Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Pin điện hóa (Hóa học Lớp 12)

(AI giải đề cho tôi)
Acquy chì là nguồn điện thứ cấp, có thể nạp điện và sử dụng lại nhiều lần nhờ phản ứng thuận nghịch: khi phóng điện Pb + PbO_2 + 2H_2SO_4 → 2PbSO_4 + 2H_2O, khi sạc phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại. Pin mặt trời biến ánh sáng thành điện nhưng không phải pin sạc; pin chanh và pin 'con thỏ' là pin sơ cấp (không sạc được).

(AI giải đề cho tôi)
Các cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn: $E_{X^{2+}/X}^0=-0,91$ V; $E_{X^{3+}/X^{2+}}^0=-0,41$ V; $E_{Y^{2+}/Y}^0=-0,76$ V; $E_{T^{2+}/T}^0=-0,26$ V. Suất điện động chuẩn của pin Galvani là hiệu hai thế điện cực (cathode – anode), nên nhỏ nhất khi hai cặp có giá trị gần nhau nhất: $-0,26-(-0,41)=0,15$ V (pin từ cặp $T^{2+}/T$ và $X^{3+}/X^{2+}$). Vậy chọn A.

A. Electron đi từ Zn sang điện cực H${}_2$ chuẩn nên A sai.

a) m pin = 2,9 g → Li chiếm 5\% → mLi = 2,9 × 5\% = 0,145 g → nLi pin = 0,145/7 = 0,0207 mol = 20,7 mmol; m MnO₂ = 2,9. 30\% = 0,87 gam → n MnO₂ = 0,01 mol = 10 mmol; PTPƯ: Li + MnO₂ + H⁺ → Li⁺ + MnO₂H (10 mmol — 10 mmol) → n Li dư = 20,7 - 10 = 10,7 mmol → Đúng
b) Cực âm: Li → Li⁺ + e; Cực dương: MnO₂ + H⁺ + e → MnO₂H; Phương trình tổng: Li + MnO₂ + H⁺ → Li⁺ + MnO₂H → Đúng
c) Điện lượng cực đại: Q = nₑ.F = 10. 96500 = 965000 C = 965000 As = 268 mAh; Điện lượng thực tế: 225 mAh; Hiệu suất: H = 225/268 × 100 ≈ 83,94\% → Đúng
d) Điện lượng thực tế nhỏ hơn lý thuyết do: phản ứng chưa hoàn toàn; một phần chất phản ứng chưa tham gia; có hao phí năng lượng trong pin → Đúng
a) m pin = 2,9 g → Li chiếm 5\% → mLi = 2,9 × 5\% = 0,145 g → nLi pin = 0,145/7 = 0,0207 mol = 20,7 mmol
m MnO₂ = 2,9. 30\% = 0,87 gam → n MnO₂ = 0,01 mol = 10 mmol
PTNƯ: Li + MnO₂ + H⁺ → Li⁺ + MnO₂H
10 mmol — 10 mmol
→ n Li dư = 20,7 - 10 = 10,7 mmol → Đúng
b) Cực âm: Li → Li⁺ + e
Cực dương: MnO₂ + H⁺ + e → MnO₂H
Phương trình tổng: Li + MnO₂ + H⁺ → Li⁺ + MnO₂H → Đúng
c) Điện lượng cực đại: Q = nₑ.F = 10. 96500 = 965000 C = 965000 As = 268 mAh
Điện lượng thực tế: 225 mAh
Hiệu suất: H = 225/268 × 100 ≈ 83,94\% → Đúng
d) Điện lượng thực tế nhỏ hơn lý thuyết do: phản ứng chưa hoàn toàn; một phần chất phản ứng chưa tham gia; có hao phí năng lượng trong pin. → Đúng

A. Sai, 1,102V là sức điện động chuẩn của pin.
B. Sai, dòng điện mạch ngoài của pin có chiều từ điện cực dương (Cu) sang điện cực âm (Zn).
C. Sai, tại cathode: Cu${}^{2+}$ + 2e → Cu
D. Đúng

Tại cực âm, Fe bị oxi hóa: Fe → Fe${}^{2+}$ + 2e.

Cặp có thế điện cực chuẩn lớn nhất kết hợp với cặp có thế điện cực chuẩn nhỏ nhất sẽ được pin có suất điện động chuẩn lớn nhất.

⟶ Pin có E° lớn nhất là Al-Ag ($E^{\circ }=0,80-(-1,68)=2,48$V)

(AI giải đề cho tôi)
Pin Galvani Zn–Ag: Zn là cực âm, Ag là cực dương. Sức điện động chuẩn: $E_{pin}^0=E_{A{g}^{+}/Ag}^0-E_{Z{n}^{2+}/Zn}^0$. Suy ra $E_{A{g}^{+}/Ag}^0=1,562+(-0,763)=0,799$ V. Vậy chọn D, khớp với đáp án nguồn.

(AI giải đề cho tôi)
Nguồn điện hoá học là nguồn điện chuyển hoá năng lượng hoá học thành điện năng, gồm pin Galvani, acquy chì, pin nhiên liệu. Pin mặt trời chuyển hoá năng lượng ánh sáng (quang năng) thành điện năng, không phải nguồn điện hoá học. Vậy đáp án là C, trùng với đáp án nguồn.

