Dãy điện hóa kim loại

Zn²⁺ có tính oxi hóa yếu hơn Ag⁺

Để tách được Ag từ hỗn hợp Ag, Fe, Cu mà không làm tăng khối lượng Ag thì cần dung dịch chỉ phản ứng với Fe, Cu nhưng không phản ứng với Ag và không tạo thêm Ag.

Ta thấy

A. Dung dịch Fe(NO₃)₃

     Thỏa mãn, Fe + 2Fe³⁺ → 3Fe²⁺ ; Cu + 2Fe³⁺ → Cu²⁺ + 2Fe²⁺, Ag không phản ứng      

B. Dung dịch AgNO₃           

     Sai, vì Fe và Cu phản ứng với AgNO₃ đều tạo Ag

C. Dung dịch HNO₃ đặc nóng

       Sai, Ag cũng tan trong HNO₃

D. Dung dịch HCl

     Sai, Cu và Ag không phản ứng với HCl

Thứ tự độ hoạt động hóa học của kim loại giảm dần: Zn > Cr > Fe

Thứ tự khử: Fe khử Ag⁺, Cu²⁺ rồi đến Pb²⁺

Tính oxi hóa: Ag⁺ < Fe³⁺ < Cu²⁺ < Fe²⁺

Theo dãy điện hóa, sắp xếp tính oxi hóa tăng dần : Na⁺ < Al³⁺ < Mn²⁺ < Cu²⁺ < Fe³⁺

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

Quá trình nhường electron là sự oxi hóa, quá trình nhận electron là sự khử

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

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

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

Quá trình hoạt động của pin Cu-Ag :

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

Ag⁺ + 1e → Ag   => giảm nồng độ ion Ag⁺

Quá trình hoạt động của pin Cu-Ag :

Cu → Cu²⁺ + 2e  (sự oxi hóa)

Ag⁺ + 1e → Ag   (sự khử)

Trong pin điện hóa Zn-Cu xảy ra quá trình :

Zn → Zn²⁺ + 2e  (sự oxi hóa, làm thanh Zn bị mòn đi)

Cu²⁺ + 2e → Cu   (sự khử, làm thanh Cu 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_(-)

$\to {{E}^{o}}_{Fe-Cu}~={{E}^{o}}_{C{{u}^{2+}}/Cu}\,\,\text{ }-{{E}^{o}}_{F{{e}^{2+}}/Fe}~\text{ }\, và \,\,\,\, {{E}^{o}}_{Cu-Ag}~=\text{ }{{E}^{o}}_{A{{g}^{+}}/Ag}\,\,-{{E}^{o}}_{C{{u}^{2+}}/Cu}~\text{ }$

$\to {{E}^{o}}_{Fe-Ag}~=\text{ }{{E}^{o}}_{A{{g}^{+}}/Ag}\,\,-{{E}^{o}}_{F{{e}^{2+}}/Fe}~\text{ }$

$\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,=\text{ }{{E}^{o}}_{A{{g}^{+}}/Ag}\,\text{ }-{{E}^{o}}_{C{{u}^{2+}}/Cu}+{{E}^{o}}_{C{{u}^{2+}}/Cu}-{{E}^{o}}_{F{{e}^{2+}}/Fe}~\,\,$

$\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,={{E}^{o}}_{Cu-Ag}\,+{{E}^{o}}_{Fe-Cu}$

$\to {{E}^{o}}_{Fe-Ag}$= 0,46 + 0,78 = 1,24 V

Ta có: ${{E}^{o}}_{Zn-Ag}~=\text{ }{{E}^{o}}_{A{{g}^{+}}/Ag}\text{ }-{{E}^{o}}_{Z{{n}^{2+}}/Zn}~\,\,=0,8\left( -0,76 \right)=1,56\text{ }V$

 ${{E}^{o}}_{Mg-Zn}~=\text{ }{{E}^{o}}_{Z{{n}^{2+}}/Zn}\text{ }-{{E}^{o}}_{M{{g}^{2+}}/Mg}~\,\,=-\text{ }0,76\left( -2,37 \right)=1,61\text{ }V$

${{E}^{o}}_{Zn-Hg}~=\text{ }{{E}^{o}}_{H{{g}^{2+}}/Hg}\text{ }-{{E}^{o}}_{Z{{n}^{2+}}/Zn}~\,\,=0,85\left( 0,76 \right)=1,61\text{ }V$

${{E}^{o}}_{Mg-Hg}~=\text{ }{{E}^{o}}_{H{{g}^{2+}}/Hg}\text{ }-{{E}^{o}}_{M{{g}^{2+}}/Mg}~\,\,=0,85\left( 2,37 \right)=3,22\text{ }V$

Ta có:  ${{E}^{o}}_{Zn-Fe}~=\text{ }{{E}^{o}}_{F{{e}^{2+}}/Fe}\text{ }-{{E}^{o}}_{Z{{n}^{2+}}/Zn}~\,\,=$ – 0,44 – (– 0,76) = 0,32 V

${{E}^{o}}_{Zn-Pb}~=\text{ }{{E}^{o}}_{P{{b}^{2+}}/Pb}\text{ }-{{E}^{o}}_{Z{{n}^{2+}}/Zn}~\,\,=$ – 0,13 – ( – 0,76) = 0,63 V

 ${{E}^{o}}_{Pb-Ag}~=\text{ }{{E}^{o}}_{A{{g}^{+}}/Ag}~\,-{{E}^{o}}_{P{{b}^{2+}}/Pb}\text{ }\,=$ 0,8 – 0,13 = 0,67 V

${{E}^{o}}_{Fe-Ag}~=\text{ }{{E}^{o}}_{A{{g}^{+}}/Ag}~-{{E}^{o}}_{F{{e}^{2+}}/Fe}\text{ }\,\,=$ 0,8 – (– 0,44 ) = 1,24 V

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

(1) AgNO₃ + Fe(NO₃)₂ → Fe(NO₃)₃ + Ag↓

→ tính oxi hóa của Fe³⁺ < Ag⁺

(2) Mn + 2HCl → MnCl₂ + H₂↑

→ tính oxi hóa của Mn²⁺ < H⁺

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 → ta có phương trình :

          Fe + Ni²⁺ → Fe²⁺ + Ni

Mg là kim loại mạnh hơn những kim loại trong muối → Mg khử được cả 4 dung dịch muối

Phương trình phản ứng

Mg + ZnSO₄ → MgSO₄ + Zn

Mg + 2AgNO₃ → Mg(NO₃)₂ + 2Ag

Mg + CuCl₂ → MgCl₂ + Cu

3Mg + Al₂(SO₄)₃ → 3MgSO₄ + 2Al

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 B

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

→ loại đáp án D

Phương trình phản ứng :

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

Cu + 2Fe(NO₃)₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Fe(NO₃)₂