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

= 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
- Màu xanh của cốc đựng dung dịch CuSO
4
bị nhạt dần
b) Giải thích hiện tượng của thí nghiệm:
- Điện cực Zn bị oxi hóa: Zn → Zn

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
2+
trong quá trình hoạt động của pin
- Năng lượng của phản ứng oxi hóa – khử trong pin điện hóa đã sinh ra dòng điện một chiều
- Những yếu tố ảnh hưởng đến suất điện động của pin điện hóa như: nhiệt độ, nồng độ của ion kim loại, bản chất của
kim loại làm điện cực
III – THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI
1. Điện cực hiđro chuẩn

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
n+
/M là mạnh hơn ion H
+
trong nửa pin 2H
+
/H
2

- Thế điện cực chuẩn của cặp M
n+

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 oxi hóa được Zn hay không trong phản ứng: Pb
2+
(dd) + Zn(r) → Pb(r) + Zn
2+
(dd)
Nếu phản ứng hóa học trên xảy ra giữa 2 cặp oxi hóa – khử Pb
2+
/Pb và Zn
2+
/Zn, ta viết các cặp oxi hóa – khử trên theo
trình tự: cặp nào có giá trị E
o
lớn hơn ở bên phải, cặp nào có giá trị E

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
) được tính theo công thức: E
o
pư
= E
o
Pb
2+
/Pb
– E
o
Zn
2+
/Zn
= -0,13 – (– 0,76) = +0,63
V
E

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
+
/Ag
– E
o
Zn
2+
/Zn
→ E
o
Zn
2+
/Zn
=
E
o
Ag
+
/Ag
– E