Dãy điện hóa của kim loại
DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI
I – KHÁI NIỆM VỀ CẶP OXI HÓA – KHỬ CỦA KIM LOẠI
Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa – khử.
Một cặp oxi hóa – khử được biểu diễn dưới dạng oxi hóa/khử (M
n+
/M).
Ví dụ: Cu
2+
và Cu tạo thành một cặp oxi hóa – khử Cu
2+
/Cu
II – PIN ĐIỆN HÓA
1. Khái niệm về pin điện hóa, suất điện động và thế điện cực
a) Cấu tạo pin điện hóa:
Hai cốc thủy tinh, một cốc chứa 50 ml dung dịch CuSO
4
1M, cốc kia chứa 50 ml dung
dịch ZnSO
4
1M. Nhúng một lá Cu vào dung dịch CuSO
4
, một lá Zn vào dung dịch
ZnSO
4
. Nối hai dung dịch bằng một hình chữ U đựng dung dịch Na
2
SO
4
(hoặc KNO
3

o
(-)
hoặc E
o
= E
o
catot
– E
o
anot
- Ví dụ E
o
= E
o
Cu
2+
/Cu – E
o
Zn
2+
/Zn gọi là suất điện động chuẩn của pin điện hóa Zn – Cu
2. Cơ chế phát sinh dòng điện trong pin điện hóa
a) Quan sát thí nghiệm:
Chuẩn bị sẵn pin điện hóa Zn – Cu, nối hai điện cực Zn và Cu bằng một dây dẫn, trên dây
có mắc nối tiếp một vôn kế:
- Xuất hiện dòng điện một chiều từ lá Cu (cực +) sang lá Zn (cực –) nhưng chiều di
chuyển của dòng electron mạch ngoài thì ngược lại, từ lá Zn (cực –) sang lá Cu (cực +).
Suất điện động của pin đo được là 1,10 V
- Điện cực Zn bị ăn mòn dần
- Có một lớp kim loại đồng bám trên điện cực Cu

cầu muối. Vai trò của cầu muối là trung hòa điện tích của 2 dung dịch: các ion dương Na
+
hoặc K
+
và Zn
2+
di chuyển qua cầu muối đến cốc đựng dung dịch CuSO
4
. Ngược lại , các
ion âm SO
4
2-
hoặc NO
3
- di chuyển qua cầu muối đến dung dịch ZnSO
4
- Ở mạch ngoài (dây dẫn), dòng electron đi từ cực Zn sang cực Cu còn dòng điện đi từ
cực Cu sang cực Zn. Vì thế điện cực Zn được gọi là anot (nơi xảy ra sự oxi hóa), điện cực
Cu được gọi là catot (nơi xảy ra sự khử). Vậy trong pin điện hóa, anot là cực âm còn
catot là cực dương
- Phương trình hóa học của phản ứng xảy ra trong pin điện hóa Zn – Cu: quy tắc α
Cu
2+
+ Zn → Zn
2+
+ Cu
c) Kết luận:
- Có sự biến đổi nồng độ của các ion Cu
2+
và Zn

2H
+
/H
= 0,00 V
2. Thế điện cực chuẩn của kim loại
Ta dùng thế điện cực hiđro chuẩn E
o
2H+/H2
để xác định thế điện
cực chuẩn cho các cặp oxi hóa – khử khác. Bằng cách nối cặp oxi hóa – khử M
n+
/M
chuẩn (cation M
n+
có nồng độ 1M, nhiệt độ 25
o
C) với cặp 2H
+
/H
2
chuẩn. Thế điện cực
chuẩn của kim loại cần đo được chấp nhận bằng suất điện động của pin tạo bởi điện cực
hiđro chuẩn và điện cực chuẩn của kim loại cần đo. Có 2 trường hợp xảy ra với giá trị của
thế điện cực chuẩn:
- Thế điện cực chuẩn của cặp M
n+
/M là số dương nếu khả năng oxi hóa của ion M
n+
trong
nửa pin M

= + 0,80 V
IV – DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI
Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại là dãy sắp xếp các kim loại theo thứ tự tăng dần thế
điện cực chuẩn

Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại còn được gọi là dãy thế oxi hóa – khử chuẩn của
kim loại, hoặc dãy thế khử chuẩn của kim loại. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, người
ta dùng tên dãy sao cho phù hợp
V – Ý NGHĨA CỦA DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI
1. So sánh tính oxi hóa – khử
Trong dung môi nước, thế điện cực chuẩn của kim loại E
o
M
n+
/M
càng lớn thì tính oxi hóa
của cation M
n+
càng mạnh và tính khử của kim loại M càng yếu và ngược lại
2. Xác định chiều của phản ứng oxi hóa – khử
Xác định chiều của phản ứng oxi hóa – khử cũng là sự tìm hiểu về phản ứng đó trong
điều kiện tự nhiên có xảy ra hay không. Có một số phương pháp xác định chiều của phản
ứng oxi hóa – khử:
a) Phương pháp 1 (phương pháp định tính):
- Kim loại của cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn khử được cation kim loại
của cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn (nói cách khác, cation kim loại
trong cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn có thể oxi hóa được kim loại trong
cặp có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn)
- Ví dụ: ion Pb
2+

có thể oxi hóa được kim loại
trong cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn âm)
b) Phương pháp 2 (phương pháp định lượng):
Quay lại ví dụ ion Pb
2+
có oxi hóa được Zn hay không trong phản ứng: Pb
2+
(dd) + Zn(r)
→ Pb(r) + Zn
2+
(dd). Phản ứng hóa học trên được tạo nên từ hai nửa phản ứng:
- Nửa phản ứng oxi hóa: Zn → Zn
2+
+ 2e, ta có E
o
Zn
2+
/Zn
= -0,76 V
- Nửa phản ứng khử: Pb
2+
+ 2e → Pb, ta có E
o
Pb
2+
/Pb
= -0,13 V
Thế oxi hóa – khử của cả phản ứng (E
o
pư

(-)
Ví dụ: suất điện động chuẩn của pin điện hóa Zn – Cu là: E
o
pin
= E
o
Cu
2+
/Cu
– E
o
Zn
2+
/Zn
= 0,34
– (–0,76) = 1,10 V
4. Xác định thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa – khử
Ví dụ: Biết suất điện động chuẩn của pin điện hóa Zn – Ag là 1,56 V và thế điện cực
chuẩn của cặp oxi hóa – khử Ag
+
/Ag là +0,80 V. Hãy xác định thế điện cực chuẩn của
cặp Zn
2+
/Zn Ta có E
o
pin
= E
o
Ag
+