(AI giải đề cho tôi)
Pin: Sn là cực âm (anode, E° thấp hơn), Cu là cực dương (cathode). Phản ứng: Sn + Cu²⁺ → Sn²⁺ + Cu.
a) Đúng. Electron chạy qua dây dẫn từ cực âm (Sn) sang cực dương (Cu).
b) Sai. Cu tăng 3,2 g = 0,05 mol → Sn tan 0,05 mol → m giảm = 0,05 × 118,8 = 5,94 g (không phải 5,59 g).
c) Sai. Trong cầu muối, cation K⁺ di chuyển về phía cathode (phía Cu) nên hạt A (đi về phía Cu) là K⁺; anion NO₃⁻ di chuyển về phía anode (phía Sn) nên hạt B là NO₃⁻. Đề phát biểu ngược lại.
d) Đúng. E°pin = E°(Cu²⁺/Cu) − E°(Sn²⁺/Sn) = 0,34 − (−0,138) = 0,478 V.
a) (AI giải đề cho tôi)
Sn là cực âm nên electron đi từ Sn qua dây dẫn sang Cu.
b) (AI giải đề cho tôi)
n(Cu) = 3,2/64 = 0,05 mol → m(Sn) giảm = 0,05 × 118,8 = 5,94 g ≠ 5,59 g.
c) (AI giải đề cho tôi)
Hạt A đi về phía Cu (cathode) nên là K⁺; hạt B đi về phía Sn (anode) nên là NO₃⁻.
d) (AI giải đề cho tôi)
E°pin = 0,34 − (−0,138) = 0,478 V.

Pin Zn-Cu:
- Anot: $Zn\to Z{n}^{2+}+2e$
- Catot: $C{u}^{2+}+2e\to Cu$
a) Sai. Ở ngăn Zn, Zn${}^{2+}$ tăng nên anion NO${}_3^{-}$ từ cầu muối chuyển vào, không phải Na${}^{+}$.
b) Đúng. Zn tan dần nên khối lượng thanh Zn giảm.
c) Đúng. Electron đi từ Zn sang Cu; cầu muối khép kín mạch và trung hòa điện tích.
d) Sai. Điện cực âm là anot, xảy ra oxi hóa Zn, không phải khử.

$E_{pin}^{°}=E_{catot}^{°}-E_{anot}^{°}$
Vì $E_{Z{n}^{2+}/Zn}^{°}=-0,762V$ nhỏ hơn nên Zn là anot.
Do đó: $0,636=a-(-0,762)\Rightarrow a=-0,126V$.

Trong quá trình acquy chì xả điện:
+ Cực dương (cathode): Xảy ra quá trình khử $Pb{O}_2$ thành $PbS{O}_4$
$$Pb{O}_2+S{O}_4^{2-}+4H^{+}+2e\to PbS{O}_4+2H_{2}O$$
+ Cực âm (anode): xảy ra quá trình oxi hoá Pb thành $PbS{O}_4$
$$Pb+S{O}_4^{2-}\to PbS{O}_4+2e$$
C. sai, vì ở cả cathode và anode đều tạo ra $PbS{O}_4$ và bám vào điện cực nên khối lượng các điện cực đều tăng.

(AI giải đề cho tôi)
Trong pin Galvani Cu–Ag, do $E_{C{u}^{2+}/Cu}^0=+0,34extV<E_{A{g}^{+}/Ag}^0=+0,80extV$ nên Cu là cực âm (anode) và Ag là cực dương (cathode). Tại anode luôn xảy ra quá trình oxi hóa, do đó Cu bị oxi hóa: $CuightarrowC{u}^{2+}+2e^{-}$. Tại cathode xảy ra quá trình khử: $A{g}^{+}+e^{-}ightarrowAg$. Vậy ở anode xảy ra quá trình oxi hóa Cu, đáp án B (khớp với đáp án nguồn).

X có tính khử yếu hơn Y ⇒ Trong pin điện hóa X đóng vai trò là cực dương và Y là cực âm
$E_{pin}^o=E_{(+)}^o-E_{(-)}^o$ ⇒ $0,78=0,34-a$ ⇒ $a=-0,44V$

Pin Zn-Cu:
Zn là anode, xảy ra oxi hóa: Zn → Zn${}^{2+}$ + 2e
Cu là cathode, xảy ra khử: Cu${}^{2+}$ + 2e → Cu
a) Đúng. Thanh Cu là cực dương và xảy ra quá trình khử.
b) Sai. Electron đi từ Zn sang Cu qua dây dẫn ngoài, không đi qua cầu muối.
c) Sai. Cu${}^{2+}$ có tính oxi hóa mạnh hơn Zn${}^{2+}$ nên Cu${}^{2+}$ bị khử ở cathode.
d) Sai. Ở ngăn Zn, Zn bị oxi hóa tạo Zn${}^{2+}$ làm dung dịch dư điện tích dương, nên NO${}_3^{-}$ từ cầu muối đi vào ngăn Zn. Na${}^{+}$ chủ yếu di về ngăn Cu.
a) Đúng. Thanh Cu là cực dương và xảy ra quá trình khử.
b) Sai. Electron đi từ Zn sang Cu qua dây dẫn ngoài, không đi qua cầu muối.
c) Sai. Cu${}^{2+}$ có tính oxi hóa mạnh hơn Zn${}^{2+}$ nên Cu${}^{2+}$ bị khử ở cathode.
d) Sai. Ở ngăn Zn, Zn bị oxi hóa tạo Zn${}^{2+}$ làm dung dịch dư điện tích dương, nên NO${}_3^{-}$ từ cầu muối đi vào ngăn Zn. Na${}^{+}$ chủ yếu di về ngăn Cu.

