Bài tập pin điện lớp 12 (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Bài tập pin điện lớp 12 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Bài tập pin điện.

A. Lý thuyết và phương pháp giải

- Một pin Galvani được tạo nên từ hai cặp oxi hoá - khử khác nhau (ví dụ Cu²⁺/Cu và Zn²⁺/Zn, gọi là pin Galvani Zn – Cu). Trong đó, kim loại mạnh hơn đóng vai trò anode (điện cực âm của pin), kim loại yếu hơn đóng vai trò cathode (điện cực dương của pin).

- Hai dung dịch muối trong pin Galvani được nối với nhau bởi một cầu muối. Cầu muối có vai trò trung hoà điện tích mỗi dung dịch trong pin, duy trì dòng điện trong quá trình hoạt động của pin điện hoá.

Chú ý: Trong pin điện hoá, anode là điện cực âm, nơi xảy ra quá trình oxi hoá (quá trình nhường electron); cathode là điện cực dương, nơi xảy ra quá trình khử (quá trình nhận electron).

- Sức điện động của pin đo ở điều kiện chuẩn gọi là sức điện động chuẩn. Sức điện động chuẩn có thể xác định dựa vào thế điện cực chuẩn của các cặp oxi hoá - khử tương ứng:

E° _pin = E°_cathode - E°_anode

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho pin điện hóa tạo bởi hai cặp oxi hóa – khử ở điều kiện chuẩn: Pb²⁺/Pb và Zn²⁺/Zn với thế điện cực chuẩn tương ứng là -0,126V và -0,762V.

a). Xác định anode, cathode của pin điện.

b). Viết quá trình xảy ra ở mỗi điện cực và phương trình hóa học của phản ứng xảy ra khi pin hoạt động.

c). Xác định sức điện động chuẩn của pin.

Hướng dẫn giải

a). Ta có: $E_{Z{n}^{2+}/Zn}^o=-0,762V<E_{P{b}^{2+}/Pb}^o=-0,126V.$

Vậy thanh Zn đóng vai trò là cực dương, còn thanh Pb đóng vai trò là cực âm.

b). Quá trình xảy ra ở mỗi điện cực:

Tại anode: $Zn\to Z{n}^{2+}+2e$

Tại cathode: $P{b}^{2+}+2e\to Pb$

Phản ứng hoá học xảy ra khi pin hoạt động:

$Zn+P{b}^{2+}\to Z{n}^{2+}+Pb$

c). Sức điện động chuẩn của pin:

$E_{pin}^o=E_{cathode}^o-E_{anode}^o=$ $-0,126-(-0,762)=0,636V.$

Ví dụ 2: Sức điện động chuẩn của pin điện hóa gồm hai điện cực M²⁺/M và Ag⁺/Ag bằng 1,056V. Trong số các kim loại Cu, Fe, Ni, Sn:

a). Hãy cho biết kim loại nào phù hợp với M.

b). Lựa chọn kim loại M để pin điện hóa có sức điện động chuẩn lớn nhất.

Cho biết:

Cặp oxi hóa – khử	Fe2+/Fe	Ni2+/Ni	Sn2+/Sn	Cu2+/Cu	Ag+/Ag
Thế điện cực chuẩn (V)	-0,44	-0,257	-0,137	+0,340	+0,799

Hướng dẫn giải

a). Ta có:

$E_{pin}^o=E_{cathode}^o-E_{anode}^o=1,056V$

$\Rightarrow E_{anode}^o=E_{cathode}^o-1,056=$ $0,799-1,056=-0,257V$

Vậy kim loại M là Ni thoả mãn.

b). Ta có:

$E_{pin}^o=E_{cathode}^o-E_{anode}^o=E_{A{g}^{+}/Ag}^o-E_{M^{2+}/M}^o$ $=0,799-E_{M^{2+}/M}^o$

Để pin điện hoá có sức điện động chuẩn lớn nhất thì thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá – khử M²⁺/M phải nhỏ nhất. Dựa vào bảng thấy M là kim loại Fe là phù hợp.

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Cho biết thế điện cực chuẩn của cặp $E_{Z{n}^{2+}/Zn}^o$= -0,763V và sức điện động chuẩn của pin Zn – X bằng 1,103 V. Hãy xác định thế điện cực chuẩn của cặp X²⁺/X biết rằng trong pin Zn – X thì Zn đóng vai trò làm anode.

A. +0,34.

B. -0,34.

C. +0,44.

D. -0,44.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Ta có: $E_{pin}^0=E_{X^{2+}/X}^0-E_{Z{n}^{2+}/Zn}^0\iff 1,103$$=E_{X^{2+}/X}^0-(-0,763)\Rightarrow E_{X^{2+}/X}^0=0,34V$.

