Bài 10. Thế điện cực chuẩn của kim loại
Nội dung lý thuyết
I. Cặp oxi hoá – khử của kim loại
- Phản ứng oxi hóa – khử luôn có sự tham gia của chất oxi hóa (chất nhận electron) và chất khử (chất nhường electron).
- Ví dụ:
0 | +1 | +2 | 0 | ||
Zn (s) | + | 2HCl (aq) | → | ZnCl2 (aq) | + H2 (g) |
- Mối quan hệ giữa dạng oxi hóa và dạng khử:
Mn+ | + | ne | M | |
Dạng oxi hoá | Dạng khử |
- Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa – khử của kim loại đó, kí hiệu: oxh/kh.
@11577069@
- Một kim loại có thể có nhiều cặp oxi hóa – khử, dạng khử không nhất thiết phải là đơn chất kim loại.
- Ví dụ, sắt có các cặp oxi hoá - khử là Fe2+/Fe, Fe3+/Fe, Fe3+/Fe2+.
- Khái niệm cặp oxi hoá - khử cũng được sử dụng với phi kim, với phân tử và ion đa nguyên tử.
- Ví dụ:
Cl2 | + | 2e | → | 2Cl− |
Dạng oxi hoá | Dạng khử |
Cặp oxi hoá - khử là Cl2/2Cl−.
@11578511@
II. Thế điện cực chuẩn của kim loại
1. Thế điện cực chuẩn
- Nhúng thanh kim loại M vào dung dịch muối của chính kim loại đó tạo thành điện cực kim loại. Trên bề mặt thanh kim loại có cân bằng:
Mn+(aq) + ne \(⇌\) M(s)
- Thế điện cực chuẩn của kim loại là thế điện cực của cặp oxi hóa – khử của kim loại trong điều kiện chuẩn (nồng độ ion trong dung dịch là 1 M, nhiệt độ 25oC).
- Kí hiệu: \(E^o_{oxh/kh}\) , đơn vị volt (V).
- Ý nghĩa: \(E^o_{M^{n+}/M}\) càng lớn thì tính khử của dạng khử M càng yếu, tính oxi hóa của dạng oxi hóa Mn+ càng mạnh và ngược lại.
- Ví dụ: Thế điện cực chuẩn của cặp Ag+/Ag là 0,799 V (đây là giá trị tương đối lớn đối với cặp oxi hoá - khử của kim loại), chứng tỏ tính khử của kim loại Ag yếu, tính oxi hoá của ion Ag+ mạnh.
- Cách xác định thế điện cực chuẩn: Quy ước thế điện cực chuẩn của hydrogen bằng 0; từ thực nghiệm, đo chênh lệch điện thế giữa thế điện cực đó với thế điện cực hydrogen chuẩn.
2. Bảng thế điện cực chuẩn của kim loại và ứng dụng
Bảng giá trị thế điện cực chuẩn của một số cặp oxi hoá - khử
Cặp oxi hoá – khử | Na+/Na | Mg2+/Mg | Al3+/Al | Zn2+/Zn | Fe2+/Fe | Ni2+/Ni | Sn2+/Sn | Pb2+/Pb |
\(E^o_{oxh/kh}\)(V) | -2,713 | -2,356 | -1,676 | -0,763 | -0,440 | -0,257 | -0,138 | -0,126 |
Cặp oxi hoá – khử | 2H+/H2 | Cu2+/Cu | Fe3+/Fe2+ | Ag+/Ag | Hg2+/Hg | Pt2+/Pt | Au3+/Au | |
\(E^o_{oxh/kh}\)(V) | 0 | 0,340 | 0,771 | 0,799 | 0,854 | 1,188 | 1,520 |
a) So sánh tính oxi hoá và tính khử giữa các cặp oxi hoá – khử
\(E^o_{M^{n+}/M}\) càng lớn | \(E^o_{M^{n+}/M}\) càng nhỏ |
- Tính khử của M càng yếu. | - Tính khử của M càng mạnh. |
\(E^o_{X^{m+}/X}\) < \(E^o_{Y^{n+}/Y}\) |
- Ví dụ: Thế điện cực chuẩn của cặp Zn2+/Zn và Cu2+/Cu tương ứng là -0,763 V và 0,340 V, chứng tỏ tính khử của Zn mạnh hơn tính khử của Cu và tính oxi hóa của Zn2+ yếu hơn tính oxi hoá của Cu2+.
b) Dự đoán chiều phản ứng oxi hoá - khử
- Nguyên tắc chung của phản ứng oxi hoá - khử xảy ra như sau:
Chất oxi hoá mạnh hơn + Chất khử mạnh hơn → Chất khử yếu hơn + Chất oxi hoá yếu hơn
- Nếu \(E^o_{X^{m+}/X}\) < \(E^o_{Y^{n+}/Y}\), tính khử của X mạnh hơn tính khử của Y, tính oxi hoá của Xm+ yếu hơn tính oxi hoá của Yn+, chiều của phản ứng oxi hoá - khử:
nX + mYn+ → nXm+ + mY
- Ví dụ: Ở 25oC, \(E^o_{Ag^+/Ag}\) (0,799 V) > \(E^o_{Fe^{3+}/Fe^{2+}}\) (0,771 V) nên Ag+ có tính oxi hoá mạnh hơn Fe3+ và Fe2+ có tính khử mạnh hơn Ag. Vậy ở điều kiện chuẩn, có thể diễn ra phản ứng sau đây:
Fe2+(aq) + Ag+(aq) → Fe3+(aq) + Ag(s)
- Quy tắc alpha - dự đoán chiều phản ứng oxi hoá - khử theo thế điện cực chuẩn:
+ Bước 1: Sắp xếp thứ tự hai cặp oxi hoá - khử theo đúng thứ tự trong dãy điện hoá.
+ Bước 2: Áp dụng quy tắc alpha.
+ Bước 3: Xác định chiều phản ứng.
@11577007@