Pin điện hóa Galvani: Từ một bình sang hai bình — Mô phỏng 3D Tương tác (Hóa học THPT)
Câu hỏi trọng tâm: Trong cùng một cốc dung dịch H₂SO₄ loãng đã có dòng điện rồi, tại sao lại phải tách thành hai cốc riêng và thêm một cầu muối?
Phương trình / Nguyên lý cốt lõi: Zn − 2e⁻ = Zn²⁺ · Electron đi từ cực âm (anode) qua dây dẫn sang cực dương (cathode) · Cầu muối khép kín mạch ion
Đối chiếu Chương trình GDPT 2018: Hóa học 12 — SGK GDPT 2018: Chương Điện hóa học «Pin điện hóa Galvani và cơ chế dòng điện hóa học»
Chuỗi bước khám phá và kết luận khoa học (9 bước)
- Bước 1 (Hai bộ dụng cụ): Trên bàn đặt hai bộ dụng cụ, tại sao cùng một lá kẽm lại phải thử hai lần? — Kết luận: 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. |
Zn ｜ H₂SO₄ loãng ｜ Cu - Bước 2 (Nối dây dẫn): Khi kẹp hai đầu dây dẫn vào, tại sao bọt khí lại thoát ra trên bề mặt lá đồng (Cu)? — Kết luận: 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). |
Zn − 2e⁻ = Zn²⁺ · 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ - Bước 3 (Hạt nào đang chuyển động): Kim điện kế lệch rồi, rốt cuộc là electron đang chạy hay dòng điện đang chạy? Theo chiều nào? — Kết luận: 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). |
Electron Zn → Cu · Dòng điện Cu → Zn - Bước 4 (Nhược điểm của pin một dung dịch): Pin một dung dịch để hoạt động một lúc, tại sao dòng điện lại ngày càng yếu đi? — Kết luận: 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). |
Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂↑ (không qua dây dẫn) - Bước 5 (Chuyển sang pin hai dung dịch): Chuyển sang hệ hai cốc dung dịch và cắm cầu muối, tại sao số đọc dòng điện vừa lớn hơn lại vừa ổn định hơn? — Kết luận: 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). |
Zn − 2e⁻ = Zn²⁺ · Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu - Bước 6 (Rút cầu muối): Chỉ rút một ống thủy tinh chứa thạch agar ra khỏi hai cốc, tại sao dòng điện lập tức về 0? — Kết luận: 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). |
Zn ｜ ZnSO₄ ‖ Cầu muối KCl ‖ CuSO₄ ｜ Cu - Bước 7 (Quan sát vi mô): Electron đi qua dây dẫn, vậy điện tích trong dung dịch do ai bù đắp? — Kết luận: 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). |
K⁺ → ngăn CuSO₄ · Cl⁻ → ngăn ZnSO₄ - Bước 8 (Nồng độ): Khi pha dung dịch đặc hơn một chút, tại sao số đọc dòng điện lại tăng lên? — Kết luận: 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. |
E = E°(Cu²⁺/Cu) − E°(Zn²⁺/Zn) = 1.10 V - Bước 9 (Kiểm tra · Lắp ráp pin): Kiểm tra: Thiết lập trên bàn thí nghiệm một pin điện hóa Zn-Cu phát dòng điện ổn định — Kết luận: 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. |
Zn ｜ ZnSO₄ ‖ CuSO₄ ｜ Cu
Xem trang chi tiết bài giảng, hướng dẫn lớp học và câu hỏi ôn tập Pin điện hóa Galvani: Từ một bình sang hai bình · Trang chủ VietLab 3D