1 atm
Ep = E0 AgCl / Ag + 0,059 lg = 0,222 + 0,059 lg
0
+
Et = E H2 / 2H +
0,059 2
AgCl / Ag
1 [Cl ] 1
= 0,322 v
0,02
H lg
P H
2
=
0,059 2
2
lg(1,8.10-5)2 = -0,28 v
Bài 44 1. Cho biết: các cặ p oxi-hóa kh ử Cu2+/Cu, I /3I /3I và Cu+/Cu có thế khử chu chuẩn lần lượ t là E = 0,34v và E = 0,55v; E = 0,52v và tích s ố hòa tan c ủa CuI là K S= 10 2. Thiết lập sơ đồ pin sao cho khi pin ho ạt động xãy ra ph ản ứng: 2Cu2+ + 5I- 2CuI + I 3. Tính suất điện độ ng của pin. 3
0
0
0
1
2
12
3
3
ng d ẫ Hướ ng ẫn
2Cu2+ + 5I 2CuI + I 3 3I I + 2e-
Phản ứng xảy ra:
Sự oxi hóa (anod): Sự khử:
(a) E01 (1) E02 (2) K S 1 (3)
3
Cu2+ + 2e- Cu Cu+ + 1e- Cu CuI Cu + I
E0 C 0,059 059
Cu2+ + I + 1e- CuI K 2+ (-) Pt I 3 , I CuI , Cu , I Pt (+)
Sơ đồ pin:
K c = K 1.K 2.K 3 = 10 0
EC
10
0, 059
2.E 0 1 0,059 059
E02 059 . 10 0,059 . K S1
2.0, 034
= 10
0, 059
(c)
0 ,52
.10
0 , 059
12
.10
14,72
10
E C0 = 0,059.14,72 = 0,868 (v) E(pin) = Ec - Ea = 0,868 - 0,550 = 0,318 v
Bài 45 Cho
; EoZn / Z n 0, 76V. a. Haõy vieát sô ñoà pin ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh theá ñieän cöïc t ieâu chuaån cuûa caùc caëp treân . Chæ roõ cöïc döông,cöïc aâm.Cho bieát pöù thöïc teá xaûy ra trong pin khi pin hoaït ñoäng . b. ÔÛ 25oC,tieán haønh thieát laäp 1 heä gheùp noái giöõa thanh Zn nhuùng vaøo dd ZnCl2 0,01M vôùi thanh Cu nhuùng vaøo dd CuCl 2 0,001M thu ñöôïc moät pin ñieän hoaù. -Vieát kí hieäu cuûa pin vaø pöù xaûy ra khi pin laøm vieäc. -Tính Epin.
o
ECu2
/Cu /Cu
0, 345V
2
ng d ẫ Hướ ng ẫn 31
.Ñeå Eopin >0 thì cöïc CuCu2+ laøm cöïc döông(+).cöïc Pt,H2(1atm) H+ 1M laøm cöïc aâm (-). Sô ñoà pin: (-) (+) + 2+ Pt,H2(1atm) H 1M Cu 1M Cu . Pöù ñieän cöïc: Cöïc (-) : H 2e 2H Cöïc (+) : Cu 2e Cu. Pöù trong pin : Cu H Cu 2H . Töông töï ta coù : Vì E neân ta coù sô ñoà pin : E a.Vì
o
E
2
Cu
/ Cu
o
E
2H / H2
2
2
2
2
o
o
2
2 H / H2
Zn
(-)
Zn Zn2+ 1M
/ Zn
(+)
H+ 1M H2 (1atm),Pt.
Pöù ñieän cöïc: Cöïc (-) : Zn 2e 2e Zn Cöïc (+) : 2H 2e H . Pöù trong pin : Zn 2H Zn H . b.Ta coù :
2
2
2
2
ZnCl 2
2
Zn
2Cl
0,01M 0,01M CuCl 2
2
Cu
2Cl
0,001M 0,001M EZn2
ECu2
0,059 l g[ Zn2 ] / Zn Zn / Zn Zn 2 0,059 76 l g( g(0, 01 01) 0, 819V . = 0, 76 2 0,059 o E 2 l g[ Cu2 ] / Cu Cu Cu / Cu Cu 2 0,059 ,345 lg(0 lg(0,0 ,00 01) 0,43 ,4335V = 0,34 2
EZo n2
Sô ñoà pin:
(-) (+) ZnZn2+ 0,01M Cu2+ 0,001M Cu. Pöù ñieän cöïc : Cöïc (-) : Zn 2e 2e Zn Cöïc (+) : Cu 2e Cu. Pöù trong pin : 2
2
2
2
Zn Cu
Epin
Ep Et
Cu Zn Zn .
ECu2
/ cu cu
EZn2
/ Zn Zn
= 0,4335-(-0,819) = 1,2525V.
