Giải Câu hỏi 4 trang 73 SGK Hoá học 12

Lời giải

Cơ sở lí thuyết (SGK Hoá 12 – KNTT): Trong một phản ứng oxi hoá – khử ở điều kiện chuẩn, dạng khử của cặp có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn sẽ khử được dạng oxi hoá của cặp có thế điện cực chuẩn lớn hơn. Kim loại M là dạng khử của cặp $M^{n+}/M$; M chỉ khử được $H^{+}$ (hay $H_2O$) khi $E^{\circ}_{M^{n+}/M}$ nhỏ hơn thế của cặp chứa hydrogen tương ứng.

a) Kim loại M tác dụng với dung dịch acid ($H^{+}$):

Sự khử ứng với cặp $2H^{+}/H_2$ có $E^{\circ}_{2H^{+}/H_2} = 0{,}00\ \text{V}$. M khử được $H^{+}$ khi:

$$E^{\circ}_{M^{n+}/M} < E^{\circ}_{2H^{+}/H_2} = 0{,}00\ \text{V}$$

Vậy $E^{\circ}_{M^{n+}/M} < 0{,}00\ \text{V}$ (thế điện cực chuẩn mang giá trị âm) — đó là các kim loại đứng trước hydrogen trong dãy thế điện cực chuẩn (Mg, Zn, Fe, …).

b) Kim loại M tác dụng với nước ($H_2O$):

Nước là môi trường trung tính ($pH = 7$). Khi đó $[H^{+}] = 10^{-7}\ \text{M}$, thế của cặp hydrogen trong nước (theo phương trình Nernst) là:

$$E_{(H^{+}/H_2),\,pH=7} = 0{,}00 - 0{,}0592 \times 7 \approx -0{,}413\ \text{V}$$

Ứng với nửa phản ứng $2H_2O + 2e^- \to H_2 + 2OH^-$ trong nước trung tính. M khử được nước khi:

$$E^{\circ}_{M^{n+}/M} < -0{,}413\ \text{V}$$

Đây là các kim loại có thế điện cực chuẩn rất âm (Na, K, Ca, Ba, …).

Nhận xét: Vì $-0{,}413\ \text{V} < 0{,}00\ \text{V}$ nên mọi kim loại tác dụng được với nước đều tác dụng được với dung dịch acid, còn chiều ngược lại thì không.

Lưu ý về giá trị $-0{,}83\ \text{V}$: Đó là thế điện cực chuẩn của cặp $2H_2O/H_2$ trong môi trường base ($[OH^-] = 1\ \text{M}$), không phải nước trung tính. Đề hỏi phản ứng "với nước" ($pH = 7$) nên mốc đúng là $-0{,}413\ \text{V}$.

Đáp số