Câu 2: Cho các pin điện hoá và sức điện động chuẩn tương ứng:

Pin điện hóa	Cu-X	Y-Cu	Z- Cu
Sức điện động chuẩn (V)	0,46	1,1	1,47

(X, Y, Z là ba kim loại.)

Dãy các kim loại xếp theo chiều tăng dần tính khử từ trái sang phải là:

A. X, Cu, Z, Y.               

B. Y, Z, Cu, X.     

C. Z, Y, Cu, X.     

D. X, Cu, Y, Z.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

${E_{pin}}_{Cu-X}={E^0}_{X^{n+}/X}-{E^0}_{C{u}^{2+}/Cu}=0,46V$

${E_{pin}}_{Y-Cu}={E^0}_{C{u}^{2+}/Cu}-{E^0}_{Y^{m+}/Y}=1,1V$

$E_{pinZ-Cu}={E^0}_{C{u}^{2+}/Cu}-{E^0}_{Z^{a+}/Z}=1,47V$

$\Rightarrow {E^0}_{Z^{a+}/Z}<{E^0}_{Y^{m+}/Y}<{E^0}_{C{u}^{2+}/Cu}<{E^0}_{X^{n+}/X}$

Lại có E⁰ càng nhỏ thì tính khử càng mạnh.

Chiều tăng dần tính khử từ trái sang phải là: X, Cu, Y, Z.

Câu 3: Cho: $E_{Z{n}^{2+}/Zn}^o$ = -0,763 V; $E_{N{i}^{2+}/Ni}^o$ = -0,257 V. Sức điện động chuẩn của pin Zn - Ni là

A. -0,506 V.

B. 0,506 V.

C. 0,465 V.

D. -0,465 V.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$E_{pinZn-Ni}^0=E_{N{i}^{2+}/Ni}^0-E_{Z{n}^{2+}/Zn}^0$= -0,257 – (-0,763) = 0,506 V.

Câu 4: Cho: $E_{S{n}^{2+}/Sn}^o$ = -0,138 V; $E_{C{u}^{2+}/Cu}^o$ = 0,340 V. Sức điện động chuẩn của pin Sn – Cu là

A. 478 V.

B. 0,334 V.

C. 0,478 V.

D. 334 V.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

$E_{pinSn-Cu}^0=E_{C{u}^{2+}/Cu}^0-E_{S{n}^{2+}/Sn}^0$= 0,340 – (-0,138) = 0,478V.

Câu 5: Cho: $E_{C{u}^{2+}/Cu}^{°}$= 0,34 V; $E_{A{g}^{+}/Ag}^{°}$= 0,80 V; $E_{M{g}^{2+}/Mg}^{°}$= -2,37 V; $E_{Z{n}^{2+}/Zn}^{°}$= -0,76 V. So sánh sức điện động của pin điện hóa Cu - Ag và Mg – Zn nào sau đây là đúng?

A. $E_{pinCu-Ag}^o=E_{pinMg-Zn}^o$

B. $E_{pinCu-Ag}^o>E_{pinMg-Zn}^o$

C. $E_{pinMg-Zn}^o=2.E_{pinCu-Ag}^o$

D. $E_{pinMg-Zn}^o-E_{pinCu-Ag}^o=1,15V.$

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Ta có:

$E_{pin(Cu-Ag)}^{°}$= $E_{A{g}^{+}/Ag}^{°}$- $E_{C{u}^{2+}/Cu}^{°}$= 0,80 – 0,34 = 0,46 (V).

$E_{pin(Mg-Zn)}^{°}$= $E_{Z{n}^{2+}/Zn}^{°}$- $E_{M{g}^{2+}/Mg}^{°}$= -0,76 – (-2,37) = 1,61 (V).

$\Rightarrow$ $E_{pinMg-Zn}^o-E_{pinCu-Ag}^o=1,15V.$

Câu 6: Cho các cặp oxi hoá - khử và thế điện cực chuẩn tương ứng:

Cặp oxi hoá-khử	Cu2+/Cu	Zn2+/Zn	Fe2+/Fe	Ag+/Ag
Thế điện cực chuẩn (V)	+0,34	-0,762	-0,44	+0,799

Pin có sức điện động lớn nhất là

A. Pin Zn -Cu.                

B. Pin Fe-Cu.                  

C. Pin Cu-Ag.       

D. Pin Fe-Ag.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Vì:

A. Pin Zn -Cu có suất điện động là: +0,34 – (-0,762) = 1,102 V.          

B. Pin Fe-Cu có suất điện động là: +0,34 – (-0,44) = 0,78 V.              

C. Pin Cu-Ag có suất điện động là: 0,799 – 0,34 = 0,459 V.      

D. Pin Fe-Ag có suất điện động là: 0,799 –(- 0,44) = 1,239 V.

Câu 7: Sức điện động chuẩn của pin điện hoá H₂–Cu (gồm hai điện cực ứng với hai cặp oxi hoá – khử là 2H⁺/H₂ và Cu²⁺/Cu) đo được bằng vôn kế có điện trở vô cùng lớn là 0,340V. Từ đó, xác định được thế điện cực chuẩn của cặp Cu²⁺/ Cu là