Xét pin Pin Lithium-Sulfur
Tại cực âm (Anode): $Li\to L{i}^{+}+1e$
Tại cực dương (Cathode): $S+2e\to S^{2-}$
Suất điện động chuẩn $E_{pin}^0=E_{(S/S^{2-})}^0-E_{(Li/L{i}^{+})}^0=-0,480-(-3,040)=+2,560$ (V)

a) Đúng: $E^0=0,34-(-0,76)=+1,10$ V.
b) Đúng: $n_{Ag}=0,02$ mol; $Q=0,02\times 96500=1930$ C; $t=\frac{1930}{1,93}=1000$ giây.
c) Sai: cực âm của nguồn (Zn) phải nối với cathode của bình điện phân, cực dương của nguồn (Cu) nối với anode của bình điện phân.
d) Đúng: pin Zn-Cu chỉ cung cấp 1,10 V, thấp hơn nhiều so với 2,5 V cần thiết.
a) Pin Zn-Cu: $E_{pinZn-cu}^0=E_{(Cu/C{u}^{2+})}^0-E_{(Zn/Z{n}^{2+})}^0=0,34-(-0,76)=+1,10$ V
→ đúng
b) Lượng Ag${}^{+}$ cần điện phân:
n${}_{Ag}$ = 0,2 × 0,1 = 0,02 (mol)
Phản ứng cathode: Ag${}^{+}$ + 1e → Ag
Số mol electron: n${}_e$ = 0,02 mol
Điện lượng: Q = n${}_e$ × F = 0,02 × 96500 = 1930 (C).
$t=\frac{q}{I}=\frac{1930}{1,93}=1000$ (giây)
→ đúng
c) Trong pin Zn-Cu:
- Zn bị oxi hóa → cực âm (anode) của pin.
- Cu bị khử → cực dương (cathode) của pin.
Trong bình điện phân AgNO${}_3$:
Cần đặt cực dương của nguồn vào anode của bình điện phân (để oxi hóa),
cực âm của nguồn vào cathode của bình điện phân (để khử Ag${}^{+}$).
Pin Zn-Cu có:
Zn là cực âm (của nguồn)
Cu là cực dương (của nguồn)
Vậy:
Cực âm của nguồn (Zn) nối với cathode của bình điện phân.
Cực dương của nguồn (Cu) nối với anode của bình điện phân.
Đề nói: Zn nối với anode, Cu nối với cathode → Sai.
d) Thí nghiệm 2, để quá trình điện phân diễn ra có hiệu quả, tốc độ đáng kể, cần một điện áp thực tế là 2,5 V. Trong khi đó, pin Zn-Cu chỉ cung cấp một suất điện động chuẩn là 1,10 V.
Vì điện áp cung cấp (1,10 V) thấp hơn rất nhiều so với điện áp cần thiết (2,5 V), nên quá trình điện phân sẽ diễn ra cực kỳ chậm hoặc không thể đạt được hiệu quả về mặt thực tiễn → đúng

(AI giải đề cho tôi)
Trong phản ứng X + Y²⁺ → Y + X²⁺, X bị oxi hóa (X → X²⁺ + 2e⁻) nên X là anode; Y²⁺ bị khử (Y²⁺ + 2e⁻ → Y) nên Y là cathode. Theo quy ước kí hiệu pin: kim loại (anode) – kim loại (cathode), pin là X–Y. Đáp án A, trùng với đáp án nguồn.

(AI giải đề cho tôi)
Pin Galvani Zn-Cu: Zn là anode (bị oxi hóa, Zn → Zn²⁺ + 2e), Cu là cathode (bị khử, Cu²⁺ + 2e → Cu). Phản ứng tổng: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu. Xét các phát biểu: A sai vì dòng điện trong mạch ngoài chạy từ cathode (Cu) sang anode (Zn) (chiều electron thì ngược lại). B đúng. C sai vì 1,102 V là suất điện động chuẩn của pin (E° = E°Cu²⁺/Cu − E°Zn²⁺/Zn = 0,34 − (−0,76) = 1,10 V), không phải thế điện cực chuẩn của cặp Cu²⁺/Cu (bằng 0,34 V). D sai vì tại cathode xảy ra quá trình khử Cu²⁺ + 2e → Cu, không phải quá trình oxi hóa. Vậy đáp án đúng là B, khớp với đáp án nguồn.