Dãy điện hóa kim loại

Dãy cation kim loại được xếp theo chiều tăng dần tính oxi hóa từ trái sang phải là: Mg²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺                

Theo dãy điện hóa, sắp xếp tính oxi hóa tăng dần : Na⁺< Al³⁺< Cu²⁺< Fe³⁺

=> ion kim loại có tính oxi hóa lớn nhất là Fe³⁺

Theo dãy điện hóa, dãy các ion xếp theo chiều giảm dần tính oxi hóa là Ag⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Fe²⁺

=> ion kim loại có tính oxi hóa nhỏ nhất là Fe²⁺.

Chất oxi hóa là chất nhận e.

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

$Fe\,\,\,\to \,\,\,F{{e}^{2+}}+2e$ (sự oxi hóa)

$C{{u}^{2+}}+2e\,\,\to \,\,Cu$ (sự khử)

 => Chất oxi hóa là Cu²⁺

Ta có:  \(\eqalign{
& {E^o}_{Zn - Fe}\; = {\rm{ }}{E^o}_{F{e^{2 + }}/Fe}{\rm{ }}-{E^o}_{Z{n^{2 + }}/Zn}\;\,\, = -{\rm{ }}0,44{\rm{ }}-{\rm{ }}\left( {-{\rm{ }}0,76} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}0,32{\rm{ }}V \cr
& {E^o}_{Zn - Pb}\; = {\rm{ }}{E^o}_{P{b^{2 + }}/Pb}{\rm{ }}-{E^o}_{Z{n^{2 + }}/Zn}\;\,\, = -{\rm{ }}0,13{\rm{ }}-{\rm{ }}\left( {{\rm{ }}-{\rm{ }}0,76} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}0,63{\rm{ }}V \cr
& {E^o}_{Pb - Ag}\; = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}\;-\,{E^o}_{P{b^{2 + }}/Pb}{\rm{ }}\, = 0,8{\rm{ }}-{\rm{ }}0,13{\rm{ }} = {\rm{ }}0,67{\rm{ }}V \cr
& {E^o}_{Fe - Ag}\; = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}\;-{E^o}_{F{e^{2 + }}/Fe}{\rm{ }}\,\, = 0,8{\rm{ }}-{\rm{ }}\left( {-{\rm{ }}0,44} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}1,24{\rm{ }}V \cr} \)

=> Pin Zn-Fe có suất điện động tiêu chuẩn bé nhất

Quá trình hoạt động của pin Fe-Cu :

Fe → Fe²⁺ + 2e  => tăng nồng độ ion Fe²⁺

Cu²⁺ + 2e → Cu   => giảm nồng độ ion Cu²⁺

Quá trình hoạt động của pin Cu-Ag :

Cu → Cu²⁺ + 2e  (sự oxi hóa)

Ag⁺ + 1e → Ag   (sự khử)

Trong pin điện hóa Fe-Ag xảy ra quá trình :

Fe→Fe²⁺ + 2e  (sự oxi hóa, làm thanh Fe bị mòn đi)

Ag⁺ + 1e → Ag(sự khử, làm thanh Ag dày lên)

Để duy trì được dòng điện trong quá trình hoạt động của pin điện hóa, người ta dùng cầu muối. Vai trò của cầu muối là trung hòa điện tích của 2 dung dịch: các ion dương Na⁺ hoặc K⁺ và Zn²⁺ di chuyển qua cầu muối đến cốc đựng dung dịch CuSO₄. Ngược lại, các ion âm SO₄^2- hoặc NO₃^- di chuyển qua cầu muối đến dung dịch ZnSO₄ (xem lại lí thuyết dãy điện hóa kim loại)

Công thức tính suất điện động của pin :E^o_pin = E^o₍₊₎ – E^o_(-)

\( \to {E^o}_{Fe - Cu}\; = {E^o}_{C{u^{2 + }}/Cu}\,\,{\rm{ }}-{E^o}_{F{e^{2 + }}/Fe}\;{\rm{ }}\)và \({E^o}_{Cu - Ag}\; = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}\,\,-{E^o}_{C{u^{2 + }}/Cu}\;{\rm{ }}\)