A. -0,340 V.             

B. 0,000 V.

C. 0,680 V.

D. +0,340 V.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

E_pin = E°_cathode - E°_anode

$\iff 0,340=E{°}_{C{u}^{2+}/Cu}-0,000$ $\Rightarrow E{°}_{C{u}^{2+}/Cu}=+0,340V.$

Câu 8: Một pin điện hoá Zn - H₂ được thiết lập ở các điều kiện như hình vẽ sau (vôn kế có điện trở rất lớn).

Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Giá trị thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá/ khử Zn²⁺/Zn là 0,762V.

B. Quá trình khử xảy ra ở cathode là: 2H⁺ + 2e ⟶ H₂.

C. Chất điện li trong cầu muối là KCl.

D. Phản ứng hoá học xảy ra trong pin là: Zn + 2H⁺⟶ Zn²⁺ + H₂.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Phát biểu A sai vì điện cực hydrogen không phải điện cực chuẩn (áp suất của H₂ khác 1bar) nên thế điện cực của 2H⁺/H₂ khác 0, do đó thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá/khử Zn²⁺/Zn khác 0,762.

Phát biểu B đúng.

Phát biểu C đúng. Cầu muối chứa KCl để K⁺ di chuyển về cathode, Cl^- di chuyển về anode nhằm đảm bảo tính trung hoà về điện cho các dung dịch ở các cực.

Phát biểu D đúng.

- Ở anode xảy ra: Zn → Zn²⁺ + 2e

- Ở cathode xảy ra: 2H⁺ + 2e ⟶ H₂

Nên phản ứng hoá học xảy ra trong pin là: Zn + 2H⁺⟶Zn²⁺ + H₂.

Câu 9: Một pin điện hoá được thiết lập từ hai điện cực tạo bởi hai cặp oxi hoá/khử là M²⁺/M và Ag⁺/Ag. Cho biết:

Cặp oxi hoá-khử	Fe2+/Fe	Ni2+/Ni	Sn2+/Sn	Cu2+/Cu	Ag+/Ag
Thế điện cực chuẩn (V)	-0,44	-0,257	-0,137	+0,340	+0,799

Nếu M là một trong số các kim loại: Fe, Ni, Sn, Cu thì sức điện động chuẩn lớn nhất của pin bằng bao nhiêu vôn?

A. 1,239.

B. 0,459.

C. 0,936.

D. 1,056.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Pin M-Ag có sức điện động lớn nhất khi thế điện cực chuẩn của M²⁺/M là nhỏ nhất. Vậy M²⁺/M là cặp Fe²⁺/Fe.

Khi đó E⁰_pin =0,799- (-0,44) = 1,239 V.

Câu 10: Cho các pin điện hoá và sức điện động chuẩn tương ứng:

Pin điện hóa	Ni-Sn	Zn-Cu	Sn-Cu
Sức điện động chuẩn (V)	0,12	1,101	0,597

Sức điện động chuẩn của pin Ni - Zn bằng bao nhiêu?

A. 0,717.

B. 0,384.

C. 0,348.

D. 1,121.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$E_{pinNi-Sn}={E^0}_{S{n}^{2+}/Sn}-{E^0}_{N{i}^{2+}/Ni}=0,12V\left(1\right)$

$E_{pinZn-Cu}={E^0}_{C{u}^{2+}/Cu}-{E^0}_{Z{n}^{2+}/Zn}=1,101V\left(2\right)$

$E_{pinSn-Cu}={E^0}_{C{u}^{2+}/Cu}-{E^0}_{S{n}^{2+}/Sn}=0,597V\left(3\right)$

Lấy (1) + (3) được: ${E^0}_{C{u}^{2+}/Cu}-{E^0}_{N{i}^{2+}/Ni}=0,717V\left(4\right)$

Lấy (2) - (4) được: $E_{pinNi-Zn}={E^0}_{N{i}^{2+}/Ni}-{E^0}_{Z{n}^{2+}/Zn}=0,384V$

Xem thêm Phương pháp giải các dạng bài tập Hóa học 12 hay, chi tiết khác:

• Bài toán điều chế polymer
• Bài tập điện phân
• Bài toán CO, H₂ khử oxide kim loại
• Bài tập điều chế nhôm
• Bài toán luyện quặng
• Bài tập chuẩn độ oxi hóa - khử

---