Pin điện hóa Galvani: Từ pin một dung dịch đến pin hai dung dịch có cầu muối

Phương trình / Quy luật áp dụng: Zn ｜ H₂SO₄ loãng ｜ Cu

Giải thích chuẩn SGK: Bộ bên trái là thí nghiệm cơ bản: một cốc H₂SO₄ loãng, hai lá kim loại và một sợi dây dẫn là có dòng điện; bộ bên phải có thêm chiếc cầu muối, chính là câu hỏi «tại sao» mà bài học này sẽ giải đáp.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Thường gặp trong đề thi: Các bộ phận cấu thành pin điện hóa (hai điện cực khác bản chất, dung dịch chất điện li, dây dẫn, mạch kín).

Phương trình / Quy luật áp dụng: Zn − 2e⁻ = Zn²⁺ · 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑

Giải thích chuẩn SGK: Electron chuyển từ lá Zn qua dây dẫn sang lá Cu; ion H⁺ trong dung dịch nhận electron tại bề mặt lá Cu bị khử thành nguyên tử H, rồi kết hợp thành phân tử H₂ thoát ra trên lá Cu (theo SGK).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Tại sao sau khi nối dây dẫn, bọt khí lại thoát ra trên lá Cu kém hoạt động hơn (2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑).

Phương trình / Quy luật áp dụng: Electron Zn → Cu · Dòng điện Cu → Zn

Giải thích chuẩn SGK: Điện cực nơi electron đi ra là cực âm - anode (lá Zn bị oxi hóa), điện cực nơi electron đi vào là cực dương - cathode (lá Cu, nơi H⁺ bị khử); chiều dòng điện ngược với chiều chuyển động của electron (theo SGK).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Xác định cực âm (anode) và cực dương (cathode), vẽ chiều electron và chiều dòng điện; «Điện cực nơi electron đi ra mạch ngoài là cực âm (anode)».

Phương trình / Quy luật áp dụng: Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂↑ (không qua dây dẫn)

Giải thích chuẩn SGK: Trong pin một dung dịch này, phản ứng oxi hóa và phản ứng khử không được tách biệt hoàn toàn; Zn phản ứng trực tiếp với dung dịch H₂SO₄ loãng tiếp xúc với nó làm dòng điện suy giảm dần (theo SGK).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Nhược điểm của pin một dung dịch (dòng điện suy giảm nhanh, Zn phản ứng trực tiếp); vì sao cần dùng cầu muối tách thành hai nửa pin.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Zn − 2e⁻ = Zn²⁺ · Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu

Giải thích chuẩn SGK: Zn nhường electron biến thành ion Zn²⁺ đi vào dung dịch; electron đi từ cực âm (anode) qua dây dẫn sang cực dương (cathode), nơi ion Cu²⁺ nhận electron tạo thành kim loại Cu bám lên lá đồng (theo SGK).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Bán phản ứng ở anode, cathode và phản ứng tổng cộng của pin Galvani Zn-Cu; vì sao trên lá Cu là đồng bám vào chứ không phải sủi bọt khí.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Zn ｜ ZnSO₄ ‖ Cầu muối KCl ‖ CuSO₄ ｜ Cu

Giải thích chuẩn SGK: Khi lấy cầu muối ra khỏi bộ dụng cụ trên, kim điện kế lập tức quay về vạch 0, tức là không còn dòng điện chạy trong mạch (theo SGK).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Vai trò của cầu muối (khép kín mạch điện, duy trì sự trung hòa điện của hai dung dịch); vì sao rút cầu muối thì không còn dòng điện.

Phương trình / Quy luật áp dụng: K⁺ → ngăn CuSO₄ · Cl⁻ → ngăn ZnSO₄

Giải thích chuẩn SGK: Ion Cl⁻ trong cầu muối di chuyển vào dung dịch ZnSO₄, ion K⁺ di chuyển vào dung dịch CuSO₄, giữ cho các dung dịch trung hòa điện để phản ứng oxi hóa - khử diễn ra liên tục và pin Zn-Cu phát điện ổn định (theo SGK).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Chiều di chuyển của các ion trong cầu muối; chiều di chuyển của cation và anion trong dung dịch.

Phương trình / Quy luật áp dụng: E = E°(Cu²⁺/Cu) − E°(Zn²⁺/Zn) = 1.10 V

Giải thích chuẩn SGK: Khi nồng độ tăng, độ dẫn điện của dung dịch mạnh hơn làm điện trở trong của pin giảm xuống, nên dưới cùng một sức điện động thì cường độ dòng điện lớn hơn.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Sức điện động của pin phụ thuộc vào yếu tố nào (bản chất hóa học và thế điện cực của các chất phản ứng), phân biệt với ảnh hưởng của điện trở trong.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Zn ｜ ZnSO₄ ‖ CuSO₄ ｜ Cu

Giải thích chuẩn SGK: Phần kiểm tra không thêm kết luận mới: Đảm bảo đồng thời bốn điều kiện «tách hai nửa pin, cắm cầu muối, nối kín dây dẫn, dung dịch đủ nồng độ» thì dòng điện thu được mới mạnh và ổn định.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Cấu trúc điểm tối đa: Hệ hai dung dịch + Cầu muối + Dây dẫn + Nồng độ đủ lớn, bốn yếu tố không thể thiếu.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Zn là cực âm (anode), electron chuyển từ Zn qua dây dẫn sang Cu. Điện cực nơi electron đi ra mạch ngoài là cực âm (anode): Zn bị oxi hóa theo bán phản ứng Zn − 2e⁻ = Zn²⁺, electron đi qua dây dẫn sang lá Cu; trên bề mặt lá Cu xảy ra quá trình khử 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ nên có bọt khí thoát ra.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Electron đi từ cực âm sang cực dương, còn chiều dòng điện ngược lại. Electron đi từ cực âm (Zn) qua dây dẫn sang cực dương (Cu); chiều dòng điện được quy ước là chiều dịch chuyển của điện tích dương, do đó ngược với chiều chuyển động của electron. Trên dây dẫn trong bài học, mũi tên cam (electron) và mũi tên xanh (dòng điện) luôn ngược chiều nhau.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: K⁺ di chuyển vào dung dịch CuSO₄, Cl⁻ di chuyển vào dung dịch ZnSO₄. Theo quy luật điện hóa: Ion Cl⁻ trong cầu muối di chuyển vào dung dịch ZnSO₄, còn ion K⁺ di chuyển vào dung dịch CuSO₄ — cation đi về phía cực dương - cathode (ngăn CuSO₄), anion đi về phía cực âm - anode (ngăn ZnSO₄).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu. Ở cực dương (cathode) của hệ hai dung dịch, ion Cu²⁺ trong dung dịch CuSO₄ nhận electron tạo thành kim loại Cu bám vào điện cực; còn 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ là bán phản ứng ở cực dương của hệ một dung dịch (H₂SO₄ loãng), không được nhầm lẫn hai hệ này.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Zn phản ứng trực tiếp với dung dịch H₂SO₄ loãng tiếp xúc với nó và bị tiêu hao vô ích. Trong hệ pin một dung dịch này, phản ứng oxi hóa và phản ứng khử không được ngăn cách hoàn toàn: Zn phản ứng trực tiếp với H₂SO₄ loãng tại bề mặt làm dòng điện suy giảm dần. Bài học minh họa phần phản ứng không qua dây dẫn là 70 % tự phóng điện, hóa năng đó chuyển thẳng thành nhiệt năng.