\(\eqalign{
& \to {E^o}_{Fe - Ag}\; = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}\,\,-{E^o}_{F{e^{2 + }}/Fe}\;{\rm{ }} \cr
& \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}\,-{\rm{ }}{E^o}_{C{u^{2 + }}/Cu} + {E^o}_{C{u^{2 + }}/Cu} - {E^o}_{F{e^{2 + }}/Fe}\;\,\, \cr
& \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = {E^o}_{Cu - Ag}\, + {E^o}_{Fe - Cu} \cr} \)

=> \({E^o}_{Fe - Cu} = E_{Fe - Ag}^0 - E_{Cu - Ag}^0\)=  1,24 – 0,46 = 0,78 V

Công thức tính suất điện động của pin :E^o_pin = E^o₍₊₎ – E^o_(-)

\( \to {E^o}_{Fe - Cu}\; = {E^o}_{C{u^{2 + }}/Cu}\,\,{\rm{ }}-{E^o}_{F{e^{2 + }}/Fe}\;{\rm{ }}\)và\({E^o}_{Cu - Ag}\; = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}\,\,-{E^o}_{C{u^{2 + }}/Cu}\;{\rm{ }}\)

\(\eqalign{
& \to {E^o}_{Fe - Ag}\; = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}\,\,-{E^o}_{F{e^{2 + }}/Fe}\;{\rm{ }} \cr
& \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}\,-{\rm{ }}{E^o}_{C{u^{2 + }}/Cu} + {E^o}_{C{u^{2 + }}/Cu} - {E^o}_{F{e^{2 + }}/Fe}\;\,\, \cr
& \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = {E^o}_{Cu - Ag}\, + {E^o}_{Fe - Cu} \cr} \)

=> \({E^o}_{Fe - Cu} = E_{Fe - Ag}^0 - E_{Cu - Ag}^0\)=  1,24 – 0,46 = 0,78 V

Ta có:\(\eqalign{
& {E^o}_{Zn - Ag}\; = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}{\rm{ }}-{E^o}_{Z{n^{2 + }}/Zn}\;\,\, = 0,8{\rm{ }}-{\rm{ }}\left( {{\rm{ }} - {\rm{ }}0,76} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}1,56{\rm{ }}V \cr
& {E^o}_{Mg - Zn}\; = {\rm{ }}{E^o}_{Z{n^{2 + }}/Zn}{\rm{ }}-{E^o}_{M{g^{2 + }}/Mg}\;\,\, = - {\rm{ }}0,76{\rm{ }}-{\rm{ }}\left( {{\rm{ }} - {\rm{ }}2,37} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}1,61{\rm{ }}V \cr
& {E^o}_{Zn - Hg}\; = {\rm{ }}{E^o}_{H{g^{2 + }}/Hg}{\rm{ }}-{E^o}_{Z{n^{2 + }}/Zn}\;\,\, = 0,85{\rm{ }}-{\rm{ }}\left( {{\rm{ }}-{\rm{ }}0,76} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}1,61{\rm{ }}V \cr
& {E^o}_{Mg - Hg}\; = {\rm{ }}{E^o}_{H{g^{2 + }}/Hg}{\rm{ }}-{E^o}_{M{g^{2 + }}/Mg}\;\,\, = 0,85{\rm{ }}-{\rm{ }}\left( {-2,37} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}3,22{\rm{ }}V \cr} \)

