Giải Hoạt động trang 76 SGK Hoá học 12

Lời giải

Hoạt động: Lắp ráp và đo sức điện động của pin chanh (điện cực Zn – Cu)

1. Xác định các điện cực và vai trò

Dịch trong quả chanh chứa acid (chủ yếu là acid citric) nên có nhiều ion $H^+$, đóng vai trò dung dịch chất điện li. Cắm hai thanh kim loại khác nhau là kẽm và đồng vào, ta được một pin điện hoá:

- Cực âm (anode): thanh kẽm, vì $Zn$ có tính khử mạnh hơn nên bị oxi hoá.
- Cực dương (cathode): thanh đồng. Trong dịch chanh không có ion $Cu^{2+}$, nên đồng chỉ đóng vai trò điện cực trơ dẫn điện; tại đây ion $H^+$ của dịch acid nhận electron.

Đó là lí do nối cực âm của vôn kế với thanh kẽm, cực dương với thanh đồng.

2. Phản ứng tại mỗi điện cực

- Tại cực âm (Zn): $$Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e$$
- Tại cực dương (Cu), khử ion $H^+$: $$2H^+ + 2e \rightarrow H_2\uparrow$$
- Phản ứng tổng quát xảy ra trong pin: $$Zn + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2\uparrow$$

3. Sức điện động lí thuyết

Vì ở cực dương xảy ra sự khử $H^+$ nên cặp oxi hoá – khử ở cathode là $2H^+/H_2$, không phải $Cu^{2+}/Cu$. Dùng thế điện cực chuẩn:

- $E^o_{Zn^{2+}/Zn} = -0{,}76\ V$
- $E^o_{2H^+/H_2} = 0{,}00\ V$

$$E^o_{pin} = E^o_{cathode} - E^o_{anode} = 0{,}00 - (-0{,}76) = 0{,}76\ (V)$$

*Lưu ý:* giá trị $1{,}10\ V$ chỉ đúng cho pin Daniell (Zn trong dung dịch $Zn^{2+}$ và Cu trong dung dịch $Cu^{2+}$), không áp dụng cho pin chanh vì ở đây không có ion $Cu^{2+}$.

4. Kết quả đo thực tế

Vôn kế chỉ giá trị dương, chứng tỏ đã nối đúng chiều (kẽm là cực âm, đồng là cực dương). Giá trị đo được thường vào khoảng 0,7 – 1,0 V cho một quả chanh. Giá trị này chênh so với $0{,}76\ V$ do nồng độ ion $H^+$ không ở điều kiện chuẩn, điện trở trong của pin lớn, sự phân cực điện cực và có thêm quá trình khử oxygen hoà tan trên bề mặt đồng.

5. Mắc nối tiếp hai pin chanh (Hình 15.11 b)

Khi mắc nối tiếp, sức điện động của bộ pin bằng tổng sức điện động các pin thành phần:

$$E_{bộ} = E_1 + E_2 \approx 2E_1$$

Do đó vôn kế chỉ giá trị lớn hơn rõ rệt, đo được khoảng 1,5 – 2,0 V. Vậy mắc nối tiếp nhiều pin làm tăng điện áp của nguồn. Nếu dùng hai thanh kim loại giống nhau thì không có chênh lệch thế điện cực, vôn kế chỉ $0\ V$.

Đáp số