2. Bài tập tự luy luyện Bài 1: Ăn mòn kim loại thường đi kèm vớ i các ph ản ứng điện hóa. Tế bào điệ n hóa ứng v ới quá trình ăn mòn đượ c biểu diễn như sau (t = 25 oC): (-) Fe(r)│Fe2+(aq)║OH-(aq), O2(k)│Pt(r) (+) Cho biết thế khử chuẩn ở 25 25oC: Eo(Fe2+/Fe) = -0,44V, Eo(O2/OH-) = 0,40V. 1. Viết phản ứng xảy ra ở hai hai nửa pin và toàn b ộ phản ứng. o 2. Tính E của phản ứng ở 25 25oC. 3. Tính K của phản ứng. 4. Tính E của phản ứng biết: [Fe2+] = 0,015M; pH nửa pin phải = 9,00 p(O2) = 0,700bar.
Bài 2: Trong dãy hoạt động hóa học của kim loại, bạc đứng sau hidro nhưng khi nhúng vào dung dịch HI 1,0M thì b ạc có thể giải phóng khí hidro? Giải thích. 32
o Cho P = 1 atm, K s,s, AgI = 8.10 ‒ 1177 (ở 25 25oC) và E Ag 0,8V / Ag H 2
25oC: Bài 3: Một pin đượ c cấu tạo như sau ở 25
Mg | Mg(NO3)2 0,010M | | AgNO 3 0,10M | Ag Cầu muối nối hai điện cực là dung d ịch KCl bão hòa. Ở 25oC có: Eo(Mg2+/Mg) = -2,37V; Eo(Ag+/Ag) = +0,7991V a) Viết phương trình phả n ứng xảy ra khi pin hoạt động. b) Chỉ rõ catot, anot c ủa pin và chi ều di chuyển các electron, các ion khi pin ho ạt động. c) Tính sức điện độ ng của pin (bỏ qua các ph ản ứng phụ). Bài 4: Xét pin: Pt| I- 0,1M; I3- 0,02M║ MnO4- 0,05M, Mn2+ 0,01M, HSO4- CM| Pt Trong đó E độ ban đầu của HSO4-, = 1,51V; E 0I / 3I3I = 0,5355V; và K a(HSO4-) = 10-2. Tính nồng độ ban 0
MnO MnO4 /Mn
2
3
ằng khi đo suất điện độ ng của pin ở 25 biết r ằng 25oC đượ c giá tr ị 0,824V. Bài 5: Cho sơ đồ pin: Cu Cu2+ Ag+ Ag Biết: E0Ag+/Ag = 0,8V ; E0Cu2+/Cu = 0,337V 1. Hãy cho bi ết sơ đồ pin, suất điện độ ng và ph ản ứng trong pin, n ếu: [Ag+] = 10-4M; [Cu2+] = 10-1M; RT F
ln
0,0592 lg
2. Hãy cho bi ết sơ đồ pin, suất điện độ ng và ph ản ứng trong pin, n ếu thêm NH3 1M vào n ửa bên phải của pin. Biết: [Ag(NH3)2+]: 2 = 107,24 ; bỏ qua sự thay đổi về thể tích. 3. Thêm NaOH 1M vào n ửa bên trái, sau khi ph ản ứng xong, su ất điện động của pin bằng 0,813V. Tính tích s ố tan của Cu(OH)2. Bỏ qua sự thay đổi về thể tích.
Bài 6: Ngườ i ta lậ p 1 pin gồm 2 nửa pin sau: Zn / Zn (NO ) (0,1M) và Ag / Ag NO (0,1M) có thể chuẩn tương ứng bằng -0,76V và 0,80V e) Thiết lập sơ đồ pin và các d ấu ở 2 ở 2 điện cực f) Viết phương trình phản ứng khi pin làm việc g) Tính E của pin h) Tính các nồng độ khi pin không có khả năng phát điện (pin đã dùng hết) Bài 7: Ở 25oC, xác đị nh sức điện độ ng của pin: Hg – Hg Hg2Cl2 | KCl (1 mol.dm-3) || S | Pt (S là dung d ịch hỗn hợ p Fe3+, Fe2+ và HCl) Nếu dung d ịch S ch ứa [Fe3+] = 3,32.10-4 (mol.dm-3); [Fe2+] = 2.17.10-4 (mol.dm-3), [HCl] = 1,24.10 -3 (mol.dm-3); sức điện độ ng của pin là 0,392V Nếu dung d ịch S ch ứa [Fe3+] = 1,66.10-4 (mol.dm-3); [Fe2+] = 1,08.10-4 (mol.dm-3), [HCl] = 6,17.10 -3 (mol.dm-3); sức điện độ ng của pin là 0,407V Cho biết Fe3+ tác dụng với nước theo phương trình: Fe 3+ + H2O Fe(OH)2+ + H+ (1) Bỏ qua tác d ụng của Fe2+ vớ i H2O và các quá trình t ạo phức 3 2
3
a) Hãy tính E o (Hg2Cl2/Hg) b) Tính K a của phản ứng (1) c) Tính nồng độ Fe3+ (mol.dm-3) để có Fe(OH)3 k ết tủa -18 -37,4 -14 Cho Eo(Hg22+/Hg) = 0,797V; K sp và K H2O sp(Hg2Cl2) = 3,45.10 , K sp sp(Fe(OH)3) = 10 H2O = 10
33