Ta có: \(\eqalign{
& {E^o}_{Zn - Fe}\; = {\rm{ }}{E^o}_{F{e^{2 + }}/Fe}{\rm{ }}-{E^o}_{Z{n^{2 + }}/Zn}\;\,\, = -{\rm{ }}0,44{\rm{ }}-{\rm{ }}\left( {-{\rm{ }}0,76} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}0,32{\rm{ }}V \cr
& {E^o}_{Zn - Pb}\; = {\rm{ }}{E^o}_{P{b^{2 + }}/Pb}{\rm{ }}-{E^o}_{Z{n^{2 + }}/Zn}\;\,\, = -{\rm{ }}0,13{\rm{ }}-{\rm{ }}\left( {{\rm{ }}-{\rm{ }}0,76} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}0,63{\rm{ }}V \cr
& {E^o}_{Pb - Ag}\; = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}\;-\,{E^o}_{P{b^{2 + }}/Pb}{\rm{ }}\, = 0,8{\rm{ }}-{\rm{ }}0,13{\rm{ }} = {\rm{ }}0,67{\rm{ }}V \cr
& {E^o}_{Fe - Ag}\; = {\rm{ }}{E^o}_{A{g^ + }/Ag}\;-{E^o}_{F{e^{2 + }}/Fe}{\rm{ }}\,\, = 0,8{\rm{ }}-{\rm{ }}\left( {-{\rm{ }}0,44} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}1,24{\rm{ }}V \cr} \)

=> Pin Fe- Ag có suất điện động tiêu chuẩn lớn nhất

(1) AgNO₃+ Fe(NO₃)₂     →Fe(NO₃)₃+ Ag↓

→ tính oxi hóa của Ag⁺ > Fe³⁺

(2) Ni + 2HCl →NiCl₂+ H₂↑

→ tính oxi hóa của H⁺ > Ni²⁺

          Fe + CuCl₂  →FeCl₂ + Cu → tính oxi hóa của ion Cu²⁺ > Fe²⁺

          Cu + 2FeCl₃ →CuCl₂ + 2FeCl₂  → tính oxi hóa của ion Fe³⁺ > Cu²⁺

→ Dãy sắp xếp tính oxi hóa giảm dần là Fe³⁺> Cu²⁺> Fe²⁺

Vì tính khử của kim loại Fe mạnh hơn Ni → phản ứng 1 không xảy ra

Các phản ứng xảy ra là:

3, Mg + Cu²⁺→ Mg²⁺ + Cu.

2, Pb + 2Ag⁺ → Pb²⁺ + 2Ag.                            

4, Fe + Pb²⁺ → Fe²⁺ + Pb.

Mg, Al là kim loại mạnh hơn những kim loại trong muối → Mg,Al khử được cả 3 dung dịch muối

Fe yếu hơn Zn => không khử được Zn²⁺

Cu không khử được Cu²⁺ và Zn²⁺

X là kim loại phản ứng được với dung dịch H₂SO₄ → X có tính khử mạnh hơn H⁺ trong dãy điện hóa

 → loại đáp án A và D

 Y là kim loại không tác dụng được với H₂SO₄ nhưng  tác dụng được với dung dịch Fe(NO₃)₃ → Y có tính khử mạnh hơn Fe³⁺ trong dãy điện hóa

→ loại C

Phương trình phản ứng :

                        Fe + H₂SO₄ →FeSO₄ + H₂

                        Cu + 2Fe(NO₃)₃ →Cu(NO₃)₂ + 2Fe(NO₃)₂

A sai vì Fe²⁺/Fe đứng trước Cu²⁺/Cu nên Cu không đẩy được Fe²⁺ ra khỏi dung dịch

B sai vì Fe²⁺ có tính oxi hóa yếu hơn Cu²⁺.

C đúng vì Fe mạnh hơn Cu

D sai vì Tính oxi hóa của các ion tăng theo thứ tự: Fe²⁺, H⁺, Cu²⁺, Ag⁺.

A sai vì Ag không phản ứng với tạp chất

B sai vì Zn phản ứng được với AgNO₃, dung dịch thu được lẫn Zn(NO₃)₂

C sai vì Fe phản ứng được với AgNO₃ nhưng dung dịch thu được lẫn Fe(NO₃)₂

D đúng vì Mg phản ứng được với AgNO₃ nhưng dung dịch thu được chỉ gồm Mg(NO₃)₂

Mg + 2AgNO₃ →Mg(NO₃)₂ + 2Ag