Mục lục bài họcĐang ở d08-b3
Galvanic Cells: Construction and Cell Potential
The parts of a galvanic cell and what each does
Two half-cells are joined by a wire and a salt bridge. Oxidation happens at the anode, reduction at the cathode, and electrons travel through the wire from anode to cathode — never through the salt bridge.
The salt bridge carries ions, not electrons. Its job is to keep each half-cell electrically neutral: anions migrate toward the anode (where cations are being produced), cations toward the cathode. Remove the salt bridge and charge builds up, so current stops within moments.
In a galvanic cell the anode is negative and the cathode positive; in an electrolytic cell the signs are reversed, but oxidation still happens at the anode.
Computing the cell potential
$$E^\circ_{\text{cell}}=E^\circ_{\text{cathode}}-E^\circ_{\text{anode}}$$Both values are read from the table as reduction potentials. A galvanic cell always arranges the halves so that $E^\circ_{\text{cell}}>0$, which pairs with $\Delta G^\circ<0$.
Potentials are intensive: multiplying a half-reaction to balance electrons does not multiply $E^\circ$. Voltage is energy per charge, and scaling the reaction scales both.
Cấu tạo pin galvanic và vai trò từng bộ phận: hai nửa pin nối với nhau bằng một dây dẫn và một cầu muối. Oxi hoá xảy ra ở anot, khử ở catot, electron chạy trong dây dẫn từ anot sang catot — không bao giờ chạy qua cầu muối.
Cầu muối chuyển ion, không chuyển electron. Nhiệm vụ của nó là giữ mỗi nửa pin trung hoà điện: anion di chuyển về phía anot (nơi cation đang sinh ra), cation đi về phía catot. Bỏ cầu muối đi thì điện tích tích tụ ở hai bên và dòng điện tắt gần như tức thì. Đây là câu giải thích ăn điểm trong phần tự luận.
Dấu của điện cực: ở pin galvanic, anot mang dấu âm, catot dương. Ở bình điện phân thì ngược lại. Nhưng vị trí phản ứng không đổi: oxi hoá luôn ở anot, khử luôn ở catot.
Tính suất điện động chuẩn:
$$E^\circ_{\text{cell}}=E^\circ_{\text{catot}}-E^\circ_{\text{anot}}$$Cả hai giá trị đều tra bảng ở dạng thế khử chuẩn. Pin galvanic luôn được ghép sao cho $E^\circ_{\text{cell}}>0$, tương ứng $\Delta G^\circ<0$.
Cách chọn nhanh: cặp nào có thế khử lớn hơn thì làm catot, cặp còn lại làm anot. Ghép như vậy thì hiệu số luôn dương.
Thế điện cực là đại lượng cường tính: nhân đôi nửa phản ứng để cân electron thì không nhân đôi $E^\circ$. Hiệu điện thế là năng lượng trên một đơn vị điện tích, nhân phản ứng lên thì cả tử lẫn mẫu cùng tăng.
Cho $E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu})=+0{,}34$ V và $E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn})=-0{,}76$ V. Xác định anot, catot, viết phản ứng tổng và tính $E^\circ_{\text{cell}}$.
Chọn catot: cặp có thế khử lớn hơn là $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$ với $+0{,}34$ V, nên đồng làm catot và bị khử.
$\text{Cu}^{2+}+2e^-\to\text{Cu}$
Anot là kẽm, bị oxi hoá — nửa phản ứng viết ngược lại so với bảng:
$\text{Zn}\to\text{Zn}^{2+}+2e^-$
Phản ứng tổng — hai nửa đều trao $2$ electron nên cộng thẳng, không cần nhân:
$\text{Zn}+\text{Cu}^{2+}\to\text{Zn}^{2+}+\text{Cu}$
Suất điện động:
$E^\circ_{\text{cell}}=0{,}34-(-0{,}76)=+1{,}10$ V
Kiểm tra ý nghĩa: $E^\circ>0$ nên pin tự phóng điện, và $\Delta G^\circ=-nFE^\circ=-(2)(96\,485)(1{,}10)=-2{,}12\times10^{5}$ J, tức $-212$ kJ — âm, đúng như mong đợi cho một phản ứng tự diễn biến.
Trong quá trình chạy, điện cực kẽm mòn dần vì kẽm tan ra thành ion, còn điện cực đồng dày lên vì đồng bám vào.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Unit 9 — Applications of Thermodynamics gồm 14 câu trắc nghiệm và 2 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.