Mở đầu
Trong phản ứng Zn đẩy Cu khỏi dung dịch muối, Zn nhường electron còn Cu²⁺ nhận electron. Ta ghép mỗi dạng ion với dạng kim loại tương ứng để có các cặp oxi hóa–khử.
Cặp oxi hóa–khử của kim loại
Giữa hai dạng trong cặp có bán phản ứng:
$$\mathrm{M^{n+}+ne^-\rightleftharpoons M}.$$
Dạng $\mathrm{M^{n+}}$ có thể nhận electron nên là dạng oxi hóa; M có thể nhường electron nên là dạng khử. Bảng thế điện cực chuẩn viết các bán phản ứng theo chiều khử.
Ý nghĩa của E°
$$\mathrm{Ox+ne^-\rightleftharpoons Red}.$$
Ở điều kiện chuẩn, E° càng lớn thì dạng Ox có tính oxi hóa càng mạnh và dạng Red có tính khử càng yếu. E° càng nhỏ thì kết luận ngược lại.
Ví dụ $E^\circ_{Cu^{2+}/Cu}=+0{,}34$ V lớn hơn $E^\circ_{Zn^{2+}/Zn}=-0{,}76$ V. Vì vậy trong cặp phản ứng chuẩn, Cu²⁺ ưu tiên bị khử còn Zn ưu tiên bị oxi hóa.
Kiểm tra nhanh
Trong hai cặp có E° lần lượt +0,34 V và −0,76 V, dạng oxi hóa của cặp nào có tính oxi hóa mạnh hơn ở điều kiện chuẩn?
E° nhỏ hơn tương ứng xu hướng khử yếu hơn của dạng Ox.
E° khử lớn hơn cho xu hướng nhận electron mạnh hơn.
Hai giá trị khác nhau.
Dạng Ox được định nghĩa là dạng có thể nhận electron.
Lời giải
**Cách làm**
So sánh thế khử chuẩn: giá trị +0,34 V lớn hơn nên dạng Ox của cặp đó là chất oxi hóa mạnh hơn trong điều kiện chuẩn.
Dự đoán chiều phản ứng
Chất khử của cặp có E° nhỏ hơn phản ứng với chất oxi hóa của cặp có E° lớn hơn. Với hai cặp Zn²⁺/Zn và Cu²⁺/Cu:
$$\mathrm{Zn+Cu^{2+}\rightarrow Zn^{2+}+Cu}.$$
Đây là cách dùng quy tắc $\alpha$: dạng khử mạnh hơn chuyển electron cho dạng oxi hóa mạnh hơn.
Sức điện động chuẩn
Khi ghép hai cặp thành pin, bán phản ứng khử xảy ra ở cathode và bán phản ứng oxi hóa xảy ra ở anode:
$$E^\circ_{pin}=E^\circ_{cathode}-E^\circ_{anode}.$$
Với pin Zn–Cu:
$$E^\circ=0{,}34-(-0{,}76)=1{,}10\ \mathrm V.$$
Giá trị dương cho chiều phản ứng tự diễn biến theo lựa chọn này ở điều kiện chuẩn.
Giới hạn dự đoán
E° chuẩn áp dụng cho điều kiện chuẩn đã quy ước. Ở nồng độ, áp suất khác hoặc khi có kết tủa, tạo phức, màng bảo vệ, động học chậm, hiện tượng thực tế có thể khác dự đoán đơn giản.
Thế điện cực cho xu hướng nhiệt động, không cho trực tiếp tốc độ phản ứng.
Ví dụ mẫu
Với Cu²⁺/Cu = +0,340 V và Ag⁺/Ag = +0,799 V, Ag⁺ là chất oxi hóa mạnh hơn. Ghép:
$$\mathrm{Cu\to Cu^{2+}+2e^-}.$$
$$\mathrm{2Ag^++2e^-\to2Ag}.$$
Thu được Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag. Dù bán phản ứng Ag⁺ được nhân hai, thế khử chuẩn của cặp vẫn là +0,799 V.
Luyện tập
Pin có $E^\circ_{cathode}=0{,}80$ V và $E^\circ_{anode}=0{,}30$ V. $E^\circ_{pin}$ bằng bao nhiêu?
$0{,}80-0{,}30=0{,}50$ V.
Đã cộng hai thế khử.
Đã đảo phép trừ.
Đã nhân hai giá trị.
Lời giải
**Cách làm**
$E^\circ_{pin}=0{,}80-0{,}30=0{,}50$ V.
Ghi nhớ
- Trong cặp Ox/Red, E° càng lớn thì Ox có tính oxi hóa càng mạnh, Red có tính khử càng yếu.
- Chất khử thuộc cặp có E° nhỏ hơn phản ứng với chất oxi hóa thuộc cặp có E° lớn hơn.
- Sức điện động chuẩn của pin bằng E° cathode trừ E° anode.
Đang học